一種高強低收縮抗裂路面基層材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強低收縮抗裂路面基層材料，屬于建筑材料領域，它由水泥、鋼渣砂、細粒土、外加劑以6:(10～40):(49～83):(1～5)的質量比復配而成。本發明所述基層材料以鋼渣砂和細粒土作為原材料取代碎石，采用一定量的水泥和外加劑對鋼渣土進行穩定處理，解決了筑路資源短缺和水泥穩定細粒土作為基層時收縮開裂大的問題，且可有效降低道路基層的造價。該基層材料具有強度高、干縮系數小、水穩定性好等特點，滿足技術要求；能夠提高基層材料的抗裂性能，防止出現裂縫，提高基層材料的路用性能和耐久性能，保證結構穩定的作用，可廣泛應用于工程實際。
【專利說明】
-種高強低收縮抗裂路面基層材料
技術領域
[0001] 本發明屬于建筑材料領域，具體設及一種高強低收縮抗裂路面基層材料。
【背景技術】
[0002] 在我國公路路面結構中，路面基層材料多采用石料。因砂石需求量巨大，已不能滿 足日益增長的工程建設需求，不得不采取開山炸石、挖河采砂等方式獲取原材料，給自然環 境帶來嚴重破壞。另一方面，采石場與施工現場距離較遠，長距離的石料運輸增加了工程造 價。因此，為了節約石料使用，減少運輸成本，國內外研究者充分利用來源最廣泛的±壤資 源，采用穩定材料對道路基層±壤進行處理，使其滿足工程設計要求。
[0003] 通常，由于水泥穩定細粒±的干縮和溫縮系數較大，容易產生收縮裂縫，影響漸青 面層，因此一般不用于二級和二級W上公路高級路面的基層，限制了細粒±的使用范圍。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種高強低收縮抗裂路面基層材料， W鋼渣砂和細粒±作為原材料取代碎石，采用一定量的水泥和外加劑對鋼渣±進行穩定處 理，解決了筑路資源短缺和水泥穩定細粒±作為基層時收縮開裂大的問題，且可有效降低 道路基層的造價，所得基層材料具有強度高、干縮系數小、水穩定性好等特點，滿足技術要 求，能夠提高基層材料的抗裂性能，防止出現裂縫，提高基層材料的路用性能和耐久性能， 保證結構穩定，廣泛應用于工程實際，同時可有效利用分布廣泛的±壤資源和工業副產品， 取代碎石等天然資源，且設及的制備方法簡單、原材料成本低、適合推廣應用。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0006] -種高強低收縮抗裂路面基層材料，它由水泥、鋼渣砂、細粒±、外加劑W6:( 10~ 40): (49~83): (1~5)的質量比復配而成；其中外加劑中的各組分及其所占質量百分比分 別為:包括石膏（CaS〇4 · 2也0)3~8%、九水偏娃酸鋼(化2Si〇3 · 9也0)2~5%、水穩增強劑1 ~2%、氯化巧(CaCh · 2也0)10~28%、氧化儀15~30%、礦粉10~20%和消石灰15~25%。
[0007] 根據上述方案，所述細粒±的顆粒最大粒徑小于9.5mm，且其中小于2.36mm的顆粒 含量不少于90 %。
[000引根據上述方案，所述水泥為P. 0 42.5普通娃酸鹽水泥。
[0009] 根據上述方案，所述鋼渣砂由煉鋼廠排出的廢渣陳化一年W上后再經破碎、篩分 和磁選工藝制備而成;其細度模數為2.0~3.6，0.075mm方孔篩的通過率為5~15%，表觀密 度為3~3.5g/cm3，鋼渣砂中f-CaO含量為1~5wt %。
[0010] 根據上述方案，所述石膏為天然二水石膏，其表觀密度為1300~1600kg/m3，S〇3含 量 >35%。
[0011] 根據上述方案，所述九水偏娃酸鋼為市售白色結晶狀粉末，其相對密度為0.7~ 0.9，烙點為40~48°C，總堿量為28.5~30.0 wt %，二氧化娃含量為27.3~29.%。
[0012] 根據上述方案，所述水穩增強劑為市售硬脂酸鋼乳液，其分子結構式(1)所示。 晦.*
[OOU]。成 氣 (1)
[0014] 根據上述方案，所述氯化巧為市售二水氯化巧粉末，其中CaCl2的含量74~ 95wt% 〇
[0015] 根據上述方案，所述氧化儀由菱儀礦原料經900~liocrc保溫般燒1~2.5h制備而 成，其中MgO的質量含量大于80%，比表面積大于300mVkg。
