CN104529318A - 一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢渣粉水稳基层材料，原料包括干料和水，所述干料按重量百分比计，包括以下组分：水泥：3-4wt%，钢渣粉：13-26wt%，碎石：70-84wt%；所述水的加入量为适量。本发明还公开了钢渣粉水稳基层材料的制备方法及其应用。本发明的一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法，提高了水稳基层材料的力学性能、开拓钢渣利用新途径，该材料具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能，以及较强的抗变形能力，各项性能指标均符合相关标准的要求，而且采用作为工业固体废弃物的钢渣粉，作为水稳基层材料中的细骨料，变废为宝，保护环境，一举多得。

Description

一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于新型建筑材料的技术领域，具体涉及一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法。

背景技术

水稳基层材料在我国的研究始于70年代，在此后的几十年中得到了迅速的发展。随着交通的不断发展对道路的质量要求越来越高，因此道路结构基层的材料成为影响道路质量和使用寿命的主要因素。水稳基层材料相对于石灰土是一种良好的基层材料。因为水稳基层具有强度高、稳定性好、耐久性好、较高的早期强度、良好的板体性和抗冻性能，以及较强的抗变形能力等特点，因此可广泛应用于各级道路的基层或底基层。

钢渣作为炼钢工业产生的废渣，由于其稳定性差、成分复杂，难以处理和利用，大量堆放又严重污染环境、占用城市宝贵土地，如何解进行“变废为宝”，已是本领域的关注焦点。南京林业大学王元纲教授在半刚性基层材料水稳基层中掺入钢渣骨料，分析其不同粒径的钢渣和不同的掺量对水稳基层的力学性能的影响，结果表明掺钢渣的水稳基层都具有良好的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度，且随着龄期的增长而增长。武汉理工大学周敏凯博士等对钢渣水稳基层作了一系列的研究，结果表明钢渣路面基层材料后期抗压强度增长率大、劈裂抗拉强度高，具有较好的力学性能。其与常规路面基层材料的力学性能基本持平甚至更优。因此，武传金等人在CN102491703A《一种钢渣水稳基层材料》中公开了一种利用钢渣集料替代碎石用作骨料，与一定数量的胶凝材混合搅拌，通过嵌挤原理摊铺压实制备水泥稳定碎石的方法。李丽霞在CN101880996A《公路路基用水泥稳定碎石》中公开了一种利用无熟料钢渣水泥、集料和水制备水泥稳定碎石的方法。

因此，将钢渣作为骨料代替水稳基层中的砂石可以促进资源利用，将工业固体废渣转变成路基材料。但是，钢渣由于自身存在的游离氧化钙f-CaO与游离氧化镁f-MgO而会产生安定性问题，将钢渣直接作为骨料用于水稳基层，对如何解决钢渣本身的安定性问题，对如何有效处理钢渣与结合料之间的相互作用及化学反应，都需要进一步的深入研究，亟待解决。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法，旨在提高水稳基层材料的力学性能、开拓钢渣利用新途径。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种钢渣粉水稳基层材料，原料包括干料和水，所述干料按重量百分比计，包括以下组分：

水泥：3-4wt％，

钢渣粉：13-26wt％，

碎石：70-84wt％；

所述水的加入量为适量；

所述原料中除水以外的干料组分先进行计量混合，再与水混合搅拌，进行挤压成型，即可制备获得所述钢渣粉水稳基层材料。

优选地，一种钢渣粉水稳基层材料，原料包括干料和水，所述干料按重量百分比计，包括以下组分：

水泥：3-4wt％，

钢渣粉：13-26wt％，

碎石：70-84wt％；

所述水与干料的重量比为：1：20-22。

所述原料中除水以外的干料组分先进行计量混合，再与水混合搅拌，进行挤压成型，即可制备获得所述钢渣粉水稳基层材料。

优选地，所述水泥选自42.5级普通硅酸盐水泥。

优选地，所述碎石为天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的岩石颗粒。进一步地，所述碎石的粒径≤31.5mm。所述碎石作为粗骨料，能够提高水稳基层材料的安定性。

优选地，所述水为自来水。

优选地，所述钢渣粉为经过磨细的转炉钢渣粉。所述钢渣粉购自上海宝冶钢渣综合开发实业有限公司。

进一步地，所述钢渣粉的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)＜5wt％，f-MgO(游离氧化镁)＜13wt％。所述钢渣粉的性能按照国家标准GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》中规定的方法测定。

进一步地，所述钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.5mm≥80wt％，粒径在0.5-0.8mm≤20wt％。

更优地，所述钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.3mm≥60wt％，粒径在0.3-0.5mm≥20wt％，粒径在0.5-0.8mm≤20wt％。

最优地，所述钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.125mm≥30wt％，粒径在0.125-0.3mm≥30wt％，粒径在0.3-0.5mm≥20wt％，粒径在0.5-0.8mm≤20wt％。

所述钢渣粉作为细骨料，能够减少水泥的用量，降低原料及施工成本。

本发明的一种钢渣粉水稳基层材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将干料中各组分按重量百分比计量后，放入搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入水后均匀搅拌；

