CN113185199A - 一种水泥稳定材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种水泥稳定材料及其制备方法。水泥稳定材料，由基料和水制成，水的重量占基料总量的5‑8%；基料由包含以下重量百分比的原料制成：水泥1.5‑6.7%、再生粗集料60‑82%、天然细集料15‑33%和活化剂0.5‑2%；活化剂选自硅烷偶联剂、钛酸偶联剂、有机硅树脂溶液、石蜡乳液和乳化沥青中的一种或几种。用活化剂处理再生粗集料，可降低再生粗集料的吸水率，采用本申请的配比设计制得的水泥稳定材料的强度好，制得的公路基层的强度好。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种水泥稳定材料及其制备方法。
背景技术
水泥稳定材料是指集料、水泥和水等拌和后的混合物，此混合物经摊铺、碾压和养护后，可作为路面的基层或底基层，基层是整个道路的承重层，起稳定路面的作用，所以水泥稳定材料的质量直接关系着路面的质量和使用性能。
随着我国建筑行业的蓬勃发展，一条条公路和一幢幢高楼大厦不断建成，与此同时，早期修建的大楼或公路也到了该修建或扩展的阶段，所以此时，对建筑材料的需求更加迫切，然而，经过几十年的过度开采，适用于公路工程的石料已经越来越少，与此同时，随着旧楼拆迁和旧公路的维修，涌现出越来越多的建筑垃圾，在建筑垃圾越来越多而天然建筑材料越来越匮乏的环境下，如何对建筑垃圾再利用，实现资源的再生利用，是人们迫切需要解决的难题。
目前将废旧混凝土破碎、筛分后可制成再生集料，但是通过简单破碎和筛分工艺制备的再生集料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中还含有硬化的水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部而造成大量微裂纹，这些因素综合就导致了再生集料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密小、空隙率大和压碎指标高。且由这种再生集料制备的再生水泥稳定材料硬化后的强度低、抗渗性、抗冻性和抗碳化能力就差、耐久性能也不好，所以，为了提高再生混凝土的性能，须对简单破碎获得的低品质再生集料料进行强化处理，目前最常见的是通过改善集料粒形和除去再生集料表面所附着的硬化水泥，但是，发明人发现，将现有强化处理后的再生集料应用于水泥稳定材料中其抗压强度较差。
发明内容
为了提高水泥稳定材料的强度，本申请提供一种水泥稳定材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种水泥稳定材料，采用如下的技术方案：
一种水泥稳定材料，由基料和水制成，所述水的重量占基料总量的5-8％；
所述基料由包含以下重量百分比的原料制成：
水泥1.5-6.7％、再生粗集料60-82％、天然细集料15-33％和活化剂0.5-2％；
所述活化剂选自硅烷偶联剂、钛酸偶联剂(四异丙基二钛酸酯)、有机硅树脂溶液、石蜡乳液和乳化沥青中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，本申请通过活化剂对再生粗集料进行强化处理，可提高再生粗集料的密度，封堵再生粗集料表面的孔隙和缝隙，降低再生粗骨料的吸水力和压碎值。按本申请中设计的配比，将水泥、再生粗集料、天然细集料、活化剂和水配置成水泥稳定材料，可提高其强度和耐久性。该水泥稳定材料适合应用于路面基层。
本申请中，钛酸偶联剂为四异丙基二钛酸酯。
优选的，所述活化剂为硅烷偶联剂和有机硅树脂溶液；进一步优选，所述硅烷偶联剂和有机硅树脂溶液的重量比为(1-5)：1。
本申请中，硅烷偶联剂为丙基二甲基硅烷。有机硅树脂溶液在常温下是一种无色透明的液体，在25℃时布氏粘度为5.0mPa.s，具有较好的流动性。本申请中将硅烷偶联剂和有机硅树脂溶液按重量比为(1-5)：1的比例相互配合作为活化剂，使得活化剂具有良好的密封性和沾附性，可很好的附着在再生粗集料的表面，并很好的封堵空隙和缝隙，从而可降低其吸水率。
优选的，所述再生粗集料的压碎值为23-26.3％。
通过采用上述技术方案，选择压碎值为23-26.3％的再生粗集料有利于提高水泥稳定材料的强度和耐久性。
为了降低再生粗集料的压碎值，申请人研究发现，对购买或筛选、清洗后的再生粗集料进行加热、球磨，可提高其强度、降低压碎值。加热温度可以是150-170℃。
优选的，所述天然细集料的表观密度为2.0-2.5g/cm3，砂当量为65.2-79.8％。
选择表观密度为2.0-2.5g/cm3且砂当量为65.2-79.8％的天然细集料，填充效果更好。本申请中，天然细集料可以是河砂、山砂或海砂，优选为河砂。
优选的，所述基料还包括早强剂，所述早强剂的用量占基料用量的0.2-0.8％。进一步优选，所述早强剂选自硫铝酸盐、硅酸盐、铝酸盐和石膏中的一种或几种；再进一步优选，所述早强剂为硫铝酸盐、硅酸盐和石膏；最优选，所述硫铝酸盐、硅酸盐和石膏的重量比为(1-3)：(0.5-2):1。
早强剂是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。申请中，在基料中加入硫铝酸盐、硅酸盐、铝酸盐和石膏中的一种或几种早强剂，可增强水泥稳定材料的早期强度和抗冻性能。当采用重量比为(1-3)：(0.5-2):1的硫铝酸盐、硅酸盐和石膏作为早强剂时，不仅可增强水泥稳定材料的早期强度和抗冻性，还能减少其吸水性，从而可改善其强度和耐久性。
第二方面，本申请提供一种水泥稳定材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种水泥稳定材料的制备方法，包括如下步骤：
按设比例，将再生粗集料预热到30-40℃，将活化剂以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，保持2-4min，随后在83-92℃下养护8-20h；随后与水泥、天然细集料混合均匀，得的基料；最后将基料与水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