[0016] 根據上述方案，所述礦粉為高爐水渣，S95級，其勃氏比表面積大于350mVkg。
[0017] 根據上述方案，所述消石灰為市售氨氧化巧，呈白色粉末狀固體，細度為80~400 目；其中CaO的含量為80~95wt%。
[001引本發明的原理為：
[0019] 1.強度：
[0020] (1)鋼渣砂的滲入在一定程度上改善所得混合料的顆粒級配，有利于機械壓實形 成強度;鋼渣顆粒能均勻分布于水泥顆粒之間，在水化過程中具有微集料效應;鋼渣中粒徑 較小的粉料和礦粉在水泥、二水石膏和九水偏娃酸鋼的相互作用下，其活性得到激發，水化 生成C-S-曲疑膠和巧抓石，運些水化產物相互交織搭接在±的孔隙中，將±顆粒包裹起來， 降低黏±的塑性，隨著水化產物的增加，鋼渣±也逐漸堅固起來，強度得到提升。
[0021] (2)二水石膏（CaS化· 2此0)在水泥水化早期與水泥礦物發生反應生成巧抓石晶 體，其與水化娃酸巧一起形成網狀聯結結構，填充于±體孔隙中，提高材料的強度。此外，在 二水石膏和消石灰的共同作用下，±壤、鋼渣粉和礦粉中的活性氧化侶按如下過程進行反 應形成水化硫侶酸巧：
[0022] Ca〇+Al2〇3+3(CaS〇4 · 2出0)+2Ca(OH)2+24H2〇一3Ca0 · Al2〇3 · 3CaS〇4 · 32出0;
[0023] (3)氯化巧作為一種可溶性氯鹽，與水泥中的C3A作用生成不溶于水的水化氯侶酸 鹽，加速水泥中的C3A的水化;氯化巧還與水泥水化所得的化(0H)2反應生成難溶于水的氯酸 巧，降低液相中Ca(0H)2的濃度，加速C3S的水化，并生成的復鹽增加水泥漿中固相的比例，形 成堅強的骨架，有助于水泥石結構的形成；另外，氯化巧溶于水后可提供二價的化離子，它 將與粘±顆粒表面的低價陽離子(化+、r等)進行離子交換，促使較小的±顆粒形成較大的 團粒，提高±體強度;另外，化C12還能促進鋼渣粉中的C3A水化反應，與其發生作用生成水化 氯侶酸巧（3Ca0 · Al2〇3 · 3CaCl2 · 32此0)，同時還與氨氧化巧作用生成氧氯化巧（CaCb · 3化(0H)2 · 12出0和3Ca(0H)2 · 12出0)等不溶性產物，增加固相的比例，形成堅固的骨架，提 高基層材料的強度；
[0024] (4)消石灰化曰(0脫)在±體孔隙中提供大量的Ca2+離子，二價巧離子將與±料中 的低價陽離子發生離子交換作用，降低±顆粒表面的水膜層厚度，使顆粒進一步凝聚在一 起，提高致密性;此外，氨氧化巧與±壤和鋼渣砂中的活性氧化物發生火山灰反應，生成娃 酸巧、侶酸巧凝膠，使±顆粒和鋼渣砂顆粒很好地膠結在一起;有一部分Ca(0H)2與二氧化 碳發生碳酸化作用生成穩定的碳酸巧，進一步提高材料的強度；
[0025] 上述組分協同作用，顯著提高所得基層材料強度，有效取代碎石等天然資源。
[0026] 2.收縮性能：
[0027] (1)本發明采用氧化儀與水發生水化反應，水解生成Mg2+和助Γ，當達到飽和W后沉 淀析出氨氧化儀(MgO+出ο一Mg(0H)2);氨氧化儀晶體的生長和長大會引起固體體積的增大， 從而使穩定±形成一定的膨脹，減少穩定±各齡期內的自收縮，同時，生成的晶體還有效填 充±體的孔隙，致密穩定±結構;此外，±中孔隙水的Mgh離子將與粘±顆粒表面的低價陽 離子(Na+、r等)進行離子交換，±粒表面吸附的離子由一價變成二價，減少了±粒表面吸附 水膜厚度，使±粒更接近，分子引力隨之增加，減少了吸水性，提高了水穩性;并可促使較小 的±顆粒形成較大的團粒，提高±體強度;氧化儀的水化是不可逆的漸進反應，水化反應是 連續穩定的；水化產物Mg(OH)2溶解度非常低，一旦生成便長期穩定存在，此外，氨氧化儀長 期暴露在空氣中時，會與空氣、±體孔隙中的的二氧化碳發生反應，生成碳酸儀，儀的碳酸 化合物就有很高的膠結強度，有利于提高穩定±的強度；
[0028] (2)鋼渣砂中含有的1~5wt%f-化0水化生成氨氧化巧，體積膨脹，其可W用于補 償基層材料的收縮，避免裂縫產生；
