赤泥水硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种赤泥水硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法，涉及道路工程建设领域，该道路基层材料的制备方法为：称取80％～95％的赤泥、普硅水泥20％～5％，混合搅拌均匀，得到初混料；称取99.5％～99.9％的初混料、0.5％～0.1％的赤泥水硬性固化剂，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含水率为14％～18％，得到该基层材料；赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成：40％～80％的弹性苯丙乳液、60％～20％的纳米铝溶胶，弹性苯丙乳液的固含量＞55％；道路基层采用该道路基层材料，按照标准道路基层施工方法制成。本发明利用赤泥生产道路基层材料，变废为宝；形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程建设领域，具体涉及一种赤泥水硬性道路基 层、道路基层材料及其制备方法。

背景技术

赤泥是氧化铝工业生产的废料，每生产1t氧化铝约产出1.0～1.3t 赤泥。由于赤泥结合的化学键难以脱除，且含量大，又含有氟、铝及 其他多种杂质，因此，对于赤泥的无害化利用一直难以进行。赤泥堆 存不但需要一定的基建费用，而且占用大量土地，污染环境。由于赤 泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后，其pH值仍为 11.25～11.50，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强 烈腐蚀性；高碱度的污水渗入地下或进入地表水，会造成更为严重的 水污染。目前，赤泥的堆存量不断增大，所造成的环境污染越来越严 重，赤泥综合利用成为炼铝工业一项急需解决的难题。

传统道路基层材料包括水泥稳定土、石灰稳定土和二灰碎石。水 泥稳定土中，水泥作为一种水硬性材料，遇水产生胶体，这些胶体在 土壤中无法形成统一整体，并且还会破坏土壤本身的结构和连结，造 成大量的不稳定空间，这些空间在水的入侵和温度的变化下，会变得 非常脆弱，因此水泥稳定土形成的道路基层极易开裂，抗裂性差。石 灰稳定土中，石灰是一种气硬性物质，它的最终生成物为碳酸钙，碳 酸钙的溶解度远远大于硅酸钙和其他的硅酸盐，因此，石灰稳定土形 成的道路基质在水的作用下，会不断的流逝，容易腐蚀；而且本身韧 性差、脆性强，温度越低，越容易被破坏。二灰碎石是在粒料中掺入 适量的石灰和粉煤灰，其中石灰和粉煤灰为胶结材料，粒料起骨架作 用。二灰碎石形成的道路基层属于半刚性基层，具有明显的水硬性、 缓凝性，但是粒料和石灰、粉煤灰一旦结合，内部即停止化学反应， 形成的道路基质刚性过大，容易受温度和湿度影响而开裂，抗裂性差。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种赤泥水 硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法，利用赤泥生产道路基层 材料，变废为宝；形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种赤泥水硬性道 路基层材料的制备方法，包括以下步骤：

A.以质量百分比计，称取80％～95％的赤泥、普硅水泥20％～5％， 混合搅拌均匀，得到初混料；

B.以质量百分比计，称取99.5％～99.9％的初混料、0.5％～0.1％的 赤泥水硬性固化剂，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含 水率为14％～18％，得到赤泥水硬性道路基层材料；

所述赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成： 40％～80％的弹性苯丙乳液、60％～20％的纳米铝溶胶，所述弹性苯丙 乳液的固含量＞55％。

