一种石墨尾矿道路水稳层材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及c04b建筑材料，更具体地，本发明提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着城市化进程的不断发展，人们对道路综合性能的要求也在不断提升。其中，水稳层作为路面的主要的承重层，成为了路面的重要组成部分。为了提升路面的耐久性，尤其是石墨尾矿道路的使用寿命，如何提升水稳层的综合性能成为了建筑材料领域的工作人员的研究热点之一。但是现有技术中水稳层材料的综合性能仍需要进一步提升，以此来扩展水稳层材料的实际使用范围。

2、专利公开号为cn113698164a的中国发明专利公开了一种防裂防沉降道路水稳层材料，在本公开专利中向建筑石膏中加入矿渣粉、水泥、粉煤灰等材料，与添加剂相互作用，对建筑石膏进行改性，着重解决了现有技术中水稳材料易开裂、沉降的问题，但其水稳材料的耐冻性、耐久性、稳定性等技术指标仍需要进一步改善。

3、因此，开发一种具有优异抗压性能、耐久性能、附着性能、承载力的水稳层材料在建筑材料领域具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：石膏粉100-150份，硅酸盐水泥20-30份，骨料150-180份，增强纤维1-5份，改性粉煤灰10-15份，外加剂1-5份，水40-70份。

2、作为本发明一种优选的技术方案，所述石膏粉包括磷石膏粉、脱硫石膏粉、柠檬酸石膏、氟石膏粉中的至少一种。

3、作为本发明一种更优选的技术方案，所述石膏粉为磷石膏粉。

4、作为本发明一种优选的技术方案，所述骨料包括砂、海卵石、河沙、灰岩、白云岩、砂岩、花岗岩、玄武岩、正长岩、辉长岩、石英砂岩中的至少一种。

5、为了改善磷石膏粉和水泥的和易性和脱落度，提升水稳层材料的抗压强度和耐久性能，作为本发明一种更优选的技术方案，所述骨料为海卵石、石英砂岩，海卵石和石英砂岩的重量比为(1.2-2.4)：(0.5-1)。

6、作为本发明一种最优选的技术方案，所述海卵石和石英砂岩的重量比为2：0.8。

7、作为本发明一种优选的技术方案，所述海卵石的粒径为2-6mm。

8、作为本发明一种更优选的技术方案，所述海卵石的粒径为5mm。

9、作为本发明一种优选的技术方案，所述石英砂岩的表观密度为2000-3000kg/m3。

10、作为本发明一种更优选的技术方案，所述石英砂岩的表观密度为2500kg/m3。

11、作为本发明一种优选的技术方案，所述石英砂岩的粒径为0.3-0.9mm。

12、作为本发明一种更优选的技术方案，所述石英砂岩的粒径为0.5mm。

13、作为本发明一种优选的技术方案，所述增强纤维的长度为1-5mm。

14、作为本发明一种更优选的技术方案，所述增强纤维的长度为3mm。

15、作为本发明一种优选的技术方案，所述增强纤维包括聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、钢纤维、玻璃纤维、碳纤维中的至少一种。

16、为了改善磷石膏粉、水泥体系的致密度，在增强石膏基水稳层材料抗压强度和耐久性的同时，还提升水稳层材料的承载能力，作为本发明一种更优选的技术方案，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维，玻璃纤维和碳纤维的重量比为(0.2-0.8)：(1-2)。

17、作为本发明一种最优选的技术方案，所述玻璃纤维和碳纤维的重量比为0.6：1.5。

18、作为本发明一种优选的技术方案，所述改性粉煤灰的制备方法包括以下步骤：

19、将螯合型钛酸酯偶联剂溶于水中，在50-60℃下搅拌10-20min后，加入二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠，在60-80℃下反应20-30min后，通过过滤、洗涤、干燥，即得所述改性粉煤灰。

20、作为本发明一种优选的技术方案，所述螯合型钛酸酯偶联剂、二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠的重量比为(1-3)：(80-100)：(0.1-0.5)。

21、为了改善体系的孔隙率，解决现有技术中石膏基水稳层材料易断裂的问题，增强石膏基水稳层材料的综合性能，作为本发明一种更优选的技术方案，所述螯合型钛酸酯偶联剂、二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠的重量比为2.5：95：0.4。

22、作为本发明一种优选的技术方案，所述添加剂包括减水剂、引气剂、缓凝剂、促凝剂、粘结剂、阻锈剂、防冻剂中的至少一种。

23、作为本发明一种更优选的技术方案，所述添加剂为减水剂、引气剂，减水剂和引气剂的重量比为(0.2-0.8)：(0.5-1.2)。

24、作为本发明一种最优选的技术方案，所述减水剂和引气剂的重量比为0.6：1。

25、作为本发明一种优选的技术方案，所述减水剂包括木质素磺酸钙、萘磺酸盐减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂、粉末聚羧酸酯中的至少一种。

