[发明专利]自水化激活型路面基层

说明书

技术领域

本发明涉及自水化激活型路面基层，特别是一种无水泥钢渣-电厂炉渣-矿渣体系的自水 化激活型路面基层。所谓自水化激活型路面基层指的是在整个基层体系中，采用的原材料均 为工业固体废弃物，不外掺水泥，通过工业固体废弃物自身部分组分的微弱水化，形成碱性 环境，来激活其它具有潜在水化活性或火山灰活性的工业固体废弃物组分的活性，即通过体 系自身的水化产物来激活体系整体的活性，通过各组分间相互反应，形成水化C-S-H、C-S-A-H 或C-S-A-F-H、钙矾石及氢氧化钙等反应产物，进而构成基层强度，并保证后期强度的持续 增长。

背景技术

随着我国经济的持续快速增长，工业固体废弃物的排放量也同步增长。尽管目前工业固 体废弃物的利用呈稳步增长趋势，但利用率依旧很低，且主要集中在几种能大量在建筑材料 领域直接利用的工业固体废弃物上，如粒化高炉矿渣、干排粉煤灰等，大多数工业固体废弃 物目前的利用率还很低。如钢渣，其在路面中的研究应用虽有报道，但大多也仅简单地作为 一种集料应用于路面基层中，并未充分利用其自身的水化活性。因此，开发钢渣和电厂炉渣 作路面基层材料，对提高工业固体废弃物利用率、循环利用技术水平以及改善生态环境具有 十分重大的实用价值。

对于钢渣，其在路面基层材料中的应用主要有三类：

1.钢渣代替砾石、碎石集料，用于二灰稳定类基层。西安公路学院和西安市政研究院， 利用陕西钢厂的电炉钢渣，与石灰、粉煤灰按比例(钢渣掺量75％)混合形成二灰钢渣混合料 做路面基层材料。研究表明该二灰钢渣混合料路用性能优于二灰砾石和二灰碎石。二灰钢渣 混合料配合比比例，二灰用量为20％、石灰4～5％、粉煤灰15～16％、集料80％，按此种比 例配制的混合料，既具有一定数量的支撑骨架(达60％以上)，又具有结合料密实填充裹覆的 特点。

2.用水泥或石灰对其进行稳定，制备出类似于水泥稳定或石灰稳定粒料的路面基层。该 类型基层在武汉钢铁(集团)公司和首都钢铁公司进行过一些研究和应用，武汉理工大学也 对钢渣碎石复合路面基层材料路用性能进行过研究。研究表明，当用粉煤灰直接稳定钢渣碎 石时，最佳配比为粉煤灰∶钢渣碎石复合集料＝20∶80；当用水泥粉煤灰稳定钢渣碎石时，最 佳配比为水泥∶粉煤灰∶钢渣碎石复合集料＝4∶10∶90。

3.钢渣级配型、嵌锁型基层：将具有一定级配的钢渣代替碎石，构成类似级配碎石型的 柔性基层，由于我国以半刚性基层为主流，这种基层的研究与应用很少。

虽然钢渣路面基层材料已有所应用，但其在使用中还存在一些问题，主要表征在以下三 个方面：

1)钢渣的安定性不良：钢渣在实际应用中有一个最大的问题，是钢渣体积安定性问题。 如果钢渣一旦没有很好的组合使用，其自身的缓慢膨胀将导致基层的开裂及其基层的破坏。 因此，如何控制钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁含量，或者如何有效利用钢渣的微膨胀性， 减少基层的开裂是使钢渣得以真正大面积使用的关键问题。

2)钢渣的密度过大：钢渣的密度为3.4g/cm³左右，是普通石料的1.2～1.4倍。钢渣用于 道路工程中，其运输、搅拌、摊铺时的能耗要增加10％左右。另外，由于钢渣的密度较大， 在地基承载力不足的软土地区不宜使用。

3)钢渣微弱水化活性的有效发挥：目前钢渣在路面基层中的应用研究中没有充分利用钢 渣的活性，并大部分都简单的把钢渣当成了一种集料用于路面基层中。其实钢渣有微弱的水 硬性，其细颗粒(粉料)可以起到一定的胶凝作用，形成碱性水化环境，从而可激活矿渣微粉 的潜在水化活性及电厂炉渣的火山灰活性，且钢渣粗颗粒表面的水化，可增加集料和基质的 胶凝效果，进而可提高基层的界面胶结强度。

对于在燃煤发电的过程煤燃烧后形成的电厂炉渣，其属火山灰质活性混合材料。目前电 厂炉渣大部分用于水泥的生产，掺入电厂炉渣的水泥后期强度有一定的增长。在路面工程中 电厂炉渣应用较少，其实电厂炉渣作路面基层材料具有明显优势，具体体现在：

1)电厂炉渣的火山灰活性可在钢渣水化形成的碱性环境下被激活，反应生成水化铝酸 钙、水化硅酸钙等胶凝产物，发挥胶凝作用。

2)电厂炉渣在水淬的过程中，形成极其不规则、棱角分明的表面，且含有少量微细玻璃 丝，可极大的增大集料与填充料之间的嵌锁力，进而大幅提高基层初期的机械压实强度。