高水稳性花岗岩石粉基道路基层材料及制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及高水稳性花岗岩石粉基道路基层材料及制备方法。

背景技术：

1、花岗岩因质地坚硬和强度高等特征被广泛应用于建筑物的装修材料，但是在花岗岩石的加工中会产生大量花岗岩石粉，花岗岩石粉作为一种副产品，其堆积存放时不仅占据了大面积的土地资源，还容易形成扬尘，污染环境，影响大气质量。目前针对花岗岩石粉的资源化利用方式中，有的研究是是将花岗岩石粉与其他固废混合制备胶凝材料，例如专利cn 113620618a公布了一种利用花岗岩石粉和燃煤渣制备一体化胶凝材料的方法，但是在该专利申请的公开方法中，处理过程复杂且需要在有氧气氛下高温焙烧，同时花岗岩石粉的用量不高，无法实现花岗岩石粉的高效低碳利用。

2、利用固废制备道路基层材料被认为是大量消纳固废的有效方式，例如专利cn115231886a公布了一种利用热脱附成品土和铁尾矿废石制备固废基道路基层材料的方法，该方法制备的道路基层材料所使用集料均由热脱附成品土和铁尾矿废石组成，但是该专利只是考虑了材料的力学性能，没有考虑材料的其他性能。水稳性能是表征道路基层材料抵抗雨水侵蚀的能力。目前道路基层材料中常用的稳定材料为水硬性，由于道路基层材料中稳定材料用量较少，使得稳定材料遇水产生的胶体无法形成交联的整体稳固集料，进而导致道路基层材料内部产生大量不稳定的空间，这些空间在外界雨水的侵蚀或者长时间浸水的情况下容易产生开裂，严重影响材料的水稳性能。

3、目前仅以花岗岩石粉作为集料制备道路基层材料的研究较少，但是利用其它工业废渣制备道路基层材料的研究较多，主要集中在以下几个方面：

4、(1)设计固废集料的级配。专利202310614253.7以工业固废钛矿渣为集料，通过相应级配设计方法以及相关性能测试得到了最优的钛矿渣粗细骨料级配，增强了集料骨架密实，从而提升了道路基层材料的稳定性。但是由于花岗岩石粉颗粒尺寸单一，因此无法通过设计级配来提升集料的骨架密实度。

5、(2)添加改性纤维。专利202310680901.9和202310391627.3分别向掺杂石屑或磷石膏的道路基层材料中添加了改性聚丙烯纤维或bsⅱ型玄武岩纤维，优化了道路基层材料的抗裂性。但是在该专利公开的方法中，纤维改性过程中复杂，bsⅱ型玄武岩纤维甚至经过了低温等离子体表面处理，导致道路基层材料的制备过程复杂，生产成本高。

6、(3)添加多种外加剂。专利202310359557.3以铁尾矿制备道路基层材料时，通过添加甜菜碱型两性高分子表面活性剂和烷基季铵盐阳离子表面活性剂提高材料的稳定性，但是这两类表面活性剂仅是起到提高铁尾矿颗粒表面亲脂性和降低负电荷的能力，集料之间的粘结力主要还是通过水泥提供，外加剂的功能单一。专利202310881797.x在赤泥-石墨尾矿道路基层材料制备过程中添加了离子固化剂、早强剂和抗硬水剂，三种外加剂混合使用时可以同时提供浸润固废颗粒表面和增强颗粒团聚的能力。但是在制备方法中，由于使用的原材料的种类较多，只有各原材料按照特定的顺序添加时才会显著提升材料的整体强度，因此利用该方法制备道理基层材料时制作过程复杂。

7、综上可知，当仅以花岗岩石粉为集料制备道路基层材料时，道路基层材料的水稳性能差，由于无法设计级配，因此无法通过提高骨架密实度优化道路基层材料的性能。此外，目前公开的外加剂则存在功能单一或者制备道路基层材料过程复杂等问题，无法满足实际应用时快速大批量的生产要求。如何大量消纳花岗岩石粉用于道路基层材料同时保证其水稳性能成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种花岗岩石粉基道路基层材料及一种多功能水稳剂，用多功能水稳剂弥补花岗岩石粉道路基层材料的不足，不仅能提高花岗岩石粉消纳量的，同时在满足工程指标要求基础上显著提升道路基层材料的水稳性。

