本发明涉及道路基质，具体地，涉及一种道路基层材料及其制备方法。
背景技术：
：钢渣是在炼钢过程中产生的副产品，属于工业废料，非金属固态是钢渣的表现形态，由于工业科技的发展，废旧钢渣越来越多，很多炼钢厂旁钢渣堆积成山，占用巨大的土地资源空间，造成严重的生态环境污染等问题。将钢渣用于道路建设、建材和农业生产等领域，不仅可有效解决工业固体废弃物的资源化利用，还可以减少砂石的开采以减少一些山地的水土流失。由于钢渣在本质上是一种工业生产中的废渣，炼钢过程中钢厂会有不同的提纯工艺，可能所产出的废渣中会携带部分环境污染成分，所以，在工业生产含有涉及重金属的工艺时，出厂时的钢渣自身会带有一定含量的重金属，当该类钢渣应用于道路基层时，如何降低或避免钢渣中重金属的析出具有十分重要的意义。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术存在的钢渣中重金属析出的问题，提供一种道路基层材料及其制备方法，该道路基层材料具有重金属析出率低的优点，实现固态废弃物的资源化利用。为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种道路基层材料，含有以下原料组分，以10重量份的碎石细集料为基准，钢渣粗集料的含量为20-30重量份、水泥的含量为1.2-2.5重量份、水的含量为2-3.5重量份。优选地，所述钢渣粗集料包括第一钢渣、第二钢渣和第三钢渣，所述第一钢渣的粒径为19-26.5mm，所述第二钢渣的粒径为9.5-19mm，所述第三钢渣的粒径为4.75-9.5mm，所述第一钢渣、所述第二钢渣和所述第三钢渣的质量比为1-1.2：1-1.5：1。优选地，所述碎石细集料包括第一碎石、第二碎石、第三碎石和第四碎石，所述第一碎石的粒径为2.36-4.75mm，所述第二碎石的粒径为0.6-2.36mm，所述第三碎石的粒径为0.075-0.6mm，所述第四碎石的粒径为小于0.075mm，所述第一碎石、所述第二碎石、所述第三碎石和所述第四碎石的质量比为3-4：6-8：5-7：1。优选地，所述水泥为硅酸盐水泥。本发明第二方面提供一种制备道路基层材料的方法，包括以下步骤：将钢渣粗集料、碎石细集料、水泥和水混合得到混合料，将所述混合料进行振动搅拌；其中，以10重量份的碎石细集料为基准，钢渣粗集料的用量为20-30重量份、水泥的用量为1.2-2.5重量份、水的用量为2-3.5重量份。优选地，所述钢渣粗集料包括第一钢渣、第二钢渣和第三钢渣，所述第一钢渣的粒径为19-26.5mm，所述第二钢渣的粒径为9.5-19mm，所述第三钢渣的粒径为4.75-9.5mm，所述第一钢渣、所述第二钢渣和所述第三钢渣的质量比为1-1.2：1-1.5：1；优选地，所述碎石细集料包括第一碎石、第二碎石、第三碎石和第四碎石，所述第一碎石的粒径为2.36-4.75mm，所述第二碎石的粒径为0.6-2.36mm，所述第三碎石的粒径为0.075-0.6mm，所述第四碎石的粒径为小于0.075mm，所述第一碎石、所述第二碎石、所述第三碎石和所述第四碎石的质量比为3-4：6-8：5-7：1；优选地，所述水泥为硅酸盐水泥。优选地，将钢渣粗集料、碎石细集料、水泥和水混合的过程包括：将所述钢渣粗集料、所述碎石细集料与所述水混合、搅拌后进行闷料得到混合闷料，将所述混合闷料与水泥混合得到所述混合料。优选地，所述闷料的过程至少满足以下条件：温度为20-40℃、时间为10-15h。优选地，所述振动搅拌的过程至少满足以下条件：振动频率为20-30hz、振幅为0.8-1.2mm、搅拌转速为50-60rpm、时间为35-45s。优选地，该方法还包括将所述振动搅拌得到的物料进行成型，所述成型与所述振动搅拌的间隔时间小于1h。通过上述技术方案，本发明的有益效果为：1、本发明提供的道路基层材料利用水泥的胶凝作用使得钢渣粗集料与碎石细集料的粗细颗粒排列更加紧密，凝结混合料中的碎石细颗粒，能够减小碎石细颗粒的损失率，同时碎石细颗粒和水泥颗粒还能够充分地填充在钢渣粗集料形成的粗骨架之间，从而大幅减小道路基层材料出现大空隙的概率；水泥的裹覆作用不仅能够减小钢渣粗集料的外露面积，而且能够与道路基层材料接触到的水发生水化反应，从而阻挡钢渣粗集料中的重金属析出溶于水质中；2、本发明提供的道路基层材料制备方法，通过振动搅拌不仅使水泥颗粒分散均匀，还能够使得碎石细集料和水泥充分填充钢渣粗集料的内部孔隙，阻止钢渣粗集料内重金属的析出路径，降低道路基层材料中重金属的析出率。