一种二灰碎石及其制备方法与流程

1.本发明属于路面基层技术领域，尤其涉及一种二灰碎石及其制备方法。


背景技术：

2.路面基层，是一种在路基（或垫层）表面上用单一材料按照一定的技术措施分层铺筑而成的层状结构，二灰碎石是构成路面基层的一种半刚性结构材料，亦称之为二灰稳定碎石，二灰碎石一般通过无机结合料石灰、粉煤灰和级配碎石一定的水分拌合，碾压、养生后制备而成，二灰碎石具有强度大，水稳定性好等优点，但是传统的二灰碎石应用在高等级公路基层时存在易开裂的缺点，导致高等级路面面层出现反射裂缝，从而影响道路的使用年限，所以市场上急需一种使用时降低开裂风险的二灰碎石材料。
3.公开号为cn107265989a，公开日为2017.10.20的中国发明专利公开了一种利用多种无机固化剂稳定旧二灰碎石的基层材料，由旧二灰碎石60～100份，复合硅酸盐水泥2～5份，消石灰1～5份，水9～13份组成。
4.虽然该发明解决了现有技术中旧二灰碎石再生混合料的低强度和高收缩率的问题；但是该发明并未解决现有二灰碎石混合料用于高等级公路基层时存在的易开裂问题。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种二灰碎石及其制备方法，本发明通过石灰，粉煤灰，水并额外添加了石粉，植物纤维以及硫铝酸盐制备了使用时不易开裂的二灰碎石材料。
6.本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉，植物纤维以及硫铝酸盐水泥。
7.其中，所述石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料，以石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的产物，经900～1100℃煅烧而成，是建筑材料工业中重要的原材料；所述粉煤灰一般也指飞灰，是由化石燃料燃烧过程中排出的微小灰粒，主要为煤燃烧过程中产生，粒径一般在1～100微米之间，由于表面张力作用，飞灰大部分呈球状，表面光滑，微孔较小；二灰碎石材料中使用到的所述碎石为级配碎石，是由各种大小不同粒级集料组成的混合料，一般为碎石和砂砾的混合料，也常将砾石中的超尺寸颗粒砸碎后与砂砾一起组成碎砾石，级配碎石一般是由预先筛分成几个大小不同粒级的碎石组配而成，也可用未筛分碎石和石屑组配成，在二灰碎石指的制备过程中，首先加入所述石灰和水，在有所述石灰和水的条件下，再加入所述粉煤灰，所述粉煤灰与所述石灰中氢氧化钙反应并能生成有胶凝性的物质，继而把碎石胶结成整体，从而形成半刚性结构的二灰碎石材料。
8.此外，在所述二灰碎石中加入石粉，起到了填补所述二灰碎石中出现的较大孔隙的作用，掺入足够的石粉具有填充混凝土孔隙作用，一定程度上提高了混凝土的密实度，使机制砂混凝土的抗水渗透性能得到显著提高，然而随着加入所述石粉的含量增大，虽然也增大了所述二灰碎石的抗渗等级。但相对于原状机制砂在抗开裂方面的性能明显较差，原因是过多的石粉导致二灰碎石的硬度提高，抗压性降低，使其在路基上使用时经过长时间
重力挤压而导致更严重的开裂现象，所以向二灰碎石中添加的所述石粉需要在一个合适的范围内。
9.此外，所述植物纤维是广泛分布在种子植物中的一种厚壁组织，所述植物纤维是纤维素与各种营养物质结合生成的丝状或者絮状物，广泛存在于植物秆茎、根系、果实、果壳中，这类纤维拉力大，耐腐力强，并且所述植物纤维的纤维表面充满孔隙结构，可以很好地吸附所述石粉使其固定并且均匀分散在所述二灰碎石中，同时所述植物纤维存在于植物的韧皮纤维束中，韧性较强，加入所述二灰碎石中可以显著提高所述二灰碎石的抗弯折性能和抗压性能，缓解了加入所述石粉后带来的硬度增高柔韧性下降的缺点。
10.此外，近年来，我国逐渐将“新技术、新材料和新体系在社会生产中的实践应用”这一主题重点提到在建筑节能的新日程上来，涵盖了建筑材料生产、房屋建筑和构筑物施工及使用过程中，我国秸秆资源丰富，每年有约7亿多吨的产量，可收集数量为4亿吨，是一种宝贵的可再生资源，但是秸秆的利用率只有不到5%，大部分秸秆被还田，影响了插秧和作物的生长，秸秆的利用水平低，附加值小，并且相当一部分仍被燃烧污染环境，所以利用秸秆中含有的所述植物纤维是将工农业的遗弃物有效回收利用，制成绿色环保型建筑材料，既利用了资源，又保护了环境，将会产生巨大的经济效益和社会效益。
11.此外，所述硫铝酸盐水泥主要是以硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成新型水泥，所述植物纤维加入到所述二灰碎石中，稻草纤维中的纤维素会吸收所述二灰碎石中产生的氢氧化钙，减少了溶液的氢氧根离子含量，具有延缓凝固的缺点，这样一来限制了稻草纤维的大量使用，所述硫铝酸盐水泥本身具有早强、高强的特点，凝结速度快，与所述植物纤维结合可以弥补这一缺点，同时所述硫铝酸盐水泥高的凝结速度可以将所述石粉很好地固定在所述植物纤维上，避免所述石粉在所述二灰碎石使用过程中的流失现象。
12.进一步优选的技术方案在于：所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅25
‑
30份，氧化钙35
‑
40份，氧化铝10
‑
15份，金属氧化物1
‑
2份，三氧化硫5
‑
10份。
13.其中，所述二氧化硅是一种无机物，具有较高的硬度，而所述氧化钙即为生石灰，二氧化硅与氧化钙高温反应时生成硅酸钙，形成了所述硫铝酸盐水泥的主体部分，而所述三氧化硫和与所述二氧化硅反应剩余的所述氧化钙反应生成了所述硫酸钙，所述硫酸钙晶体是一种无机物，具有吸湿性，提高了所述硫铝酸盐水泥的耐候性，包括提高强度、提高高温抗性、提高耐磨性。
