[发明专利]水泥稳定钢渣砾石路面基层混合料及其制备方法

说明书

本发明涉及路面基层材料技术领域，是一种水泥稳定钢渣砾石路面基层混合料及其制备方法；原料包括钢渣、砾石、纤维、分散剂、膨润土和水；本发明通过砾石、水泥和废弃的钢渣与膨润土、纤维和分散剂合理复配后得到水泥稳定钢渣砾石路面基层混合料，在满足路面基层结构强度和刚度要求的情况下，本发明较现有技术大大提高了路面基层结构的水稳定性、抗裂性和防渗性，大大改善了因温度应力和收缩而产生的裂缝，抗侵蚀、耐磨和耐久性能也得到了极大提高，延长了路面的使用寿命，大大降低了后期的养护和维修费用；同时本发明将废弃的钢渣变废为宝，降低了因钢渣占用大量土地而造成的环境污染程度。

技术领域

本发明涉及路面基层材料技术领域，是一种水泥稳定钢渣砾石路面基层混合料及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢生产过程中由矿石、燃料和助熔剂中易熔硅酸盐等化合而成的副产物，其再生利用一直是可持续发展战略的重要内容，也是国内外建筑材料中重要的研究方向之一。近年来，随着我国经济的发展，钢铁产量的增加，钢渣的产量也随之增加。2016年钢渣的产量就约为0.65亿t至1.2亿t，2017年我国钢渣排放量约8000万t，2018年中国钢产量约11亿t，钢渣产量约1.7 亿t，但其利用率却只有22%，不足30%，目前未利用钢渣存放量就高达10亿t，由此可见我国对于钢渣的利用率处于一个较低的水平。未来我国对于钢铁的需求量还会进一步增大，钢渣的产量也会随之增加，消纳处理钢渣速度相比排放速度慢，导致其储量不断增大。炼钢排放的钢渣堆放会占用大量土地，而且钢渣中有害的化学物质挥发和渗透会污染周边的空气和河流。在资源日益紧缺的今天，如何高效、迅速地处理及利用这些钢渣已经成为了大家关注的热点。为了寻找行之有效的综合利用方法，国内外许多研究人员就钢渣的综合利用做了很多的研究工作。通过研究和实践，钢渣的利用一般是在返回金属循环、筑路、土木工程、水泥工程、农肥以及其他方面，在日本，钢渣的利用率高达98%；在美国，钢渣的利用率近95%；在德国，钢渣的利用率近77%；在俄罗斯钢渣的利用率40%；而在我国，钢渣的利用率仅为22%。钢渣是钢铁生产中不可避免产生的一种资源，钢渣的合理化利用可起到保护环境、增加经济效益、资源可持续发展的作用，对社会具有重要意义。国民经济的快速增长也带来了公路建设的快速发展，近五年平均每年仅高速公路的新增里程就达到8000公里至9000公里。公路修建过程中大量的开山采石，由此引发的生态保护和环境污染问题已变得十分严峻，并已成为制约公路建设可持续发展的重要因素。如何能够在大规模建设与保护好生态环境当中找到一个平衡点成为近年来工程领域讨论的热门话题，找到能够部分或者完全替代石料的新型筑路材料，减少石料的过度开挖，对于保护生态平衡具有十分重要的意义。

钢渣材料具有良好的颗粒级配和工程填筑特性，其化学成份和力学特性有利于结构强度和稳定性的提高，颗粒组成决定了其具有足够的水稳定性。钢渣含有铁粒和含铁固溶体，使钢渣具有很好的强度、硬度、耐磨性和耐冲击性，且钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的矿物成分，因此钢渣具有一定的水硬活性，而这些性能普通砂石都不具有。此外，钢渣或其混合料的抗冻性、抗腐蚀性较好，其强度在冬季寒冷时期也不会有太大变化，在海水或盐水中浸泡后，腐蚀程度也不明显。经过加工处理后的钢渣，掺入一定比例的水泥和其他辅助材料配制成混合料，经试验研究其含水率、强度、密度等物理性能技术指标均符合国家相关规范要求。

现在路面结构层中应用较多的半刚性基层。将钢渣取代部分或全部砂砾石或碎石，用水泥稳定钢渣砾石混合料，形成钢渣混合料路面半刚性基层，具有结构强度高，荷载分布均匀，水稳性可靠及施工成本低的优点。但在使用过程中，人们也逐渐发现半刚性基层在强度形成过程中及运营期间容易产生干缩和温缩裂缝进而使沥青面层过早开裂，并引起早期破坏。裂缝是公路路面的主要危害，产生裂缝后会导致雨水沿裂缝下渗，软化半刚性基层，造成其强度不足而形成唧浆、沉陷、啃边等病害，基层的开裂直接导致反射裂缝的形成。