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本发明提供了一种道路基层材料，含有以下原料组分，以10重量份的碎石细集料为基准，钢渣粗集料的含量为20-30重量份、水泥的含量为1.2-2.5重量份、水的含量为2-3.5重量份。本发明中，钢渣粗集料指的是粒径为4.75mm以上的钢渣颗粒，碎石细集料指的是粒径为4.75mm以下的碎石颗粒，钢渣粗集料和碎石细集料分别通过筛分处理得到。由于钢渣粗集料本身的重金属析出率比钢渣细集料的重金属析出率低，因此，本发明提供的道路基层材料，从原料组分和配比的角度，减小了重金属的析出。根据本发明，所述钢渣粗集料包括第一钢渣、第二钢渣和第三钢渣，所述第一钢渣的粒径为19-26.5mm，所述第二钢渣的粒径为9.5-19mm，所述第三钢渣的粒径为4.75-9.5mm，所述第一钢渣、所述第二钢渣和所述第三钢渣的质量比为1-1.2：1-1.5：1。第一钢渣、第二钢渣和第三钢渣分别为不同规格的钢渣粗集料，钢渣通过筛分处理进行分类后，再按照上述的质量比进行混合以备用。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，更有利于道路基层材料的各原料组分之间排列的紧密度。根据本发明，所述碎石细集料包括第一碎石、第二碎石、第三碎石和第四碎石，所述第一碎石的粒径为2.36-4.75mm，所述第二碎石的粒径为0.6-2.36mm，所述第三碎石的粒径为0.075-0.6mm，所述第四碎石的粒径为小于0.075mm，所述第一碎石、所述第二碎石、所述第三碎石和所述第四碎石的质量比为3-4：6-8：5-7：1。第一碎石、第二碎石、第三碎石和第四碎石分别为不同规格的碎石细集料，碎石通过筛分处理进行分类后，再按照上述的质量比进行混合以备用。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，更利于碎石细颗粒渗透到钢渣粗集料的内部孔隙，以减少钢渣中重金属的析出路径。根据本发明，所述水泥可以是常规种类的水泥，示例性地，水泥为硅酸盐水泥。第二方面，本发明提供了一种制备道路基层材料的方法，包括以下步骤：将钢渣粗集料、碎石细集料、水泥和水混合得到混合料，将所述混合料进行振动搅拌；其中，以10重量份的碎石细集料为基准，钢渣粗集料的用量为20-30重量份、水泥的用量为1.2-2.5重量份、水的用量为2-3.5重量份。本发明中，道路基层材料的各原料组分混合后经过振动搅拌处理，不仅能够使得水泥颗粒分散均匀，不会出现水泥成团的现象，从而有利于水泥颗粒渗透到钢渣粗集料的内部微孔隙中，以减少水泥颗粒的析出路径；还能够使得碎石细集料和水泥充分填充钢渣粗集料的内部孔隙，阻止钢渣粗集料内重金属的析出路径，降低道路基层材料中重金属的析出率。根据本发明，所述钢渣粗集料包括第一钢渣、第二钢渣和第三钢渣，所述第一钢渣的粒径为19-26.5mm，所述第二钢渣的粒径为9.5-19mm，所述第三钢渣的粒径为4.75-9.5mm，所述第一钢渣、所述第二钢渣和所述第三钢渣的质量比为1-1.2：1-1.5：1。根据本发明，所述碎石细集料包括第一碎石、第二碎石、第三碎石和第四碎石，所述第一碎石的粒径为2.36-4.75mm，所述第二碎石的粒径为0.6-2.36mm，所述第三碎石的粒径为0.075-0.6mm，所述第四碎石的粒径为小于0.075mm，所述第一碎石、所述第二碎石、所述第三碎石和所述第四碎石的质量比为3-4：6-8：5-7：1。根据本发明，所述水泥为硅酸盐水泥。根据本发明，将钢渣粗集料、碎石细集料、水泥和水混合的过程包括：将所述钢渣粗集料、所述碎石与所述水混合、搅拌后进行闷料得到混合闷料，将所述混合闷料与水泥混合得到所述混合料。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于道路基层材料的水均匀分布在其他原料中，进而能够在用于道路建设后增强密实度。本发明中对闷料的条件没有特别的限定，能够使得水均匀分散在各原料中即可。一般闷料的条件包括温度、时间等，优选情况下，所述闷料的过程至少满足以下条件：温度为20-40℃，具体可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，或者上述两个值之间的任意值；时间为10-15h，具体可以为10h、11h、12h、13h、14h、15h，或者上述两个值之间的任意值。