一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法，属于路用材料技术领域。
背景技术：
钛石膏主要成分为caso4·2h2o，是生产钛白粉过程中，加入了石灰或者电石渣中和酸性废水，产生的工业废渣，每生产一吨钛白粉就要伴随着1.5至2吨的废渣。由于其本身所含杂质以及自身特性原因，目前大量的钛石膏多堆存处理，既占用了大量的土地，造成资源的浪费，还造成了一定的环境污染。
目前，研究学者对于钛石膏多采用煅烧、水洗等物理化学方法，实现本身活性的提高以及杂质的去除，从而获得性能的保障；但这样的处理方式使得钛石膏的资源化利用成本提高，因此成本低廉、工艺简单的技术是一条最佳途径。
对于钛石膏的利用主要集中在水泥缓凝剂、胶凝材料等方面，并且大都掺量较小，无法达到大规模应用的地步，因此开发一种钛石膏大规模应用技术，既完成了固废资源化利用，同时也减轻了对土地的占用、污染等问题，为工业固废的大规模减量化提供了良好的前景，符合国家倡导的环境保护和低碳政策。专利cn103951298a公开了一种钛石膏基复合胶凝材料的制备方法及在干化污泥中的应用，所述的材料虽然添加有20~50份的钛石膏，但是本领域内技术人员可以推测其凝固后强度低，适用范围限于对污泥干化的方向应用而不适合于路用，胶凝材料的整体用量低导致钛石膏用料低。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种钛石膏用量大，强度高并且能耗低的路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种路用耐水复合胶凝材料，其特征在于：主要由以下重量份的材料组成：
钛石膏38~65份，矿渣粉27~42份，调节剂7~19份，强化剂1~6份，激发剂1~4份；
所述的调节剂为碱性金属冶炼工业固体废弃物；所述的强化剂为硅灰或偏高岭土，优选为硅灰；所述的激发剂为硫酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氢氧化钠等碱性钠盐。
本发明的路用耐水复合胶凝材料的作用机理是在调节剂作用下，为胶凝材料基体提供碱性环境，激发剂及钛石膏中的硫酸根或碱性弱酸根具有多重激发作用，大大激活矿渣的活性，再利用矿渣中提供的铝离子和强化剂中高含量的硅酸根等，生成水化硅酸钙（c-s-h）、水化铝酸钙（c-a-h）、水化铁铝酸钙（c-a-f-h）、水化硅铝酸钙（c-a-s-h）、氢氧化钙（ch）、钙矾石（aft）等水化产物，这些凝胶类产物能够对钛石膏基体进行紧实的包裹，并通过aft穿插在一起，形成稳定的整体，硅粉颗粒极细，能够填补孔隙，同时提供硅元素生成凝胶类物质，提高基体致密性，有效提高基体的强度。
优选的，由以下重量份的材料组成：
钛石膏39份；
矿渣粉42份；
调节剂12份；
强化剂4份；
激发剂3份；
所述的调节剂为碱性金属冶炼工业固体废弃物；
所述的强化剂为硅灰或偏高岭土。
优选的，所述的调节剂为赤泥。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，含氧化铁量大，同时也富含硅铝元素，更有利于后期生成水化铁铝酸钙、水化硅铝酸钙等，激发效果更好。
优选的，所述的激发剂为水玻璃。选用水玻璃作为激发剂，有效地抑制了基体中膨胀成分的生成，为后期强度及耐水性提供了保障。
一种路用耐水复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）按配方取钛石膏，在60~80℃条件下烘干后，经过研磨，过75~85目筛备用；
2）取矿渣粉，在100~110℃条件下烘干后，经过研磨，过395~405目筛，按配方加入到步骤1）所述钛石膏中，充分混合均匀；
3）取调节剂，在100~120℃条件下烘干后，经过研磨，过320~330目筛，按配方加入到步骤2）所述混合料充分混合均匀；
4）取强化剂，粒度3000~8000目，按配方加入到步骤3）所述混合料充分混合均匀；
5）常温下，将激发剂在水中溶解，按配比加入到步骤4）所述混合料，充分混合均匀，即得胶凝材料成品。
步骤5）所用的水分含量为步骤1）~5）所用固体总重量的20~30%。
