CN103274613A - 用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：矿渣50～70份，石膏10～30份，石灰5～20份，粉煤灰5～25份和硫酸钠0～5份。本发明的胶结料进行应用时，以砖混类再生集料与胶结料为基本原料，或者以工业废渣、矿山尾矿材料与胶结料为基本原料，混合配制生产道路基层材料。本发明具有环保利废、廉价经济等优点。

Description

用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料及其应用

技术领域

本发明属于建筑工程材料及其应用领域，尤其涉及一种道路基层材料中的胶结料及其具体应用。

背景技术

随着我国城市化的快速推进，产生了大量的建筑垃圾，这些建筑垃圾不仅占用耕地，而且污染环境。有效处理建筑垃圾，变废为宝，成为建设“美丽中国”的重要任务。建筑垃圾按其主要有效成分可分为混凝土类垃圾和砖混类垃圾。前者作为集料用于再生混凝土正在推广之中；后者除了用于回填和生产建筑砌块外，尚未能在其它领域有效再利用。我国公路建设的飞速发展世所罕见，公路建设对路面基层材料的需求量巨大。高速公路与高等级市政公路的基层通常采用水泥稳定碎石，其中的碎石则常采用天然岩石破碎的级配碎石。砖混类再生骨料代替天然骨料应用于高等级公路基层，将是对砖混类建筑垃圾有效消化和规模化利用的重要途径，同时也能节约天然资源、保护环境并降低成本。

CN101545234A号中国专利文献和CN102390956A号中国专利文献公开了采用不同方法改造过的硅酸盐水泥基胶凝材料胶结级配砖混类再生骨料来制备道路基层的技术方案，例如CN102390956A号中国专利文献公开了一种废弃水泥稳定碎石再生的路面基层，其通过采用不同级配的碎石、水泥、核壳胶乳、纳米核壳橡胶粒子等来制备道路基层材料；而CN102951880A号中国专利文献则只利用建筑垃圾中粒径在0.20 mm～20 mm的骨料，且需对其进行焙烧以制备道路基层，而CN101698578A号中国专利文献则是用部分建筑垃圾替代人工碎石来制备道路基层。现有的专利文献中采用的基本胶凝材料均为常见的硅酸盐水泥，众所周知，硅酸盐水泥由于硬化时自收缩严重，用其作为无机结合料胶结碎石铺筑道路基层时，因为掺量通常只有4%～6%（质量比），这对道路基层的收缩性能影响较小。然而，砖混类再生骨料裂隙和微孔发育，吸水性强，干缩严重，当用同样具有收缩性的硅酸盐水泥作为胶结材料时，这将大大增加道路基层产生裂缝的风险。如果对硅酸盐水泥进行改性使其适应于胶结再生集料，将大大增加成本以致影响技术的推广。因此，本领域内有必要开发一种新的胶凝材料以用于制备道路基层。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种配方简单、成本低、环保利废、廉价经济的用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，还相应提供一种该胶结料在制备道路基层材料上的具体应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，所述胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣    50～70份，

石膏    10～30份，

石灰     5～20份，

粉煤灰   5～25份  和

硫酸钠   0～5份。

上述的胶结料中，所述矿渣优选为高炉炼铁造渣产出的水淬渣；所述石膏优选为天然石膏、工业副产石膏中的一种或多种的混合物，天然石膏的矿物相为硬石膏、半水石膏、二水石膏中的任意一种或多种的混合物；所述石灰为生石灰和/或消石灰；所述粉煤灰一般指燃煤电厂烟窗排出粉尘的收集物；所述硫酸钠为含结晶水或无结晶水的硫酸钠，可以是各种天然的和/或人工的、以硫酸钠为主要化学组成的固体。

上述的胶结料中，所述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物（粒径优选小于40μm）。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的胶结料的应用，该应用包括：以砖混类再生集料与上述胶结料为基本原料，混合配制生产道路基层材料；还可以工业废渣、矿山尾矿等材料与上述的胶结料为基本原料，混合配制生产道路基层材料。

上述的应用中，所述砖混类再生集料是由砖混类建筑垃圾经破碎后制备得到，砖混类再生集料一般需事先剔除有机垃圾；当应用于高速公路和一级公路时，所述砖混类再生集料优选被筛分成以下四级：0～4.75 mm、4.75mm～9.5 mm、9.5mm～19 mm和19mm～31.5 mm。这四种规格的砖混类再生集料分别进行分装。

