极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法与流程

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法。

背景技术：

随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高，玻璃不但广泛应用于房屋建筑和人民的日常生活之中，而且发展成为科研生产以及尖端技术所不可缺少的新材料。同时不可避免地要产生许多玻璃废弃物、形成大量的废玻璃。全球范围的玻璃废品量大约每年产生十几亿吨，由于玻璃的化学稳定性，使其在自然状态下很难降解，大量存积的玻璃废弃物不仅占用土地资源，而且长时间停留在土壤中，会使土壤ph值增高，严重影响生态环境。

当前，大部分的道路、场站路面采用胶凝材料作为面层承载，由于无机胶凝材料具有脆性强、韧性弱的特点，使得道路路面韧性较差，重载能力较弱，而且常规道路道面在极端气候条件下(冻融)道面的受损相对较严重，也易发生混凝土碳化使其强度损失。玻璃纤维作为一种生活中应用广泛的复合材料的增强材料，在混凝土中掺加少量短玻璃纤维可有效解决相关问题，不仅可以增加混凝土韧性还可以改善集料与无机胶凝材料的相容性。除此之外，因为玻璃的主要成分是硅(酸)质固体废料，可以作为混凝土集料应用于混凝土中，所以可最大限度地回收利用玻璃废品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，利用硅(酸)质固体废料来改性混凝土，以提高道路路面韧性，满足道路、站场道面的重载需求，环境相容性高，耐久性好，抗大气碳化灾害的能力强，同时可有效利用建筑垃圾，消减了固废对环境的危害，保护和改善环境。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅质固废预处理；

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：粗颗粒骨料的平均粒径为5-25mm；细颗粒砂料的平均粒径为0.1-5mm；细粉粒径≤0.1mm；

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，得硅质纤维；

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:(7-10)；

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量接近或相同，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:(7-10)；

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、水和/或外加剂进行充分搅拌，得混凝土预混料；

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。

优选地，硅质固废具体预处理步骤为：清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

优选地，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1190-1230℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。

优选地，所述硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。

优选地，所述路道面混凝土材料中，混凝土预混料中各物质的质量百分比为：硅质纤维1-3％、胶结料8-15％、水和/或外加剂0-7.5％，余量为砂石骨料。

优选地，所述砂石骨料的总砂率为20％-45％。

优选地，所述胶结料为沥青胶结料或水泥胶结料。

优选地，所述外加剂为减水剂、抗冻剂、保水剂、膨胀剂、引气剂、胶粉中的一种或几种。

其中当胶结料为水泥胶结料时，添加水和外加剂，当胶结料为沥青胶结料时，只添加外加剂或者不添加外加剂。“水和/或外加剂”指“水+外加剂”和“水或外加剂”，单独的水或者单独外加剂的情况。

优选地，所述硅质纤维成分中碱含量r2o为0.3-0.6％。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用硅(酸)质固废作为混凝土的制备原料，通过研磨手段获得不同的粒径颗粒，可有效解决玻璃等硅(酸)质固废的处理，消减其对环境的危害，实现废物利用。

(2)本发明采用硅质固废作为混凝土的制备原料，通过研磨手段获得不同的粒径颗粒，可以增加混凝土的抗碳化效应，固结硬化，增加面层密实度，提高抗大气碳化的能力。

(3)本发明使用硅质细粉制备的硅质纤维(掺量≤3％)加入混凝土中能增加混凝土韧性，促进裂纹的自愈合。

(4)本发明适用于添加不同粒径的硅质固废集料及硅质纤维，可以使混凝土增加一定的保水性，冬季胀水应力会小于本体强度，降低本体结构破坏；在雨水季节时因道路道面层致密度提高(说明：玻璃细粉吸水率0.3％，本身吸水膨胀影响小)而减少面层透水率，因而减少路面水害。

(5)本发明使用的细粉制备的硅质纤维增韧材料搅拌采用后掺入工艺，由于硅质纤维质轻、溶水性小，在道路道面施工振捣时易上浮趋近面层，增加面层的密实度，减轻道路道面的水害。

(6)本发明的硅质纤维增韧道路道面由于增加了面层的密实度，水硬胶凝材料与大气作用的程度减少，一定程度上减少大气对道路道面的碳化。

(7)本发明在提高韧性、耐久性方面效果评价：道面面层材料抗折强度提高50％；无机胶凝材料的道面面层材料耐火温度不低于600℃；道面面层材料抗碳化能力提高，91d碳化深度≤2mm；道面材料大气条件下耐久性显著提高:抗渗性指标-抗渗水压提高0.2mpa(28d)，抗冻融性能优异。

(8)本发明中由于硅质纤维材料与水泥混凝土胶凝材料同为硅酸盐基材，在混凝土中的相容性增强。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅(酸)质固废预处理：将硅(酸)质固废玻璃进行清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：硅质粗颗粒骨料的平均粒径为15mm；硅质细颗粒砂料的平均粒径为2mm；细粉粒径≤0.1mm。

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1220℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。所得硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。硅质纤维成分中碱含量r2o为0.52％。

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:8。

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量接近，前者与后者相差的质量百分比为0.9％，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:8。