[0029] 3.穩性性:硬脂酸鋼中含有18個碳原子的長碳鏈，長鏈控基為憎水基團，疏水性長 碳鏈端會伸入水泥±毛細孔中改變毛細孔網絡的表面張力，可使水泥±的毛細孔及±體表 面成為憎水表面;硬脂酸鋼中的簇基具有親水特性，利用皂化反應化+取代，形成的一COONa 與水泥水化產物氨氧化巧作用，形成不溶性巧皂的薄絡合吸附層，從而堵塞±體中毛細孔， 提高±體的抗滲性能和水穩定性能。
[0030] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0031] 1)本發明將細粒±應用于制備高強低收縮抗裂路面基層材料，可有效克服細粒± 干縮和溫縮系數較大的缺陷，同時與鋼渣砂等其他膠凝材料復配使用，使所得基層材料表 現出低收縮、抗裂早期強度高、不影響施工進度、水穩性好等特點，提高道路使用壽命，適用 于底基層、基層、二級和二級W上公路高級路面的基層，拓寬了細粒±的應用范圍。
[0032] 2)本發明可充分利用廉價的±壤資源、鋼渣砂和礦粉等工業廢渣，可節約大量的 自然資源和能源，并可有效取代碎石、砂石等天然礦物資源，環境友好，降低基層材料成本， 具有重要的環境效益、社會效益和經濟效益。
[0033] 3)本發明采用少量的硬脂酸鋼乳液，利用其特有的憎水親水特性，降低±體毛細 孔表面張力并形成不溶性巧皂的薄絡合吸附層，使±體具有一定的憎水能力，提高±體的 抗滲性能和水穩定性能。
[0034] 4)本發明采用具有延遲膨脹特性的氧化儀，利用其水化產生體積膨脹的特性，補 償基層材料的早期自收縮，利用其特有的持續微膨脹性，又能在較長齡期內對基層材料的 中后期自收縮起到有效補償。
【具體實施方式】
[0035] 為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步詳細描述本發明的內容，但本發 明的內容不僅僅局限于W下的實例。
[0036] W下實施例中，水泥采用華新P. 0 42.5普通娃酸鹽水泥，比表面積為336m^kg，3d 和28d強度分別為31.9MI^和43.3MPa;鋼渣砂為煉鋼廠排出的廢渣在陳化一年W上再經破 碎、篩分和磁選工藝制備得到，所述鋼渣砂的細度模數為2.3~3.6,0.075mm方孔篩通過率 為14.6%，表觀密度為3~3.5g/cm3,鋼渣砂中f-CaO含量為1~5wt% ;石膏為天然二水石 膏，表觀密度1300~1600kg/m3，S化含量>35% ;九水偏娃酸鋼為市售白色結晶狀粉末，相對 密度為ο . 7~ο . 9，烙點為40~48 °C，總堿量為28.5~30 . Owt %，二氧化娃含量為27.3~ 29.% ;水穩增強劑為市售硬醋酸鋼乳液;氯化巧為市售二水氯化巧粉末，其中化C12的 含量為74~95wt % ;礦粉為高爐水渣，S95級，其勃氏比表面積大于350mVkg;消石灰為市售 氨氧化巧，其中化0的含量80~95wt %，細度為80~400目，呈白色粉末狀固體;氧化儀為900 ~llOCrC般燒菱儀礦(迂寧海城，其粒徑為2~4cm)原料制得的氧化儀，MgO的質量含量大于 80%，比表面積大于300mVkg，具體制備方法如下：
[0037] 1)先將菱儀礦破碎到一定的粒徑，然后將破碎過的菱儀礦放入粉磨機中粉磨半小 時，將粉料過200目篩，將粉料分別稱lOOg放入瓷表面皿中；2)放入電子爐中，W10°C/min的 升溫速度，將爐溫分別加熱到800°C、900°C、1000°C下，分別保溫化、1.5h、化、2.5h; 3)恒溫 設定時間之后取出，取出的輕燒氧化儀在干燥器中冷卻；4)般燒制得的氧化儀按《YB/ T4019-2006》測定其活性，W下實施例中所使用的活性氧化儀，其般燒溫度為900°C，保溫時 間為1.化，比表面積為386mVkg。
[003引 W下實施例中，采用的細粒±為粉質黏±，其風干含水量為7.1%，粒徑<4.75mm。
[0039] 實施例1
[0040] -種高強低收縮抗裂路面基層材料，它由水泥、鋼渣砂、細粒±和外加劑W6: 20: 72: 2的質量比經復配而成，其中外加劑中各組分及其所占質量百分比為:二水石膏5 %、九 水偏娃酸鋼2%、水穩增強劑1 %、礦粉20%、氯化巧25%、氧化儀25%、消石灰22% ;所述高 強低收縮抗裂路面基層材料的制備方法具體如下：
