一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法与流程

1.本发明涉及固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法。


背景技术：

2.目前最常用的道路基层稳定类材料是水泥和石灰，水泥稳定类材料在强度上可达到要求，但由于硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，表面和内部温差较大，内部膨胀高于外部，此时表面受到很大的拉应力，容易出现干缩裂缝，并且水泥生产伴随着制备能耗高、自然资源消耗大和二氧化碳排放等环境问题；石灰稳定类材料成本低，但早期强度偏低、施工受季节限制，与水泥稳定类材料一样，石灰稳定类材料的干缩特性十分明显，容易导致道路基层开裂。


技术实现要素：

3.本发明提供一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，解决现有技术中道路底基层的材料存在的早期强度不高和/或干缩开裂问题技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，包括：
5.将污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合搅拌均匀，得到无机结合料；
6.将再生混凝土细骨料和玻璃碎混合搅拌均匀，得到再生混合细骨料；
7.将所述新型无机结合料与再生混合细骨料混合搅拌均匀，得到混合料；
8.将所述混合料在最佳含水量下拌和。
9.进一步地，所述将污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合搅拌均匀包括：
10.按照质量份数比，将30～60份所述污泥焚烧灰、25～45份所述电石渣和15～25份所述赤泥混合，并搅拌均匀。
11.进一步地，所述污泥焚烧灰、所述电石渣和所述赤泥的粒径小于200目。
12.进一步地，所述赤泥为拜耳法赤泥或者烧结法赤泥或者联合法赤泥。
13.进一步地，所述再生混凝土细骨料由废弃混凝土经烘干、破碎而后过4目筛得到；
14.所述玻璃碎由回收玻璃经洗净、烘干、破碎而后过4目筛得到。
15.进一步地，按不同粒径范围内颗粒的总的质量比，所述再生混合细骨料中，通过200目筛的颗粒总量在0～14份，通过30目筛的颗粒总量在28～45份，通过8目筛的颗粒总量在59～71份，通过4目筛的颗粒总量在100份。
16.进一步地，按照质量份数比，所述再生混凝土细骨料为30～50份，所述玻璃碎为50～70份。
17.进一步地，按照质量份数比，所述无机结合料为40～70份，所述再生混合细骨料为30～60份。
18.进一步地，所述混合料的最佳含水量通过击实试验确定。
19.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
20.本技术实施例中提供的固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，充分发挥污泥焚烧灰的火山灰活性、电石渣作为钙源、赤泥的强碱性和对多种活性成分的补充，针对材料特性取长补短，制备新型无机结合料；具体来说，通过污泥焚烧灰的火山灰活性抑制玻璃碎的碱骨料反应，再生混凝土细骨料吸水量大和保水性能优良，很大程度上维持道路底基层的湿度，减小水份蒸发等引起的体积收缩；玻璃碎几乎不吸水，当新型无机结合料失水时，玻璃碎使水分迁移困难，同时也降低了毛细管张力，从而大大地减少道路底基层的干缩变形。通过电石渣补充活性cao，弥补污泥焚烧灰固化强度缺陷；通过赤泥作为高浓度的碱激发剂从固体表面溶解释放出类离子态硅铝单体，并补充活性sio2和al2o3，生成水化硅酸钙/水化铝酸钙等水硬性凝胶，逐渐凝固硬化，并提升强度；由于反应过程中没有水化热产生，结构不会产生温度应力，避免由温度变化引起的开裂；新型无机结合料中的活性成分不断被消耗，会加快反应速率，提高道路底基层的早期强度；无定形态凝胶类产物的包裹和化学稳定作用可以使重金属钝化，失去迁移性；从而降低对环境的污染风险。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的固体废弃物基道路底基层材料的制备方法流程图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
26.下面结合附图并参考具体实施例描述本技术。
27.本技术实施例通过提供一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，解决现有技术中道路底基层的材料存在的早期强度不高和/或干缩开裂问题技术问题。
28.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上
述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
29.参见图1，一种固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，包括：
30.将污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合搅拌均匀，得到无机结合料；
