[发明专利]一种改性矿渣棉增强水泥混凝土路面的制备方法

说明书

本发明公开一种改性矿渣棉增强水泥混凝土路面制备方法，属于普通道路工程材料，包括水泥、石子、河砂、改性矿渣棉、粉煤灰、FDN减水剂和水，其中改性矿渣棉掺量不超过水泥用量的2％。通过在水泥混凝土中添加呈三维随机分布的改性矿渣棉及粉煤灰，可以在一定程度上改善水泥混凝土的韧性、干缩性能、抗裂性能，限制微裂纹的产生和发展，提高其抗折、抗压强度。其次，本发明利用了工业固废，即粉煤灰、矿渣水泥以及由矿渣生产的矿渣棉，为固体废弃物的综合利用寻找了一条新的途径，符合国家当前倡导的固废资源循环利用政策。

技术领域

本发明属于道路工程领域中的路面建设材料，具体涉及一种改性矿渣棉增强水泥混凝土路面的制备方法。

背景技术

我国公路路面主要采用沥青铺设，而水泥混凝土路面只占一小部分。水泥混凝土材料具有承载力强、稳定性好、耐久性优异、日常养护费用少等优点。对于沥青资源有限，而水泥生产量大的我国而言，采用水泥混凝土铺设路面不失为解决问题的关键。但是普通的水泥混凝土路面因水泥混凝土材料自身的特点，存在脆性大，抗拉、抗折强度低，易收缩开裂，韧性差，抗冲击性能较低等固有缺陷，从而会降低水泥混凝土路面的耐久性能。

为改善水泥混泥土材料的性能，目前人们常用的方法有加强路面结构、采取修补技术以及在水泥混凝土基体中掺合纤维等途径。较常用的纤维有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、维纶纤维及聚丙烯纤维等，如混合纤维水泥混凝土(申请号201010116108.9)，就是在水泥混凝土中掺入钢丝型钢纤维、铣削型钢纤维和聚丙烯纤维。但钢纤维在水泥混凝土中易腐蚀，聚丙烯纤维强度和模量低，在一定的外界条件下易发生化学反应，丧失一定的使用性能，碳纤维价格昂贵，工程应用中受到一定的限制。

矿渣棉的主要原料是高炉废渣，成本较低。高炉渣是钢铁冶炼过程产生的主要副产品，是冶金废渣中数量最多的一种。目前高炉废渣的主要利用途径，使其附加值较低。大部分高炉废渣为水淬高炉渣，主要用于水泥和混凝土的掺合料，每吨售价只有30～50元，其次是生产矿渣骨料和透水砖，少量的用于生产膨珠、矿渣棉、矿渣微晶玻璃、无机涂料和无机胶凝材料等。研究表明，把废渣制成纤维棉用于混凝土的增强材料，能够在一定程度上改善混凝土性能方面的缺陷。但矿渣棉在水泥中不仅易被水泥水化时产生的碱性物质所腐蚀、粉化，导致基体内的纤维断裂，而且矿渣棉在与混合料搅拌过程中也易被石子所破坏，出现纤维表层被划伤、甚至断裂的现象，造成其性能的下降，失去了纤维增强增韧的作用。

发明内容

本发明的目的在于针对水泥混凝土材料性能的不足及缺陷，提供一种适用于普通路面的纤维增强水泥混凝土材料。通过添加由高炉废渣制备的改性矿渣棉纤维来增强和改善水泥混凝土材料的强度、韧性以及耐久性，同时也能有效的抑制早期微裂纹的产生和扩展。其中由高炉废渣生产而来的矿渣棉，来源于工业固体废弃物，因此原料不仅来源广泛，且成本低廉，变废为宝。

本发明所述的基准混凝土配合比：每立方的组成为水泥370kg～430kg、河砂645kg～800kg、石子1100kg～1270kg，改性矿渣棉12kg～60kg、粉煤灰18kg～85kg、水150～190kg、减水剂2.5kg～4.3kg。

上述所用的粉煤灰化学成分SiO₂的含量为45wt％～65wt％，Al₂O₃含量为22wt％～35wt％，其他成分的含量不大于33wt％。

上述所用的水泥为矿渣硅酸盐水泥，SiO₂含量为20wt％～30wt％，CaO含量为40wt％～60wt％，Al₂O₃含量为5wt％～15wt％，MgO含量为1wt％～wt 8％，Fe₂O₃含量为1wt％～3wt％。

上述所用的矿渣棉酸度系数为1.1～1.4，单丝直径为3μm～7μm，长度为5cm～20cm，弹性模量为20GPa～30GPa，抗拉强度为30MPa～60MPa；