根据本发明，所述振动搅拌的过程至少满足以下条件：振动频率为20-30hz，具体可以为20hz、22hz、24hz、26hz、28hz、30hz，或者上述两个值之间的任意值；振幅为0.8-1.2mm，具体可以为0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm，或者上述两个值之间的任意值；搅拌转速为50-60rpm，具体可以为50rpm、52rpm、54rpm、56rpm、58rpm、60rpm，或者上述两个值之间的任意值；时间为35-45s，具体可以为35s、37s、39s、41s、43s、45s，或者上述两个值之间的任意值。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于碎石细集料和水泥颗粒充分地填充在钢渣粗集料的孔隙，使得道路基层材料的紧实度更好，更利于阻止对重金属析出的路径。根据本发明，该方法还包括将所述振动搅拌得到的物料进行成型，所述成型与所述振动搅拌的间隔时间小于1h。所述成型采用压实成型，具体地，在振动搅拌完成后1h内进行成型操作。以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，cr6+和v的含量分别通过《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(gb/t30810-2014)中方法测得；钢渣粗集料来源自广西省防城港市盛隆钢厂，通过筛分处理得到粒径为19-26.5mm的第一钢渣、粒径为9.5-19mm的第二钢渣和粒径为4.75-9.5mm的第三钢渣；碎石细集料来源自陕西省渭南市某矿区的石灰岩碎石，通过筛分处理得到粒径为2.36-4.75mm的第一碎石、粒径为0.6-2.36mm的第二碎石、粒径为0.075-0.6mm的第三碎石和粒径为小于0.075mm的第四碎石。以下实施例中，在无特殊说明的情况下，室温指的是25±5℃。实施例1(1)取第一钢渣2300g、第二钢渣2900g、第三钢渣2100g、第一碎石500g、第二碎石1050g、第三碎石1000g、第四碎石150g与738g水混合、搅拌后，在室温下进行闷料12h，得到混合闷料；(2)将步骤(1)得到的混合闷料与500g硅酸盐水泥混合得到混合料，将混合料进行振动搅拌，振动搅拌的振动频率为25hz、振幅为1mm、搅拌转速为55rpm、时间为40s，振动搅拌结束后1h内成型。实施例2(1)取第一钢渣974g、第二钢渣1216g、第三钢渣810g、第一碎石200g、第二碎石400g、第三碎石350g、第四碎石50g与350g水混合、搅拌后，在室温下进行闷料15h，得到混合闷料；(2)将步骤(1)得到的混合闷料与250g硅酸盐水泥混合得到混合料，将混合料进行振动搅拌，振动搅拌的振动频率为30hz、振幅为1.2mm、搅拌转速为60rpm、时间为45s，振动搅拌结束后1h内成型。实施例3(1)取第一钢渣666g、第二钢渣667g、第三钢渣667g、第一碎石200g、第二碎石400g、第三碎石333g、第四碎石67g与200g水混合、搅拌后，在室温下进行闷料10h，得到混合闷料；(2)将步骤(1)得到的混合闷料与120g硅酸盐水泥混合得到混合料，将混合料进行振动搅拌，振动搅拌的振动频率为20hz、振幅为0.8mm、搅拌转速为50rpm、时间为30s，振动搅拌结束后1h内成型。实施例4按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(1)中闷料的时间为5h。实施例5按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(2)中振动搅拌的振动频率为50hz、振幅为3mm、搅拌转速为50rpm、时间为30s。实施例6按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(1)中第一钢渣的用量为400g、第二钢渣的用量为600g、第三钢渣的用量为1000g。实施例7按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(1)中第一钢渣的用量为1000g、第二钢渣的用量为800g、第三钢渣的用量为200g。