道路基层材料及道路基层材料的制备方法

摘要

本发明涉及的是道路基层材料制备领域，具体是一种道路基层材料及道路基层材料的制备方法。所述道路基层材料由以下重量份的原料制成：热脱附成品土20～30份，铁尾矿废石60～70份，胶凝材料3～5份，水5～7份。通过利用热脱附成品土、铁尾矿废石、胶凝材料和水作为原料制作成道路基层材料，实现了热脱附成品土、铁尾矿废石等固体废弃物的资源化利用，减少了天然砂石和水泥的使用量，并且降低了道路基层材料的成本，在降低能源消耗的同时，减少了二氧化碳的排放量，并且如此制作出的道路基层材料固化稳定，能够满足市政工程、基础设施建设的建材需求。

说明书

技术领域

本发明涉及的是道路基层材料制备领域，具体是一种道路基层材料及道路基层材料的制备方法。

背景技术

在我国工业、农业快速发展的过程中，由于油类、农药等有机物产品的生产使用，产生了大量有机类污染土地。近年来，我国非常重视污染场地治理工作，工业类污染场地修复工程占据行业市场的主要部分，可以预见土壤修复工程的“产能”将会持续急速扩大。由于我国的工业有机类污染土壤修复大多是“地产驱动型”，所以多采用异位热脱附修复技术。

经过热脱附修复后的土壤与原土壤相比，必然会含有一定水平的低浓度污染残留；在理化性质方面，热脱附后的土壤团聚性变差，质地过于沙质化，养分和有机质含量下降，有害物质积聚；在生态功能方面，土壤中丰富的微生物、植物和动物基本死亡，养分制造、物质分解、结构改良等关键功能基本丧失。土壤低污染残留、理化特征改变、生态功能丧失的突出特点，且再利用后对环境、生态和人体健康的影响关系尚不明确，并缺少长期的环境监测，使得修复后土壤再利用，尤其是用于与人密切接触的环境中，存在着严重的抵制现象，増加了再利用的难度。此外，铁尾矿废石、钢渣、水渣等也是我国大宗的固体废弃物，随着环保意识的日益加强，资源化利用迫在眉睫。

目前，热脱附修复后土壤利用途径主要包含原位基坑回填、园林绿化等，都存在一定的问题，并且附加值较低。原位基坑回填往往会因修复处理工序和紧迫的施工工期存在时间差，造成无法原位基坑回填，并且基坑回填只是简单掩埋；园林绿化铺设在地表层，由于热脱附后砂质化易引起扬尘，并且城镇园林具有景观、游憩、防灾避险等综合功能，是为城市居民提供优质生态产品的承要载体，修复后土壤应用后是否具有污染问题有待进一步长期监测。对热脱附修复后土壤的其他方面利用有待开发研究。

因此，有必要提出一种道路基层材料及道路基层材料的制备方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种道路基层材料。

本发明实施例的另一个目的在于提供一种道路基层材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面的技术方案提供了一种道路基层材料，其特征在于，所述道路基层材料由以下重量份的原料制成：

热脱附成品土20～30份，铁尾矿废石60～70份，胶凝材料3～5份，水5～7份。

另外，本发明实施例提供的上述技术方案中的道路基层材料还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个技术方案中，所述热脱附成品土的颗粒粒径小于或等于26.5mm，有机质含量不超过2％，硫酸盐含量不超过0.25％。

在本发明的一个技术方案中，所述铁尾矿废石的颗粒级配根据热脱附土实际级配情况调整，且铁尾矿废石的颗粒粒径小于或等于26.5mm，压碎值不超过35％。

在本发明的一个技术方案中，所述铁尾矿废石包括：

针片状颗粒，所述针片状颗粒含量不超过20％；

粉尘，所述粉尘颗粒粒径小于或等于0.075mm，所述粉尘含量不超过2％。

在本发明的一个技术方案中，所述胶凝材料由以下重量份的原料制成：

水渣粉50～60份，钢渣粉20～30份，激发剂15～20份。

在本发明的一个技术方案中，所述水渣粉和所述钢渣粉比表面积为400m

在本发明的一个技术方案中，所述激发剂由以下重量份的原料制成：

脱硫石膏70～80份，精料渣20～30份。

在本发明的一个技术方案中，所述脱硫石膏和所述精料渣比表面积为400m

在本发明的一个技术方案中，所述道路基层材料的压实度不低于97％。

在本发明另一方面的技术方案中，提供了一种上述任一项技术方案所述道路基层材料的制备方法，上述制备方法包括：将所述热脱附成品土、所述铁尾矿废石和所述水按照质量份数进行搅拌混匀得到第一混合料；

将所述第一混合料密封闷料，闷料时间为2至4小时；

按所述质量份数制备所述胶凝材料；

将所述凝胶加入闷料结束后的所述第一混合料中，加入水进行搅拌混合，得到第二混合料；

将所述第二混合料填入模具中，压实成型为所述道路基层材料。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明利用热脱附成品土、铁尾矿废石、胶凝材料和水作为原料制作成道路基层材料，实现了热脱附成品土、铁尾矿废石等固体废弃物的资源化利用，减少了天然砂石和水泥的使用量，并且降低了道路基层材料的成本，在降低能源消耗的同时，减少了二氧化碳的排放量，并且如此制作出的道路基层材料固化稳定，能够满足市政工程、基础设施建设的建材需求。

