一种环保铺路材料及其制备方法与流程

本发明属于无机胶凝建筑材料，具体涉及一种环保铺路材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着道路建设、城市更新和建筑拆除规模不断扩大，水泥基铺路材料的用量持续增加，普通铺路材料通常以普通硅酸盐水泥、天然砂石和常规矿物掺合料为主体，虽然能够满足一般道路铺装和基层承载要求，但水泥熟料消耗量较大，天然骨料开采量较高，生产和施工过程中的资源消耗及环境负担较重。同时，建筑拆除产生的大量废旧混凝土、工业生产产生的粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏以及废旧轮胎橡胶颗粒等固体废弃物尚未得到充分高值化利用，部分材料仍以低等级填埋、堆存或简单回填为主，不仅占用土地资源，还可能带来扬尘、渗滤和二次污染问题。因此，开发能够协同利用工业固废、建筑固废和废旧橡胶的环保铺路材料，已成为绿色道路工程和低碳建筑材料领域的重要发展方向。

2、现有固废基铺路材料虽然已经尝试引入矿渣粉、粉煤灰、再生混凝土骨料和橡胶颗粒，但由于不同固废组分来源复杂、活性差异明显、粒形和吸水率不稳定，在实际制备过程中仍存在多方面不足。粒化高炉矿渣粉和粉煤灰具有潜在胶凝活性，但在低水泥体系中早期反应速率偏慢，容易导致早期强度不足；混凝土再生粗骨料和混凝土再生细骨料表面通常附着旧砂浆，孔隙率较高，吸水率较大，界面过渡区较疏松，易造成拌合物流动性波动和硬化体强度离散；废旧轮胎橡胶颗粒能够改善冲击吸能和韧性，但其表面疏水，与无机胶凝浆体结合较弱，掺入过量时容易降低抗压强度和耐磨性能；玄武岩短切纤维虽可起到阻裂增韧作用，但若胶凝体系密实性不足，也难以充分发挥桥联裂缝和分散应力的效果。

3、此外，传统低碳铺路材料多依赖单一碱激发剂、单一减水剂或普通矿物掺合料改善性能，难以同时兼顾早期强度、后期强度、收缩控制、界面密实性和耐久性。单纯提高水泥用量会削弱环保优势，单纯提高矿渣粉和粉煤灰用量又可能造成凝结硬化迟缓；单纯使用轻烧氧化镁虽有助于补偿收缩，但若缺少有效成核和分散调控，容易出现局部反应不均；普通木质素类减水组分成本较低，但在复杂再生骨料体系中分散、保水和减缩协同作用有限。因此，现有技术仍需要一种组分来源易得、制备工艺简单、适合工程放大应用的环保铺路材料，使矿渣粉、水泥、熟石灰、轻烧氧化镁、粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、五水偏硅酸钠、混凝土再生骨料、机制砂、废旧轮胎橡胶颗粒和玄武岩短切纤维之间形成更稳定的胶凝与骨架结构，并通过功能化改性组分改善早期成核、界面结合和收缩开裂问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环保铺路材料，包括以下重量份的组分：

2、粒化高炉矿渣粉28-42份、普通硅酸盐水泥8-15份、熟石灰3-8份、轻烧氧化镁2-6份、粉煤灰8-18份、硅灰1.5-5.0份、脱硫石膏1.0-4.0份、五水偏硅酸钠1.0-3.5份、混凝土再生粗骨料70-115份、混凝土再生细骨料30-60份、机制砂15-35份、废旧轮胎橡胶颗粒1.5-5.0份、玄武岩短切纤维0.15-0.80份、硅镁钙磷晶核促凝络合盐1.2-3.5份、木质素羧基硅氧缓释减缩剂0.4-1.2份、水20-34份。

3、根据本发明的优选实施方式，所述硅镁钙磷晶核促凝络合盐的制备方法包括：

4、a1、以重量份计，向100-120份去离子水中加入12-18份五水偏硅酸钠，搅拌，得到硅酸盐溶液；将8-14份七水硫酸镁和6-12份硝酸钙四水合物溶解于40-60份去离子水中，得到钙镁盐溶液；在搅拌下，将钙镁盐溶液滴加至硅酸盐溶液中，调节ph至9.0-10.5，加入3-7份磷酸二氢钠，在50-65℃下反应，得到晶核前驱浆料。

