一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料及其制备方法。


背景技术：

2.白云岩(camg(co3)2)是一种储量丰富、廉价的碳酸盐岩石料。在采石场开采过程中产生的大量废弃的白云岩粉尘，极易产生扬尘危害人体健康，是一种亟需解决的工业废弃物。沥青作为一种主要的混凝土结合材料由于提高公路路面的行车舒适性、安全性及使用寿命成为了现代高速公路的首选材料。但是一般乳化沥青复合材料具有早期强度不足的技术问题。将乳化沥青与地质聚合物聚物结合，不仅能改善地聚物材料的韧性不足、脆性大的缺点，而且可以借助地质聚合物高强早强的特性，有效解决一般乳化沥青复合材料早期抗压强度不足的问题。白云岩在前期研究中发现其具有促进水泥水化的作用，并且在碱性环境下能够生成具有固结性能的凝胶。因此，可以将白云岩和沥青结合，形成有机高分子和无机凝胶互穿的网络结构，变废为宝，获得增强地质聚合物的韧性和乳化沥青的高强早强性能的复合材料。
3.cn103232182a公开了一种地质聚合物/乳化沥青复合材料及其制备方法，具体公开了其主要由以下重量份数的组分组成：75～95份地质聚合物浆体和5～25份乳化沥青；所述的地质聚合物浆体主要由以下重量份数的组分组成：50～60份碱激发活性材料和50～60份改性水玻璃。所述的碱激发活性材料为选自偏高岭土、矿渣和粉煤灰中的一种或两种以上的混合物。虽然该技术方案使用了低聚物和乳化沥青复合获得高强度和高韧性的胶凝材料，但并没有公开白云岩和沥青的协同配合作用。
4.cn102531471a公开了乳化沥青、含有其的混合料以及由该混合料形成的路面，具体公开了一种乳化沥青冷再生混合料，其含有铣刨料、新集料、任选的矿粉、乳化沥青、任选的水泥以及水，按照乳化沥青冷再生混合料的重量计，其含有：铣刨料60～95％、水泥0～2％、矿粉0～5％、乳化沥青3.0～5.0％、外加水1～4％以及适量的新集料，新集料选自石灰岩、白云岩、玄武岩、砂岩、花岗岩中的一种或多种。该技术方案虽然公开了乳化沥青和石灰岩的组合，但并没有公开白云岩和沥青结合，形成有机高分子和无机凝胶互穿的网络结构。
5.因此，现有技术仍缺少充分发挥白云岩和乳化沥青作用的高强早强性能复合材料。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料，其目的在于通过调整乳化沥青的成分和活性，利用白云岩促进水化和生成凝胶能力，将白云岩与乳化沥青混合，形成有机高分子和无机凝胶互穿的网络结构，使得白云岩和沥青的协同作用，不仅能改善地聚物材料的韧性不足、脆性大的缺点，而且可以借助地质聚合物高强早强的特性，有效解决一般乳化沥青复合材料早期抗压强度不足的问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料，包括100
‑
120份白云岩矿粉、1
‑
3份乳化沥青和8
‑
15份碱激发剂，所述乳化沥青按重量份数计，包括1
‑
6份乳化剂、90
‑
130份水和90
‑
130份沥青。
8.作为优选，白云岩矿粉与乳化沥青的质量之比为100:(1.5
‑
2)。
9.作为优选，所述乳化剂为jy
‑
c2阳离子中裂沥青乳化剂、sqbio m1阳离子中裂沥青乳化剂或sqbio m3阳离子中裂沥青乳化剂。
10.作为优选，所述沥青为70#石油沥青或90#石油沥青。
11.作为优选，所述碱激发剂是将硅酸钠水玻璃和氢氧化钠混合而成。
12.作为优选，硅酸钠水玻璃和氢氧化钠的物质的量之比为1:(1.5
‑
8)。
13.作为优选，白云岩矿粉的粒径不超过0.075mm。
14.按照本发明的另一方面，提供了一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)先将沥青加热熔融，将乳化剂和水的混合体系中持续加入熔融沥青，获得乳化沥青；
16.(2)将白云岩矿粉加入碱激发剂混合均匀获得湿粉，随后加入乳化沥青，均匀混合形成含有乳化沥青的湿粉；
17.(3)将含有乳化沥青的湿粉于模具中压制成型，脱模后即可获得前面所述的胶结材料。
