抗裂防渗钢渣路面基层混合料及其制备方法

摘要

本发明涉及路基材料及其制备技术领域，是一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料及其制备方法，前者原料包括钢渣、普通砂、膨润土、粉煤灰、纤维、水泥、水，按照下述步骤制备得到：将钢渣、普通砂、膨润土和纤维充分搅拌得到拌合物，向拌合物中加入水后，充分拌和，并密闭静置得到混合物；将水泥、粉煤灰和剩余的水加入混合物，得到抗裂防渗钢渣路面基层混合料。本发明的原料易得，制备方法简便，得到的抗裂防渗钢渣路面基层混合料既满足路面基层结构的强度、刚度、水稳定性，能改善抗裂性和防渗性，又能降低温度应力和收缩而产生的裂缝，同时能提高抗侵蚀、耐磨、耐久性能。

说明书

技术领域

本发明涉及路基材料及其制备技术领域，是一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的副产物，据统计，钢渣的排放量占钢铁总产量的10%至15%，钢铁工业的快速发展导致钢渣的排放量也随之迅速递增，废弃的钢渣堆积形成的“渣山”一方面占用了大片土地，另一方面又造成了土壤和环境的污染，如何将钢渣变成一种可高效利用的资源，是我国钢铁工业实现节能减排和可持续发展所面临的迫切问题。

美国钢渣综合利用率已达到98%以上、德国98%、日本95%，然而中国综合利用率仅在25%左右。与发达国家相比还有较大差距，造成钢渣综合利用率低的原因在于钢渣的利用没有形成产品化、产业化和市场化。

国民经济的快速增长也带来了公路建设的快速发展，近五年平均每年仅高速公路的新增里程就达到8000公里至9000公里。公路修建过程中大量的开山采石，由此引发的生态保护和环境污染问题已变得十分严峻，并已成为制约公路建设可持续发展的重要因素。如何能够在大规模建设与保护好生态环境当中找到一个平衡点成为近年来工程领域讨论的热门话题，找到能够部分或者完全替代石料的新型筑路材料，减少石料的过度开挖，对于保护生态平衡具有十分重要的意义。

钢渣材料具有良好的颗粒级配和工程填筑特性，其化学成份和力学特性有利于结构强度和稳定性的提高，颗粒组成决定了其具有足够的水稳定性。钢渣含有铁粒和含铁固溶体，使钢渣具有很好的强度、硬度、耐磨性和耐冲击性，且钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的矿物成分，因此钢渣具有一定的水硬活性，而这些性能普通砂石都不具有。此外，钢渣或其混合料的抗冻性、抗腐蚀性较好，其强度在冬季寒冷时期也不会有太大变化，在海水或盐水中浸泡后，腐蚀程度也不明显。经过加工处理后的钢渣，掺入一定比例的水泥和其他辅助材料配制成混合料，经实验研究其含水率、强度、密度等物理性能技术指标均符合国家相关规范要求。

现在路面结构层中应用较多的半刚性基层具有结构强度高，荷载分布均匀，水稳性可靠及施工成本低的优点。但随着大面积的使用，人们逐渐发现半刚性基层在强度形成过程中及运营期间容易产生干缩和温缩裂缝进而使沥青面层过早开裂，并引起早期破坏。裂缝是公路路面的主要危害，产生裂缝后会导致雨水沿裂缝下渗，软化半刚性基层，造成其强度不足而形成唧浆、沉陷、啃边等病害，基层的开裂直接导致反射裂缝的形成；基层开裂产生裂缝，破坏结构的完整性，会使车辆通过时产生局部路段的跳车，造成行车不舒适，影响车速，同时对司机和乘客心理造成压力，影响路段的使用；裂缝的产生还会带来其他类型的路面损坏，如在行车荷载的作用下，会导致剥落、松散、唧泥，产生新的裂缝和使原有裂缝更加严重，甚至导致基层或路基产生冻胀、翻浆等，严重影响路面的使用寿命和结构的稳定性。

