水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层及其制备方法与流程

本发明涉及路用材料，具体涉及一种水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层及其制备方法。

背景技术：

1、钢渣是在冶炼钢铁过程中产生的一种含有金属原矿杂质、助熔剂和炉衬的工业固体废弃物。据国家统计局公布数据显示，2021年我国钢渣产量达到1.64亿吨，并且钢渣产量随着我国钢铁工业的持续发展呈现逐年递增的趋势，预计2022年钢渣产量将达到1.69亿吨。在广西，仅防城港地区就有年产1000万吨以上的钢渣，但矛盾的是广西钢渣综合利用率不足 20 %。大量堆存的钢渣不仅占用了大量的土地面积，也引发了不少的环境污染问题，迫切需要资源化利用。

2、钢渣的主要化学成分为cao、fe2o3、sio2、mgo和al2o3等，且由于钢渣还含有与水泥类似的硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙以及游离氧化钙等矿物，因此钢渣本身具有一定水硬性和潜在的火山灰活性，可作为掺合料使用。通常水泥生产过程中需要进行高温煅烧处理，煅烧过程会产生大量碳排放；相关研究表明，每生产1吨水泥就会产生0.61~0.86吨二氧化碳。若使用钢渣替代部分水泥，不仅能够减少水泥的使用量，降低路用材料生产成本，也可以降低水泥需求量，有助于节能减排，减少碳排放，具有重大的经济和环境效益。

3、目前，我国高速公路仍处于大发展阶段，建设过程中需要大量的筑路材料，但随着国家对环境保护的要求越来越严格，不破坏生态环境，建筑材料不能就地取材，碎石、河沙等材料将出现供不应求的现象，材料的价格也将倍增且质量不稳定。已有研究表明，钢渣具有质地坚硬，耐磨性好和力学强度高的优良物理力学性能，是一种潜在的集料资源，因此在道路工程中若能利用钢渣替代碎石进行使用，将是钢渣大规模、高值化利用的有效途径，也能够节省有限的砂石资源。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题提供一种水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层及其制备方法。该半刚性基层将钢渣微粉、钢渣砂和钢渣骨料等固体废弃物作为制备原材料，可解决钢渣的环保及占用土地等问题，缓解日益短缺的砂石资源，降低了半刚性基层的水泥用量，扩大了钢渣的应用范围，大幅度提高了钢渣的综合利用率。而且采用本发明方法制备得到的半刚性基层的无侧限抗压强度满足规范要求，能明显降低半刚性基层的造价，为钢渣废弃物在道路工程中的广泛应用提供了有益的参考。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层，包括混合均匀的具有以下质量百分含量的各组分：

4、 复合胶凝剂 4.0%~6.0% 钢渣砂 <![cdata[m₁×5.0%~ m₁×10.0%<!-- 1 -->]]> 钢渣骨料 <![cdata[m₂×15.0%~ m₂×25%]]> 机制砂 16.0%~21.0% 碎石 49.0%~59.0%

5、进一步的，所述复合胶凝剂由普通硅酸盐水泥和钢渣微粉按照钢渣占总质量的30%~70%混合均匀制成；所述普通硅酸盐水泥强度等级为42.5，初凝时间≥45min，28d抗压强度≥42.5mpa。

6、进一步的，所述钢渣微粉为经磁选除铁处理后的转炉钢渣粉磨而成，比表面积≥350m²/kg，密度≥3.2g/cm³，游离氧化钙含量≤4%，28d活性指数≥80%。

7、进一步的，所述钢渣砂和钢渣骨料由破碎设备将经磁选除铁转后的转炉钢渣破碎成小于10mm粒径的钢渣，再分别将其筛分为粒径范围为0~5mm钢渣砂和粒径范围为5~10mm钢渣骨料。

8、进一步的，所述m1和m2分别为钢渣砂和钢渣骨料的体积换算系数，所述体积换算系数m1=钢渣砂密度/机制砂密度、m2=钢渣骨料密度/碎石密度。

9、进一步的，所述机制砂和碎石的母岩均为石灰岩，机制砂粒径范围为5~10mm，碎石粒径范围分别为5~10mm、10~20mm和20~30mm。

10、进一步的，所述水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层7d无侧限抗压强度不低于5.0mpa。

11、本发明的另一目的在于提供一种水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层的制备方法，该制备方法是试验前应测定钢渣砂、钢渣骨料、机制砂和碎石的密度，并计算钢渣砂和钢渣骨料的的体积换算系数m1和m2。

12、进一步的，所述制备方法还包括将下述质量百分含量的各组分混合均匀，再添加水进行拌合即可得到，水的用量为水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层质量的4.7%~6.0%：

13、 复合胶凝剂 4.0%~6.0% 钢渣砂 <![cdata[m₁×5.0%~ m₁×10.0%]]> 钢渣骨料 <![cdata[m₂×15.0%~ m₂×25%]]> 机制砂 16.0%~21.0% 碎石 49.0%~59.0%

14、本发明的有益效果为：

15、（1）本发明通过研究发现：钢渣经过磁选除铁处理后粉磨可制成钢渣微粉，得到的钢渣微粉可替代现有水泥稳定碎石半刚性基层中的水泥量的30%~70%，不仅可以减少水泥的使用量，缓解矿物掺合料短缺的现状，降低水泥生产过程中产生的碳排放，也可以降低半刚性基层生产成本。

16、（2）本发明通过研究发现：将钢渣经过破碎后可制成钢渣砂和钢渣骨料，替代现有技术中的天然砂石资源，不仅可进一步降低半刚性基层生产成本，也可有效缓解天然砂的资源短缺的压力、大幅度降低材料价格、保护自然环境，是保证社会可持续发展的有效措施之一。

17、（3）本发明的水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层具有取材便利、节能环保的特点，是一种新型的路用材料；该材料可以大量利用钢渣微粉、钢渣砂和钢渣骨料，可解决钢渣堆存引发的环境污染及占用土地资源的问题，也可以缓解日益短缺的掺合料、砂石资源，具有重要的经济意义和环保意义。

18、（4）通过实际工程证明，本发明制备得到的水泥钢渣微粉稳定钢渣碎石半刚性基层的无侧限抗压强度满足规范要求，且与同配比水泥稳定碎石半刚性基层相比，其造价可降低22.4%%~36.1%，大大降低了生产成本。