CN113754331A

CN113754331A - 一种赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN113754331A
Application number: CN202111170543.4A
Authority: CN
Inventors: 吴思; 张惠勤; 汲平; 高国华; 黄秀粉; 刘宪明; 杨光磊; 王业飞; 韩沛
Original assignee: Shandong Hi Speed Engineering Inspection and Testing Co Ltd
Current assignee: Shandong Hi Speed Engineering Inspection and Testing Co Ltd
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2021-12-07

Abstract

本发明属于固废材料综合利用技术领域，尤其涉及一种赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用，所述的赤泥基胶凝材料包括如下组分：赤泥、粉煤灰、矿粉、生石灰、硅酸钠。本发明所述的赤泥基胶凝材料具有良好的物理力学性能，具备应用于路床处置和稳定碎石基层的条件，将本发明所述的赤泥基胶凝材料应用于路面基层填筑，不仅可以消耗大量的赤泥等固废材料，又可以减少工程建设对水泥、石灰等原材的需求，极大地降低工程造价，在道路工程中将具有重要的社会和经济效益。

Description

一种赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于固废材料综合利用技术领域，尤其涉及一种赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国公路的快速发展，对筑路原材料的需求也越来越大，碎石的开采及水泥的生产对生态造成了严重的破坏，对环境造成了污染。目前我国沥青路面半刚性（底）基层材料主要是水泥稳定碎石，路床改良多为水泥土或石灰土。石灰和水泥的生产会产生大量二氧化碳，对空气造成严重污染，危害人类健康。目前，为了保护环境，多个地区的石厂、砂厂已全部关闭，这造成了道路建设所需材料的紧缺，原材料质量难以保障，对工程产生较大的质量隐患。

赤泥、尾矿等工业固废历史堆存量大、新增量大，对环境造成了巨大压力，利用任务十分艰巨。赤泥是提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，中国作为氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨。随着赤泥的堆存量越来越大以及对环境造成的污染越来越严重，最大限度地资源化利用赤泥已刻不容缓。

如果能够将赤泥等固废材料成功应用于路床改良和路面基层，既可以消耗大量的赤泥等固废材料，又可以减少工程建设对水泥、石灰等原材的需求，因此推进赤泥基胶凝材料在道路工程中应用将具有重要的社会和经济效益。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用。

本发明的目的之一是公开了一种赤泥基胶凝材料，包括如下组分：赤泥、粉煤灰、矿粉、生石灰、硅酸钠。

优选的，所述赤泥基胶凝材料包括如下重量份的组分：赤泥40-50份、矿粉35-45份、生石灰2-5份、粉煤灰5-10份、硅酸钠3-5份。

优选的，所述的赤泥基胶凝材料包括如下重量份的组分：赤泥45份、矿粉45份、生石灰2份、粉煤灰5份、硅酸钠3份。

优选的，所述赤泥为拜耳法赤泥，所述赤泥pH值为11.5-12.5，所述赤泥的密度为3.45 g/cm³，所述赤泥的比表面积为370 m²/kg，所述赤泥的安定性为0.5 mm。

优选的，所述拜耳法赤泥主要包括如下质量百分比的成分：15-20% SiO₂，17-23%Al₂O₃，40-50% Fe₂O₃，3-5% CaO，10-20% Na₂O，4-10% TiO₂。

本发明的目的之二是公开了上述赤泥基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将赤泥、矿粉、粉煤灰、生石灰、硅酸钠烘干并研磨；

步骤二：将各组分按比例进行称量；

步骤三：将称量好的各组分无先后顺序添加，搅拌，将搅拌好的材料装袋，即得到所述的赤泥基胶凝材料。

本发明的目的之三是公开了所述赤泥基胶凝材料在道路基层方面的应用。

本发明具体公开了一种道路基层用无机结合料稳定材料，主要包括上述赤泥基胶凝材料、碎石和水。

优选的，所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

优选的，所述水为工程拌合用水。

有益效果

本发明公开了一种赤泥基胶凝材料，主要由赤泥、粉煤灰等固废材料制备而成，具有良好的物理力学性能，具备应用于路床处置和稳定碎石基层的条件。将本发明所述的赤泥基胶凝材料应用于路面基层填筑，不仅可以消耗大量的赤泥等固废材料，又可以减少工程建设对水泥、石灰等原材的需求，极大地降低了工程造价，在道路工程中将具有重要的社会和经济效益。

本发明对不同配方的赤泥基胶凝材料进行物理性能测试，其缓凝时间和强度具有道路基层或者底基层使用的潜在条件。本发明利用优选的实施例进行路用性能研究，通过击实试验确定最佳含水量与最大干密度，并以此为基础制备稳定材料无侧限抗压试件，结果显示本发明制备的赤泥基胶凝材料稳定碎石具有良好的物理力学性能，具备应用于稳定碎石基层的条件。

具体实施方式

以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

以下实施例中采用的赤泥为拜耳法赤泥，性能如下：pH值为11.5-12.5，密度为3.45 g/cm³，比表面积为370 m²/kg，安定性为0.5 mm。

以下实施例中采用的赤泥主要化学成分占比如下：16.2% SiO₂，19.3% Al₂O₃，42.5% Fe₂O₃，4.4% CaO，12.1% Na₂O，4.9% TiO₂。