上述的应用中，具体的操作步骤包括：先将所述砖混类再生集料按照拟铺设道路的级配要求进行配料，然后将配料后的砖混类再生集料与所述胶结料按100∶4～7的质量比混合均匀，可选择性地加入天然集料得到混合料，再通过实验确定出前述混合料达到最大密度时的含水量范围，再以该含水量范围为基准加水混合均匀，根据公路路基施工规范要求，以路拌法或场拌法等施工方法混合、摊铺和碾压干拌混凝土，然后保水养护到规定龄期。

本发明的上述技术方案主要基于以下原理：为了适应具有干缩特性的砖混类再生集料，本发明中开发了一种新型的且具有一定膨胀性的胶凝材料（即胶结料），再按一定的科学配比进行配制，得到使用性能良好的道路基层材料。本发明的技术方案有望被推广到高等级公路的基层进行应用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明推出了一种环保利废的再生水稳材料，即开发配制出一种新型的胶凝材料，该胶凝材料可充分利用工业废渣，不仅原料来源广泛易得，且造价低廉，其强度性能与32.5复合硅酸盐水泥相当。在铺筑高速公路基层时，本发明的新型无机胶结料的添加量仅为集料加量的4%～7%，即可满足道路施工规范对基层性能的要求。通过X衍射分析，本发明所用无机胶结料的水化产物中含大量高结晶水的钙矾石，故其硬化体有膨胀特性，可有效抵消集料干缩，因而其抗裂性能优于常用的硅酸盐水泥。本发明胶结料的水化机理决定了此种胶凝材料的抗硫酸盐腐蚀性能亦优于普通的硅酸盐水泥，以其胶结高硫酸盐含量的工业废渣与矿山尾矿铺筑道路基层也有良好的前景。

综上，本发明的技术方案最大限度地利用了固体废物，特别是砖混类建筑垃圾，具有环保利废和廉价经济等特点，在道路基层材料的制备及施工上具有广阔的应用前景。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      61份，

天然石膏  10份，

生石灰    20份，

粉煤灰     7份  和

硫酸钠     2份。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，以砖混类再生集料与上述本实施例的胶结料为基本原料，混合配制生产道路基层材料。本实施例的砖混类再生集料为拆迁工地上收集的砖混类建筑垃圾破碎而得，该砖混类再生集料中含多孔隙且吸水率高的砖瓦，其在破碎后裂隙发育，强度下降，导致其与天然石灰岩集料相比，具有高吸水率、高压碎值、高液限指数、较低表观密度和堆积密度等特点（参见表1）。

表1：砖混类再生集料与天然石灰岩集料的路用性能比较

类别	堆积密度/（g/cm3）	表观相对密度/（g/cm3）	1h吸水率/%	液限/%	塑限/%	压碎值/%
							砖混类再生集料	1.29	2.57	15.2	30.2	25.9	33.2
天然石灰岩集料	1.59	2.72	2.0	18.3	14.9	23.1

在上述的应用中，具体的操作步骤包括：对上述砖混类建筑垃圾先进行破碎，事先剔除有机垃圾；当应用于高速公路和一级公路时，先将破碎加工后的砖混类再生集料分成以下四级：0～4.75 mm、4.75mm～9.5mm、9.5mm～19mm和19mm～31.5 mm。这四种规格的砖混类再生集料分别进行分装后，按照拟铺设道路的类别，再根据公路JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》中对高速公路和一级公路所要求的集料级配进行配料；根据具体道路的施工要求，上述砖混类再生集料可直接用本实施例的无机胶结料胶结，也可在其中掺入一定比例的天然石灰岩集料后再胶结。例如，当用本实施例的砖混类再生集料制备高速公路和一级公路的水泥稳定碎石基层时，可根据压碎值要求选择掺入一定比例的天然石灰岩集料，以保证混合后的集料的压碎值高于规范要求。本实施例的砖混类再生集料全部采用再生料，不添加天然集料。将配料后的砖混类再生集料与本实施例的胶结料按100∶6的质量比混合均匀，可选择性地加入天然集料得到混合料。混合料的各项路用性能可根据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》检测。用重型击实试验达到最大密度所得最佳含水量掺配到前述的混合料中，静压成型试件，试模规格为Φ150 ×150的圆柱体，在相对湿度大于98 %、温度20℃的空气中养护6 d后浸水24 h，测其7d无侧限抗压强度，用9个试件的平均值作为无侧限抗压强度试验结果。本实施例中测得的试件7天饱水抗压强度均值为4.5 MPa。