本发明所述的道路基层材料及道路基层材料的制备方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明所述的道路基层材料的制备方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

在本发明的一个实施例中，提供了一种道路基层材料，上述道路基层材料由以下重量份的原料制成：热脱附成品土20～30份，铁尾矿废石60～70份，胶凝材料3～5份，水5～7份。

可以理解的是，利用热脱附成品土、铁尾矿废石、胶凝材料和水作为原料，并且按照上述质量分数混合制作成道路基层材料，实现了热脱附成品土、铁尾矿废石等固体废弃物的资源化利用，减少了天然砂石和水泥的使用量，并且降低了道路基层材料的成本，在降低能源消耗的同时，减少了二氧化碳的排放量，并且如此制作出的道路基层材料固化稳定，能够满足市政工程、基础设施建设的建材需求。

进一步地，上述热脱附成品土的颗粒粒径小于或等于26.5mm，有机质含量不超过2％，硫酸盐含量不超过0.25％。热脱附成品土的颗粒粒径选配合理，以提高道路基层材料的性能。

进一步地，上述铁尾矿废石的颗粒级配根据热脱附土实际级配情况调整，且铁尾矿废石的颗粒粒径小于或等于26.5mm，压碎值不超过35％。可以理解的是，铁尾矿废石的颗粒粒径组成需根据热脱附土实际级配情况调整，在热脱附成品土的颗粒粒径小于或等于26.5mm的情况下，铁尾矿废石的颗粒粒径同样选配小于或等于26.5mm，使得混合料的颗粒级配达到合理级配范围，以提高道路基层材料的性能。

进一步地，上述铁尾矿废石包括：针片状颗粒，上述针片状颗粒含量不超过20％；粉尘，上述粉尘颗粒粒径小于或等于0.075mm，上述粉尘含量不超过2％。如此选配铁尾矿废石的颗粒形状及尺寸，以提高道路基层材料的性能。

进一步地，上述胶凝材料由以下重量份的原料制成：水渣粉50～60份，钢渣粉20～30份，激发剂15～20份。可以理解的是，通过水渣粉、钢渣粉和激发剂混合制成胶凝材料，合理地利用了钢渣和水渣，使得固体废弃物能够资源化利用，减少了天然砂石和水泥的使用量，并且降低了道路基层材料的成本，在降低能源消耗的同时，减少了二氧化碳的排放量。

进一步地，上述水渣粉和上述钢渣粉比表面积为400m

进一步地，上述激发剂由以下重量份的原料制成：脱硫石膏70～80份，精料渣20～30份。可以理解的是，通过脱硫石膏和精料渣混合制成激发剂，合理地利用了精料渣，使得固体废弃物能够资源化利用，减少了天然砂石和水泥的使用量，并且降低了道路基层材料的成本，在降低能源消耗的同时，减少了二氧化碳的排放量。

进一步地，上述脱硫石膏和上述精料渣比表面积为400m

进一步地，上述道路基层材料的压实度不低于97％。以满足市政工程、基础设施建设的建材需求。

参照图1，本发明实施例提供一种道路基层材料的制备方法，具体包括：

S101：将上述热脱附成品土、上述铁尾矿废石和上述水按照质量份数进行搅拌混匀得到第一混合料。可以理解的是，通过进行击实试验，以获得热脱附成品土、铁尾矿废石和水的混合物的最大干密度和最佳含水量，示例性的，最佳含水量为1％至2％。按照质量分数获取热脱附成品土、铁尾矿废石和最佳含水量的水，混合形成第一混合料。

S102：将上述第一混合料密封闷料，闷料时间为2至4小时。可以理解的是，将第一混合料放入密封袋中进行闷料，闷料时间设置为2至4小时，以使得第一混合料达到良好的浸润，当时间超过4小时，会导致制作时间延长，降低生产效率，当时间少于2小时，会导致第一混合料的水分没有完全润湿物料，导致水分过多影响成型。

S103：按上述质量份数制备上述胶凝材料。可以理解的是，可根据道路基层材料中胶凝材料的质量份数制备相应质量的胶凝材料，具体地，按比例获取脱硫石膏和精炼渣，以制备激发剂，按比例获取水渣粉和钢渣粉，将水渣粉、钢渣粉和激发剂充分混合，以制备胶凝材料。

S104：将上述凝胶加入闷料结束后的上述第一混合料中，加入水进行搅拌混合，得到第二混合料。可以理解的是，按质量份数选取凝胶和水，可以理解的是，此次取水量为总水量减去制备第一混合料所用水量。将凝胶和水加入闷料结束后的第一混合料中充分搅拌混合，以得到第二混合料。