14.此外，所述氧化铝是两性氧化物，氧化钙是碱性氧化物，二者反应生成铝酸钙，用于提高所述硫铝酸盐水泥的凝固时间。
15.进一步优选的技术方案在于：所述金属氧化物包括氧化铁以及二氧化钛的任意一种或几种混合物。
16.其中，优选的情况下选用所述氧化铁作为所述金属氧化物的组成部分，当所述硫铝酸盐水泥中含有较低的所述氧化铁时，可以促进所述硫铝酸盐水泥的凝结速度，而提高所述氧化铁的含量时会提高所述硫铝酸盐水泥的抗压强度，可根据实际需要调整所述氧化铁在所述硫铝酸盐水泥中添加的含量。
17.进一步优选的技术方案在于：所述植物纤维包括稻草秸秆纤维，小麦秸秆纤维，玉米秸秆纤维以及棉花秸秆纤维中的任意一种或几种混合物。
18.其中，优选的情况下选用所述稻草秸秆纤维作为所述植物纤维的主要组成部分，
所述稻草秸秆纤维储量高，质地软，在所述氧化钙与水反应约120℃的环境下，所述稻草秸秆纤维中的木指数有坚硬的玻璃态转变成柔软的橡胶态，互相之间的粘合力下降，固结力减弱，所述稻草秸秆纤维被分离、润胀、帚化、成为机械浆状，便于对石粉进行吸附固定，使得所述石粉与所述稻草秸秆纤维一同分散在所述二灰碎石中。
19.进一步优选的技术方案在于：所述石粉包括滑石粉，石英粉，白云石粉的任意一种或几种混合物。
20.其中，优选的情况下选用所述滑石粉作为所述石粉的主要组成部分，所述滑石粉为硅酸镁盐类矿物滑石族滑石，主要成分为含水硅酸镁，经粉碎后，用盐酸处理，水洗，干燥而成，加入到所述二灰碎石中少量可填补其中存在的细小缝隙，可以提高所述二灰碎石的抗渗水性，使得所述二灰碎石作为地基使用时减少因雨水天气大量水渗入侵蚀导致开裂的情况发生，然而加入过多的所述石粉会使得所述二灰碎石硬度过高，抗压性降低。
21.一种二灰碎石的制备方法，包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，碎石，水混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加所述石粉，得到二级二灰碎石；s3.向所述二级二灰碎石中添加所述植物纤维，得到三级二灰碎石；s4.向所述三级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石。
22.其中，先在所述一级二灰碎石中添加所述石粉，并且搅拌均匀使得所述石粉在所述二灰碎石中均匀分散，然后在得到的所述一级二灰碎石中添加所述植物纤维用于固定所述石粉，最后再在所述二级二灰碎石中加入所述硫铝酸盐水泥提高凝结速度，得到最后的所述二灰碎石材料。
23.进一步优选的技术方案在于：s3中所述植物纤维的纤维直径为0.1
‑
1.2mm，长度为2
‑
5cm。
24.其中，所述植物纤维不可以直接应用于所述二灰碎石中，必须先做预处理，采用市场上现有的切割机绞碎所述植物纤维并通过过筛来筛选合适长度的直径的所述植物纤维，过长的所述植物纤维会降低对所述石粉的分散能力，易成团，过短的植物纤维对所述石粉的吸附量较小，容易使得石粉与纤维脱离，影响最终二灰碎石的性能。
25.进一步优选的技术方案在于：s1中所述石灰，粉煤灰，水的重量比为（5
‑
10）：（7
‑
12）：10
‑
20）：1。
26.其中优选的情况下所述石灰，粉煤灰，水的重量比为10:12:20:1。
27.进一步优选的技术方案在于：s2中所述一级二灰碎石与所述石粉的重量比为（100
‑
200）：1。
28.其中优选的情况下所述一级二灰碎石与所述石粉的重量比为200:1。
29.进一步优选的技术方案在于：s3中所述二级二灰碎石与所述植物纤维的重量比为（50
‑
100）：1其中优选的情况下所述二级二灰碎石与所述植物纤维的重量比为100:1。
30.进一步优选的技术方案在于：s4中所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为（30
‑
50）：1。
31.其中优选的情况下所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为50:1。
32.本发明的有益之处在于：
1、本发明通过在二灰碎石中添加适量的石粉，很好地改善了二灰碎石应用在高等级公路基层时存在易开裂的缺点；2、本发明通过在二灰碎石中添加适量的植物纤维，对分散在二灰碎石中的石粉起到了吸附作用并且提高了石粉在二灰碎石中的分散度，同时植物纤维的韧性提高了二灰碎石的抗弯折度和抗压性，进一步减少了二灰碎石应用时的开裂现象。
33.3、本发明通过在二灰碎石中添加适量的硫铝酸盐水泥，提高了二灰碎石的凝结速度，并且进一步将石粉固定在植物纤维上，减少了石粉从二灰碎石材料中的脱落现象；4、本发明采用植物纤维为可再生资源，实现了建筑节能的目的，起到了利用新能源节能减排的效果。
具体实施方式
34.以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
35.实施例1：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉，植物纤维以及硫铝酸盐，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
36.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加滑石粉，得到二级二灰碎石，所述一级二灰碎石与滑石粉的重量比为200:1；s3.向所述二级二灰碎石中添加稻草秸秆纤维，得到三级二灰碎石，所述二级二灰碎石与所述稻草秸秆纤维的重量比为100:1；s4.向所述三级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石，所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为50:1。