以下通过改变胶凝材料（无机胶结料）的配比、胶结料掺量及天然石灰石骨料的添加比例，得到以下不同的优选实施例。

实施例2：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      50份，

天然石膏  10份，

熟石灰    15份，

粉煤灰    25份 。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰和粉煤灰均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的试件7天饱水抗压强度均值为4.0 MPa。

实施例3：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      55份，

脱硫石膏  15份，

熟石灰    15份，

粉煤灰    12份 和

硫酸钠     3份。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的试件7天饱水抗压强度均值为3.8MPa。

实施例4：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      61份，

磷石膏    10份，

生石灰    20份，

粉煤灰    5份 和

硫酸钠    4份。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的本实施例试件7天饱水抗压强度均值为4.7MPa。

实施例5：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      65份，

天然硬石膏 20份，

生石灰    10份，和

粉煤灰    5份 。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，本实施例的砖混类再生集料中包含有20%的天然石灰岩集料，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的本实施例试件7天饱水抗压强度均值为6MPa。

实施例6：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      53份，

天然石膏  30份，

生石灰    5份， 

粉煤灰    10份 和

硫酸钠     2份。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的本实施例试件7天饱水抗压强度均值为3.7MPa。

实施例7：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      70份，

天然硬石膏 17份，

熟石灰    8份，和 

粉煤灰    5份 。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，本实施例的砖混类再生集料中包含有50%的天然石灰岩集料，且胶结料的掺量为砖混类再生集料的4%，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的本实施例试件7天饱水抗压强度均值为4.0MPa。

实施例8：

一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，该胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣      70份，

天然硬石膏 17份，

熟石灰    8份，和 

粉煤灰    5份 。

上述的胶结料中，矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣。上述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

将上述本实施例的胶结料具体应用于制备生产道路基层材料，除制备方法中胶结料的原料配方与上述配方对应外，本实施例的胶结料的掺量为砖混类再生集料的4%，其余的原料选择、操作步骤、具体实验条件及工艺参数等，均与实施例1相同，最后测得的本实施例试件7天饱水抗压强度均值为2.1MPa。

对比例：

分别用4%的32.5复合硅酸盐水泥固结本实施例中的砖混类再生集料，对应的7天饱水抗压强度均值为2.2MPa。与上述各实施例的对比结果表明，本发明所用的胶结料与PC32.5水泥在强度性能上至少基本相当，一般都会优于PC32.5水泥。

Claims (6)

1.一种用于砖混类建筑垃圾制备道路基层材料的胶结料，其特征在于，所述胶结料主要由以下质量份数的组分均匀混合而成：

矿渣    50～70份，

石膏    10～30份，

石灰     5～20份，

粉煤灰   5～25份  和

硫酸钠   0～5份。

2.根据权利要求1所述的胶结料，其特征在于，所述矿渣为高炉炼铁造渣产出的水淬渣；所述石膏为天然石膏、工业副产石膏中的一种或多种的混合物，天然石膏的矿物相为硬石膏、半水石膏、二水石膏中的任意一种或多种的混合物；所述石灰为生石灰和/或消石灰；所述硫酸钠为含结晶水或无结晶水的硫酸钠。

3.根据权利要求1或2所述的胶结料，其特征在于，所述矿渣、石膏、石灰、粉煤灰和硫酸钠均为充分干燥、且磨细到常用水泥细度的颗粒物。

4.一种如权利要求1～3中任一项所述的胶结料的应用，其特征在于：以砖混类再生集料与所述胶结料为基本原料，或者以工业废渣、矿山尾矿材料与所述的胶结料为基本原料，混合配制生产道路基层材料。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述砖混类再生集料是由砖混类建筑垃圾经破碎后制备得到，所述砖混类再生集料被筛分成以下四级：0～4.75 mm、4.75mm～9.5 mm、9.5mm～19 mm和19mm～31.5 mm。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：先将所述砖混类再生集料按照拟铺设道路的级配要求进行配料，然后将配料后的砖混类再生集料与所述胶结料按100∶4～7的质量比混合均匀，可选择性地加入天然集料得到混合料，再通过实验确定出前述混合料达到最大密度时的含水量范围，再以该含水量范围为基准加水混合均匀，最后进行碾压施工并保水养护。