虽然基层受大气环境因素的影响比较小，但是却难于阻止地下水的侵入，另外，当路面面层发生透水时，也不能阻止雨水的渗入。基层受到雨水以及地下水的侵蚀后，在车辆荷载的反复作用下发生软化现象，基层一旦软化，使得面层的应力迅速增大，以致破坏，严重之处面层出现网裂和破损，导致路面达不到设计使用年限，造成了后期养护和维修费用的增加。所以基层结构除了应具有强度和刚度外，还应具有较好的水稳定性和抗渗性。

因此，研究出一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料是目前之急需。

发明内容

本发明提供了一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效提供一种强度、刚度和水稳定性好、抗裂性和防渗性强以及抗侵蚀、耐磨、耐久性能高的抗裂防渗钢渣路面基层混合料。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料，原料按照重量份数计，包括钢渣75份至85份、普通砂0份至15份、膨润土1份至2份、粉煤灰4份至8份、纤维0.02份至0.05份、水泥3份至6份、水5份至7份，按照下述步骤制备得到：第一步，将所需量的钢渣、普通砂、膨润土和纤维充分搅拌得到拌合物；第二步，向拌合物中加入重量份数为1份至2份的水后，充分拌和，并密闭静置2小时以上，得到混合物；第三步，将所需量的水泥、粉煤灰和剩余的水加入混合物，得到抗裂防渗钢渣路面基层混合料。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述普通砂的级配为中砂或粗砂，其中，砂的种类为水洗砂或机制砂。

上述膨润土中蒙脱石含量在75%以上。

上述纤维为长度范围在3mm至20mm的聚丙烯纤维或玻璃纤维或碳纤维。

上述水泥为强度等级为32.5或42.5或52.5的普通硅酸盐水泥。

上述钢渣为热闷工艺处理后的钢渣，其中，处理后的钢渣陈化时间在3个月以上，钢渣中的最大粒径不超过31.5mm，工程粒径在25 mm以下的比例为90%至100%，工程粒径在20 mm以下的比例为70%至85%，工程粒径在10 mm以下的比例为45%至65%，工程粒径在5mm以下的比例为30%至40%。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种抗裂防渗钢渣路面基层混合料的制备方法，按照下述步骤进行：第一步，将所需量的钢渣、普通砂、膨润土和纤维充分搅拌得到拌合物；第二步，向拌合物中加入重量份数为1份至2份的水后，充分拌和，并密闭静置2小时以上，得到混合物；第三步，将所需量的水泥、粉煤灰和剩余的水加入混合物，得到抗裂防渗钢渣路面基层混合料。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述普通砂的级配为中砂或粗砂，其中，砂的种类为水洗砂或机制砂。

上述膨润土中蒙脱石含量在75%以上。

纤维为长度范围在3mm至20mm的聚丙烯纤维或玻璃纤维或碳纤维；或/和，水泥为强度等级为32.5或42.5或52.5的普通硅酸盐水泥；或/和，钢渣为热闷工艺处理后的钢渣，其中，处理后的钢渣陈化时间在3个月以上，钢渣中的最大粒径不超过31.5mm，工程粒径在25 mm以下的比例为90%至100%，工程粒径在20 mm以下的比例为70%至85%，工程粒径在10mm以下的比例为45%至65%，工程粒径在5mm以下的比例为30%至40%。

