用于水泥稳定路面基层材料的煤基固废型抗裂剂的制作方法

1.本发明涉及建筑材料领域。更具体地说，本发明涉及一种用于水泥稳定路面基层材料 的煤基固废型抗裂剂及其制备方法。


背景技术：

2.水泥稳定粒料由于具有早期强度高，水稳性、抗冲刷性好，施工便捷等优点，因而广 泛用作高等级公路基层。但从工程应用情况来看，水泥稳定粒料基层存在一个致命的缺陷， 就是易于出现过于密集的开裂。而基层一旦开裂，往往成为引发沥青路面破坏的根源之一。 因此，在施工期间基层出现的裂缝，要求用土工布进行搭接，甚至对于密集开裂的个别路 段，要求进行返工。这不仅增加建设成本，而且影响工期，是一个急待解决的问题。
3.水泥稳定基层开裂的本质，是由于水泥稳定粒料的干缩、温缩特性所决定的。而通用 硅酸盐水泥自身的水化收缩特性，是影响水泥稳定材料干缩的主要原因之一，且随着水泥 用量增加，路面基层材料的开裂加剧。2015年《公路路面基层施工技术细则》(jtg/t f20
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2015)开始实施，该标准大幅度的提高了水泥稳定基层材料的7d无侧限抗压强度，各等 级道路基层与底基层均提高1～2mpa的强度。基层和底基层强度的大幅度提高也意味着水 泥稳定基层材料的水泥用量也需要大幅度的提高(通常要提高2～3％)，这将导致水泥稳定 基层材料的开裂风险更加突出。同时，正在修订的gb/t 175《通用硅酸盐水泥》标准， 准备取消复合32.5水泥，甚至整体取消32.5水泥这个品种，以缓解水泥产能严重过剩、 质量不合格水泥造成建筑安全隐患等问题。32.5等级水泥的取消，将对道路基层带来极大 的危害，一方面，32.5等级的水泥取消，基层施工时只能选择42.5级水泥，水泥更细、 早期强度更高，基层材料的内应力将更大，开裂的风险也将更显著；另一方面，水泥强度 等级提高，水泥的初凝、终凝时间更短，水泥稳定粒料的延迟碾压强度损失将更加明显， 更不利于道路基层质量的控制。
4.同时，如能充分利用煤炭发电产生的工业废弃物，制备适用于水泥稳定基层材料的抗 裂剂，既可消纳此类工业固体废弃物，又可降低水泥中熟料的数量，即降低单位质量水泥 的碳排放量，符合国家的可持续发展政策。且可充分发挥工业固体废弃物特性，改善路面 基层水泥性能，提高道路基层的抗裂性，将形成一举多得效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于水泥稳定路面基层材料的煤基固废型抗裂剂，通过抗裂 剂与水稳基层材料中水泥的相互作用，补偿水稳基层材料水化过程中产生的收缩，并通过 提高水稳基层材料的抗劈裂强度，提高水稳基层的整体抗裂性能，改善水稳基层的长期力 学性能和耐久性能，降低路面病害发生几率，进而提升路面整体使用年限，解决了水泥稳 定基层材料抗裂性差、开裂严重引起的反射裂缝而诱发的系列路面病害等问题。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于水泥稳定路面基层材料 的煤基固废型抗裂剂，其包括：30～70％的抗裂母料、10～40％的烧制脱硫石膏、0.1
可以显著提高水稳基层的抗劈裂强度，提高水稳基层的抗裂性能。且经过高温烧结，mgo 在抗裂母料中形成方镁石，由于方镁石水化速度很慢，主要是在水泥水化的后期才产生明 显的膨胀效果，可以补偿后期水稳基层的水化收缩，保障水稳基层长期的体积稳定性。
21.本发明中，烧制脱硫石膏是采用热电厂固废脱硫石膏经160
±
10℃烘干40min所得到， 烧制脱硫石膏主要成分为半水石膏或无水石膏，该烧制脱硫石膏是在后期配制抗裂剂时添 加的，其添加的目的是与抗裂母料中的硫铝酸盐矿物形成aft晶体产生膨胀效果，同时， 还可以与水泥的中的c3a发生反应，形成aft晶体起到膨胀效果。该烧制脱硫石膏的补 充，将有助于在水稳基层材料中形成足够量的aft，对水稳基层材料的水化收缩形成良好 的补偿，避免因水化收缩形成裂缝。
22.本发明中的调凝剂，主要包括硼砂、富里酸、糖蜜、葡萄糖酸钙等，其产品均为工业 级。
23.本发明中的木质素纤维较其它类型的纤维保水性更好，更有利于水稳基层抗裂的控制， 木质素纤维在水稳基层硬化阶段可以提高基层材料的抗冲击性和疲劳性能，有效减少水稳 基层的裂缝，增加水稳基层材料的连续性，降低了冲击受力过程中冲击力被阻断引起的应 力集中现象，更好的保障水稳基层材料的整体性。