以下实施例中的其余原料说明如下：

矿粉：所用的矿粉为石灰石矿粉，亲水系数为0.6，塑性指数为3.0%。

生石灰：所用的生石灰为Ⅰ级钙质生石灰，氧化钙含量88.4%，氧化镁含量4.4%。

粉煤灰：所用的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃总含量为74.6%，烧失量6.2%。

硅酸钠：所用的硅酸钠为工业固体硅酸钠，其可溶性固体不小于98.5wt%。

实施例1

本实施例所述的赤泥基胶凝材料组成配比如下表1所示。

表1.实施例1的赤泥基胶凝材料配比

上述赤泥基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤二：将各组分按比例进行称量；

实施例2

本实施例所述的赤泥基胶凝材料组成配比如下表2所示。

表2.实施例2的赤泥基胶凝材料配比

实施例3

本实施例所述的赤泥基胶凝材料组成配比如下表3所示。

表3.实施例3的赤泥基胶凝材料配比

实施例4

本实施例所述的赤泥基胶凝材料组成配比如下表4所示。

表4.实施例4的赤泥基胶凝材料配比

实施例5

本实施例所述的赤泥基胶凝材料组成配比如下表5所示。

表5.实施例5的赤泥基胶凝材料配比

对比例1

本对比例所述的胶凝材料为缓凝硅酸盐P.O 32.5水泥。

对比例2

本对比例所述的胶凝材料为缓凝硅酸盐P.O 42.5水泥。

实验例1——赤泥基胶凝材料物理性能测试

将实施例1-5与对比例1-2所述的胶凝材料分别制备胶砂试件进行性能测试。试验参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420-2020）进行试验，由于本发明提供的赤泥基胶凝材料适用于路面基层使用，在实施过程中除强度试验外，额外考虑了凝结时间与安定性。

强度试件中成型胶砂试件的胶砂比为1:3，水灰比为1:2，强度试验通过电动抗压抗折一体机进行测试。具体测试结果如表6所示。

表6. 赤泥基胶凝材料物理性能测试结果

从表6中的数据可知，本发明所述的赤泥基胶凝材料的强度虽不如425水泥的抗压抗折强度，但和325水泥的强度对比差别不大，并且实施例4所述赤泥基胶凝材料的缓凝时间可满足道路运输的时间要求，具有道路基层或者底基层使用的潜在条件。

以此为基础，对本发明优选实施例4的赤泥基胶凝材料进行道路基层赤泥基胶凝材料稳定碎石配合比设计，制备无机结合料稳定材料。

将实施例4的赤泥基胶凝材料应用于稳定碎石基层如以下实施例6-10所示。

实施例6

本实施例所述的无机结合料稳定材料，主要包括赤泥基胶凝材料、碎石和水，其中赤泥基胶凝材料的掺量为4%。

所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

所述水为工程拌合用水。

实施例7

本实施例所述的无机结合料稳定材料，主要包括赤泥基胶凝材料、碎石和水，其中赤泥基胶凝材料的掺量为5%。

所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

所述水为工程拌合用水。

实施例8

本实施例所述的无机结合料稳定材料，主要包括赤泥基胶凝材料、碎石和水，其中赤泥基胶凝材料的掺量为6%。

所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

所述水为工程拌合用水。

实施例9

本实施例所述的无机结合料稳定材料，主要包括赤泥基胶凝材料、碎石和水，其中赤泥基胶凝材料的掺量为7%。

所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

所述水为工程拌合用水。

实施例10

本实施例所述的无机结合料稳定材料，主要包括赤泥基胶凝材料、碎石和水，其中赤泥基胶凝材料的掺量为8%。

所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉。

所述水为工程拌合用水。

实验例2——赤泥基胶凝材料路用性能测试

试验参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）进行试验，将实施例6-10所述的无机结合料稳定材料通过击实试验确定最佳含水量与最大干密度，并以此为基础按照98%压实度制备无机结合料稳定材料无侧限抗压试件，养护采用标准养生方法。实验结果如表7所示。

表7. 不同赤泥基胶凝材料掺量下的路用性能

通过表7可以发现，本发明制备的赤泥基胶凝材料稳定碎石具有良好的物理力学性能，具备应用于稳定碎石基层的条件。若将其大规模应用，不仅可以消耗大量的赤泥等固废材料，又可以减少工程建设对水泥、石灰等原材的需求，极大降低工程造价，具有重要的社会和经济效益。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种赤泥基胶凝材料，其特征在于，包括如下组分：赤泥、矿粉、生石灰、粉煤灰、硅酸钠。

2.根据权利要求1所述的赤泥基胶凝材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：赤泥40-50份、矿粉35-45份、生石灰2-5份、粉煤灰5-10份、硅酸钠3-5份。

3.根据权利要求2所述的赤泥基胶凝材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：赤泥45份、矿粉45份、生石灰2份、粉煤灰5份、硅酸钠3份。

4.根据权利要求1所述的赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述赤泥pH值为11.5-12.5，所述赤泥的密度为3.45 g/cm³，所述赤泥的比表面积为370 m²/kg，所述赤泥的安定性为0.5mm；所述赤泥主要包括如下重量份的成分： SiO₂15-20份、Al₂O₃17-23份、Fe₂O₃40-50份、CaO 3-5份、Na₂O 10-20份、TiO₂4-10份。

5.根据权利要求1所述的赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述矿粉为石灰石矿粉，亲水系数为0.6，塑性指数为3.0%；所述生石灰为Ⅰ级钙质生石灰，氧化钙含量88.4%，氧化镁含量4.4%。

6.根据权利要求1所述的赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，所述粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃总含量为74.6%，烧失量6.2%；所述硅酸钠为工业固体硅酸钠，其可溶性固体不小于98.5wt%。

7.权利要求1-6任一所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二：将各组分按比例进行称量；

8.权利要求1-6任一所述的赤泥基胶凝材料在道路基层方面的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的赤泥基胶凝材料用于制备道路基层用无机结合料稳定材料，所述无机结合料稳定材料主要包括上述赤泥基胶凝材料、碎石和水。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述碎石为20-30 mm、10-20 mm、5-10 mm的碎石和0-5 mm石粉；所述水为工程拌合用水。