2、为达到上述目的，采用技术方案如下：

3、高水稳性花岗岩石粉基道路基层材料，其组成按重量份数计如下：

4、废弃花岗岩石粉100份；水泥3-8份；多功能水稳剂0.5-1份；水10-19份。

5、接上述方案，所述多功能水稳剂的制备方法包括以下步骤：

6、制备丙烯酸类单体的混合液，搅拌下滴加纳米溶胶的水溶液，搅拌混合20-40分钟；

7、升温至80℃-90℃加入过硫酸铵的水溶液，反应1-2小时，得到多功能水稳剂。

8、按上述方案，所述丙烯酸类单体按重量份数计为：甲基丙烯酸甲酯5-7份、丙烯酸丁酯26-28份、甲基丙烯酸缩水甘油酯0.5-0.9份、丙烯酸0.1-0.5份。

9、按上述方案，所述纳米溶胶为纳米硅溶胶和纳米铝溶胶中的一种或二者的混合物，粒径10-35nm；用量为丙烯酸类单体总质量的30％-40％。

10、按上述方案，过硫酸铵用量为丙烯酸类单体总质量的0.5％-2％。

11、接上述方案，所述废弃花岗岩石粉最大公称粒径不大于4.75mm，含水率不大于13％。

12、接上述方案，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，规格为p·o32.5及以上。

13、接上述方案，所述道路基层材料的含水率为14％-19％，优选为15％-17％。

14、上述高水稳性花岗岩石粉基道路基层材料的制备方法，包括以下步骤：

15、将花岗岩石粉和水搅拌混匀，然后密封闷料2至3小时；

16、将水泥和多功能水稳剂加入到闷料中搅拌均匀；

17、将所得混合料压实成型得到花岗岩石粉基道路基层材料。

18、按上述方案，压实度为90％-95％；优选为92％-94％。

19、本发明多功能水稳剂的制备过程中，先将纳米硅/铝溶胶与多种酯类混合，利用纳米硅/铝溶胶的吸附性，两种溶剂可以紧密均匀结合，上述混合液在加热和硫酸铵的激发下发生以下三种反应：

20、(1)多种酯类发生聚合反应，各种基团相互连接，形成具有疏水功能的网络结构；

21、(2)纳米硅/铝溶胶在碱性环境下发生缩聚反应，生成具有胶凝作用的-si-al-长链；

22、(3)由于纳米硅/铝溶胶与多种酯类处于紧密结合的状态，因此在各种基团和硅/铝解聚从新聚合的过程中，疏水功能的网络结构与胶凝作用的-si-al-长链发生嵌套反应，以-si-al-长链为基础，通过化学键合作用与网络结构链接，生成具有胶凝长链结构的网络结构。

23、相对于现有技术，本发明有益效果如下：

24、(1)本发明制备的水稳剂中包含多种化学结构，同时具有多种功能。当水稳剂与石粉颗粒接触后，通过溶胶形成的-si-al-胶凝长链，水稳剂与石粉固体颗粒紧密链接，同时结合多种酯类形成的疏水网络结构，在石粉颗粒表面形成一层不会脱落的疏水膜。此外，该疏水膜中包含的-si-al-长链还可以与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，该凝胶通过-si-al-长链与疏水网络结构相互嵌套，在石粉颗粒表面生成新的胶凝疏水膜，在进一步提升石粉颗粒间粘结强度的同时，有效降低水流对石粉颗粒连接脆弱处的冲击力，保证材料结构的稳定性，进而提高道路基层材料的水稳性能。制备的道路基层材料连续浸水15d后，质量损失率最少仅为1.99％，无侧限抗压强度仅降低4.88％。

25、(2)本发明以石材厂自然堆放的废弃花岗岩石粉为原材料制备了一种新型固废基道路基层材料，道路基层材料中原状花岗岩石粉的含量大于94％。基于多功能水稳剂的作用，在水泥掺量仅为4％-6％，材料制备方式简单的情况下，按照jtg e51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的测试方法，道路基层材料的7d无侧限抗压强度可超过4mpa。证明本发明制备的道路基层材料在具有极高的水稳性能的同时还具有高强度，保证了材料的实际路用性能。