24.本发明中的活化素包括聚丙烯酰胺、油酸正丁酯硫酸酯钠、二萘基甲烷二磺酸钠、十 二烷基磺酸钠，该活化素的主要作用是抑制水稳基层材料集料带入粘土带来的收缩问题， 通过活化素改善粘土的对水的敏感性，降低因粘土失水造成的收缩开裂几率。该复配的活 化素主要为表面活性物质组成，当大分子在粘土表面形成单层吸附时，利用其高分子效应， 溶液中的强离子可使土的双电层结构破坏，减弱土-水界面的化学作用力，从根本上改变 土颗粒的表面性能，使其趋于憎水性，提高了粘土的水稳性，降低其膨胀性和压缩性，提 高了抗剪性。
25.本发明中的po42.5水泥为普通市售符合gb175《通用硅酸盐水泥》要求的po42.5 水泥，其主要作用为调节抗裂剂中各组分比例使用。
26.本发明还提供一种上述的用于水泥稳定路面基层材料的煤基固废型抗裂剂的制备方 法，其包括：按配比称取抗裂母料、烧结脱硫石膏、调凝剂、木质素纤维、活化素以及 po42.5水泥后，混合磨细至0.08mm的标准方孔筛筛余≤10.0％。
27.本发明还提供一种水泥稳定路面基层材料，所述水泥稳定路面基层材料中包括上述的 煤基固废型抗裂剂。
28.本发明至少包括以下有益效果：
29.本发明所述用于水泥稳定路面基层材料的煤基固废型抗裂剂，其抗裂方式是通过补偿 水稳基层材料收缩，提高抗劈裂强度，降低弹性模量，提高水稳基层材料的整体抗裂性能。
30.本发明为解决水稳基层材料抗裂性差提供了技术支持，该技术在我国半刚性基层中具 有广泛的应用前景；采用本发明所制备的水稳路面基层材料，能够显著降低水稳基层材料 的开裂的几率，提高水稳基层材料的整体性，延长路面的寿命。同时，本发明可以大量利 用循环流化床灰渣、高铝粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废，减少了煤基固废带来的环境污染 问题，即利用了固体废弃物，又改善了水稳基层材料抗裂性。
31.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本
10.0％。
67.《水泥稳定路面基层材料实施例2》
68.一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：煤基固废型抗裂剂实施例2为 1％，po42.5水泥为3％，粉煤灰为12％，集料为84％。
69.《水泥稳定路面基层材料对比例2》
70.一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：po42.5水泥为4％，粉煤灰为12％，集料为84％。
71.试验对比由水泥稳定路面基层材料实施例2施工的路面基层与由水泥稳定路面基层 材料对比例2施工的路面基层的劈裂强度、回弹模量以及干缩应变，实验结果见表2。
72.表2水稳路面基层的物理力学性能
[0073][0074]
《煤基固废型抗裂剂实施例3》
[0075]
一种煤基固废型抗裂剂，其中各组分含量如下：抗裂母料为35％，烧制脱硫石膏为 25％，调凝剂为0.6％，木质素纤维为8％，活化素为0.5％、po42.5水泥为30.9％。
[0076]
上述煤基固废型抗裂剂的制备方法包括：按配比称取抗裂母料、烧结脱硫石膏、调凝 剂、木质素纤维、活化素以及po42.5水泥后，混合磨细至0.08mm的标准方孔筛筛余≤ 10.0％。
[0077]
《水泥稳定路面基层材料实施例3》
[0078]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：煤基固废型抗裂剂实施例3为 1％，po42.5水泥为3％，集料为96％。
[0079]
《水泥稳定路面基层材料对比例3》
[0080]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：po42.5水泥为4％，集料为96％。
[0081]
试验对比由水泥稳定路面基层材料实施例3施工的路面基层与由水泥稳定路面基层 材料对比例3施工的路面基层的劈裂强度、回弹模量以及干缩应变，实验结果见表3。
[0082]
表3水稳路面基层的物理力学性能
[0083]
[0084][0085]
《煤基固废型抗裂剂实施例4》
[0086]
一种煤基固废型抗裂剂，其中各组分含量如下：抗裂母料为60％，烧制脱硫石膏为 25％，调凝剂为0.6％，木质素纤维为3％，活化素为0.5％、po42.5水泥为10.9％。
