[发明专利]用煅烧煤矸石粉制备的生态高延性水泥基快速修补材料及方法

说明书

本发明涉及固废物在建筑材料中的资源化利用，具体涉及一种用煅烧煤矸石粉制备的生态高延性水泥基快速修补材料及方法；包括以下质量份配比的原料：硫铝酸盐水泥496~938份，煅烧煤矸石粉186~372份，粉煤灰134~372份，河砂372~471份，减水剂2.5~5.0份，早强剂12.4~37.2份，水335~397份，纤维18.2~26份；本发明制备的生态高延性水泥基快速修补材料，集高延性、快硬和早强于一体，显著改善了路桥面铺装层混凝土抗拉变形能力差等缺点，可高效率用于路桥面铺装层的快速修补，减少混凝土铺装层开裂风险，减少了交通阻断时间，尽早开放交通，提高路桥服役寿命；另一方面以煅烧煤矸石粉部分替换水泥，节约水泥，还可促进煤矸石高值化利用。

技术领域

本发明涉及固废物在建筑材料中的资源化利用，具体涉及一种用煅烧煤矸石粉制备的生态高延性水泥基快速修补材料及方法。

背景技术

随着道路桥梁等基础业加速发展，交通车辆及重载车辆数量逐渐增加。我国路桥面铺装层主要采用沥青混凝土，抗拉变形能力差，在车辆荷载反复作用下，混凝土路桥面出现破损，一旦混凝土开裂后，裂缝迅速恶化，路桥面混凝土铺装层出现裂缝等病害。路桥面开裂后会使雨水中有害离子下渗到路桥钢筋混凝土主梁等下部结构，影响路桥服役寿命；而且会降低车辆行驶速度，影响舒适度，使交通运输效率降低。制备一种集高延性、快硬、满足混凝土铺装层强度等级要求的水泥基复合材料，对于减少路桥面铺装层开裂病害、及早开放交通、提高客货运输效益意义重大。

煤矸石是选煤和洗煤过程中产生的一种固体废弃物，是我国存量最大的工业废弃物之一。煤矸石的堆放，不仅占用土地资源，还可能带来坍塌、滑坡、自燃等次生灾害，严重威胁人类生命安全。煤矸石经过自燃或煅烧后氧化硅和氧化铝含量增加，具有活性，类似水泥胶凝材料。以煅烧煤矸石粉部分替换水泥，可以节约水泥，加强固废物煤矸石的高值化利用，助推“双碳”行动。

高延性水泥基复合材料是在水泥基材料基体中添加纤维，通过微观性能调控，使其在单轴拉伸性能下极限延伸率不低于0.5％，平均裂缝宽度不大于200μm。参考高延性水泥基复合材料的微观设计理论，以快硬性硫铝酸盐水泥和煅烧煤矸石粉为胶凝材料，制备生态高延性水泥基快速修补材料。

目前，混凝土铺装层快速修补的主要方式是采用快硬混凝土，但抗拉变形能力差，在温差、收缩、车辆荷载等综合作用下容易开裂，治标不治本。高延性水泥基复合材料养护龄期一般是28d，无法直接用于路桥混凝土铺装层的快速修补。关于煅烧煤矸石粉在混凝土中的应用，如表1所示。

表1对比现有发明专利研究现状

由表1可知，已有煤矸石粉制备混凝土的研究主要采用碱激发煤矸石粉活性，以此替换水泥，但未涉及高延性和快硬性，无法用于路桥工程领域中混凝土铺装层的快速修补。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种用煅烧煤矸石粉制备的生态高延性水泥基快速修补材料。以煅烧煤矸石粉部分替换水泥，掺加粉煤灰、早强剂和河砂等制备基体，掺加一定量的纤维，通过微观、细观和宏观多尺度交互设计，使材料达到高延性、快硬、满足路桥面混凝土铺装层强度等级要求，为路桥面混凝土铺装层快速修补提供给一种技术方案。本发明生态高延性水泥基快速修补材料，不仅可以修补路桥面混凝土铺装层，构建绿色高效交通运输体系，而且可以对固废物高值化利用，助推交通运输绿色低碳行动。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种用煅烧煤矸石粉制备的生态高延性水泥基快速修补材料，包括以下质量份配比的原料：硫铝酸盐水泥496～938份，煅烧煤矸石粉186～372份，粉煤灰134～372份，河砂372～471份，减水剂2.5～5.0份，早强剂12.4～37.2份，水335～397份，纤维18.2～26份。

进一步的，煅烧煤矸石粉的粒径为600目～1250目，所述煅烧煤矸石粉中氧化铝与氧化硅质量含量总和不低于63.4％。