所述的胶凝材料成品所用水量根据标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（jtge51-2009）击实试验t0804-1994确定。无机结合料稳定材料进行击实或振实试验时，在含水量-干密度坐标系上绘出各个对应点，连成圆滑的曲线，曲线的峰值点对应的含水量和干密度即为最佳含水量和最大干密度。表明最佳含水量及最佳压实效果的状态下稳定材料所能达到的最大干密度。其中，所述的含水量即为本发明所述胶凝材料中的用水量。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明充分利用固废材料的化学特性，有效激活活性成分，实现强度和耐水性能的保障，从而将此胶凝材料大量应用路面基层中；本发明固废占比96%以上，也不需要煅烧或水洗等前处理步骤，无二次污染，资源利用率高；本发明与传统胶凝材料相比，不需要煅烧、水洗、陈化等预处理过程，也不需要在应用中加入水泥等填充料或骨料，就能使最终的胶凝材料凝固后强度达到30mpa以上，满足路面基层胶凝材料的要求，因此能够有效减少能耗，降低成本，便于应用推广。
具体实施方式
是本发明的最佳实施例，下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏390g；矿渣粉420g；赤泥120g；硅灰40g；水玻璃30g；水250g。
制备方法：
1）取钛石膏，在70℃条件下烘干后，经过研磨，过80目筛备用；
2）取矿渣粉，在105℃条件下烘干后，经过研磨，过400目筛，按配方加入到步骤1）所述钛石膏中，充分混合均匀；
3）取赤泥，在110℃条件下烘干后，经过研磨，过325目筛，按配方加入到步骤2）所述混合料充分混合均匀；
4）取硅灰，粒度3000~8000目，按配方加入到步骤3）所述混合料充分混合均匀；
5）常温下，将水玻璃在水中溶解，按配方加入到步骤4）所述混合料，充分混合均匀，即得胶凝材料成品。
实施例2
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏410g；矿渣粉420g；赤泥100g；偏高岭土20g；硫酸钠20g；水247g。
制备步骤与实施例1相同。
实施例3
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏420g；矿渣粉440g；赤泥100g；偏高岭土20g；硫酸钠20g；水253g。
制备步骤与实施例1相同。
实施例4
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏650g；矿渣粉420g；赤泥190g；偏高岭土60g；硫酸钠40g；水345.5g。
制备步骤与实施例1相同。
实施例5
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏400g；矿渣粉270g；赤泥80g；偏高岭土15g；硫酸钠15g；水196.6g。
制备步骤与实施例1相同。
对比例1
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏390g；矿渣粉420g；赤泥120g；硅灰0g；水玻璃30g；水240g。
制备步骤与实施例1相同。
对比例2
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏350g；矿渣粉460g；赤泥120g；硅灰40g；水玻璃30g；水250g。
制备步骤与实施例1相同。
对比例3
一种路用耐水复合胶凝材料和制备方法。
配方：钛石膏400g；矿渣粉470g；赤泥60g；硅灰40g；水玻璃30g；水250g。
制备步骤与实施例1相同。
性能测试
将上述配方及方法制得的钛石膏基复合胶凝材料参照《jtge51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中无侧限抗压强度试验进行，其中7d无侧限抗压强度为养护凝固7天后的胶凝材料无侧限抗压强度；28d无侧限抗压强度为养护凝固28天后的降凝材料无侧限抗压强度。
各实施例性能测试结果见表1和表2，表1为7d无侧限抗压强度与软化系数测试结果，表2为28d无侧限抗压强度与软化系数测试结果。
表17d测试结果
表228d测试结果
根据表1与表2测试结果可以看到，当对比例1中没有添加强化剂的情况下，抗压强度与软化系数都将受到较大的影响，根据对比例2、对比例3与实施例1的测试结果对比，赤泥不只是填充作用，更主要的也具有对其他材料提供碱性环境和硅、铝元素激发的效果；钛石膏除了填充作用，里面丰富的硫酸根也起到了激发作用，提高矿渣的活性，增强胶凝材料凝固后的强度，因此按照本发明所述的配方范围内各组分添加量制备，可以有效的提高胶凝材料养护凝固后的强度，以适用于路用胶凝材料，大大拓宽了钛石膏的应用方向，节约能源与空间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。