CN106495585A - 地质聚合物基重载路面铺装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种地质聚合物组合物、地质聚合物基重载路面铺装材料、以及上述材料的制备方法。该组合物包括：粒径为15～25微米的第一组份、粒径为0.3～0.5毫米的细骨料组份、粒径为5～31毫米的粗骨料组份、和碱性激发剂，其中，第一组份包括偏高岭土、矿渣和粉煤灰。本发明提供的组合物包括偏高岭土、矿渣、粉煤灰、细骨料组份和粗骨料组份，在碱性激发剂的激发下聚合形成混凝土型地质聚合物基重载路面铺装材料，适合铺装重载路面，具有凝结时间短、强度高、收缩率低、抗开裂等特点；上述铺装材料由固体废弃物原材料制备，制备工艺简单、施工便利、操作方便、成本低廉，适合大规模推广应用。

Description

地质聚合物基重载路面铺装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种地质聚合物组合物、一种由上述组合物制成的地质聚合物基重载路面铺装材料、以及上述材料的制备方法。

背景技术

面对日益增长的道路通行压力，许多水泥混凝土道路因不堪重负而损坏，主要破坏类型有裂缝、错台、松散、坑槽和层状剥落等。通常，路面面层主要采用普通水泥混凝土，大型、超重的煤炭运输车辆已经造成路面的严重损坏。因此，寻求一种凝结硬化快、强度高、耐久性能优异的路面铺装材料是交通重载地区亟需解决的问题。

传统水泥混凝土路面修建存在凝结时间长、养护周期长、开放交通时间长等缺点，这对煤炭运输等重交通地区是十分棘手的问题。上述问题已成为当今水泥混凝土路面铺装的主要技术瓶颈，研究与开发一种价格低廉、性能良好的重载地区水泥混凝土路面铺装材料具有重要现实意义。

用于重载路面铺装的混凝土材料必须符合以下技术要求：

①快硬高强：铺装材料必须具有迅速硬化的性能，使短时间内达到开放交通的强度要求，且强度要求高，能够承载重交通荷载。

②耐磨性高，能够承受重型车辆反复碾压。

③耐久性良好，服役寿命长。

④和易性好，便于大规模施工。

目前已有相关专利涉及重载路面铺装材料，但主要是以沥青路面为主，如现有技术CN201120140738适用于运煤特重交通的旧水泥混凝土加铺的薄层沥青路面、现有技术CN201210529673半柔性重载路面铺装结构、现有技术CN201310331039一种重载交通长寿命沥青路面、现有技术CN201310193867一种适用于重载交通的半刚性基层沥青路面耐久性结构。上述这些现有技术的沥青路面材料的强度不如混凝土，凝结时间长，容易出现开裂，并且现有技术中利用粉煤灰、矿渣、煤矸石等固体废弃物为原材料制备地质聚合物混凝土作为重载路面铺装材料尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地质聚合物组合物、一种由上述组合物制成的地质聚合物基重载路面铺装材料、以及上述材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种地质聚合物组合物，与现有技术相比，其不同之处在于，该组合物包括：粒径为15～25微米的第一组份、粒径为0.3～0.5毫米的细骨料组份、粒径为5～31毫米的粗骨料组份、和碱性激发剂，其中，所述第一组份包括偏高岭土、矿渣和粉煤灰。

其中，所述细骨料组份包括河砂。

其中，所述粗骨料组份包括玄武岩碎石。

其中，该组合物包括：240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的玄武岩碎石。

其中，所述碱性激发剂为基于碱金属硅酸盐的碱性激发剂。

其中，所述碱性激发剂包括30～40重量份的氢氧化钠、和240～320重量份的模数为3.2的水玻璃。

本发明还提供了一种地质聚合物基重载路面铺装材料，由上述的地质聚合物组合物制成。

本发明还提供了一种制备上述的地质聚合物基重载路面铺装材料的方法，包括如下步骤：

-步骤(a)，将30～40重量份的氢氧化钠、240～320重量份的模数为3.2的水玻璃均匀混合，得到碱性激发剂；

-步骤(b)，将240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的玄武岩碎石均匀混合，得到混合料；

