一种基于工业与能源固废的路面基层病害快速修补材料及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种基于工业与能源固废的路面基层病害快速修补材料及其制备方法。

背景技术：

1、半刚性基层具有工程造价低、施工操作方便、材料性能优等特点，在我国高等级公路建设中往往采用水泥稳定碎石等半刚性材料作为沥青路面基础结构。在交通荷载和不利天气影响下，半刚性基层易出现各种病害，如断裂、破碎、裂缝、水毁等损坏形式，进而导致路面交通功能下降，影响通行。当路基存在软弱地基或地基压实度不足，造成路基承载力不足时，在重型车辆反复碾压下，路基产生不均匀沉降，半刚性基层极易形成断裂，甚至形成粉碎性破坏，进而影响路面质量。

2、基层病害属于道路结构性损坏，其一旦出现说明道路的结构承载力已经不满足道路的使用要求，需要道路养护单位的处治。基层病害还会反射到道路表面引起路表开裂，影响行人的行车舒适度。反射病害的形成也意味着混凝土路面板已经出现断板或沥青面层出现断裂，路表雨水可以通过裂缝下渗到道路基层，在行车动载的作用下冲刷基层混合料，使骨料剥落、松散，加剧基层的损坏。

3、道路基层病害的处治一直是国内外道路养护领域重点关注的热点问题，传统的处理方式是采用“开膛破肚”式的维修方法，需将基层及以上结构层全部铣刨，然后再铺筑新的基层和路表，铺筑新基层常用材料为普通水泥混凝土或者水泥稳定碎石。该方法存在显著弊端：一是工程量巨大，施工周期长（仅养护龄期就需7天以上）；二是全程需封闭交通，对交通流量大的高速公路、一级公路造成严重通行影响，适用性极差。采用灌浆、注浆对道路非开挖快速抢修加固技术是目前一种行之有效的方法。通过把注浆材料注入路基和基层的裂缝或孔隙中，起到加固作用，提高基层的承载能力。常用的注浆物料是以水泥为基础材料，但这类物料存在稳定性不好、流动性较差、早期强度低、凝结时间长等缺点，而且水泥生产会造成环境污染。因此，亟需提供一种流动性好、能快速形成承载强度、早强快硬、早期及后期力学性能优异的新型修补材料。

4、与此同时，近年来随着化工、钢铁、煤电、有色金属等行业的快速发展，工业固废产量持续攀升，年产生量近40亿吨，累计堆存量超过600亿吨。不仅占用大量土地，还易引发土壤、水体、大气污染等环境问题，亟须拓展消纳路径。

5、本发明针对现有道路结构缺陷所用材料性能的瓶颈问题，通过合理选材，搭配特定工艺，制备绿色环保型道路路面基层结构缺陷快速修复材料，具有降低生产成本、节能减排、消纳固废、快速开放交通等优点。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种基于工业与能源固废的路面基层病害快速修补材料，本发明通过合理选材，搭配特定工艺，制备出一种基于固废的路面基层病害快速修补材料，该修补材料的流动性好，并且能在4h内快速形成承载强度，具有早强快硬、早期及后期力学性能优异等特性，同时可以大量消纳工业及能源固废。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种基于工业与能源固废的路面基层病害快速修补材料，包括以下重量份数的各组分：硫铝酸盐水泥20～30份，烧结法赤泥3～5份，麦饭石3～5份，铝尾矿粉5～8份，锂矿渣2～4份，电石渣3～4份，煅烧铝矾土20～25份，铝尾矿5～10份，铝污泥陶粒10～15份，硼砂0.5～1份，酒石酸0.5～1份，废旧锂离子电池正极材料3～6份，磷酸铁锂0.3～0.5份，钛石膏4～6份，聚羧酸减水剂2～3份。