31.将再生混凝土细骨料和玻璃碎混合搅拌均匀，得到再生混合细骨料；
32.将所述新型无机结合料与再生混合细骨料混合搅拌均匀，得到混合料；
33.将所述混合料在最佳含水量下拌和。
34.具体来说，所述将污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合搅拌均匀包括：
35.按照质量份数比，将30～60份所述污泥焚烧灰、25～45份所述电石渣和15～25份所述赤泥混合，并搅拌均匀，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为3～6min。
36.其中，所述污泥焚烧灰、所述电石渣和所述赤泥的粒径小于200目。较小的粒径在一定程度上有助于改善材料的活性，同时固体表面的接触面积增大，反应位增多，反应较为均匀，化学作用过程也随之加快，有利于提高混合料的早期强度。根据实际需要还可以选择粒径更小的颗粒。污泥焚烧灰、电石渣和赤泥的细度愈大，其活性越高、比表面积愈大，在相同配合比下反应愈充分，因而效果愈好。
37.另一方面，所述赤泥为拜耳法赤泥或者烧结法赤泥或者联合法赤泥。在本技术实施例中，赤泥为拜耳法赤泥，通常烧结法赤泥比拜耳法赤泥含有更多2cao
·
sio2等活性成分，能够更好的稳定无机结合料。
38.虽然污泥焚烧灰具有较高的火山灰活性，污泥焚烧灰中缺少足够的活性cao，因此仅靠自身不能提供足够的固化强度，通过电石渣能够补充活性cao，可一定程度上提升强度。
39.并通过赤泥作为高浓度的碱激发剂从固体表面溶解释放出类离子态硅铝单体，并补充活性sio2和al2o3，生成水化硅酸钙/水化铝酸钙等水硬性凝胶，逐渐凝固硬化，并增长强度；由于反应过程中没有水化热产生，结构不会产生温度应力，避免由温度变化引起的开裂；新型无机结合料中的活性成分不断被消耗，会加快反应速率，提高道路底基层的早期强度；无定形态凝胶类产物的包裹和化学稳定作用可以使重金属钝化，失去迁移性；从而提升固化效果，降低环境污染风险。
40.所述再生混凝土细骨料由废弃混凝土经烘干、破碎而后过4目筛得到；所述玻璃碎由回收玻璃经洗净、烘干、破碎而后过4目筛得到。采用通过4目筛的再生混凝土细骨料和玻璃碎作为再生混合细骨料，再生混凝土细骨料表面包裹着一层砂浆，这层砂浆使得再生混凝土细骨料表面粗糙、棱角多、孔隙率高，从而使再生混凝土细骨料吸水量大和保水性能优良，很大程度上维持道路底基层的湿度，减小水份蒸发等引起的体积收缩；玻璃碎几乎不吸水，当新型无机结合料失水时，玻璃碎使水分迁移困难，同时也降低了毛细管张力，从而大大地减少道路底基层的干缩变形，使用通过4目筛的玻璃碎，提高了操作安全性能和结构稳定性能。
41.另一方面，按不同粒径范围内颗粒的总的质量比，所述再生混合细骨料中，通过200目筛的颗粒总量在0～14份，通过30目筛的颗粒总量在28～45份，通过8目筛的颗粒总量在59～71份，通过4目筛的颗粒总量在100份。按照质量份数比，所述再生混凝土细骨料为30
～50份，所述玻璃碎为50～70份。控制再生混合细骨料颗粒集配，避免再生混合细骨料中间剔除一个或连续几个粒级形成一种不连续的级配，确保再生混合细骨料由不间断的各级粒度组成形成连续级配，大颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，颗粒逐级填充、相互嵌挤，使再生混合细骨料越来越密实，空隙率也越来越小，形成级配良好的稳定骨架。按照质量份数比，所述无机结合料为40～70份，所述再生混合细骨料为30～60份。
42.本实施例中，所述混合料的最佳含水量通过击实试验确定。
43.将所述混合料在最佳含水量上浮1％～2％下拌和，补充压实过程中的水份损失。采用振动压实法形成95％压实度的道路底基层，所述加水拌和及振动压实总操作时间应控制在1.5～2h以内；振动压实条件为静压力2000n、激振力4000n
‑
5000n、振动频率25
‑
35hz，边振动边压实，振动压实时间为3～5mins。
44.振动压实法在路基施工中使用较多，采用振动压实法的目的主要是模拟施工现场振动压路机的振动压实方式，静压用来整平收面，振动压实将颗粒之间原始的静摩擦状态逐渐转变为动摩擦状态，从而有效提高了材料的压实度。从加水拌和初始到最终振动压实形成道路底基层的总操作时间控制在1.5～2h以内的目的主要是，防止操作时间过长材料表面水分蒸发，引起水分不均匀和水分蒸发产生的干缩裂缝损害；
45.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
46.本技术实施例中提供的固体废弃物基道路底基层材料的制备方法，充分发挥污泥焚烧灰的火山灰活性、电石渣作为钙源、赤泥的强碱性和对多种活性成分的补充，针对材料特性取长补短，制备新型无机结合料；具体来说，通过污泥焚烧灰的火山灰活性抑制玻璃碎的碱骨料反应，再生混凝土细骨料吸水量大和保水性能优良，很大程度上维持道路底基层的湿度，减小水份蒸发等引起的体积收缩；玻璃碎几乎不吸水，当新型无机结合料失水时，玻璃碎使水分迁移困难，同时也降低了毛细管张力，从而大大地减少道路底基层的干缩变形。通过电石渣补充活性cao，弥补污泥焚烧灰固化强度缺陷；通过赤泥作为高浓度的碱激发剂从固体表面溶解释放出类离子态硅铝单体，并补充活性sio2和al2o3，生成水化硅酸钙/水化铝酸钙等水硬性凝胶，逐渐凝固硬化，并提升强度；由于反应过程中没有水化热产生，结构不会产生温度应力，避免由温度变化引起的开裂；新型无机结合料中的活性成分不断被消耗，会加快反应速率，提高道路底基层的早期强度；无定形态凝胶类产物的包裹和化学稳定作用可以使重金属钝化，失去迁移性；从而降低对环境的污染风险。
