一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是：主要由重量百分比為30～90％的固硫灰與10～70％的高鈦礦渣混合組成。將固硫灰、高鈦礦渣與水進(jìn)行攪拌混合、成型并養(yǎng)護(hù)，即制得固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層。本發(fā)明提供的復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料全部利用目前難于處置且排放量較高的工業(yè)廢渣固硫灰和高鈦礦渣，不摻加石灰和粉煤灰，性能優(yōu)于傳統(tǒng)石灰-粉煤灰二灰穩(wěn)定路面基層材料；本發(fā)明提供的復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料成本低、無需消耗天然資源，制備方法簡單易行，特別適于傳統(tǒng)道路工程材料較為匱乏的地域使用，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說明】一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路的鋪面--道路工程材料領(lǐng)域，涉及一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料。該固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料適用作道路工程中的路面
基層材料。
【背景技術(shù)】
[0002]道路工程中的路面結(jié)構(gòu)分為路面基層和鋪設(shè)于路面基層上路面面層。作為路面結(jié)構(gòu)中的重要層位，路面基層材料承受了由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴(kuò)散到下面的墊層和路基中去。傳統(tǒng)路面基層材料分為三大類:柔性基層材料(包括級配型集料、嵌鎖型碎石以及浙青碎石和浙青貫入式等)、半剛性基層材料(包括水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土和石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土)和剛性基層材料(水泥混凝土、強(qiáng)度高的貧混凝土和碾壓混凝土)。目前，我國公路建設(shè)廣泛采用的是水泥穩(wěn)定類和石灰粉煤灰(二灰)穩(wěn)定類的半剛性路面基層材料，這種傳統(tǒng)的路面基層材料對資源和能源的消耗很大，且性能還有待進(jìn)一步改善。以高速公路為例，路面基層厚度一般為56cm、寬為24m，則每公里需基層材料約3萬噸。每生產(chǎn)Im3的路面基層材料需消耗2噸左右的天然土石料和80kg~160kg的水泥或石灰。這些土石料和膠凝材料原料在開采過程中會對山體植被和農(nóng)田造成破壞。水泥穩(wěn)定粒料雖然早期強(qiáng)度高、抗沖刷性和水穩(wěn)性較好，但其抗裂性差、延遲碾壓時間短、施工過于緊湊；而二灰穩(wěn)定粒料雖然抗裂性較好，但其早期強(qiáng)度過低，且早期水穩(wěn)性和抗沖刷性差、施工對季節(jié)依賴性大，且易起灰，與面層的粘結(jié)性能差。長期以來，國內(nèi)外為提高石灰粉煤灰類基層材料的早期強(qiáng)度做了很多研究工作，比如摻入I %~3%的堿或堿金屬鹽或I %~2%的水泥，或用生石灰粉代替消石灰，但至今尚未找到有效提高二灰穩(wěn)定基層性能的經(jīng)濟(jì)實(shí)用方法，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍逐年降低。因此，傳統(tǒng)的路面基層材料已不能較好地適應(yīng)當(dāng)前社會的可持續(xù)發(fā)展，也不遵循可持續(xù)發(fā)展對大宗材料的發(fā)展要求。
[0003]隨著經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，資源、能源和環(huán)境問題凸顯。一方面電力生產(chǎn)、鋼鐵冶煉等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量工業(yè)廢渣，難于處理，堆積如山；另一方面，道路工程建設(shè)所需的原材料量大、且部分區(qū)域供應(yīng)緊張，價格居高不下。將大宗工業(yè)廢渣用于道路工程材料領(lǐng)域，不僅能解決道路工程的原料供應(yīng)，而且將工業(yè)廢渣進(jìn)行了綜合利用，減少堆存量，有利于資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)。
[0004]固硫灰是循環(huán)流化床鍋爐燃煤脫硫產(chǎn)物，目前，固硫灰多以堆存為主，堆存量估計(jì)上億噸，且每年還以數(shù)百萬噸的排放速度增長。高鈦礦渣是我國西南地區(qū)使用釩鈦磁鐵礦煉鐵產(chǎn)生的水淬高爐礦渣，與傳統(tǒng)水淬高爐礦渣相似；但因其鈦含量較高，用于水泥混凝土中活性不高，限制了其大宗應(yīng)用。目前，固硫灰和高鈦礦渣的處理處置以及綜合利用已經(jīng)成為政府和企業(yè)共同關(guān)注的重點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料。從而提供一種變廢為寶，抗壓強(qiáng)度等性能優(yōu)于傳統(tǒng)石灰粉煤灰(粉煤灰-石灰二元體系)穩(wěn)定路面基層材料，不摻加石灰(消石灰)、粉煤灰或水泥的固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料。
[0006]本發(fā)明的內(nèi)容是:一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:主要由重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣混合組成。
[0007]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述高鈦礦渣的主要化學(xué)成分和重量百分比例組成為:CaO18 ~30%、Mg06 ~8%、Si0215 ~27%、Al2O3IO ~17%、Fe2035 ~9%、以及 Ti0215 ~21%。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述高鈦礦渣為釩鈦磁鐵礦煉鐵廠產(chǎn)生的水淬高爐高鈦礦渣，較好的是經(jīng)球磨處理，使其粒度D50為30~35 μ m、比表面積大于350kg/m2。
[0009]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述固硫灰的主要化學(xué)成分和重量百分比例組成為=CaOlO~21%, SO3IO ~12%、Si023 5 ~43%、Al2O3Il ~21 %、以及 Fe2O3IO ~14%。