4、本发明以硫铝酸盐水泥体系为主，复配经煅烧激活的铝尾矿、麦饭石和赤泥等富硅铝材料，同时采用电石渣、锂矿渣、废旧锂离子电池正极材料等固废及磷酸铁锂进行化学激发，构建水硬性胶凝材料体系，该体系具有良好的水硬性，可形成具有一定力学强度的固结体，可有效减少硫铝酸盐水泥的用量。同时，本发明选用煅烧铝矾土、铝尾矿和铝污泥陶粒等富硅铝材料作为复合骨料，这类骨料在废旧锂离子电池正极材料与电石渣的协同激发作用下，可代替天然骨料。并且，相较于传统石灰岩、玄武岩等天然骨料，该激发型复合骨料能显著增强与胶凝材料的界面粘结性能，进而提升材料整体的力学稳定性、体积稳定性及耐久性。此外，在煅烧铝矾土、铝尾矿和铝污泥陶粒的强度、形状和粒径的相互配合下，使材料同时具有优异的流动性能和力学性能。

5、优选的，所述烧结法赤泥、麦饭石、铝尾矿粉、锂矿渣和电石渣的比表面积均≥300m2/kg。

6、优选的，所述煅烧铝矾土的粒径为3～10mm，密度≥2.9g/cm3，弹性模量≥200gpa，洛杉矶磨耗损失≤22%，压碎值≤18%。

7、优选的，所述铝尾矿的粒径为3～10mm，洛杉矶磨耗损失≤35%，压碎值≤30%。

8、优选的，所述铝污泥陶粒的技术指标满足t/cipr 0014-2023《铝污泥陶粒》，密度等级为800，圆球形，粒径为3～10mm。

9、优选的，所述废旧锂离子电池正极材料中li含量≥4.0%。

10、优选的，所述废旧锂离子电池包括磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍酸锂电池、锰酸锂电池中的至少一种。

11、优选的，所述聚羧酸减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率≥25%。

12、本发明的另一目的在于提供所述路面基层病害快速修补材料的制备方法，包括以下步骤：

13、s1. 按重量份数称取各组分，将所述烧结法赤泥、麦饭石、铝尾矿粉和锂矿渣混合后，粉磨至比表面积≥300 m2/kg，然后在700~900℃下煅烧1~3h；再与酒石酸、硼砂、磷酸铁锂和电石渣粉磨至比表面积≥400m2/kg，得到a组分；

14、s2. 将硫铝酸盐水泥、钛石膏和聚羧酸减水剂粉磨至比表面积≥350 m2/kg，得到b组分；

15、s3. 将煅烧铝矾土、铝尾矿、铝污泥陶粒、废旧锂离子电池正极材料和电石渣混合均匀，得到c组分；

16、s4. 将a组分、b组分和c组分混合均匀，即得到所述路面基层病害快速修补材料。

17、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

18、（1）本发明以硫铝酸盐水泥体系为主，复配经煅烧激活的铝尾矿、麦饭石和赤泥等富硅铝材料，同时采用电石渣、锂矿渣、废旧锂离子电池正极材料等固废及磷酸铁锂进行化学激发，构建水硬性胶凝材料体系，该体系具有良好的水硬性，可形成具有一定力学强度的固结体，在一定程度上减少了硫铝酸盐水泥的用量。

19、（2）本发明选用煅烧铝矾土、铝尾矿和铝污泥陶粒等富硅铝材料作为复合骨料，这类骨料在废旧锂离子电池正极材料与电石渣的协同激发作用下，可代替天然骨料。并且，相较于传统石灰岩、玄武岩等天然骨料，该激发型复合骨料能显著增强与胶凝材料的界面粘结性能，进而提升材料整体的力学稳定性、体积稳定性及耐久性。

20、（3）本发明在煅烧铝矾土、铝尾矿和铝污泥陶粒的强度、形状和粒径的相互配合下，使材料同时具有优异的流动性能和力学性能。

21、（4）本发明以硫铝酸盐水泥为基础，搭配经煅烧激活与化学激发的铝尾矿、麦饭石及赤泥作为胶凝体系，辅以经废旧锂离子电池正极材料与电石渣协同激发的煅烧铝矾土、铝尾矿及铝污泥陶粒作为复合骨料，成功制备出一种固废基路面基层病害快速修补材料。该修补材料的流动性好，并且能在4h内快速形成承载强度，具有早强快硬、早期及后期力学性能优异等特性，同时可以大量消纳工业及能源固废。