[0041 ]按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)測定上述原料的最 佳含水量為14.78 %，最大干密度為2.068g/cm3;按各組分的重量配比稱取鋼渣砂和細粒 ±，將二者進行混合，并加入比最佳含水量小3%的水，悶料不少于10小時;將稱取的二水石 膏、九水偏娃酸鋼、氯化巧、氧化儀、礦粉、消石灰與水泥充分混合至均勻得外加劑備用;試 件成型前化內，將所得外加劑混合粉加入到已悶料的混合料中進行拌合，邊拌合邊將預留 的3%水與水穩增強劑的混合液，拌合均勻的混合料，即為所述高強低收縮抗裂路面基層材 料，然后用壓力機進行壓制成型。
[0042] 參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程KJTG E51-2009)所述要求對所得 成型產品進行無側限抗壓強度和收縮試驗，結果分別見表1和表2。
[0043] 表1實施例1~3所得高強低收縮抗裂路面基層材料的抗壓強度測試結果
[0044]
[0045] 表2實施例1所得高強低收縮抗裂路面基層材料的干縮試驗結果
[0046]
[0047] 實施例2
[004引一種高強低收縮抗裂路面基層材料，它由水泥、鋼渣砂、細粒±和外加劑W6:40: 51:3的質量比經復配而成，其中外加劑中各組分及其所占質量百分比為:二水石膏5%、九 水偏娃酸鋼5%、水穩增強劑2%、礦粉15%、氯化巧28%、氧化儀20%、消石灰25%。
[0049] 按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程KJTG E51-2009)測定上述原料的最 佳含水量為15.48 %，最大干密度為2.074g/cm3;按各組分的重量配比稱取鋼渣砂和細粒 ±，將二者進行混合，并加入比最佳含水量小3%的水，悶料不少于10小時;將稱取的二水石 膏、九水偏娃酸鋼、氯化巧、氧化儀、礦粉、消石灰與水泥充分混合至均勻得外加劑備用;試 件成型前化內，將所得外加劑混合粉加入到已悶料的混合料中進行拌合，邊拌合邊將預留 的3%水與水穩增強劑的混合液，拌合均勻的混合料，即為所述高強低收縮抗裂路面基層材 料，然后用壓力機進行壓制成型。
[0050] 參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程KJTG E51-2009)所述要求對所得 成型產品進行無側限抗壓強度和收縮試驗，結果分別見表1和表3。
[0051] 表3實施例2所得高強低收縮抗裂路面基層材料的干縮試驗結果
[0化2]
[0化3] 實施例3
[0054] -種高強低收縮抗裂路面基層材料，它由水泥、鋼渣砂、細粒±和外加劑W6:10: 80:4的質量比經復配而成，其中外加劑中各組分及其所占質量百分比為:二水石膏5 %、九 水偏娃酸鋼4%、水穩增強劑2%、礦粉20%、氯化巧15%、氧化儀29%、消石灰25%。
[0055] 按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程KJTG E51-2009)測定上述原料的最 佳含水量為15.08 %，最大干密度為2.070g/cm3;按各組分的重量配比稱取鋼渣砂和細粒 ±，將二者進行混合，并加入比最佳含水量小3%的水，悶料不少于10小時;將稱取的二水石 膏、九水偏娃酸鋼、氯化巧、氧化儀、礦粉、消石灰與水泥充分混合至均勻得外加劑備用;試 件成型前化內，將所得外加劑混合粉加入到已悶料的混合料中進行拌合，邊拌合邊將預留 的3%水與水穩增強劑的混合液，拌合均勻的混合料，即為所述高強低收縮抗裂路面基層材 料，然后用壓力機進行壓制成型。
[0056] 參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程KJTG E51-2009)所述要求對所得 成型產品進行無側限抗壓強度和收縮試驗，結果分別見表1和表4。
[0057] 表4實施例3所得高強低收縮抗裂路面基層材料的干縮試驗結果
[0化引
[0化9] 對比例
[0060] 一種水泥穩定±，它由水泥和細粒±W6:94的質量比經混合而成，然后用壓力機 進行壓制成型。按照實施例1所述方法對所得成型產品進行無側限抗壓強度和收縮試驗，結 果分別見表1和表5。