在上述技术方案的基础上，所述赤泥水硬性固化剂由以下质量百 分比的组分混合而成：50％～70％的弹性苯丙乳液、50％～30％的纳米 铝溶胶。

在上述技术方案的基础上，所述赤泥水硬性固化剂由以下质量百 分比的组分混合而成：60％的弹性苯丙乳液、40％的纳米铝溶胶。

在上述技术方案的基础上，步骤A中，以质量百分比计，称取 85％～93％的赤泥、15％～7％的普硅水泥。

在上述技术方案的基础上，步骤A中，以质量百分比计，称取 90％的赤泥、10％的普硅水泥。

在上述技术方案的基础上，步骤B中，以质量百分比计，称取 99.6％～99.8％的初混料、0.4％～0.2％的赤泥水硬性固化剂。

在上述技术方案的基础上，步骤B中，以质量百分比计，称取 99.7％的初混料、0.3％的赤泥水硬性固化剂。

一种赤泥水硬性道路基层材料，采用所述制备方法制成。

一种赤泥水硬性道路基层，采用所述的赤泥水硬性道路基层材 料，按照标准道路基层施工方法制成。

在上述技术方案的基础上，所述标准道路基层施工方法为：将所 述赤泥水硬性道路基层材料运输至道路底层，并在道路底层上进行摊 铺；然后压实整平，压实度＞99％，即完成赤泥水硬性道路基层的施 工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的赤泥水硬性道路基层材料，首先称取80％～95％ 的赤泥，20％～5％的普硅水泥，混合搅拌均匀。然后称取99.5％～99.95％ 的初混料，0.5％～0.1％的赤泥水硬性固化剂，混合搅拌均匀，得到预 混料，并控制预混料的含水率为14％～18％，得到所述赤泥水硬性道 路基层材料。其中，赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合 而成：40％～80％的弹性苯丙乳液、60％～20％的纳米铝溶胶，所述弹 性苯丙乳液的固含量＞55％。本发明充分利用赤泥生产道路基层材 料，变废为宝。

(2)本发明中的赤泥水硬性固化剂是高分子聚合物纳米材料， 其共聚长链接触赤泥粉体后，形成持久防水的半柔性固体矩阵结构， 使赤泥粉体永久固化，不仅实现对赤泥的无害化处理，而且直接提高 赤泥的机械强度。赤泥水硬性固化剂与赤泥微粒进行电荷交换，同时 中和赤泥表面负电荷，使赤泥失去对水的静电吸力，从而将赤泥周围 的结合水置换为自由水，将赤泥的吸水性永久改变为疏水性，因此， 施工形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

(3)本发明中的赤泥水硬性道路基层材料直接生成水化硅酸凝 胶，这些胶体起到润滑剂的作用，使得道路基层在同等压实力作用下， 更容易压实，道路基层的压实度可轻易达到99％以上，从而大大增强 道路基层的承载力和抗渗性。

具体实施方式

本发明提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以下 步骤：

A：以质量百分比计，称取80％～95％的赤泥、20％～5％的普硅水 泥，混合搅拌均匀，得到初混料。

优选的，称取85％～93％的赤泥、15％～7％的普硅水泥；

进一步优选的，称取90％的赤泥、10％的普硅水泥，普硅水泥即 为普通硅酸盐水泥。

具体生产工艺为：称取赤泥，加入到水泥稳定土拌合站的一个料 仓中，称取普硅水泥，加入到该水泥稳定土拌合站的另一个料仓中； 将两个料仓中的物料加入到强制式搅拌机中，混合搅拌均匀，得到初 混料。

B：以质量百分比计，称取99.5％～99.9％的初混料、0.5％～0.1％ 的赤泥水硬性固化剂，加入到强制式搅拌机中，混合搅拌均匀，得到 预混料，并控制预混料的含水率为14％～18％，确保其拥有最大击实 度和最大压实度，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

优选的，称取99.6％～99.8％的初混料、0.4％～0.2％的赤泥水硬性 固化剂；

进一步优选的，称取99.7％的初混料、0.3％的赤泥水硬性固化剂。

其中，赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成： 40％～80％的弹性苯丙乳液、60％～20％的纳米铝溶胶，弹性苯丙乳液 的固含量＞55％，固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分 占总量的质量百分数。纳米铝溶胶为正电荷的羽毛状氧化铝胶粒分散 在水中的胶体溶液，粒径为25～30nm。

优选的，赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成： 50％～70％的弹性苯丙乳液、50％～30％的纳米铝溶胶；

进一步优选的，赤泥水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合 而成：60％的弹性苯丙乳液、40％的纳米铝溶胶。

下面通过5个具体实施例对上述制备方法作进一步详细说明。

实施例1

实施例1提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

称取赤泥80kg、普硅水泥20kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.75kg、赤泥水硬性固化剂0.25kg(赤泥水硬性固化剂 的组分包括：弹性苯丙乳液2kg、纳米铝溶胶3kg，所述弹性苯丙乳 液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的 含水率为14％，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

测试所述赤泥水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗压 强度为2.2MPa；28天无侧限抗压强度为7.6MPa。