[0087]
上述煤基固废型抗裂剂的制备方法包括：按配比称取抗裂母料、烧结脱硫石膏、调凝 剂、木质素纤维、活化素以及po42.5水泥后，混合磨细至0.08mm的标准方孔筛筛余≤ 10.0％。
[0088]
《水泥稳定路面基层材料实施例4》
[0089]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：煤基固废型抗裂剂实施例4为 1％，po42.5水泥为3％，集料为96％。
[0090]
《水泥稳定路面基层材料对比例4》
[0091]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：po42.5水泥为4％，集料为96％。
[0092]
试验对比由水泥稳定路面基层材料实施例4施工的路面基层与由水泥稳定路面基层 材料对比例4施工的路面基层的劈裂强度、回弹模量以及干缩应变，实验结果见表4。
[0093]
表4水稳路面基层的物理力学性能
[0094][0095][0096]
《煤基固废型抗裂剂实施例5》
[0097]
一种煤基固废型抗裂剂，其中各组分含量如下：抗裂母料为60％，烧制脱硫石膏为 25％，调凝剂为0.6％，木质素纤维为8％，活化素为0.1％、po42.5水泥为6.3％。
[0098]
上述煤基固废型抗裂剂的制备方法包括：按配比称取抗裂母料、烧结脱硫石膏、调凝 剂、木质素纤维、活化素以及po42.5水泥后，混合磨细至0.08mm的标准方孔筛筛余≤ 10.0％。
[0099]
《水泥稳定路面基层材料实施例5》
[0100]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：煤基固废型抗裂剂实施例5为 1％，po42.5水泥为3％，集料为96％。
[0101]
《水泥稳定路面基层材料对比例5》
[0102]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：po42.5水泥为4％，集料为96％。
[0103]
试验对比由水泥稳定路面基层材料实施例5施工的路面基层与由水泥稳定路面基层 材料对比例5施工的路面基层的劈裂强度、回弹模量以及干缩应变，实验结果见表5。
[0104]
表5水稳路面基层的物理力学性能
[0105][0106]
《煤基固废型抗裂剂实施例6》
[0107]
一种煤基固废型抗裂剂，其中各组分含量如下：抗裂母料为60％，烧制脱硫石膏为 10％，调凝剂为0.6％，木质素纤维为8％，活化素为0.5％、po42.5水泥为20.9％。
[0108]
上述煤基固废型抗裂剂的制备方法包括：按配比称取抗裂母料、烧结脱硫石膏、调凝 剂、木质素纤维、活化素以及po42.5水泥后，混合磨细至0.08mm的标准方孔筛筛余≤ 10.0％。
[0109]
《水泥稳定路面基层材料实施例6》
[0110]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：煤基固废型抗裂剂实施例6为 1％，po42.5水泥为3％，集料为96％。
[0111]
《水泥稳定路面基层材料对比例6》
[0112]
一种水泥稳定路面基层材料，其中各组分含量如下：po42.5水泥为4％，集料为96％。
[0113]
试验对比由水泥稳定路面基层材料实施例6施工的路面基层与由水泥稳定路面基层 材料对比例6施工的路面基层的劈裂强度、回弹模量以及干缩应变，实验结果见表6。
[0114]
表6水稳路面基层的物理力学性能
[0115][0116]
通过上述试验对比结果不难发现，相比于不含抗裂剂的水稳基层材料，采用含有本发 明所述煤基固废型抗裂剂的水稳基层材料施工的路面基层，其28d无侧限抗压强度得到了 提升，28d回弹模量减小，最大失水率和最大干缩应变也都减小，这说明本发明所述用于 水泥稳定路面基层材料的煤基固废型抗裂剂能够提高抗劈裂强度，降低弹性模量，提高水 稳基层材料的整体抗裂性能。
[0117]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用， 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现 另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特 定的细节和这里示出与描述的实施例。