一种环保型凝固剂、铺路材料及其制备方法与流程

本发明涉及交通工程，尤其是涉及一种环保型凝固剂、铺路材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着国民经济的不断发展，市政工程和建筑施工已成为国民基础建设的重要组成部分，其规模和要求也在不断的向高标准高要求方向发展，而铺路工程则是市政、建筑工程建设的重点对象，发展优质的铺路材料是铺路工程能否稳定、良好前进的重要因素。然而，现有的铺路材料由于配方结构存在的不合理，具有养护周期长、抗冻溶性差、强度低等诸多缺点，而且存在一定程度的二次污染问题。

2、工业废渣是我国排放量最大的固体废弃物。据不完全统计，我国产生的大宗工业固体废弃物118亿吨，总堆存量约190亿吨，仅尾矿占地堆放面积达1300万亩。2018年，200个大、中城市的一般工业固体废物产生量达15.5亿吨，综合利用量为8.6亿吨，处置量为3.9亿吨，贮存量为8.1亿吨，倾倒丢弃量为4.6万吨，由此可见，一般工业固体废物综合利用量占利用处置总量的41.7％，处置和贮存分别占比18.9％和39.3％。

3、在可预见的将来，工业废渣产生量、排放量将会长期巨大，并且随着经济建设的持续发展呈现出逐年递增趋势。由于工业废渣不能自然降解，其长期堆存不仅占用大量土地，而且对土壤、河流、植被、大气造成了严重的环境污染和生态危害。此外，大量的采矿废石、尾矿等长期堆存的工业有害废渣不仅毁坏了大片的农田和森林，而且经过雨雪淋溶，可溶成分富集，有害物质随水流淌，污染水源，并向地表深层迁移扩散，使堆场附近的土质酸化、碱化、硬化，甚至发生重金属型严重污染，对当地人民群众身体健康和经济社会发展造成了极大的威胁。

4、因此，固体废弃物综合利用仍然是处理一般工业固体废物的主要途径。而如何利用环保凝固剂或固化剂提高固体废物的强度、密实度、回弹模量、压弯值、cbr、剪切强度等性能，以压实铺路，延长道路的使用寿命，节省了工程维修成本，是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种环保型凝固剂，该凝固剂可使混合料生成稳定的综合体结构；

2、本发明的第二目的在于提供一种铺路材料，旨在缩短道路养护周期。

3、本发明提供的一种环保型凝固剂，包括以下重量份数的原材料：

4、氯化钠0.04-0.07份、聚丙烯酰胺0.04-0.07份、柠檬酸0.04-0.07份和氟硅酸钠0.04-0.07份。

5、本发明的环保型凝固剂主要由氯化钠、聚丙烯酰胺、柠檬酸和氟硅酸钠组成，其中，氯化钠易溶于水，做为反应稳定剂；聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键、使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物；柠檬酸提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂；氟硅酸钠水溶液呈中性，做为凝固剂和粘着剂。上述四种化学物质混合后，可激发及催化各类大宗工业固体废物的活性物质、电解质和表面活性，进而平衡原料颗粒表面的电荷，减薄双电层的厚度，加强混合料化学反应和物理反应的过程，使混合料生成稳定的综合体结构，提高结构表层的水稳定性和强度。