通过采用上述技术方案，先用活化剂处理再生粗集料，然后再与其它基料混合，最后与水混合，即可制得水凝稳定材料，制备工艺简单，易于实施，施工方便。此外，活化剂处理再生粗集料时，先将再生粗集料预热到30-40℃，随后将活化剂以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，保持2-4min，随后在83-92℃下养护8-20h，活化剂可堵塞或封闭再生粗集料的空隙或裂缝，降低了再生粗骨料的吸水率，从而提高了水泥稳定材料的强度。
优选的，加入早强剂时，先将早强剂与水泥混合均匀，然后再与其它基料混合。
通过采用上述技术方案，早强剂与水泥混合均匀，再与其它基料混合，有利于提供早强剂的利用率，减少早强剂的浪费。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、按本申请的配比设计制得的水泥稳定材料的强度好；
2、用活化剂处理再生粗集料，可降低再生粗集料的吸水率。
3、本申请中优选采用再生粗集料，实现了废旧混凝土的合理利用，有利于节约资源，保护环境。
具体实施方式
实施例中，再生粗集料的压碎值为23-26.3％；
天然细集料为河砂，表观密度为2.0-2.5g/cm3，砂当量为65.2-79.8％。
实施例
实施例1
将63.5kg再生粗集料预热到40℃，将2kg石蜡乳液以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、1.5kg水泥和33kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与8kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例2
将78kg再生粗集料预热到40℃，将0.5kg石蜡乳液以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、6.5kg水泥和15kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与5kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例3
将75kg再生粗集料预热到40℃，将0.5kg石蜡乳液以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、4kg水泥和20kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例4
将75kg再生粗集料预热到40℃，将0.5kg丙基二甲基硅烷和0.5kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、4kg水泥和20kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例5
将75kg再生粗集料预热到40℃，将1kg丙基二甲基硅烷和0.2kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、4kg水泥和20kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例6
将75kg再生粗集料预热到40℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、4kg水泥和20kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例7
将75kg再生粗集料预热到40℃，将0.5kg丙基二甲基硅烷和1kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将活化再生粗集料、4kg水泥和20kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例8
将75kg再生粗集料预热到40℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将0.2kg硅酸盐和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例9
将71.5kg再生粗集料预热到40℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、1.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例10
将70.5kg再生粗集料预热到40℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将3kg硫铝酸盐、0.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例11
将71kg再生粗集料预热到40℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持2min，随后在83℃下养护18h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、2kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例12
将71.5kg再生粗集料预热到30℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持4min，随后在90℃下养护8h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、1.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例13
将71.5kg再生粗集料预热到37℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持3min，随后在90℃下养护10h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、1.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例14