[0061 ]表5對比例所得水泥穩定±的干縮試驗結果
[0062]
[0063] 由表1可知，在最佳含水量和最大干密度狀態下，通過本發明提供的高強低收縮抗 裂路面基層材料的7d和28d無側限抗壓強度均比水泥穩定±的強度高；由表2~5可知，通過 本發明提供的高強低收縮抗裂路面基層材料的干縮應變隨時間增長的變化規律基本一致， 干縮應變均隨著時間的增長而變大，而增大幅度比水泥穩定±的干縮應變值小；高強低收 縮抗裂路面基層材料的干縮系數隨時間的增長呈不同程度減小趨勢，比水泥穩定±體的干 縮系數小很多。
[0064] 綜上所述，采用本發明提供的高強低收縮抗裂路面基層材料具有抗壓強度高、干 縮系數小、水穩定性好等特點，滿足技術要求。能夠提高基層材料的抗裂性能，防止出現裂 縫，提高基層材料的路用性能和耐久性能，保證結構穩定的作用。
[0065] 顯然，上述實例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于 所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可W做出其它不同形式的變化或變 動。運里無需也無法對所有的實施方案予w窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動 仍處于本發明創造的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，它由水泥、鋼渣砂、細粒土、外加劑 以6: (10~40): (49~83):(1~5)的質量比復配而成;其中外加劑的各組分及其所占質量百 分比分別為:石膏3~8%、九水偏硅酸鈉2~5 %、水穩增強劑1~2 %、氯化鈣10~28%、氧化 鎂15~30%、礦粉10~20%、消石灰15~25%。2. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述細粒土的顆 粒最大粒徑小于9.5mm，且其中小于2.36mm的顆粒含量不少于90%。3. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述鋼渣砂由煉 鋼廠排出的廢渣陳化一年以上后再經破碎、篩分和磁選工藝制備而成;其細度模數為2.0~ 3.6，0.075mm方孔篩的通過率為5~15 %，表觀密度為3~3.5g/cm3，鋼渣砂中f-CaO含量為1 ~5wt% 〇4. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述石膏為天然 二水石膏，其表觀密度為1300~1600kg/m 3，S03含量彡35%。5. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述水穩增強劑 為市售硬脂酸鈉乳液。6. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述氯化鈣為市 售二水氯化鈣粉末，其中CaCl2的含量74~95wt%。7. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述氧化鎂由菱 鎂礦原料經900~1100 °C保溫煅燒1~2.5h制備而成，其中MgO的質量含量大于80%，比表面 積大于300m2/kg。8. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述礦粉為高爐 水渣，S95級，其勃氏比表面積大于350m 2/kg。9. 根據權利要求1所述的高強低收縮抗裂路面基層材料，其特征在于，所述消石灰為市 售氫氧化鈣，呈白色粉末狀固體，細度為80~400目；其中CaO的含量為80~95wt %。
【文檔編號】C04B22/14GK105948639SQ201610279382
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】胡曙光, 帕麗達·卡地爾, 丁慶軍, 李彥訓, 譙理格, 徐意, 石華, 劉勇強
【申請人】武漢理工大學