优选地，所述干料中各组分放入搅拌机内搅拌时间为10±2分钟。

优选地，所述搅拌机为通用混凝土搅拌机。

优选地，所述加入水后的搅拌时间为10±2分钟。

2)将步骤1)所得物料挤压成型，并将挤压成型后的物料进行自然养护；即得所述钢渣粉水稳基层材料。

优选地，所述挤压成型是指将物料放入挤压成型机内挤压成型。

进一步地，所述挤压成型机为通用挤压成型机。

进一步地，所述物料使用运料车运送。所述运料车为通用运料车。

优选地，所述自然养护时间≥7天。所述自然养护方法为本领域常规方法。

优选地，所述钢渣粉水稳基层材料要进行性能检测。进一步地，所述性能检测为7d无侧限抗压强度检测。

优选地，所述钢渣粉水稳基层材料的制备方法符合行业标准JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》。

本发明公开了一种钢渣粉水稳基层材料在道路路面基层中的应用。

优选地，所述一种钢渣粉水稳基层材料在钢渣道路路面基层中的应用。

如上所述，本发明是这样实现的：新型钢渣道路水稳基层工程材料是利用钢渣粉替代水泥稳定碎石中的石屑，与一定数量的胶凝材料和粗集料混合搅拌，通过嵌挤原理摊铺压实而形成的建筑材料。本发明中的钢渣粉替代石屑用作骨料不是简单替代，而是通过级配研究形成具有一定孔隙率的碾压性水稳材料。主要利用钢渣粉潜在的胶凝性的特性，提高水稳基层的强度。并且利用钢渣因含有微量游离氧化钙，游离氧化镁，而具有微膨胀性，用于水稳基层材料可产生收缩补偿，均衡基层应力，避免裂缝产生，降低水稳基层裂缝产生的可能性。

本发明涉及一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法，利用工业固体废弃物为原料，将钢渣粉、水泥、碎石作为原料制备水稳基层材料，采用经过磨细且控制级配的钢渣粉，作为水稳基层材料中的细骨料，保留了原有的砂石作为粗骨料，既保持了砂石的优异性能，又解决了钢渣本身的安定性问题，并充分考虑了钢渣与其它原料之间的相互作用及化学反应。该材料具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能，以及较强的抗变形能力。将钢渣应用于水稳基层材料既开辟钢渣高附加值利用新技术、新途径，又利用钢渣粉的潜在活性，可以部分替代水泥的胶凝作用，降低水泥的用量从而降低成本且改善了水泥稳定碎石的性能。本发明中制备的钢渣粉水稳基层材料的各项性能指标均符合行业标准JTG D50-2006《公路沥青路面设计规范》中的要求。

本发明利用作为工业固体废弃物的钢渣粉，作为水稳基层材料中的细骨料，属于工业固废物的再利用，变废为宝，不但节约了日益紧缺的能源资源，节省堆存场地，替代现有原料、降低生产成本，而且又保护了我们的生活环境，一举多得。

附图说明

图1显示为本发明的一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法的制备工艺流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图1所示，按重量百分比计分别取用干料组分：水泥4wt％、钢渣粉13wt％、碎石83wt％，放入搅拌机内均匀搅拌10±2分钟；然后加水，再均匀搅拌10±2分钟，然后，将拌好的物料经运料车运入挤压成型机内挤压成型，成型后自然养护7天或以上，待测。其中，加水量与干料的重量百分比为1：22，即水的加入量约为4.5wt％。另外，钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.125mm＝35wt％，粒径在0.125-0.3mm＝35wt％，粒径在0.3-0.5mm＝25wt％，粒径在0.5-0.8mm＝5wt％。钢渣粉的性能条件：f-CaO＜5wt％，f-MgO＜13wt％。具体数据见表1。

实施例2

如图1所示，按重量百分比计分别取用干料组分：水泥3wt％、钢渣粉13wt％、碎石84wt％，放入搅拌机内均匀搅拌10±2分钟；然后加水，再均匀搅拌10±2分钟，然后，将拌好的物料经运料车运入挤压成型机内挤压成型，成型后自然养护7天或以上，待测。其中，加水量与干料的重量百分比为1：20，即水的加入量为5wt％。另外，钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.125mm＝35wt％，粒径在0.125-0.3mm＝33wt％，粒径在0.3-0.5mm＝22wt％，粒径在0.5-0.8mm＝10wt％。钢渣粉的性能条件：f-CaO＜5wt％，f-MgO＜13wt％。具体数据见表1。

实施例3

如图1所示，按重量百分比计分别取用干料组分：水泥4wt％、钢渣粉26wt％、碎石70wt％，放入搅拌机内均匀搅拌10±2分钟；然后加水，再均匀搅拌10±2分钟，然后，将拌好的物料经运料车运入挤压成型机内挤压成型，成型后自然养护7天或以上，待测。其中，加水量与干料的重量百分比为1：21，即水的加入量约为4.8wt％。另外，钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.125mm＝32wt％，粒径在0.125-0.3mm＝32wt％，粒径在0.3-0.5mm＝21wt％，粒径在0.5-0.8mm＝15wt％。钢渣粉的性能条件：f-CaO＜5wt％，f-MgO＜13wt％。具体数据见表1。