47.下面将通过具体的实施例加以说明。
48.实施例一
49.本实施例提供了一种用固体废弃物制备道路底基层的方法，包括以下步骤：
50.s01、将焚烧污泥的残余物过200目筛得到小于0.075mm的污泥焚烧灰；本实施例所述焚烧污泥得到的残余物取自香港“t
˙
park”污泥焚烧厂，污泥焚烧灰的化学组成如表一所示：
51.表一污泥焚烧灰的主要化学组成(质量百分比％)
52.mgoal2o3sio2caofe2o3k2ona2op2o53.1612.2627.9110.4718.321.897.329.77
53.s02、将电石渣和赤泥过200目筛，本实施例所述电石渣废渣取自某化工公司，电石渣的化学组成如表二所示，本实施例所述赤泥属于拜耳法赤泥，化学组成如表三所示：
54.表二电石渣的主要化学组成(质量百分比％)
55.mgoal2o3sio2caofe2o3k2ona2op2o50.251.184.0092.410.430.010.640.02
56.表三赤泥的主要化学组成(质量百分比％)
57.mgoal2o3sio2caofe2o3k2ona2op2o50.31524.9821.150.94127.410.082316.380.148
58.s03、将所述污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合均匀形成新型无机结合料，所述污泥焚烧灰、电石渣和赤泥的质量份数比为所述污泥焚烧灰60份、所述电石渣25份、所述赤泥15份。
59.在本实施例的步骤s03中，主要是使污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合混合均匀，具体做法为将污泥焚烧灰、电石渣和赤泥按质量份数比加入至搅拌装置中，在低速搅拌速度120rpm的条件下搅拌3～6min，使污泥焚烧灰、电石渣和赤泥混合均匀，得到新型无机结合料。
60.s04、将废弃混凝土放搪瓷盘中晾干或放烘箱内烘干，烘箱温度为105℃左右，烘24小时；烘干之后的废弃混凝土用破碎机破碎，过4目筛得到再生混凝土细骨料。
61.s05、将回收的食品玻璃容器洗净、烘干之后用破碎机破碎，过4目筛得到玻璃碎。
62.s06、将所述再生混凝土细骨料与玻璃碎混合均匀形成再生混合细骨料，所述再生混凝土细骨料与玻璃碎的质量份数比为所述再生混凝土细骨料30份、所述玻璃碎70份，所述再生混合细骨料按不同粒径范围内颗粒的总的质量比，通过200目筛的颗粒总量在0～14份、通过30目筛的颗粒总量在28～45份、通过8目筛的颗粒总量在59～71份、通过4目筛的颗粒总量在100份。
63.s07、将所述新型无机结合料与再生混合细骨料混合均匀形成混合料，所述新型无机结合料与再生混合细骨料的质量份数比为所述新型无机结合料40份、所述再生混合细骨料60份。
64.s08、按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtg e51
‑
2009)进行击实试验，再按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtg e51
‑
2009)的标准方法确定所述混合料的最大干密度和最佳含水量。
65.s09、将所述混合料在最佳含水量上浮1％～2％下拌和、采用振动压实法形成95％压实度的道路底基层，从加水拌和及振动压实总操作时间在1.5～2h以内。
66.实施例二
67.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s03中，所述污泥焚烧灰、电石渣和赤泥的质量份数比为所述污泥焚烧灰30份、所述电石渣45份、所述赤泥25份。
68.实施例三
69.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s03中，所述污泥焚烧灰、电石渣和赤泥的质量份数比为所述污泥焚烧灰30份、所述电石渣45份、所述赤泥25份；在步骤s06中，所述再生混凝土细骨料与玻璃碎的质量份数比为所述再生混凝土细骨料50份、所述玻璃碎50份。
70.实施例四
71.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s03中，所述污泥焚烧灰、
电石渣和赤泥的质量份数比为所述污泥焚烧灰30份、所述电石渣45份、所述赤泥25份；在步骤s07中，所述新型无机结合料与再生混合细骨料的质量份数比为所述新型无机结合料70份、所述再生混合细骨料30份。
72.实施例五
73.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s03中，所述污泥焚烧灰、电石渣和赤泥的质量份数比为所述污泥焚烧灰30份、所述电石渣45份、所述赤泥25份；在步骤s06中，所述再生混凝土细骨料与玻璃碎的质量份数比为所述再生混凝土细骨料50份、所述玻璃碎50份；在步骤s07中，所述新型无机结合料与再生混合细骨料的质量份数比为所述新型无机结合料70份、所述再生混合细骨料30份。