本发明的原料易得，制备方法简便，得到的抗裂防渗钢渣路面基层混合料既满足路面基层结构的强度、刚度、水稳定性，能改善抗裂性和防渗性，又能降低温度应力和收缩而产生的裂缝，同时能提高抗侵蚀、耐磨、耐久性能。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该抗裂防渗钢渣路面基层混合料，原料按照重量份数计，包括钢渣75份至85份、普通砂0份至15份、膨润土1份至2份、粉煤灰4份至8份、纤维0.02份至0.05份、水泥3份至6份、水5份至7份，按照下述步骤制备得到：第一步，将所需量的钢渣、普通砂、膨润土和纤维充分搅拌得到拌合物；第二步，向拌合物中加入重量份数为1份至2份的水后，充分拌和，并密闭静置2小时以上，得到混合物；第三步，将所需量的水泥、粉煤灰和剩余的水加入混合物，得到抗裂防渗钢渣路面基层混合料。

在我国冬季降雪地区，为了加速冰雪融化，保证交通安全，常常会向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，除冰盐中的主要成分为氯化钠和氯化钙，除冰盐中的氯离子会渗入路面、桥面，从而引起结构内部的钢筋绣蚀，并进一步破坏整体结构，此外，我国还有广泛的盐碱地，其环境条件更为苟刻，对水泥基结构的破坏也更为严重。本发明抗裂防渗钢渣路面基层混合料，既具有满足路面基层结构的强度、刚度、水稳定性，又能改善抗裂性和防渗性，降低温度应力和收缩而产生的裂缝，提高抗侵蚀、耐磨、耐久性能。

实施例2：作为上述实施例的优化，普通砂的级配为中砂或粗砂，其中，砂的种类为水洗砂或机制砂。

实施例3：作为上述实施例的优化，膨润土中蒙脱石含量在75%以上。

实施例4：作为上述实施例的优化，纤维为长度范围在3mm至20mm的聚丙烯纤维或玻璃纤维或碳纤维。

实施例5：作为上述实施例的优化，水泥为强度等级为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥。

实施例6：钢渣为热闷工艺处理后的钢渣，其中，处理后的钢渣陈化时间在3个月以上，钢渣中的最大粒径不超过31.5mm，工程粒径在25 mm以下的比例为90%至100%，工程粒径在20 mm以下的比例为70%至85%，工程粒径在10 mm以下的比例为45%至65%，工程粒径在5mm以下的比例为30%至40%。

本发明中，热闷工艺处理后的钢渣陈化时间在3个月以上，钢渣中的最大粒径不超过31.5mm，工程粒径在25 mm以下的百分含量比例为90%至100%，工程粒径在20 mm以下的百分含量比例为70%至85%，工程粒径在10 mm以下的百分含量比例为45%至65%，工程粒径在5mm以下的百分含量比例为30%至40%。

实施例7：该抗裂防渗钢渣路面基层混合料的制备方法，按照下述步骤进行：第一步，将所需量的钢渣、普通砂、膨润土和纤维充分搅拌得到拌合物；第二步，向拌合物中加入重量份数为1份至2份的水后，充分拌和，并密闭静置2小时以上，得到混合物；第三步，将所需量的水泥、粉煤灰和剩余的水加入混合物，得到抗裂防渗钢渣路面基层混合料。

根据本发明得到的抗裂防渗钢渣路面基层混合料，进行技术检测

（1）拆模后的水泥稳定钢渣路面基层混合料试块在标准养护条件下养护7天，无侧限抗压强度可达2.5 MPa至7.0MPa，劈裂抗拉强度可达0.30 MPa至0.56MPa，材料拉压比达到0.08至0.12。

（2）拆模后的水泥稳定钢渣路面基层混合料试块在标准养护条件下养护7天，材料抗裂性能比未加膨润土和纤维的钢渣混合料提高10%至20%。

（3）拆模后的水泥稳定钢渣路面基层混合料试块在标准养护条件下养护7天，抗渗性能比未加膨润土和纤维的钢渣混合料提高20%至40%。

综上所述，本发明的原料易得，制备方法简便，得到的抗裂防渗钢渣路面基层混合料既满足路面基层结构的强度、刚度、水稳定性，能改善抗裂性和防渗性，又能降低温度应力和收缩而产生的裂缝，同时能提高抗侵蚀、耐磨、耐久性能。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。