S105：将上述第二混合料填入模具中，压实成型为上述道路基层材料。可以理解的是，可将第二混合料填入模具中，使用压力机进行压实成型，以制备所需压实度的道路基层材料，满足多种使用需求。

为了更加清晰地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体例子所涉及的具体数据仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本实施例提供了一种道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料3份，水6份。

进一步地，本实施例采用热脱附成品土30份，其颗粒级配包括按重量份数计的如下组分：0～0.6mm颗粒占比40～50份，0.6mm～4.75mm颗粒占比18～25份，4.75mm～9.5mm颗粒占比6～12份和9.5mm～26.5mm颗粒占比15～25份；

进一步地，根据热脱附成品土的实际级配，进行级配设计，所需铁尾矿废石的颗粒级配包括按重量份数计的如下组分：0.6mm～4.75mm颗粒占比24份，4.75mm～9.5mm颗粒占比26份，9.5mm～26.5mm颗粒占比50份。

进一步地，所述胶凝材料包括按重量份数计的如下组分：水渣粉55份，钢渣粉25份，激发剂20份。

进一步地，所述水渣粉和钢渣粉比表面积为450m

进一步地，所述激发剂包括按重量份数计的如下组分：脱硫石膏75份，精料渣25份，比表面积为450m

进一步地，所述道路基层材料的压实度设计为98％。

本实施例提供的道路基层材料的制备方法，包括以下步骤：

首先将按重量份数称量上述热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料3份，水6份进行混合，混合后进行击实试验，测得混合料的最大干密度和最佳含水量；称量热脱附成品土30份、铁尾矿废石70份和水5份，进行搅拌混匀得到第一混合料；将第一混合料放入密封袋中进行闷料，时间为3h；按比例称取水渣粉、钢渣粉、脱硫石膏和精炼渣，进行充分混合，获得胶凝材料；将胶凝材料加入到闷料结束后的第一混合料中，再加入剩余的水1份，进行搅拌混合以获得第二混合料；将第二混合料填入模具，使用压力机进行压实成型。

实施例2

将实施例2和实施例1相对比，实施例2和实施例1的区别在于：

所述热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料3份，水6份；

所述水渣粉和钢渣粉的比表面积为400m

所述激发剂的比表面积为400m

所述闷料时间为2h。

实施例3

将实施例3和实施例1相对比，实施例3和实施例1的区别在于：

所述热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料3份，水6份；

所述水渣粉和钢渣粉的比表面积为500m

所述激发剂的比表面积为500m

所述闷料时间为4h。

实施例4

将实施例4和实施例1相对比，实施例4和实施例1的区别在于：

所述热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料4份，水6份；

所述水渣粉和钢渣粉的比表面积为450m

所述激发剂的比表面积为450m

所述闷料时间为3h。

实施例5

将实施例5和实施例1相对比，实施例5和实施例1的区别在于：

所述热脱附成品土30份，铁尾矿废石70份，外加胶凝材料5份，水6份；

所述水渣粉和钢渣粉的比表面积为450m

所述激发剂的比表面积为450m

所述闷料时间为3h。

对比例1

将对比例1和实施例1相对比，对比例1和实施例1的区别在于：

所述热脱附成品土100份，外加胶凝材料3份，水6份，不掺入铁尾矿废石。

对比例2

将对比例2和实施例1相对比，对比例2和实施例1的区别在于：

所述本发明中制备胶凝材料改为相同重量份数的水泥。

对比例3

将对比例3和实施例1相对比，对比例3和实施例1的区别在于：

所述水渣粉和钢渣粉的比表面积为300m

所述激发剂的比表面积为300m

按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》标准中相关规范及试验规程对以上各实施例得到的道路基层材料进行性能检测，7d无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和抗压回弹模量测试结果如表1所示，标准JTGT F20-2015《公路路面基层施工技术细则》中规定7d无侧限抗压强度范围推荐值如表2。

表1 道路基层材料性能测试结果

表2 各公路等级7d无侧限抗压强度规定范围

由试验结果可知，本发明实施例提供的一种道路基层材料的7d无侧限抗压强度均达到2MPa以上，能够达到二级及二级以下公路中、轻交通等级，实施例5甚至达到高速公路和一级公路极重、特重交通等级。通过实施例1、实施例2、实施例3和对比例3的实验结果比较可知，随着水渣粉、钢渣粉和激发剂比表面积的增加，所制备道路基层材料的性能越好。通过实施例1、实施例4和实施例5的实验结果比较可知，随着胶凝材料用量的增加，所制备的道路基层材料性能大幅度提高。对比例1说明了道路基层混合料需要良好的级配，铁尾矿废石与热脱附成品土经过级配设计达到合理配比，才能保证基层的性能达标。对比例2水泥稳定效果和本发明中制备的胶凝材料所达到的效果基本相同，但是本发明的胶凝材料成本远低于水泥。本发明提供的道路基层材料能够节约天然砂石骨料和水泥，能够大幅度降低工程项目原材料成本，同时减少二氧化碳的排放，并且应用本发明所产生的环保效益、社会效益要大于其经济效益。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。