37.在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在0.5%以下，三年内路基开裂率在3%以下。
38.实施例2：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉，植物纤维以及硫铝酸盐，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
39.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加滑石粉，得到二级二灰碎石，所述一级二灰碎石与滑石粉的重量比为100:1；s3.向所述二级二灰碎石中添加稻草秸秆纤维，得到三级二灰碎石，所述二级二灰碎石与所述稻草秸秆纤维的重量比为50:1；s4.向所述三级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石，所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为30:1。
40.在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在
0.9%以下，三年内路基开裂率在4.1%以下。
41.实施例3：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉，植物纤维以及硫铝酸盐，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
42.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加滑石粉，得到二级二灰碎石，所述一级二灰碎石与滑石粉的重量比为100:1；s3.向所述二级二灰碎石中添加稻草秸秆纤维，得到三级二灰碎石，所述二级二灰碎石与所述稻草秸秆纤维的重量比为100:1；s4.向所述三级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石，所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为50:1。
43.在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在1.3%以下，三年内路基开裂率在4.8%以下。
44.对比实施例1：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，植物纤维以及硫铝酸盐，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
45.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加稻草秸秆纤维，得到三级二灰碎石，所述二级二灰碎石与所述稻草秸秆纤维的重量比为100:1；s3.向所述三级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石，所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为50:1。
46.在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在4%以上，三年内路基开裂率在9%以上。
47.对比实施例2：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉以及硫铝酸盐，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
48.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加滑石粉，得到二级二灰碎石，所述一级二灰碎石与滑石粉的重量比为200:1；s3.向所述二级二灰碎石中添加硫铝酸盐水泥，得到二灰碎石，所述三级二灰碎石与所述硫铝酸盐水泥的重量比为50:1。
49.在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在8%以上，三年内路基开裂率在13%以上。
50.对比实施例3：一种二灰碎石，包括石灰，粉煤灰，水，碎石，石粉以及植物纤维，其中所述石粉为滑石粉，所述植物纤维为稻草秸秆纤维，所述硫铝酸盐水泥包括按重量计的以下组分：二氧化硅30份，氧化钙40份，氧化铝15份，金属氧化物2份，三氧化硫10份，其中所述金属氧化物2份为氧化铁。
51.所述二灰碎石的制备方法包括以下步骤：s1.将所述石灰，粉煤灰，水混合按重量比为10:12:20:1混合，得到一级二灰碎石；s2.向所述一级二灰碎石中添加滑石粉，得到二级二灰碎石，所述一级二灰碎石与滑石粉的重量比为200:1；s3.向所述二级二灰碎石中添加稻草秸秆纤维，得到二灰碎石，所述二级二灰碎石与所述稻草秸秆纤维的重量比为100:1；在本实施例中，所述二灰碎石应用于高等级公路基层上，半年内路基开裂率在6%以上，三年内路基开裂率在11%以上。
52.上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。