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、水、减水剂、抗冻剂进行充分搅拌，得混凝土预混料。

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：硅质纤维2％、胶结料10％、水5％、减水剂0.3％、抗冻剂0.2％，余量为砂石骨料；砂石骨料的总砂率为35％。

实施例2：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅(酸)质固废预处理：将硅(酸)质固废玻璃进行清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：硅质粗颗粒骨料的平均粒径为10mm；硅质细颗粒砂料的平均粒径为0.5mm；细粉粒径≤0.1mm。

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1220℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。所得硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。硅质纤维成分中碱含量r2o为0.45％。

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:10。

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量接近，前者与后者相差的质量百分比为0.3％，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:10。

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、水、减水剂、抗冻剂进行充分搅拌，得混凝土预混料。

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：硅质纤维1.5％、水泥胶结料15％、水7％、减水剂0.3％、抗冻剂0.2％，余量为砂石骨料；砂石骨料的总砂率为45％。

实施例3：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅(酸)质固废预处理：将硅(酸)质固废玻璃进行清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：硅质粗颗粒骨料的平均粒径为25mm；硅质细颗粒砂料的平均粒径为2mm；细粉粒径≤0.1mm。

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1230℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。所得硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。硅质纤维成分中碱含量r2o为0.3％。

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:8。

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量相同，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:9。

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、水、减水剂、抗冻剂进行充分搅拌，得混凝土预混料。

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：硅质纤维1％、水泥胶结料8％、水5.5％、减水剂0.4％、抗冻剂0.2％，余量为砂石骨料；砂石骨料的总砂率为20％。

实施例4：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅(酸)质固废预处理：将硅(酸)质固废玻璃进行清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：硅质粗颗粒骨料的平均粒径为5mm；硅质细颗粒砂料的平均粒径为0.1mm；细粉粒径≤0.1mm。

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1190℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。所得硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。硅质纤维成分中碱含量r2o为0.6％。

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:10。

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量相同，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:7。

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、胶粉、膨胀剂进行充分搅拌，得混凝土预混料。

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：硅质纤维3％、沥青胶结料12％、胶粉1％、膨胀剂0.2％，余量为砂石骨料；砂石骨料的总砂率为40％。

实施例5：

一种极端大气条件增韧减害道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行硅(酸)质固废预处理：将硅(酸)质固废玻璃进行清洗净化处理，除去泥、油、污，并分选出金属质杂质，并且根据混凝土性能的要求分拣出彩色硅组分。

(2)将处理好的硅质固废进行机械研磨，研磨后的颗粒进行颗粒分级，根据不同粒径分为：硅质粗颗粒骨料的平均粒径为15mm；硅质细颗粒砂料的平均粒径为5mm；细粉粒径≤0.1mm。

(3)将粒径≤0.1mm的细粉进行纤维熔制，纤维熔制具体工艺为：将粒径≤0.1mm的细粉在喷灯炉中喷烧，喷烧温度为1220℃，形成长短不一的纤维，纤维随喷吹烟气通过收集器收集。所得硅质纤维的直径d≤0.1mm，长径比l/d为4-100，作为掺入料。硅质纤维成分中碱含量r2o为0.45％。

(4)将硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料按细度模数要求进行预配置后作为细颗粒砂料使用；同模数的硅质细颗粒砂料与砂石集料中的普通砂料的质量比为1:8。

(5)将硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料按颗粒级配要求进行预配置后作为粗颗粒骨料使用；硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的针片料含量接近，前者与后者相差的质量百分比为0.9％，且硅质粗颗粒骨料与砂石集料中的普通石料的质量比为1:8。

(6)将粗颗粒骨料、细颗粒砂料根据砂率要求混合搅拌均匀，得砂石骨料；砂石骨料中加入胶结料、胶粉进行充分搅拌，得混凝土预混料。

(7)将硅质纤维加入到搅拌好的混凝土预混料中，充分搅拌后，获得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：硅质纤维2％、沥青胶结料10％、胶粉1.5％，余量为砂石骨料；砂石骨料的总砂率为35％。

对比例1：

一种道路道面混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)进行砂石集料的配置，砂石集料的平均粒径为25mm，最大粒径40mm。

(2)将砂石集料加入水泥胶结料和水、减水剂、抗冻剂进行充分搅拌，得道路道面混凝土材料。道路道面混凝土材料中各物质的质量百分比为：水泥胶结料10％、水5％、减水剂0.3％、抗冻剂0.2％，余量为砂石集料。

本发明的工艺流程图如图1所示。将实施例1-5以及对比例1中的道路道面混凝土材料作为改性道路混凝土，摊铺振实，28天后对道面打磨抛锚。然后测试道面的抗折强度、耐火温度、91d抗碳化能力、抗渗性、抗冻融性能。具体测试结果如表1所示。

表1：

由表1可知，本发明实施例1-5中加入硅质纤维、细颗粒砂料、粗颗粒骨料的道路道面混凝土材料相较于对比例1中的道路道面混凝土材料所对应的道面面层材料，材料抗折强度提高50％以上，抗渗性指标-抗渗水压提高0.2mpa以上。实施例1-5中对应的无机胶凝材料的道面面层材料耐火温度不低于600℃；道面面层材料抗碳化能力提高，91d碳化深度≤2mm；可见道面材料大气条件下耐久性显著提高，且冻融循环次数在420次以上，抗冻融性能优异。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。