6、进一步，包括以下重量份数的原材料：

7、氯化钠0.05-0.06份、聚丙烯酰胺0.05-0.06份、柠檬酸0.05-0.06份和氟硅酸钠0.05-0.06份。

8、本发明还公开了一种铺路材料，包括固废、水泥、填充助剂、水和上述的凝固剂；

9、其中，所述固废、所述水泥、所述填充助剂、所述水和所述凝固剂的质量比为(80-90)：(5-15)：(1-3)：(20-40)：(0.1-0.3)。

10、本发明以固体废弃物为原料，拌和上述的环保凝固剂生产路基和路面材料，且固废、水泥、填充助剂、水和凝固剂的质量比为(80-90)：(5-15)：(1-3)：(20-40)：(0.1-0.3)。其中，环保凝固剂可激发及催化各类大宗工业固体废物的活性物质、电解质和表面活性，进而平衡原料颗粒表面的电荷，减薄双电层的厚度，加强混合料化学反应和物理反应的过程，使混合料生成稳定的综合体结构，提高结构表层的水稳定性和强度，固体废弃物的强度、密实度、回弹模量、压弯值、cbr、剪切强度等性能都能得到很大的提高，将其作为路基或路面材料，路基可用于三级以上等级公路，路面可用于运动场、公园、乡村道路、护坡、挡土墙、河床等处，可延长道路的使用寿命，节省工程维修成本。此外，还可生产建筑用砌块、透水砖等，上述产品可广泛应用于市政、园林、道路、房建、海绵城市建设、河道水域治理等多种用途。而一顿固废仅需掺1-3公斤凝固剂，即1-3‰，制砖需加5-8％的水泥，修路需加5-15％的水泥，成型或碾压后混合料即可达到预定强度和性能。综上，该铺路材料具有高性能、低参量、环保、适应性强等特点，其中，高性能、低参量是指该产品能激发、催化固废的活性；环保指其溶于水后无色无味；而适应性强指其可适用于各种固废，如煤矸石、粉煤灰、炉渣、渣土、污泥、陶粒、钢渣、镍渣、赤泥、建筑垃圾、化工污泥、脱硫石膏、生活垃圾焚烧渣、山皮土、工程土等。

11、进一步，所述固废为铁尾矿渣、金矿尾矿渣、赤泥、煤矸石、河道淤泥或建筑固体废弃物中的任意一种或多种。

12、本发明中的固废优选铁尾矿渣、金矿尾矿渣、赤泥、煤矸石、河道淤泥或建筑固体废弃物中的任意一种或多种，此外，固废还可选用沙土、钢渣、陶粒、玻璃粉等材料，其中，建筑固体废弃物指建筑拆除的混凝土废渣、砖墙废渣及装修瓷砖抹灰等废渣。

13、进一步，所述填充助剂为粉煤灰、火山灰或硅灰中的任意一种或多种。

14、本发明的填充助剂优选粉煤灰、火山灰或硅灰中的任意一种或多种，这是因为粉煤灰、火山灰及硅灰这些材料的粒径很小，基本上为纳米级别的，可以填充压缩后固体废弃物中间的微小空隙，使路面更加密实，强度更高。此外，粉煤灰类似水泥，遇水后会产生一定的强度，可进一步提高路面的抗压强度。

15、进一步，包括以下重量份数的原材料：

16、固废85-90份、氯化钠0.04-0.06份、聚丙烯酰胺0.05-0.07份、氟硅酸钠0.03-0.05份、柠檬酸0.04-0.06份、水泥8-15份、填充助剂1-3份和水20-40份。

17、本发明的铺路材料包括以下重量份数的原材料：固废85-90份、氯化钠0.04-0.06份、聚丙烯酰胺0.05-0.07份、氟硅酸钠0.03-0.05份、柠檬酸0.04-0.06份、水泥8-15份、填充助剂1-3份和水20-40份。其中，固废包括铁尾矿渣、金矿尾矿渣、赤泥、煤矸石、建筑废弃物、河道淤泥等，经过大量的试验和检测，得出了不同类型的铺路材料的配合比。

18、当固废为铁尾矿渣时，优选为：铁尾矿88份、氯化钠0.05份、聚丙烯酰胺0.06份、氟硅酸钠0.04份、柠檬酸0.05份、水泥10份、填充助剂2份和水30份；

19、当固废为金矿尾矿渣时，优选为：金矿尾矿渣85份、氯化钠0.06份、聚丙烯酰胺0.05份、氟硅酸钠0.06份、柠檬酸0.04份、水泥13份、填充助剂2份和水35份；

20、当固废为赤泥时，优选为：赤泥90份、氯化钠0.06份、聚丙烯酰胺0.05份、氟硅酸钠0.06份、柠檬酸0.04份、水泥8份、填充助剂2份和水35份；

21、当固废为煤矸石时，优选为：煤矸石90份、氯化钠0.06份、聚丙烯酰胺0.05份、氟硅酸钠0.06份、柠檬酸0.04份、水泥8份、填充助剂2份和水35份；

22、当固废为建筑废弃物时，优选为：建筑废弃物90份、氯化钠0.06份、聚丙烯酰胺0.05份、氟硅酸钠0.06份、柠檬酸0.04份、水泥8份、填充助剂2份和水35份；