实施例8按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(1)中第一碎石的用量为250g、第二碎石的用量为250g、第三碎石的用量为250g、第四碎石的用量为250g。对比例1按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(2)中水泥的用量为1000g。对比例2按照实施例3的方法制备道路基层材料，不同的是，步骤(1)中将第一碎石200g、第二碎石400g、第三碎石333g、第四碎石67g替换为第一碎石200g、第二碎石200g。对比例3(1)取第一钢渣666g、第二钢渣667g、第三钢渣667g、第一碎石200g、第二碎石400g、第三碎石333g、第四碎石67g与200g水混合、搅拌后，在室温下进行闷料10h，得到混合闷料；(2)将步骤(1)得到的混合闷料与120g硅酸盐水泥混合、搅拌均匀后，1h内成型。对比例4取第一钢渣666g、第二钢渣667g、第三钢渣667g、第一碎石200g、第二碎石400g、第三碎石333g、第四碎石67g与200g水混合、搅拌后，在室温下进行闷料10h后成型。测试例将实施例1-实施例8和对比例1-对比例4制备得到的道路基层材料，分别取2kg进行成型得到试件，将各个试件放在塑料桶中加入等量的水(3000ml)，使得试件能够完全浸没在水中，浸泡24h，浸泡过程中每4h用30ml塑料瓶对各个试件的浸泡液进行取样，测定浸泡液样品中铬(cr6+)和钒(v)的含量，结果如表1和表2所示。表1浸泡液样品中cr6+的浸出浓度(单位：mg/l)编号4h8h12h16h20h24h实施例10.1580.2540.2470.2620.2520.265实施例20.2260.1950.2370.2080.2150.210实施例30.2880.2630.3050.2730.2680.280实施例40.2930.2770.3050.2880.2790.289实施例50.2950.2860.2980.2930.2850.288实施例60.2890.2780.2980.2830.2780.285实施例70.2880.2690.2970.2760.2730.283实施例80.2910.2830.3010.2740.2710.281对比例10.3050.3160.3230.3140.3120.320对比例20.3030.3130.3200.3110.3080.316对比例30.3080.3190.3260.3180.3170.325对比例40.6000.9331.1781.1891.1891.167表2浸泡液样品中钒(v)的浸出浓度(单位：mg/l)编号4h8h12h16h20h24h实施例10.1550.1810.1600.1930.1820.163实施例20.1070.1180.1070.0990.1000.096实施例30.1820.1830.2180.1770.2150.189实施例40.1950.2010.2300.2070.2350.218实施例50.1940.2020.2350.2080.2360.221实施例60.1890.2010.2190.1880.2290.206实施例70.1860.1910.2240.1890.2270.203实施例80.1910.1940.2270.1920.2310.213对比例10.2110.2250.2440.2280.2430.232对比例20.2090.2220.2410.2250.2400.231对比例30.2150.2280.2470.2310.2490.238对比例40.4850.8101.2301.2521.1551.148通过表1的结果可以看出，实施例1-实施例8采用本发明的原料组分和制备方法制得道路基层材料，与对比例1-对比例4相比，浸泡液样品中铬(cr6+)和钒(v)的含量明显降低，具有明显更好的降低重金属析出率的效果。通过实施例3和对比例3可知，振动搅拌能够使得碎石细集料和水泥充分填充钢渣粗集料的内部孔隙，进一步阻止钢渣粗集料内重金属的析出路径，减少道路基层材料中重金属的析出。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12