[0010]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述固硫灰為循環(huán)流化床燃煤電廠產(chǎn)生的現(xiàn)場干法排放飛灰，較好的是經(jīng)預(yù)處理工藝處理，使其粒度D50為13~20 μ m。
[0011]本發(fā)明的內(nèi)容還包括:一種以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重量27~30%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定 路面基層。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果:
[0013](I)采用本發(fā)明，固硫灰含有火山灰反應(yīng)所需的活性Si02、Al203，作為固硫產(chǎn)物，還含有CaO和SO3,使得固硫灰既具有自硬性和火山灰活性，又可自生組成Ca-S1-Al-S的膠凝體系，產(chǎn)生一定強(qiáng)度；因其硫含量較高，在自生水化過程中會產(chǎn)生鈣礬石和二水石膏等水化產(chǎn)物，因此也具有一定膨脹性；高鈦礦渣含有硅酸二鈣等水泥熟料礦物以及玻璃體等，將其磨細(xì)，將賦予其一定水化活性；將固硫灰與高鈦礦渣復(fù)合，一方面固硫灰中的硫酸鹽組分能夠有效激發(fā)礦渣活性，產(chǎn)生較高強(qiáng)度，另一方面，通過高鈦礦渣的摻入，能夠減少固硫灰水化膨脹；而傳統(tǒng)的粉煤灰-石灰二元體系，因水化速度較慢，早期強(qiáng)度低，一般需靠蒸壓養(yǎng)護(hù)提高強(qiáng)度；固硫灰-高鈦礦渣二元體系的Ca、S1、Al、S等組分能夠完全取代粉煤灰-石灰體系，不需蒸壓養(yǎng)護(hù)來提高強(qiáng)度；
[0014](2)采用本發(fā)明，將固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合應(yīng)用于道路工程，特別是用作穩(wěn)定路面基層材料，首先能夠獲得較粉煤灰-石灰二灰體系更高的早期和后期強(qiáng)度，有利于縮短工程期限；其次，固硫灰-高鈦礦渣體系的微膨脹性能夠降低路面基層材料干縮開裂；最后，固硫灰-高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料能夠大量吸納難于處理處置的工業(yè)固體廢棄物，緩解廢渣長期堆放占用土地資源，“變廢為寶”;用固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合替代石灰和粉煤灰或水泥組分，不僅能發(fā)揮固硫灰和高鈦礦渣各自優(yōu)良特性，而且彌補(bǔ)了各自性能的缺點(diǎn)，且可進(jìn)一步減少天然礦產(chǎn)資源開采，降低建設(shè)成本，拓寬了固硫灰和高鈦礦渣的資源化利用途徑，具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益；
[0015](3)本發(fā)明提供的固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)二灰(石灰-粉煤灰)穩(wěn)定路面基層材料；經(jīng)檢測，固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為2.49~3.20MPa、28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為7.75~12.35MPa，高于傳統(tǒng)石灰粉煤灰穩(wěn)定路面基層材料R7d的1.72MPa和R28d的6.45MPa ;抗干縮方面，固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料28d體積線性變化率在(-15~15) X 10_4之間，略有微膨脹，而傳統(tǒng)石灰粉煤灰穩(wěn)定材料28d體積線性變化率為-21 X 10_4 ;與現(xiàn)有二灰穩(wěn)定路面基層材料相比，本發(fā)明易于就地取材，大量利用難于利用且堆存量較大的工業(yè)廢渣，制備成本較低，制備方法簡單易行，適于傳統(tǒng)道路工程材料較為匱乏的地域使用，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景，實(shí)用性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面給出的實(shí)施例擬對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，固硫灰含量為30重量％，高鈦礦渣含量為70重量％。固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的檢測實(shí)測值:最大干密度P為1.429g/cm3，最佳含水量ω為27.0%，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為2.49MPa，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為10.04MPa, 28d體積線性變化率為-14.91 X 10_4。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，固硫灰含量為40重量％，高鈦礦渣含量為60重量％。固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的檢測實(shí)測值:最大干密度P為1.425g/cm3,最佳含水量ω為27.2%，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為2.70MPa, 28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為10.87MPa，28d體積線性變化率為_6.12X 10_4。
[0021]實(shí)施例3:
[0022]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，固硫灰含量為50重量％，高鈦礦渣含量為50重量％。固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的檢測實(shí)測值:最大干密度P為1.421g/cm3，最佳含水量ω為27.4%，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為3.20MPa，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為12.35MPa，28d體積線性變化率為0.17X 10_4。
[0023]實(shí)施例4:
