一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料

摘要

本发明涉及公路基层材料研究领域，具体涉及一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料。一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：集料70～85份、水泥3～7份、煤气化粗渣16～22份、水5.0～6.5份、火山灰反应促进剂0.06～0.21份。

说明书

技术领域

本发明涉及公路基层材料研究领域，具体涉及一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料。

背景技术

煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术，被列为“十三五”规划国家重点项目之一。按照目前我国煤气化工业规模，每年气化煤炭总量约13.5亿吨，残留近3.04亿吨灰渣，煤气化粗渣的大量堆放不仅占用宝贵土地，而且其渗透液还会对土壤、水资源造成严重污染，因此，综合开发与利用煤气化粗渣成为工业界亟需解决的工程难题。

沥青路面经受交通荷载、复杂气候环境等多因素的交互作用，常出现裂缝，路表水通过沥青面层裂缝进人基层表面及缝隙中，如果排水不畅，随着降雨量的增加，基层表面及空隙中的积水增多，在车辆荷载的作用下，引发动水压力，冲刷基层，形成唧泥病害，改善半刚性基层的抗冲刷性能是提高沥青路面耐久性的有效途径。

通过对半刚性基层材料抗冲刷性能研究，普遍认为硬化胶结料的强度与含量、细集料含量、混合料结构类型、养生龄期、含水量、压实度等因素均对其抗冲刷性能有重要影响，尤其是胶结料的强度和细集料的掺量对抗冲刷性能影响最为显著。研究表明：煤气化粗渣化学成分主要为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO，与混凝土常用矿物掺合料成分相似，且灰渣结晶率较低，液态熔渣经急冷后主要以非晶态玻璃体存在，在碱激发剂作用下具有火山灰活性，遇水反应生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等产物与集料界面相互作用，使半刚性基层中集料交界面微裂缝减少，提高了集料与细料的胶结强度，使其中毛细管变少，分子间作用力变大，碳化收缩作用变小，对提高半刚性基层材料抗冲刷性能具有显著效果。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足，本发明提供了一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料。

技术方案：一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料70～85份

水泥3～7份

煤气化粗渣16～22份

水5.0～6.5份

火山灰反应促进剂0.06～0.21份。

作为本发明公开的一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料的一种优选方案，所述集料为石灰岩或辉绿岩或玄武岩中的一种。

进一步地，所述集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为(3～25)：25：34：12。

作为本发明公开的一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料的一种优选方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

作为本发明公开的一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料的一种优选方案，所述火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

所述复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

所述早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

有益效果：本发明公开的一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料具有以下有益效果：

1)煤气化粗渣在碱激发剂作用下，形成三维聚合铝酸盐结构，促使煤气化粗渣中Al-O和Si-O键断裂，释放火山灰活性，生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等产物与集料界面相互作用，提高了粗集料与细料(粒径4.75mm以下)的胶结强度；

2)因高压气化，煤气化渣形成了大量多孔疏松微组织相，超大比表面积，构建组分互渗透、链接网状的无机胶凝体，提高了半刚性基层的抗压回弹模量和劈裂强度，有效地抑制了基层冲刷破坏的产生，改善了基层的耐久性；同时，形成大量的非晶态玻璃相，极大地提高了细料的胶结强度，使粗细集料的间隙更加稳固，提升了半刚性基层的强度；

3)早强剂提高掺煤气化粗渣高抗冲刷公路半刚性基层材料早期强度，有利于基层强度形成和施工组织；

4)转废为宝，资源化利用了煤气化粗渣，是绿色发展的成功典范。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

具体实施例1

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料70份

水泥4份

煤气化粗渣16份

水5份

火山灰反应促进剂0.1份。其中：煤气化粗渣为黑色粉状颗粒物，表观密度为1.886g/cm³，筛分结果见表1：

表1煤气化粗渣筛分结果

筛孔/mm9.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/％100.097.787.973.758.537.216.68.3

进一步地，集料为石灰岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为25：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。其中：

氢氧化钠为工业级片状或块状氢氧化钠材料，密度为2.130g/cm³；硅酸钠为无色、透明的粘稠状固体，相对密度为2.614，模数为3.1～3.4。

三乙醇胺为无色至浅黄色黏稠液体，相对分子质量149.19；硫酸钠为白色粉末，相对密度为2.68g/cm³。

具体实施例2

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料70份

水泥4份

煤气化粗渣19份

水5.5份

火山灰反应促进剂0.1份。

进一步地，集料为石灰岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为20：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

具体实施例3

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料70份

水泥4份

煤气化粗渣22份

水6.5份

火山灰反应促进剂0.1份。

进一步地，集料为石灰岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为15：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

具体实施例4

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料85份

水泥7份

煤气化粗渣22份

水6.5份

火山灰反应促进剂0.21份。

进一步地，集料为辉绿岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为9：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

具体实施例5

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料75份

水泥3份

煤气化粗渣16份

水5.0份

火山灰反应促进剂0.06份。

进一步地，集料为玄武岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为3：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

具体实施例6

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料80份

水泥4份

煤气化粗渣20份

水6.0份

火山灰反应促进剂0.2份。

进一步地，集料为玄武岩中。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为25：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

对比实施例

一种掺煤气化粗渣的公路半刚性基层材料，包括如下重量份配比的材料：

集料70份

水泥4份

水5.0份

火山灰反应促进剂0.1份。

进一步地，集料为石灰岩。

进一步地，集料包括粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料和粒径为20～30mm的集料，其中：粒径小于5mm的集料、粒径为5～10mm的集料、粒径为10～20mm的集料、粒径为20～30mm的集料的质量比为25：25：34：12。

进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，火山灰反应促进剂包括等质量比的复合碱性激发剂和早强剂，

复合碱性激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠，氢氧化钠和硅酸钠的质量比为2:1，

早强剂包括三乙醇胺和硫酸钠，三乙醇胺和硫酸钠质量比为1:40。

分别对具体实施例1～6和对比实施例基材强度和抗冲刷性能进行检测，具体数据见下表：

表2不同实施例混合料组成与性能

从表2中数据可以看出，7种半刚性基层材料7d无侧限抗压强度均能满足规范要求。随着水泥用量增加，掺煤气化粗渣半刚性基层材料无侧限抗压强度随之增长，随着煤气化粗渣用量增加，其28天无侧限抗压强度先增加后减小。随着煤气化粗渣的增加，冲刷质量损失先减小，后增加，当掺量为19份时，与对比例(未掺煤气化粗渣)相比，冲刷质量损失降低了约20％，当煤气化粗渣掺量为19％时，半刚性基层抗冲刷性能最好。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。