技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種道路基層混合料，特別地，涉及采用專用土體穩(wěn)定劑資源化處理煤矸石制造的道路基層混合。
背景技術(shù)：
我國(guó)是全球煤炭開采量最大的國(guó)家，2015 年煤炭產(chǎn)量達(dá) 37.5 億噸，占全球煤炭產(chǎn)量的 47%。煤矸石是煤炭的一種共伴生礦物，產(chǎn)生于煤炭的開采和洗選加工過(guò)程。其熱值一般低于 6.3 MJ/kg，含有 氧化鋁、氧化鐵和氧化硅等無(wú)機(jī)灰分，總含量達(dá)到煤矸石總量的 60%～95%，因難以利用而成為一種工業(yè)固體廢棄物。一般地，每生產(chǎn)1噸原煤會(huì)產(chǎn)生 0.15～0.2噸煤矸石。2012 年，我國(guó)煤矸石產(chǎn)生量達(dá) 6.5 億噸，約占全國(guó)工業(yè)固廢產(chǎn)生量的 40%。大量煤矸石露天堆放，已形成 2600 余座煤矸石山，累積堆存量達(dá) 50 多億噸，占地 20 余萬(wàn)畝，成為我國(guó)積存量和年產(chǎn)量最大、占用堆積場(chǎng)地最多的一種工業(yè)廢棄物。煤矸石的大量堆放帶來(lái)了非常嚴(yán)重的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。大量土地的占用，造成耕地、林地等面積的減少；因自燃產(chǎn)生有毒有害氣體，有毒有害元素也會(huì)隨著雨水淋溶和滲濾而污染地下水體和土壤，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害；而且，煤炭企業(yè)每年還需要投入大量資金用于解決煤矸石土地的征用、矸石山的污染以及應(yīng)對(duì)山體滑坡和泥石流等自然災(zāi)害等問(wèn)題。
現(xiàn)有筑路技術(shù)，構(gòu)筑道路基層（上、下基層、底基層）都是以級(jí)配碎石（把原生的巖石，經(jīng)破碎、篩分組成級(jí)配碎石）為主體材料，再按配合比摻入石灰，粉煤灰、水泥、制成“二灰碎石”或“水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石”，做為構(gòu)筑道路基層的材料。這種技術(shù)的主要缺點(diǎn)，是破壞生態(tài)環(huán)境（炸山取石或挖河取石），大量消耗原生資源且造價(jià)過(guò)高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種專用土體穩(wěn)定劑資源化處理煤矸石制造的道路基層混合料，所述道路基層混合料的制備材料由93-98重量份的煤矸石粉、2-7重量份的水泥以及0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑組成，所述土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，1-15重量份的表面活性劑，0.1-10重量份的硼酸或硼酸鹽組成，所述制備材料還包括水，所述水的用量為比所述道路基層混合料最佳含水率多1-4%。
所述水泥為425#普通硅酸鹽水泥。
所述土體穩(wěn)定劑的pH值被調(diào)整至8-10。
所述煤矸石粉的粒徑不大于3mm。
所述表面活性劑選自二辛基琥珀酸磺酸鈉、烷基醚羧酸鹽、丁基奈磺酸鹽中一種或幾種。
所述道路基層混合料的制備材料還包括0.01-3重量份的烯烴酸。
所述烯烴酸選自馬來(lái)酸、富馬酸、檸檬酸、中康酸、戊烯二酸中的一種或幾種。
一種道路基層混合料的制備方法，包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑；
將2-7重量份的水泥、水與93-98重量份的煤矸石在第一混料倉(cāng)中混合3-15分鐘，得到水泥煤矸石混料，所述水的用量為比所述道路基層混合料最佳含水率多1-4%；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合3-15分鐘，得到道路基層混合料。
現(xiàn)有筑路技術(shù)，構(gòu)筑道路基層（上、下基層、底基層）都是以級(jí)配碎石（把原生的巖石，經(jīng)破碎、篩分組成級(jí)配碎石）為主體材料，再按配合比摻入石灰，粉煤灰、水泥、制成“二灰碎石”或“水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石”，做為構(gòu)筑道路基層的材料。本發(fā)明僅采用煤矸石粉作為道路基層混合料的主體材料，充分利用了煤矸石。資源化處置煤矸石制備得到的道路基層滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
參考以下詳細(xì)說(shuō)明更易于理解本申請(qǐng)的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
除非另有限定，本文使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時(shí)，以本說(shuō)明書中的定義為準(zhǔn)。
本發(fā)明的最佳含水率是指在室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)下，混合料達(dá)到最大干密度時(shí)所測(cè)得的含水量即為最佳含水率，由于有水泥的存在，最佳含水率可以采用填料最佳含水率換算。也可以通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)得到最佳含水率。