[0024]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，固硫灰含量為70重量％，高鈦礦渣含量為30重量％。固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的檢測實(shí)測值:最大干密度P為1.401g/cm3，最佳含水量ω為28.4%，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為2.8IMPa, 28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為8.13MPa，28d體積線性變化率為11.35X 10_4。
[0025]實(shí)施例5:
[0026]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，固硫灰含量為90重量％，高鈦礦渣含量為10重量％。固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料的檢測實(shí)測值:最大干密度P為1.394g/cm3，最佳含水量ω為29.8%，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R7d為2.79MPa，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28d為7.75MPa，28d體積線性變化率為14.11 X 10_4。
[0027]實(shí)施例6:
[0028]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，主要由重量百分比為30%的固硫灰與70%的高鈦礦渣混合組成；
[0029]以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為30%的固硫灰與70%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重量27%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層。
[0030]實(shí)施例7:
[0031]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，主要由重量百分比為90%的固硫灰與10%的高鈦礦渣混合組成；
[0032]以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為90%的固硫灰與10%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重量30%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層。
[0033]實(shí)施例8:
[0034]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，主要由重量百分比為60%的固硫灰與40%的高鈦礦渣混合組成；
[0035]以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為60%的固硫灰與40%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重 量28%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層。
[0036]實(shí)施例9:
[0037]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，主要由重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣混合組成；
[0038]以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重量27~30%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層。
[0039]實(shí)施例10—I6:
[0040]一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，主要由重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣混合組成；
[0041]以固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料制備穩(wěn)定路面基層的方法，該方法是:按重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣取固硫灰和高鈦礦渣混合、加入固硫灰和高鈦礦渣的總重量27~30%的水進(jìn)行混合、攪拌均勻，再成型為路面基層并經(jīng)養(yǎng)護(hù)(至7d或28d齡期)，即制成固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層；
[0042]各實(shí)施例中各原料組分的具體重量百分比用量見下表:
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:主要由重量百分比為30~90%的固硫灰與10~70%的高鈦礦渣混合組成。
2.按權(quán)利要求1所述固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:所述高鈦礦渣的主要化學(xué)成分和重量百分比例組成為:Ca018~30%、Mg06~8%、Si0215~27%、Al2O3IO ~17%,Fe2035 ~9%、以及 Ti0215 ~21%。
3.按權(quán)利要求2所述固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:所述高鈦礦渣為釩鈦磁鐵礦煉鐵廠產(chǎn)生的水淬高爐高鈦礦渣，經(jīng)球磨處理，使其粒度D50為30~.35 μ m、比表面積大于350kg/m2。
4.按權(quán)利要求1、2或3所述固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:所述固硫灰的主要化學(xué)成分和重量百分比例組成為=CaOlO~21%、SO3IO~12%、Si023 5~43%, Al2O3II ~21 %、以及 Fe2O3IO ~14%。
5.按權(quán)利要求4所述固硫灰和高鈦礦渣復(fù)合穩(wěn)定路面基層材料，其特征是:所述固硫灰為循環(huán)流化床燃煤電廠產(chǎn)生的現(xiàn)場干法排放飛灰，經(jīng)預(yù)處理工藝處理，使其粒度D50為.13 ~20 μ m。
【文檔編號】C04B18/30GK104003638SQ201410171525
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】李軍, 盧忠遠(yuǎn), 牛云輝, 彭洪 申請人:西南科技大學(xué)