5、a2、将晶核前驱浆料在75-85℃下老化，过滤，洗涤，得到湿滤饼；将湿滤饼干燥，粉碎，振动筛分，得到硅镁钙磷晶核促凝络合盐。

6、本发明中，硅镁钙磷晶核促凝络合盐的制备以五水偏硅酸钠、七水硫酸镁、硝酸钙四水合物和磷酸二氢钠在去离子水中的离子沉积复合为基础。五水偏硅酸钠溶于去离子水后形成硅酸盐溶液，体系呈碱性，硅酸盐组分处于可与金属离子发生沉积复合的状态。七水硫酸镁和硝酸钙四水合物溶于去离子水后形成钙镁盐溶液，其中镁源和钙源以可溶状态存在。钙镁盐溶液滴加至硅酸盐溶液后，钙源、镁源与硅酸盐组分在碱性环境中发生离子缔合和沉积复合，形成含钙、镁、硅的无机前驱沉积物。加入磷酸二氢钠后，磷酸盐组分参与沉积过程，与钙源形成难溶钙磷沉积物，并与含钙、镁、硅的无机前驱沉积物共同构成晶核前驱浆料。晶核前驱浆料经老化后，沉积颗粒进一步发生结构重排和固相致密化，过滤和洗涤除去未参与沉积复合的可溶性盐类，湿滤饼经干燥、粉碎和振动筛分后得到硅镁钙磷晶核促凝络合盐。硅镁钙磷晶核促凝络合盐用于环保铺路材料时，可分散在粒化高炉矿渣粉、普通硅酸盐水泥、熟石灰、轻烧氧化镁、粉煤灰、硅灰、脱硫石膏和五水偏硅酸钠形成的复合胶凝粉体中，其表面为水化产物沉积提供成核位置，降低胶凝体系早期水化产物形成所需的成核阻力，促进水化产物在粉体颗粒和骨料界面处沉积，从而有利于早期胶凝结构形成和孔隙填充。

7、根据本发明的优选实施方式，a1中，在50-65℃下反应的时间为1.5-3.0h。

8、根据本发明的优选实施方式，a2中，在75-85℃下老化的时间为2-4h；干燥的温度为80-95℃。

9、根据本发明的优选实施方式，所述木质素羧基硅氧缓释减缩剂的制备方法包括：

10、b1、以重量份计，向90-110份去离子水中加入18-30份木质素磺酸钠，在35-45℃下搅拌，加入氢氧化钠，调节ph至10.0-11.0，加入5-10份氯乙酸钠，在55-70℃下反应，得到羧基化木质素液。

11、b2、将羧基化木质素液降温至45-55℃，加入3-7份聚乙二醇400，搅拌，加入2-5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，加入1.0-2.5份柠檬酸，调节ph至4.0-5.0，在50-60℃下反应；反应结束后，在70-85℃下浓缩，干燥，粉碎。

12、本发明中，木质素羧基硅氧缓释减缩剂的制备包括木质素磺酸钠的羧基化改性以及后续硅氧复合改性。木质素磺酸钠分散于去离子水中后，氢氧化钠使体系呈碱性，木质素磺酸钠分子中的部分羟基在碱性条件下活化。氯乙酸钠加入后，与木质素磺酸钠中的活化含氧基团发生取代反应，在木质素磺酸钠结构中引入羧基化结构，形成羧基化木质素液。该阶段中，木质素磺酸钠提供分散吸附骨架，氯乙酸钠提供羧基化来源，氢氧化钠提供碱性反应环境，三者之间的反应关系明确。羧基化木质素液降温后加入聚乙二醇400，聚乙二醇400以亲水柔性组分进入体系，提高改性产物在水中的分散性，并改善后续拌合体系的保水状态。加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和柠檬酸后，柠檬酸使体系转为弱酸性，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的可水解基团发生水解，形成具有缩合活性的硅醇结构。硅醇结构可与羧基化木质素液中的含氧基团发生缩合或缔合作用，也可发生适度硅氧缩合，使木质素磺酸钠、聚乙二醇400和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷形成复合改性结构。经浓缩、干燥和粉碎后得到木质素羧基硅氧缓释减缩剂。木质素羧基硅氧缓释减缩剂用于环保铺路材料时，可吸附于普通硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、硅灰以及骨料表面，改善细粉颗粒分散状态，降低团聚倾向，并通过亲水柔性组分和硅氧改性结构调节水分迁移和收缩变形。

13、根据本发明的优选实施方式，b1中，在55-70℃下反应的时间为2-4h。

14、根据本发明的优选实施方式，b2中，在50-60℃下反应的时间为2-4h。

15、本发明还提供一种所述的环保铺路材料的制备方法，步骤包括：

16、s1、在搅拌下，将粒化高炉矿渣粉、普通硅酸盐水泥、熟石灰、轻烧氧化镁、粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、五水偏硅酸钠和硅镁钙磷晶核促凝络合盐混合，得到复合胶凝粉体；将混凝土再生粗骨料、混凝土再生细骨料、机制砂、废旧轮胎橡胶颗粒和玄武岩短切纤维混合，得到骨料混合物；将复合胶凝粉体加入骨料混合物中，干混，得到干混料。