23、当固废为河道淤泥时，优选为：河道淤泥90份、氯化钠0.06份、聚丙烯酰胺0.05份、氟硅酸钠0.06份、柠檬酸0.04份、水泥8份、填充助剂2份和水35份。

24、本发明还公开了上述铺路材料的制备方法，包括以下步骤：

25、s1、将氯化钠、聚丙烯酰胺、氟硅酸钠和柠檬酸于水中搅拌均匀，得到凝固剂混合溶液；

26、s2、将水泥、填充助剂与固废充分搅拌混合，得到固体混合物；

27、s3、将凝固剂混合溶液加入固体混合物中充分搅拌，得到铺路材料；

28、其中，步骤s1和步骤s2无先后顺序要求。

29、本发明铺路材料的制备方法具体包括：首先将氯化钠、聚丙烯酰胺、氟硅酸钠和柠檬酸溶于水中，得到凝固剂混合溶液；然后将固体物料充分混合得到固体混合物，最后将凝固剂混合溶液与固体混合物充分搅拌，即可得到铺路材料。在该制备方法中，环保型凝固剂可激发及催化固废中的活性物质、电解质和表面活性，平衡原料颗粒表面的电荷，减薄双电层的厚度，加强混合料化学反应和物理反应的过程，使混合料生成稳定的综合体结构，生产过程无烟尘排放，无需浇水养护，不仅缩短了养护周期，而且强度随着时间的推移而增加，彻底解决了抗冻溶性，具有强度高、抗冻性好、无二次污染的特点。此外，研究表明，采用上述环保凝固剂拌和固废进行铺路，路面抗压强度最高能到达20-50mpa以上，耐久性可达50年以上。

30、进一步，步骤s2中，所述固废使用前进行粉碎筛选；

31、其中，粒度为10-20mm的占15-25％，粒度为5-10mm的占15-25％，粒度为2.5-5mm的占15-25％，粒度为1-2.5mm的占5-15％，粒度为1mm以下占25-35％。

32、固废的不同级配与用水量、水灰比、砂率等相同，均会影响所制备得到的铺路材料的性能，而本发明中优选固废的级配为粒度10-20mm的占15-25％，粒度为5-10mm的占15-25％，粒度为2.5-5mm的占15-25％，粒度为1-2.5mm的占5-15％，粒度为1mm以下占25-35％。

33、进一步，步骤s2中，所述搅拌的时间不少于5min。

34、固体混合物的搅拌时间应根据搅拌机的性能与拌与物的和易性确定。其最短搅拌时间，自材料全部进入搅拌鼓起,至拌与物开始出料为止的连续搅拌时间应不少于5min，搅拌最长时间不得超过最短时间的三倍。

35、进一步，步骤s3中，所述搅拌的时间不少于2min。

36、同理，凝固剂混合溶液与固体混合物搅拌的时间不少于2min，搅拌最长时间不得超过最短时间的三倍。

37、本发明的环保型凝固剂，与现有技术相比，具有以下优点：

38、本发明的环保型凝固剂主要由氯化钠、聚丙烯酰胺、柠檬酸和氟硅酸钠组成，其可激发及催化各类大宗工业固体废物的活性物质、电解质和表面活性，进而平衡原料颗粒表面的电荷，减薄双电层的厚度，加强混合料化学反应和物理反应的过程，使混合料生成稳定的综合体结构，提高结构表层的水稳定性和强度。因此，本发明的凝固剂可通过一系列物理化学反应来改变固体废物的工程性质，将大宗工业固体废物中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得固体废物胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀进而填充固体废物孔隙，在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定，从而形成整体结构，并达到较高的压密度。即利用该环保凝固剂可显著提高固体废物的强度、密实度、回弹模量、压弯值、cbr、剪切强度等性能，具有低碳环保、固废治理、安全抗震、变废为宝的优异效果。