26、作为本发明一种优选的技术方案，所述减水剂为木质素磺酸钙。

27、作为本发明一种优选的技术方案，所述引气剂包括十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、烷基酚环氧乙烷缩合物、三萜皂苷中的至少一种。

28、作为本发明一种优选的技术方案，所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠。

29、本发明第二方面提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料的制备方法，包括以下步骤；

30、(1)将骨料、石膏粉、水泥、改性粉煤灰在搅拌机中混合均匀，得到混合均匀的干料；

31、(2)向步骤(2)所述干料中依次加入水、增强纤维、添加剂，搅拌20-30min，即得所述石墨尾矿道路水稳层材料。

32、本发明第三方面提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料的应用，所述应用为用于石墨尾矿道路的制备过程。

33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

34、1、本发明制备得到的石墨尾矿道路水稳层材料，通过向体系中加入粒径为5mm的海卵石和粒径为0.5mm的石英砂岩进行合理复配，尤其当石英砂岩的表观密度为2500kg/m3时，由于其特有的空间结构，改善了体系中磷石膏粉和水泥的和易性和塌落度，有效避免了现有技术中水稳层在承重时易开裂的问题，同时增强了海卵石和石英砂岩与水泥、磷石膏粉的粘结性，进一步增强了水稳层材料的抗压强度和耐久性。

35、2、本发明制备得到的石墨尾矿道路水稳层材料，通过向体系中加入长度为3mm的增强纤维，尤其当同时使用重量比为0.6：1.5的玻璃纤维和碳纤维进行合理复配时，可以与本体系中的木质素磺酸钙、磺化三聚氰胺甲醛树脂等添加剂通过协同作用，可以增强体系的致密度，在提升石膏基水稳层材料抗压强度和耐久性的同时，还进一步提升了水稳层材料的承载能力。

36、3、本发明制备得到的石墨尾矿道路水稳层材料，当向体系中加入了螯合型钛酸酯偶联剂改性的二级粉煤灰时，一方面可以提升水稳层材料密实度、抗渗性；另一方面改性后的二级粉煤灰可以有效避免在实际使用过程中出现上浮的情况，同时可以在本体系中海卵石、石英砂岩、玻璃纤维、碳纤维等物质的孔隙中具有优异的分散均匀度，增强了体系的稳定性，解决了石膏基水稳层易断裂的缺点，扩大了石膏基水稳层的应用范围。

37、4、本发明制备得到的石墨尾矿道路水稳层材料，通过向体系中加入木质素磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠，可以与本体系中的改性粉煤灰、海卵石、石英砂岩、玻璃纤维、碳纤维通过协同作用，增强了水稳层材料的抗压强度、耐久性、抗渗性、水稳性。

38、5、本发明制备得到的石墨尾矿道路水稳层材料，采用磷石膏粉、硅酸盐水泥，海卵石、石英砂岩，向其中加入了螯合型钛酸酯偶联剂改性后的二级粉煤灰和特定长度的玻璃纤维、碳纤维，制备得到的水稳层材料在具有优异抗压强度、耐久性、承载力的同时，还对石墨尾矿具有优异的附着性能，进一步提升了石墨尾矿道路水稳性能，延长了石墨尾矿道路的使用寿命。

39、实施例

40、实施例1

41、实施例1提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：石膏粉100份，硅酸盐水泥20份，骨料150份，增强纤维1份，改性粉煤灰10份，外加剂1份，水40份。

42、所述石膏粉为磷石膏粉，购自安徽省庐江县古镇矿产品有限公司；所述硅酸盐水泥购自淄博市淄川松岭水泥有限公司；

43、所述骨料为海卵石、石英砂岩，海卵石和石英砂岩的重量比为2：0.8；所述海卵石购自青岛志远滤料有限公司，粒径为5mm；石英砂岩购自石家庄登峰建材有限公司，表观密度为2500kg/m3，粒径为0.5mm；

44、所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维，玻璃纤维和碳纤维的重量比为0.6：1.5；所述玻璃纤维购自泰安鸿砼新材料有限公司，长度为3mm；所述碳纤维购自江西硕邦新材料科技有限公司，长度为3mm；

45、所述改性粉煤灰的制备方法包括以下步骤：

46、将螯合型钛酸酯偶联剂溶于水中，在55℃下搅拌13min后，加入二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠，在70℃下反应25min后，通过过滤、洗涤、干燥，即得所述改性粉煤灰。

47、其中，螯合型钛酸酯偶联剂、二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠的重量比为2.5：95：0.4；

48、所述螯合型钛酸酯偶联剂购自东莞市禾宝塑料有限公司，型号为311w；

49、所述外加剂为木质素磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钠的重量比为0.6：1；所述木质素磺酸钙购自上海鼎芬化学科技有限公司，十二烷基苯磺酸钠的cas号为25155-30-0；