17、s2、将木质素羧基硅氧缓释减缩剂加入水中，搅拌分散，得到改性拌合水；在搅拌下，将改性拌合水加入干混料中，搅拌，得到环保铺路材料拌合料；将环保铺路材料拌合料成型，养护。

18、本发明中，环保铺路材料的制备以复合胶凝粉体水化、矿物活性激发、骨料骨架填充和功能改性组分协同作用为基础。粒化高炉矿渣粉、普通硅酸盐水泥、熟石灰、轻烧氧化镁、粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、五水偏硅酸钠和硅镁钙磷晶核促凝络合盐混合形成复合胶凝粉体。普通硅酸盐水泥与水接触后发生水化反应并生成水化产物，熟石灰提供碱性钙源，五水偏硅酸钠提高体系碱性并提供可溶性硅源，粒化高炉矿渣粉和粉煤灰在碱性环境下释放活性组分并参与后续反应，硅灰填充微细孔隙并参与二次反应，脱硫石膏参与硫酸盐调节，轻烧氧化镁在养护过程中缓慢水化并产生体积补偿作用。混凝土再生粗骨料、混凝土再生细骨料和机制砂形成颗粒级配骨架，废旧轮胎橡胶颗粒分布于骨架空隙和浆体界面处，玄武岩短切纤维分散于胶凝浆体中。木质素羧基硅氧缓释减缩剂随水进入干混料后，改善复合胶凝粉体对混凝土再生粗骨料、混凝土再生细骨料、机制砂、废旧轮胎橡胶颗粒和玄武岩短切纤维表面的润湿与包覆状态。成型和养护过程中，普通硅酸盐水泥水化产物、粒化高炉矿渣粉和粉煤灰反应产物、硅镁钙磷晶核促凝络合盐诱导的沉积结构、轻烧氧化镁水化形成的体积补偿作用以及玄武岩短切纤维的桥联作用共同形成连续承载结构，使环保铺路材料获得较高的早期强度、界面密实性、抗裂性能和耐久性。

19、根据本发明的优选实施方式，s1中，干混的时间为2-3min。

20、根据本发明的优选实施方式，s2中，成型的压力为15-30mpa；养护的温度为20-35℃，养护的相对湿度为90-98%。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、（1）本发明采用粒化高炉矿渣粉、普通硅酸盐水泥、熟石灰、轻烧氧化镁、粉煤灰、硅灰、脱硫石膏和五水偏硅酸钠构成复合胶凝体系，能够减少普通硅酸盐水泥在铺路材料中的使用比例，并提高粒化高炉矿渣粉、粉煤灰和脱硫石膏的利用程度。熟石灰和五水偏硅酸钠为粒化高炉矿渣粉和粉煤灰提供碱性反应环境，硅灰用于填充胶凝体系中的细微孔隙，脱硫石膏用于调节胶凝反应过程，轻烧氧化镁在养护阶段产生体积补偿作用，使硬化后的胶凝结构更加连续，有利于提高环保铺路材料的早期强度、后期承载能力和抗收缩性能。

23、（2）本发明加入硅镁钙磷晶核促凝络合盐后，硅镁钙磷晶核促凝络合盐能够在复合胶凝粉体中提供无机成核位置，促进普通硅酸盐水泥水化产物以及粒化高炉矿渣粉、粉煤灰反应产物在颗粒表面和界面区域沉积，使胶凝结构形成时间缩短。该作用能够改善浆体与混凝土再生粗骨料、混凝土再生细骨料、机制砂之间的结合状态，降低混凝土再生粗骨料和混凝土再生细骨料表面旧砂浆对界面密实性的影响，提高环保铺路材料的抗压性能、抗折性能和耐水损伤性能。

24、（3）本发明加入木质素羧基硅氧缓释减缩剂后，木质素羧基硅氧缓释减缩剂能够改善粒化高炉矿渣粉、普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与混凝土再生粗骨料、混凝土再生细骨料、机制砂之间的润湿和分散状态，减少细粉团聚和拌合不均现象，并缓解硬化过程中的水分迁移和收缩变形。废旧轮胎橡胶颗粒分布于骨架空隙和浆体界面处，能够提高材料受荷过程中的缓冲能力；玄武岩短切纤维分散于胶凝浆体中，能够限制裂缝扩展。