实施例2

实施例2提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

称取赤泥95kg、普硅水泥5kg，混合搅拌均匀，得到初混料；称 取初混料49.95kg、赤泥水硬性固化剂0.05kg(赤泥水硬性固化剂的 组分包括：弹性苯丙乳液4kg、纳米铝溶胶1kg，所述弹性苯丙乳液 的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含 水率为18％，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

测试所述赤泥水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗压 强度为3.5MPa；28天无侧限抗压强度为8MPa。

实施例3

实施例3提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

称取赤泥85kg、普硅水泥15kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.8kg、赤泥水硬性固化剂0.2kg(赤泥水硬性固化剂的 组分包括：弹性苯丙乳液2.5kg、纳米铝溶胶2.5kg，所述弹性苯丙乳 液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的 含水率为14％，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

测试所述赤泥水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗压 强度为4.5MPa；28天无侧限抗压强度为8MPa。

实施例4

实施例4提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

称取赤泥93kg、普硅水泥7kg，混合搅拌均匀，得到初混料；称 取初混料49.9kg、赤泥水硬性固化剂0.1kg(赤泥水硬性固化剂的组 分包括：弹性苯丙乳液3.5kg、纳米铝溶胶1.5kg，所述弹性苯丙乳液 的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含 水率为18％，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

测试所述赤泥水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗压 强度为5.5MPa；28天无侧限抗压强度为8.1MPa。

实施例5

实施例5提供一种赤泥水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

称取赤泥90kg、普硅水泥10kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.85kg、赤泥水硬性固化剂0.15kg(赤泥水硬性固化剂 的组分包括：弹性苯丙乳液3kg、纳米铝溶胶2kg，所述弹性苯丙乳 液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的 含水率为16％，得到所述赤泥水硬性道路基层材料。

测试所述赤泥水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗压 强度为6.8MPa；28天无侧限抗压强度为8.2MPa。

由实施例1～5制得的赤泥水硬性道路基层材料的物理性能可以 得出，本发明制得的赤泥水硬性道路基层材料的物理性能为：7天无 侧限抗压强度为2.2～6.8MPa；28天无侧限抗压强度≥7.5MPa，均大 于标准值，因此，本发明赤泥水硬性道路基层材料形成的道路基层抗 压强度大、抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

本发明还提供一种赤泥水硬性道路基层材料，采用上述制备方法 制成。

本发明还提供一种赤泥水硬性道路基层，采用赤泥水硬性道路基 层材料，按照标准道路基层施工方法制成，具体施工方法为：

(1)将赤泥水硬性道路基层材料运输至道路底层，并在道路底 层上进行摊铺：利用摊铺机，分两次摊铺赤泥水硬性道路基层材料， 首次摊铺试验段为1000m²，每次作业段的长度为200m～800m，在摊 铺机后面设专人铲除局部粗集料窝，消除细集料离析现象，保证平整 度。

(2)压实整平，保证压实度＞99％：每次摊铺赤泥水硬性道路 基层材料后，采用平地机初平，振动压路机静压1～2遍后；然后平 地机整平，振动压路机压实4～6遍；最后用三轮压路机进行碾压4～6 遍，三轮压路机后轮应重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处， 在此过程中，振动压路机应先轻后重、先快后慢，由两边向中间进行 碾压，曲线路段有超高时，由内侧向外侧进行碾压。当第一层道路基 层的厚度为30cm，且压实度＞99％后，再进行第二次摊铺赤泥水硬 性道路基层材料，并压实整平，直至第二层道路基层的厚度为30cm， 且压实度＞99％，完成赤泥水硬性道路基层的施工。压实度又称夯实 度，指的是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之 比，以百分率表示压实度的测定主要包括室内标准密度(最大干密度) 确定和现场密度试验。

在上述赤泥水硬性道路基层上摊铺沥青面层，即可完成道路施 工，具体施工方法为：在铺筑沥青面层前，清理干净赤泥水硬性道路 基层表面的杂物、浮土，避免其破坏沥青面层和赤泥水硬性道路基层 的结合，并保证赤泥水硬性道路基层表面无积水。在赤泥水硬性道路 基层上摊铺沥青面层，包括5cm厚的中粒层和3cm厚的细粒层后， 沥青面层定性前，严格控制交通，并保持路面清洁，严禁在已铺沥青 面层上堆放施工产生的土或杂物，严禁在已铺沥青面层上制作水泥砂 浆。沥青面层定型后，即完成道路施工，开放道路通行。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。