实施例4

如图1所示，按重量百分比计分别取用干料组分：水泥3wt％、钢渣粉26wt％、碎石71wt％，放入搅拌机内均匀搅拌10±2分钟；然后加水，再均匀搅拌10±2分钟，然后，将拌好的物料经运料车运入挤压成型机内挤压成型，成型后自然养护7天或以上，待测。其中，加水量与干料的重量百分比为1：20，即水的加入量为5wt％。另外，钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.125mm＝30wt％，粒径在0.125-0.3mm＝30wt％，粒径在0.3-0.5mm＝20wt％，粒径在0.5-0.8mm＝20wt％。钢渣粉的性能条件：f-CaO＜5wt％，f-MgO＜13wt％。具体数据见表1。

对比例1

按重量百分比计分别取用干料组分：水泥4wt％和碎石96wt％，放入搅拌机内均匀搅拌10±2分钟；然后加水，再均匀搅拌10±2分钟，然后，将拌好的物料经运料车运入挤压成型机内挤压成型，成型后自然养护7天或以上，待测。其中，加水量与干料的重量百分比为1：20，即水的加入量为5wt％。具体数据见表1。

表1.材料实例配方(材料按重量百分比计)

类别	水泥(wt％)	钢渣粉(wt％)	碎石(wt％)	水的加入量(wt％)
					实施例1	4	13	83	4.5
实施例2	3	13	84	5
					实施例3	4	26	70	4.8
实施例4	3	26	71	5
					对比例1	4	/	96	5

实施例5

根据行业标准JTG D50-2006《公路沥青路面设计规范》中的要求，将实施例1～4和对比例1中获得的水稳基层材料，取相同规格尺寸，进行性能检测，对7d无侧限抗压强度等性能参数进行检测，再根据相应的技术指标，与实际数据比较，检测结果见表2。

表2.材料性能指标的检测结果

项目

技术指标

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

对比例1

7d无侧限抗压强度(MPa)

≥3.5

5.1

4.8

4.5

4.1

4.2

由表2可知，本发明中制备的钢渣粉水稳基层材料符合国家标准的要求，其中，技术指标如7d无侧限抗压强度，其数据均高于标准参数，且与目前常规使用的水稳基层材料相比也毫不逊色，甚至性能还超出。因而，本发明中钢渣粉水稳基层材料的性能良好，具有极大的实际应用价值。

综上所述，本发明的一种钢渣粉水稳基层材料及其制备方法，提高了水稳基层材料的力学性能、开拓钢渣利用新途径，该材料具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能，以及较强的抗变形能力，各项性能指标均符合相关标准的要求，而且采用作为工业固体废弃物的钢渣粉，作为水稳基层材料中的细骨料，变废为宝，保护环境，一举多得。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种钢渣粉水稳基层材料，原料包括干料和水，所述干料按重量百分比计，包括以下组分：

水泥：3-4wt％，

钢渣粉：13-26wt％，

碎石：70-84wt％；

所述水的加入量为适量。

2.根据权利要求1所述的一种钢渣粉水稳基层材料，其特征在于，所述水与干料的重量比为：1：20-22。

3.根据权利要求1所述的一种钢渣粉水稳基层材料，其特征在于，所述水泥选自42.5级普通硅酸盐水泥；所述碎石为天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的岩石颗粒；所述碎石的粒径≤31.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种钢渣粉水稳基层材料，其特征在于，所述钢渣粉为经过磨细的转炉钢渣粉；所述钢渣粉的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)＜5wt％，f-MgO(游离氧化镁)＜13wt％。

5.根据权利要求1所述的一种钢渣粉水稳基层材料，其特征在于，所述钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.5mm≥80wt％，粒径在0.5-0.8mm≤20wt％。

6.根据权利要求5所述的一种钢渣粉水稳基层材料，其特征在于，所述钢渣粉的粒径规格为：粒径小于0.3mm≥60wt％，粒径在0.3-0.5mm≥20wt％，粒径在0.5-0.8mm≤20wt％。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种钢渣粉水稳基层材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将干料中各组分按重量百分比计量后，放入搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入水后均匀搅拌；

2)将步骤1)所得物料挤压成型，并将挤压成型后的物料进行自然养护；即得所述钢渣粉水稳基层材料。

8.根据权利要求7所述的一种钢渣粉水稳基层材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述干料中各组分放入搅拌机内搅拌时间为8-12分钟；所述加入水后的搅拌时间为8-12分钟。

9.根据权利要求7所述的一种钢渣粉水稳基层材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述自然养护时间≥7天。

10.根据权利要求1-6任一所述的一种钢渣粉水稳基层材料在道路路面基层中的应用。