-步骤(c)，在搅拌下30秒内将步骤(a)所得碱性激发剂加入至步骤(b)所得混合料中，加入完毕后继续搅拌反应；

其中，河砂的粒径为0.3～0.5毫米，玄武岩碎石的粒径为5～31毫米。

其中，所述步骤(a)和步骤(b)之间还包括如下步骤：

分别将偏高岭土、矿渣和粉煤灰过筛以分别得到粒径为15～25微米的偏高岭土、矿渣和粉煤灰。

本发明实施例提供的地质聚合物组合物包括偏高岭土、矿渣、粉煤灰、细骨料组份和粗骨料组份，在碱性激发剂的激发下聚合形成混凝土型地质聚合物基重载路面铺装材料，适合铺装重载路面，具有凝结时间短、强度高、收缩率低、抗开裂等特点；上述铺装材料由固体废弃物原材料制备，制备工艺简单、施工便利、操作方便、成本低廉，适合大规模推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的铺装材料的制备及应用流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的组合物包括：粒径为15～25微米的第一组份、粒径为0.3～0.5毫米的细骨料组份、粒径为5～31毫米的粗骨料组份、和碱性激发剂，其中，所述第一组份包括偏高岭土、矿渣和粉煤灰。

本发明优选选用河砂作为细骨料组份，优选选用玄武岩碎石作为粗骨料组份。本发明以偏高岭土、矿渣、粉煤灰、河砂和玄武岩碎石为固体原料，固体原料在碱性激发剂的条件下发生无机聚合反应，形成具有无定形网络结构的地质聚合物，作为地质聚合物基重载路面铺装材料，用于重载路面的铺装。

在一个优选的实施方式中，该组合物包括：240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的玄武岩碎石。在一个优选的实施方式中，所述碱性激发剂为基于碱金属硅酸盐的碱性激发剂，所述碱性激发剂包括30～40重量份的氢氧化钠、和240～320重量份的模数为3.2的水玻璃。

本发明的地质聚合物基重载路面铺装材料由上述的地质聚合物组合物制成。基于地质聚合物无机聚合的反应机理，本发明的地质聚合物基重载路面铺装材料大宗消纳固体废弃物，使固废身价倍增，变废为宝，创造效益，符合国家节能减排、绿色环保的产业政策，有利于推动社会经济可持续发展。

本发明的材料的优选制备方法包括如下步骤：

-步骤(a)，将30～40重量份的氢氧化钠、240～320重量份的模数为3.2的水玻璃均匀混合，得到碱性激发剂；

-步骤(b)，分别将偏高岭土、矿渣和粉煤灰过筛以分别得到粒径为15～25微米的偏高岭土、矿渣和粉煤灰；

-步骤(c)，将240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的均匀混合，得到混合料；

-步骤(d)，在搅拌下30秒内将步骤(a)所得碱性激发剂加入至步骤(b)所得混合料中，加入完毕后继续搅拌反应；

其中，河砂的粒径为0.3～0.5毫米，玄武岩碎石的粒径为5～31毫米。

具体地，在一个优选实施方式中，应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装时，包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照240～320份和30～40份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰240～270份，90～105份，40～70份，取河砂580～620份，玄武岩碎石1000～1200份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5min至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀即可制成所需的铺装材料。

第四步：地质聚合物基重载路面铺装材料浇注采用连续推移的方式进行，浇注间隙时间不超过地质聚合物的初凝时间(一般不超过30min)。

第五步：地质聚合物振捣按普通混凝土施工工艺和方式进行，在地质聚合物浇筑过程中及时将浇筑的地质聚合物均匀振捣密实，不得随意加密振点或漏振，一般不超过30s，避免过振。

第六步：地质聚合物混凝土浇注完成后，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护3天即可通车。

本发明提供的地质聚合物基重载路面铺装材料，与传统的水泥混凝土路面材料相比具有以下主要优点：

1.凝结时间短，凝结速度快，其凝结时间可在30～100min之间调节；

2.强度高，1天龄期抗压强度达到30MPa以上；28天龄期抗压强度达到60MPa以上；

3.与路面基层粘接良好，无收缩，无开裂；

4.无需采用特殊手段或特殊材料(如养护剂等)进行养护，在自然条件下养护即可；

5.制备工艺简单，无污染；不添加水泥，节能绿色环保。

在下述实施例1～实施例5中所用材料均按照重量称取以下各组分：偏高岭土(云南天鸿矿业有限公司)，矿渣(武汉钢铁集团)，粉煤灰(内蒙神华集团)，氢氧化钠(国药集团)，水玻璃(佛山中发水玻璃厂)，河砂与碎石(内蒙准格尔旗缔华商砼有限责任公司)。

实施例1

本实施例应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装，具体包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照240份和30份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰240份，100份，60份，取河砂580份，玄武岩碎石1000份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5mi n至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀。

第四步：将拌合均匀的混合物注入150mm×150mm×150mm立方体模具中，振捣30s，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护1天后拆模。

第五步：对于拌合物，测试其凝结时间；对于立方体试块，测试1天龄期和28天龄期抗压强度。

实施例2

本实施例应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装，具体包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照260份和32.5份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰250份，95份，50份，取河砂600份，玄武岩碎石1100份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5min至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀。