本發(fā)明的道路基層混合料，該道路基層混合料的制備材料包括93-98重量份的煤矸石粉、2-7重量份的水泥以及0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑，所述土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，1-15重量份的表面活性劑，0.1-10重量份的硼酸或硼酸鹽組成，所述制備材料還包括水，所述水的用量為比所述道路基層混合料最佳含水率多1-4%。
本發(fā)明采用硼酸或硼酸鹽為主體的土體穩(wěn)定劑，大大提高了煤矸石非活性成分的交聯(lián)活性，與少量的水泥配合，制備而成的道路基層混合料滿足國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
最為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述水泥為425#普通硅酸鹽水泥。土體穩(wěn)定劑的pH值被調(diào)整至8-10。所述煤矸石粉的粒徑不大于3mm。所述表面活性劑選自二辛基琥珀酸磺酸鈉、烷基醚羧酸鹽、丁基奈磺酸鹽中一種或幾種。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述道路基層混合料的制備材料還包括0.01-3重量份的烯烴二酸或烯烴酸酐。當(dāng)煤矸石的硫元素含量較多時(shí)，制作而成的道路基層混合料的水穩(wěn)定性較差，在20次的干濕循環(huán)中，強(qiáng)度和重量損失嚴(yán)重。本發(fā)明的道路基層混合料中加入0.01-3重量份的烯烴酸可以有效提高硫元素質(zhì)量含量高于0.1%的煤矸石的水穩(wěn)定性，尤其是高硫煤矸石。本發(fā)明所述的烯烴酸是指具有碳碳雙鍵和羧酸結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，可以選擇的烯烴酸包括丙烯酸、丁烯酸、戊烯酸、甲基丙烯酸、甲基丁烯酸、甲基戊烯酸。我們猜測(cè)，碳碳雙鍵和羧酸結(jié)構(gòu)的有機(jī)物一方面能夠與煤矸石顆粒表面的金屬離子產(chǎn)生吸附作用，另一方面，吸附后的煤矸石顆粒具有更好的疏水性，同時(shí)，由于硫元素在長(zhǎng)期的干濕循環(huán)過(guò)程中逐漸被氧化最終產(chǎn)生硫酸根離子，使得原有的化學(xué)交聯(lián)變?nèi)酰缆坊鶎訌?qiáng)度降低，但是具有雙鍵的烯烴酸能夠與氧氣發(fā)生反應(yīng)進(jìn)一步交聯(lián)，同時(shí)還阻止了硫元素的氧化。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述烯烴酸可以優(yōu)選那些含有2個(gè)羧酸基團(tuán)的烯烴酸，例如：馬來(lái)酸、富馬酸、檸檬酸、中康酸、戊烯二酸中的一種或幾種。這種具有2個(gè)羧酸基團(tuán)的烯烴酸具有更好的螯合性能，能夠更好地在礦物表面吸附、滲透，提高道路基層的力學(xué)強(qiáng)度。但是，當(dāng)采用具有更多羧酸基團(tuán)的烯烴酸，則無(wú)法獲得更好的水穩(wěn)定性，可能的原因是隨著羧酸基團(tuán)的含量增加，氧氣的滲透能力增強(qiáng)，反而無(wú)法提高道路基層的水穩(wěn)定性。
本發(fā)明的道路基層混合料的成型方法可以采用其他現(xiàn)有技術(shù)常用的那些方法進(jìn)行成型。本發(fā)明采用兩階段混合的方法，煤矸石的粉碎后的粒徑為0.1-3mm，當(dāng)煤矸石級(jí)配粉料粒徑大于3mm不利于獲得更好抗壓強(qiáng)度的。采用兩階段混合的方法能夠提高免燒磚的力學(xué)強(qiáng)度。與一起混合相比，可以提高道路基層10%-25%左右的抗壓強(qiáng)度。
在下文中，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，但應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅僅是例示的而非限制性的。如果沒(méi)有其它說(shuō)明，所用原料都是市售的。
下面參照幾個(gè)例子詳細(xì)描述本發(fā)明。
煤矸石來(lái)自山東淄博，自燃矸石，陶紅色粉末狀，燒失量0%
煤矸石來(lái)自銅川，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量15%,硫含量0.5%，
煤矸石來(lái)自淮北，未燃矸石，灰黑色塊狀，燒失量4%，硫含量1%；
煤矸石來(lái)自攀枝花，未燃矸石，灰色，致密塊狀，燒失量0%；
煤矸石來(lái)自平朔，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量20%，硫含量5%；
實(shí)施例1
本實(shí)施例的道路基層混合料的制備包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑，煤矸石來(lái)自山東淄博，自燃矸石，陶紅色粉末狀，燒失量0%；
將3重量份的水泥、97重量份的煤矸石加入第一混料倉(cāng)中，以最佳水含量混合，并再加入2%的水混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合15分鐘，得到道路基層混合料，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸或硼酸鹽組成，pH值調(diào)整至8。