将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与71.5kg再生粗集料混合均匀，随后在90℃下养护10h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、1.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例15
将71.5kg再生粗集料预热到37℃，将0.8kg丙基二甲基硅烷和0.3kg有机硅树脂溶液混合均匀，随后将以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，然后保持3min，随后在自然状态下养护24h，得到活化再生粗集料；
将1kg硫铝酸盐、1.5kg硅酸盐、1kg石膏和3.8kg水泥混合均匀，随后与活化再生粗集料和19.5kg河砂混合均匀，得的基料；
将基料与6.7kg水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
实施例16
实施例16与实施例13的区别仅在于，实施例16中，河砂的表观密度为2.62-2.8g/cm3，砂当量为82-87％，其余均与实施例13保持一致。
对比例
对比例1
对比例1与实施例11的区别仅在于：对比例1中，用等量的天然粗集料代替再生粗集料，其余均与实施例11一致。
对比例2
对比例2与实施例11的区别仅在于：对比例2中，不使用活化剂，其余均与实施例11一致。
对比例3
对比例3与实施例11的区别仅在于：对比例3中，水泥占基料总量的15％，其余均与实施例11一致。
性能检测试验
1、根据JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》检测本申请实施例1-16和对比例1-3中粗集料(再生粗集料和天然粗集料)的吸水率(T0305-2005)和压碎值(T0316-2005)等指标，具体检测结果件如下表1。
本申请中，实施例1-16和对比例1-3采用同批次的再生粗骨料，因此，进行活性处理前，取3个平行试样分别测吸水率和压碎值，然后分别取平均值5.2％和24.8％作为实施例1-16和对比例1-3的再生粗骨料活化前的吸水率和压碎值。
压碎值是用于衡量集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量集料力学性能的指标，以评定其在公路工程中的适用性。
表1
结合实施例1-3并结合对比例2表1可以看出，采用本申请的活化剂后可降低再生粗集料的吸水率和压碎值。
结合实施例4-7并结合表1可以看出，当硅烷偶联剂(丙基二甲基硅烷)和有机硅树脂溶液以重量比(2.7-5):1的比例制成活化剂时，活化后的再生粗集料的吸水率和压碎值降低的幅度最大。
结合实施例8-11并结合表1可以看出，硫铝酸盐、硅酸盐和石膏以重量比为1(1.5-2):1的比例混合，可降低再生粗集料的吸水率和压碎值。
结合实施例12-15并结合表1可以看出，用活化剂处理再生粗集料时，采用本申请的活化方法“先将再生粗集料预热到30-40℃，随后活化剂以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，保持2-4min，最后在83-92℃下养护8-20h”有利于降低降低再生粗集料的吸水率和压碎值。
2、根据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》检测本申请实施例1-16和对比例1-3中水泥稳定材料的无侧限抗压强度，具体检测结果件如下表2。
表2
结合实施例1-3并结合对比例2表1可以看出，采用本申请的活化剂可增强水泥稳定材料的抗压强度。
结合实施例4-7并结合表1可以看出，当硅烷偶联剂(丙基二甲基硅烷)和有机硅树脂溶液以重量比(2.7-5):1的比例制成活化剂时，水泥稳定材料的抗压强度增幅最为明显。
结合实施例8-11并结合表1可以看出，硫铝酸盐、硅酸盐和石膏以重量比为1(1.5-2):1的比例混合，可增强水泥稳定材料的抗压强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种水泥稳定材料，其特征在于，由基料和水制成，所述水的重量占基料总量的5-8%；
所述基料由包含以下重量百分比的原料制成：
水泥1.5-6.7%、再生粗集料60-82%、天然细集料15-33%和活化剂0.5-2%；
所述活化剂选自硅烷偶联剂、钛酸偶联剂、有机硅树脂溶液、石蜡乳液和乳化沥青中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述活化剂为硅烷偶联剂和有机硅树脂溶液。
3.根据权利要求2所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂和有机硅树脂溶液的重量比为（1-5）：1。
4.根据权利要求1所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述再生粗集料的压碎值为23-26.3%。
5.根据权利要求1所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述天然细集料的表观密度为2.0-2.5g/cm3，砂当量为65.2-79.8%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述基料还包括早强剂，所述早强剂的用量占基料用量的0.2-0.8%。
7.根据权利要求6所述的水泥稳定材料，其特征在于：所述早强剂选自硫铝酸盐、硅酸盐、铝酸盐和石膏中的一种或几种。
8.一种如权力要求1-7任一项所述的水泥稳定材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
按设比例，将再生粗集料预热到30-40℃，将活化剂以边喷洒边拌合的方式与再生粗集料混合均匀，保持2-4min，随后在83-92℃下养护8-20h；随后与水泥、天然细集料混合均匀，得的基料；最后将基料与水混合，搅拌均匀，即可制得水泥稳定材料。
9.根据权力要求8所述的水泥稳定材料的制备方法，其特征在于：加入早强剂时，先将早强剂与水泥混合均匀，然后再与其它基料混合。
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