第四步：将拌合均匀的混合物注入150mm×150mm×150mm立方体模具中，振捣30s，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护1天后拆模。

第五步：对于拌合物，测试其凝结时间；对于立方体试块，测试1天龄期和28天龄期抗压强度。

实施例3

本实施例应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装，具体包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照280份和35份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰260份，90份，40份，取河砂610份，玄武岩碎石1000份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5min至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀。

第四步：将拌合均匀的混合物注入150mm×150mm×150mm立方体模具中，振捣30s，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护1天后拆模。

第五步：对于拌合物，测试其凝结时间；对于立方体试块，测试1天龄期和28天龄期抗压强度。

实施例4

本实施例应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装，具体包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照300份和37.5份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰260份，105份，40份，取河砂620份，玄武岩碎石1000份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5min至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀。

第四步：将拌合均匀的混合物注入150mm×150mm×150mm立方体模具中，振捣30s，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护1天后拆模。

第五步：对于拌合物，测试其凝结时间；对于立方体试块，测试1天龄期和28天龄期抗压强度。

实施例5

本实施例应用本发明的组合物聚合形成本发明的材料，再用本发明的材料进行路面铺装，具体包括如下步骤：

第一步：将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照320份和40份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到激发剂，冷却至室温备用。

第二步：将偏高岭土、矿渣、粉煤灰分别磨细至1250目过筛。

第三步：分别取偏高岭土、矿渣和粉煤灰270份，90份，70份，取河砂580份，玄武岩碎石1200份，启动混凝土搅拌机搅拌干混料4～5min至均匀混合，再加入第一步中配置而成的激发剂，边搅拌干混料边加入激发剂，并在30s内将激发剂加入完。最后将混合物搅拌3min至均匀。

第四步：将拌合均匀的混合物注入150mm×150mm×150mm立方体模具中，振捣30s，表面整平，并用塑料薄膜紧密覆盖，在自然条件下养护1天后拆模。

第五步：对于拌合物，测试其凝结时间；对于立方体试块，测试1天龄期和28天龄期抗压强度。

实施例1至5中所得路面铺装材料性能测试

实施例1～实施例5地质聚合物基铺装材料的凝结时间和强度测试结果如表1所示。

表1实施例1～实施例5铺装材料的性能技术指标

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						1d抗压强度(MPa)	32.3	32.6	35.8	35.4	40.7
28d抗折强度(MPa)	60.2	61.5	62.6	62.1	65.7
						凝结时间(min)	95	85	70	50	35

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地质聚合物组合物，其特征在于，该组合物包括：粒径为15～25微米的第一组份、粒径为0.3～0.5毫米的细骨料组份、粒径为5～31毫米的粗骨料组份、和碱性激发剂，其中，所述第一组份包括偏高岭土、矿渣和粉煤灰。

2.根据权利要求1所述的地质聚合物组合物，其特征在于，所述细骨料组份包括河砂。

3.根据权利要求1或2所述的地质聚合物组合物，其特征在于，所述粗骨料组份包括玄武岩碎石。

4.根据权利要求3所述的地质聚合物组合物，其特征在于，该组合物包括： 240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的玄武岩碎石。

5.根据权利要求4所述的地质聚合物组合物，其特征在于，所述碱性激发剂为基于碱金属硅酸盐的碱性激发剂。

6.根据权利要求5所述的地质聚合物组合物，其特征在于，所述碱性激发剂包括30～40重量份的氢氧化钠、和240～320重量份的模数为3.2的水玻璃。

7.一种地质聚合物基重载路面铺装材料，其特征在于，该材料由权利要求1至6中任一项所述的地质聚合物组合物制成。

8.一种制备权利要求7的地质聚合物基重载路面铺装材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

-步骤（a），将30～40重量份的氢氧化钠、240～320重量份的模数为3.2的水玻璃均匀混合，得到碱性激发剂；

-步骤（b），将240～270重量份的偏高岭土、90～105重量份的矿渣、40～70重量份的粉煤灰、580～620重量份的河砂、1000～1200重量份的玄武岩碎石均匀混合，得到混合料；

-步骤（c），在搅拌下30秒内将步骤（a）所得碱性激发剂加入至步骤（b）所得混合料中，加入完毕后继续搅拌反应；

其中，河砂的粒径为0.3～0.5毫米，玄武岩碎石的粒径为5～31毫米。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（a）和步骤（b）之间还包括如下步骤：

分别将偏高岭土、矿渣和粉煤灰过筛以分别得到粒径为15～25微米的偏高岭土、矿渣和粉煤灰。