將道路基層混合料成型，制成直徑與高均為150mm 的試件，測(cè)試道路基層混合料硬化體的水穩(wěn)定性，測(cè)試試件在20次的干濕循環(huán)（4小時(shí)常溫浸水，4小時(shí)常溫晾干）下的強(qiáng)度損失及重量損失。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的道路基層混合料的制備包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑，煤矸石來(lái)自銅川，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量15%,硫含量0.5%；
將3重量份的水泥、97重量份的煤矸石加入第一混料倉(cāng)中，以最佳水含量混合，并再加入2%的水混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合15分鐘，得到道路基層混合料，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸或硼酸鹽組成，pH值調(diào)整至8。
將道路基層混合料成型，制成直徑與高均為150mm 的試件，測(cè)試道路基層混合料硬化體的水穩(wěn)定性，測(cè)試試件在20次的干濕循環(huán)（4小時(shí)常溫浸水，4小時(shí)常溫晾干）下的強(qiáng)度損失及重量損失。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的道路基層混合料的制備包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑，煤矸石來(lái)自淮北，未燃矸石，灰黑色塊狀，燒失量4%，硫含量1%；
將3重量份的水泥、97重量份的煤矸石加入第一混料倉(cāng)中，以最佳水含量混合，并再加入2%的水混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合15分鐘，得到道路基層混合料，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸或硼酸鹽組成，pH值調(diào)整至8。
將道路基層混合料成型，制成直徑與高均為150mm 的試件，測(cè)試道路基層混合料硬化體的水穩(wěn)定性，測(cè)試試件在20次的干濕循環(huán)（4小時(shí)常溫浸水，4小時(shí)常溫晾干）下的強(qiáng)度損失及重量損失。
實(shí)施例4
本實(shí)施例的道路基層混合料的制備包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑，煤矸石來(lái)自攀枝花，未燃矸石，灰色，致密塊狀，燒失量0%；
將3重量份的水泥、97重量份的煤矸石加入第一混料倉(cāng)中，以最佳水含量混合，并再加入2%的水混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合15分鐘，得到道路基層混合料，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸或硼酸鹽組成，pH值調(diào)整至8。
將道路基層混合料成型，制成直徑與高均為150mm 的試件，測(cè)試道路基層混合料硬化體的水穩(wěn)定性，測(cè)試試件在20次的干濕循環(huán)（4小時(shí)常溫浸水，4小時(shí)常溫晾干）下的強(qiáng)度損失及重量損失。
實(shí)施例5
本實(shí)施例的道路基層混合料的制備包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于3mm的粒徑，煤矸石來(lái)自平朔，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量20%，硫含量5%；
將3重量份的水泥、97重量份的煤矸石加入第一混料倉(cāng)中，以最佳水含量混合，并再加入2%的水混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉(cāng)中混合15分鐘，得到道路基層混合料，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸或硼酸鹽組成，pH值調(diào)整至8。
將道路基層混合料成型，制成直徑與高均為150mm 的試件，測(cè)試道路基層混合料硬化體的水穩(wěn)定性，測(cè)試試件在20次的干濕循環(huán)（4小時(shí)常溫浸水，4小時(shí)常溫晾干）下的強(qiáng)度損失及重量損失。
通過(guò)上述的數(shù)據(jù)可以看出，采用了本發(fā)明的土體穩(wěn)定劑可以大大提高自燃矸石以及燒失量為0的煤矸石的水穩(wěn)定性，制作成的道理基層也滿足國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。但是在燒失量量較高以及硫含量較高的煤矸石方面水穩(wěn)定性稍差，但是也能滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
實(shí)施例6-10
實(shí)施例6-10分別與前述實(shí)施例1-5相同，不同的是在混合第二階段加入0.2重量份的丁烯二酸。
實(shí)施例11-15
實(shí)施例11-15分別與前述實(shí)施例1-5相同，不同的是在混合第二階段加入0.2重量份的戊烯二酸。
可以看出，采用本發(fā)明的戊烯二酸可以有效提高高硫含量煤矸石的水穩(wěn)定性。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。