18.作为优选，所述压制成型的压力为50
‑
80mpa，时间为1
‑
5分钟。
19.本发明的有益效果有：
20.(1)本发明调整乳化沥青的成分和活性，使得白云岩和沥青的协同作用，利用白云岩促进水化和生成凝胶能力，将白云岩与乳化沥青混合，形成有机高分子和无机凝胶互穿的网络结构，不仅能改善地聚物材料的韧性不足、脆性大的缺点，而且可以借助地质聚合物高强早强的特性，有效解决一般乳化沥青复合材料早期抗压强度不足的问题。
21.(2)白云岩在碱性环境下发生去白云石化反应和离子交联反应形成水化硅酸镁钙凝胶，无机凝胶将未溶解颗粒粘结形成骨架。由于颗粒骨架的极性表面，乳化沥青会在其表面发生破乳，使得沥青能够紧密包覆在无机颗粒骨架表面，形成在骨架内部的韧性互穿粘结。
22.(3)本发明制备方法在常温条件下完成，不需要外部施加能量，在工艺上具有节能的优势；所加入的碱性激发剂量较少，为湿粉状态，有利于成本的控制和环境的保护，采用废弃白云岩粉末作为固体原料，节能环保，成本低廉，拓宽了废弃白云岩粉尘的应用范围。
23.(4)本发明生产周期短，制备的样品具有高强早强的性能，并具有比纯地质聚合物试样更好的韧性。
具体实施方式
24.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。
25.实施例
26.制备实施例
27.制备碱激发剂：称量取15g模数为3.1的硅酸钠水玻璃(即na2o
·
nsio2中，n＝3.1)，向其中加入1.5g的naoh固体，搅拌溶解后作为碱激发剂，备用。
28.制备白云岩矿粉：将白云岩在盘磨机中研磨成粉末状，粒径不超过0.075mm。
29.实施例1
30.一种白云岩复合乳化沥青的胶结材料，通过以下方法制备而成：
31.(1)用金属容器称量450g加热后的沥青并在165℃的烘箱保温备用，使用金属容器称取20g乳化剂并加入450g的水进行加热搅拌，倒入胶体磨中启动仪器10
‑
15秒后缓慢加入沥青并不断搅拌，持续40秒后取样封存，获得乳化沥青；
32.(2)将30g白云岩矿粉加入3.3g碱激发剂混合均匀获得湿粉，随后加入1.2g乳化沥青，均匀混合形成含有乳化沥青的湿粉；
33.向固体组分(1)中边研磨边滴入2.7
‑
3.3g碱激发剂(2)，使其混合均匀，形成湿粉的状态。再向其中加入0.3g
‑
1.2g乳化沥青(3)，均匀混合形成含有乳化沥青的湿粉。
34.(3)将含有乳化沥青的湿粉于装入直径为10mm的圆柱形模具中，在50mpa的压力下持荷1分钟后，脱模，即可获得胶结材料。
35.实施例2
‑
实施例7，与对比实施例1
‑
4制备方法相同，主要不同之处在于白云岩、乳化沥青和碱激发剂的质量和比例不同，具体如表1所示。
36.测试实施例
37.抗压强度测试，测试方法为：采用万能压力机mts(美特斯工业系统(中国)有限公司)对试样进行抗压强度(单轴压缩法)测试。加载方式为位移加载，加载速率为2mm/min，测试结果如表1所示。
38.抗折强度测试，测试方法为：采用万能压力机mts(美特斯工业系统(中国)有限公司)对试样进行抗折强度(三点弯曲法)测试。加载方式为位移加载，加载速率为2mm/min，测试结果如表1所示。
39.表1实施例的配方及测试结果表
[0040][0041]
分析表1的数据可知，白云岩复合乳化沥青胶结材料具有优异的抗压强度和抗折强度。当乳化沥青添加量较小时，试样的抗压强度较高。对于试样的抗折强度，当乳化沥青添加量为白云岩质量0.8％
‑
3％之间时，试样的抗折强度明显高于未添加乳化沥青的试样。当乳化沥青添加量为白云岩质量1.5％
‑
2％之间时，整体性能更加优异。结果表明，适宜添加量的乳化沥青可以在保证试样具有优异抗压强度的前提下，进一步提高试样的抗折强度。
[0042]
综上所述，本发明利用了白云岩在碱环境下生成凝胶能力，将其与乳化沥青混合，形成有机高分子和无机凝胶互穿的网络结构，使样品兼具地质聚合物和沥青刚柔并济的特点，可作为一种新型的水泥基路面修补材料被应用。
[0043]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。