50、所述石墨尾矿道路水稳层材料的制备方法，包括以下步骤；

51、(1)将骨料、石膏粉、水泥、改性粉煤灰在搅拌机中混合均匀，得到混合均匀的干料；

52、(2)向步骤(2)所述干料中依次加入水、增强纤维、添加剂，搅拌25min，即得所述石墨尾矿道路水稳层材料。

53、实施例2

54、实施例2提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：石膏粉150份，硅酸盐水泥30份，骨料180份，增强纤维5份，改性粉煤灰15份，外加剂5份，水70份。

55、所述石膏粉为磷石膏粉，购自安徽省庐江县古镇矿产品有限公司；所述硅酸盐水泥购自淄博市淄川松岭水泥有限公司；

56、所述骨料为海卵石、石英砂岩，海卵石和石英砂岩的重量比为2：0.8；所述海卵石购自青岛志远滤料有限公司，粒径为5mm；石英砂岩购自石家庄登峰建材有限公司，表观密度为2500kg/m3，粒径为0.5mm；

57、所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维，玻璃纤维和碳纤维的重量比为0.6：1.5；所述玻璃纤维购自泰安鸿砼新材料有限公司，长度为3mm；所述碳纤维购自江西硕邦新材料科技有限公司，长度为3mm；

58、所述改性粉煤灰的制备方法包括以下步骤：

59、将螯合型钛酸酯偶联剂溶于水中，在55℃下搅拌13min后，加入二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠，在70℃下反应25min后，通过过滤、洗涤、干燥，即得所述改性粉煤灰。

60、其中，螯合型钛酸酯偶联剂、二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠的重量比为2.5：95：0.4；

61、所述螯合型钛酸酯偶联剂购自东莞市禾宝塑料有限公司，型号为311w；

62、所述外加剂为木质素磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钠的重量比为0.6：1；所述木质素磺酸钙购自上海鼎芬化学科技有限公司，十二烷基苯磺酸钠的cas号为25155-30-0；

63、所述石墨尾矿道路水稳层材料的制备方法同实施例1。

64、实施例3

65、实施例3提供了一种石墨尾矿道路水稳层材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：石膏粉125份，硅酸盐水泥25份，骨料160份，增强纤维3份，改性粉煤灰13份，外加剂3份，水60份。

66、所述石膏粉为磷石膏粉，购自安徽省庐江县古镇矿产品有限公司；所述硅酸盐水泥购自淄博市淄川松岭水泥有限公司；

67、所述骨料为海卵石、石英砂岩，海卵石和石英砂岩的重量比为2：0.8；所述海卵石购自青岛志远滤料有限公司，粒径为5mm；石英砂岩购自石家庄登峰建材有限公司，表观密度为2500kg/m3，粒径为0.5mm；

68、所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维，玻璃纤维和碳纤维的重量比为0.6：1.5；所述玻璃纤维购自泰安鸿砼新材料有限公司，长度为3mm；所述碳纤维购自江西硕邦新材料科技有限公司，长度为3mm；

69、所述改性粉煤灰的制备方法包括以下步骤：

70、将螯合型钛酸酯偶联剂溶于水中，在55℃下搅拌13min后，加入二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠，在70℃下反应25min后，通过过滤、洗涤、干燥，即得所述改性粉煤灰。

71、其中，螯合型钛酸酯偶联剂、二级粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠的重量比为2.5：95：0.4；

72、所述螯合型钛酸酯偶联剂购自东莞市禾宝塑料有限公司，型号为311w；

73、所述外加剂为木质素磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钠的重量比为0.6：1；所述木质素磺酸钙购自上海鼎芬化学科技有限公司，十二烷基苯磺酸钠的cas号为25155-30-0；

74、所述石墨尾矿道路水稳层材料的制备方法同实施例1。

75、对比例1

76、对比例1的具体实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入增强纤维。

77、对比例2

78、对比例2的具体实施方式同实施例3，不同之处在于，将改性粉煤灰替换为普通二级粉煤灰。

79、性能评价

80、(1)抗压强度测试

81、将实施例1-3、对比例1-2制备得到的水稳层材料制成150mm×150mm×150mm的样品，将其在温度为20℃，湿度为95％的条件养护7天，按照t0805-1994《公路工程无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》的方案，进行抗压强度测试，测得数据见表1；

82、(2)耐久性能测试

83、将实施例1-3、对比例1-2制备得到的水稳层材料制成150mm×150mm×150mm的样品，将其在温度为20℃，湿度为95％的条件养护7天，按照gb/t50082-2006《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》进行耐久性能的测试，其损失率越低，说明产品的耐久性能越好，测得数据见表1。

84、表1石墨尾矿道路水稳层材料性能测试结果

85、