74.实施例六
75.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s06中，所述再生混凝土细骨料与玻璃碎的质量份数比为所述再生混凝土细骨料50份、所述玻璃碎50份。
76.实施例七
77.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s07中，所述新型无机结合料与再生混合细骨料的质量份数比为所述新型无机结合料70份、所述再生混合细骨料30份。
78.实施例八
79.作为本发明的又一实施例，与实施例一不同的是，在步骤s06中，所述再生混凝土细骨料与玻璃碎的质量份数比为所述再生混凝土细骨料50份、所述玻璃碎50份；在步骤s07中，所述新型无机结合料与再生混合细骨料的质量份数比为所述新型无机结合料70份、所述再生混合细骨料30份。
80.将各实施例所制得的道路底基层，根据《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)测试得固体废物浸出毒性，根据《水泥胶砂干缩试验方法》(jc/t 603
‑
2004)测试干缩，根据《水泥基胶凝材料中碱骨料测试方法》(astm c1567
‑
2013)测试得碱骨料膨胀，根据现行《公路土工试验规程》(jtg 3430
‑
2020)测试试样的7d无侧限抗压强度和90d弯拉强度，采用全自动建材放射性检测仪对道路底基层的天然放射性核素镭、钍、钾的放射性进行测试。测试结果如下表所示：
81.实施例编号一二三四五六七八六价cr(mg/l)0.00810.00840.00830.00880.00830.00840.00810.0088pb(mg/l)0.00210.00240.00240.00280.00230.00240.00230.0028zn(mg/l)0.33330.34190.33480.33580.32600.33420.34210.3435cu(mg/l)0.01170.01650.01390.01640.01380.01190.01170.0210mn(mg/l)0.00120.00130.00150.00140.00130.00150.00140.00133d干缩(％)0.0240.0270.0330.0370.0290.0350.0270.03114d碱骨料膨胀(％)0.0980.0720.0490.0390.0630.0420.0870.0537d抗压强度(mpa)4.135.276.377.825.157.714.296.3590d弯拉强度(mpa)2.282.492.712.882.472.862.332.63
82.由表可知，道路底基层对重金属的固化效果显著，道路底基层的重金属(六价cr、pb、zn、cu、mn)浸出浓度满足《地下水质量标准》(gb/t14848
‑
2017)的ii类地下水质量要求。
所有实施例中的道路底基层的3d干缩都小于《公路工程水泥混凝土用快速修补材料第1部分：无机类修补材料》规定的干缩限值0.04％。所有实施例中的道路底基层的14d碱骨料膨胀没有超过碱骨料膨胀限值0.1％。所有实施例中的试样抗压强度都达到了《公路沥青路面设计规范》(jtg d50
‑
2017)中水泥稳定类二级及二级以下公路极重、特重交通道路底基层(4～6mpa)的要求，90d弯拉强度都达到了《公路沥青路面设计规范》(jtg d50
‑
2017)中水泥稳定粒料、水泥粉煤灰稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料的弯拉强度要求(0.9～2.0mpa)，道路底基层的ira、ir分别为0.2317、0.1368，符合《建筑材料放射性核素限量》(gb/t 6566
‑
2010)的要求，道路底基层不存在放射性问题。综上，所有实施例中的道路底基层都具有良好的重金属固稳效果、干缩体积稳定性、碱骨料体积稳定性、抗压和抗弯拉强度和使用安全性。
83.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
84.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
85.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
86.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
87.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合
88.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本
创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
89.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。