一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料及其制备方法

本发明涉及道路工程材料，具体而言，涉及一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料及其制备方法。

背景技术：

1、建筑废弃物的露天堆放或填埋不仅耗用大量的土地资源，造成严重环境污染，危害人类健康；建筑废弃物资源化利用可以变废为宝、化害为利，从根本上解决建筑废弃物无序堆放和填埋带来的垃圾围城困境，既节约资源、保护环境，又创造价值、带动就业，是破解建筑垃圾处理难题的有效途径，意义重大。

2、建筑废弃物应用于道路中可以节约天然石料的开采，优化城市环境，节约土地资源，建筑节能、交通运输节能的要求。但是，建筑废弃物由于其自身的特性，与天然石料相比，具有集料总体强度低、变异性大、吸水率较高；颗粒组成不稳定，混合料级配差等问题，一定程度上限制了其在道路工程中的利用。然而，通过实验发现利用土壤固化材料进行有效处理能够解决上述难题，显著提高了建筑废弃物在道路工程中利用率。

3、目前，我国在土壤固化剂应用方面研究主要集中于水泥基材料，施工现场利用机械对土壤、水泥、矿渣或粉煤灰等进行拌合、碾压成固结体，而对有机高分子固化材料的研究涉及较少，如发明专利“一种高分子有机土壤固化剂及其合成方法”(专利号：cn105038806 a)针对氯盐类材料进行合成制备高分子有机土壤固化剂，但是其路基土体的水稳定性稍差；中国专利“一种碱性土壤固化剂及其制作工艺”(专利号：cn102517033 b)性能优良，抗压强度、水稳定性均满足要求，但该类型固化剂仅针对碱性土壤，适用范围较狭窄，从而限制了其的推广使用；“高强耐水复合土壤固化剂”(专利号：cn 102020990b)产品的耐水性能和抗压强度远超出了普通水泥胶结材料，但该固化剂渗透效果一般，应用过程中需要调整施工工艺，增加机械搅拌过程才能保证固化材料均匀性。由此可知，目前我国针对道路工程用土壤固化材料多为传统材料的升级调整，通过在原有材料中加入添加剂等进行应用，且施工前均需要机械翻耕、搅拌均匀，最后利用碾压机械成型。而建筑废弃物填筑路基材料具有自身的特殊性，采用上述固化材料无法满足传统的施工工艺(建筑废弃物填料现场施工过程中不易采用机械搅拌)，且不能满足相应的技术要求。因此，随着城市建筑垃圾带来一系列问题的不断加深，各项矛盾越来越显著，对其资源化利用势在必行，结合建筑废弃物填筑路基原材料特性，开发出一种适合填筑路基用抗压强度高、耐水性能优良、施工工艺简单的固化剂材料具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明正是基于上述技术问题，针对现有土壤固化材料存在强度低、水稳定差及应用范围局限等问题，结合建筑废弃物填筑路基材料自身特性和施工工艺，利用水溶型高分子固化材料、超疏水材料及其它添加剂的聚合交联特性，提出了一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料及其制备方法。

2、一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料，其特征在于，固化材料是由固化剂、表面活性剂、稀释剂、填料活性激发剂、超疏水活性组份和水混合后搅拌制成，上述组份的质量百分比为：固化剂30-50％、表面活性剂1-2％、稀释剂3-5％、填料活性激发剂2-5％、超疏水活性组份1-2％、水40-60％。

3、优选的，所述固化剂为高分子有机聚合物，是由水性硅基多异氰酸酯、聚异氰酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯或聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物中的一种或两种及以上材料混合制成，上述材料均具有较好的粘结性、耐候性和水稳定性，通过稀释剂、水搅拌混合后有利于固化材料均匀分散、渗透于路基材料(混合后材料的流动度与洁净水相接近)，能使分散的建筑废弃物在常温使用状态下发生交联反应，颗粒粘结在一起形成稳定的固化层，且不易剥落，从而提高其强度。

4、优选的，所述表面活性剂为十二烷基笨磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温或司班中的任意一种，表面活性剂是一种阴离子型表面活性剂，具有很强的分散性和吸附效果，与水性硅基多异氰酸酯、聚异氰酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯或聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物中的一种或多种混合适用，加快其溶解速度，缩短分散时间，且能改善其在水中的溶解效果。

5、优选的，所述稀释剂为水性丙烯酸。

6、优选的，所述的填料活性激发剂为胺类，其包括二乙烯三胺和乙二胺中的任一种，胺类在与建筑废弃物填料中含有化学成分发生反应生产微颗粒不溶物，能够弥补或填充骨料中孔隙，同时也能够促进水性硅基多异氰酸酯等材料的固化效果，相同条件下能够提高固结强度30％以上。

7、优选的，所述超疏水组份的液体接触角不小于100°，其包括硅氧烷、有机硅氧烷和甲基硅氧烷中的任一种，超疏水组份属于憎水性有机材料，通过渗透到建筑废弃物填筑路基材料后硅羟基和水、co2发生物理-化学共混作用生成一种憎水物，阻止外部水分进入路基材料内，显著改善了路基抗渗性，从而使其具有良好的水稳定性能。

8、一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料的制备方法，其步骤包括：

9、(1)按照如下质量百分比取原材料：固化剂30-50％、表面活性剂1-2％、稀释剂3-5％、填料活性激发剂2-5％、超疏水活性组分1-2％和水40-60％，固化剂、稀释剂均为水溶型，与水具有良好的溶解性；

10、(2)按照步骤(1)中的质量百分比称取固化剂、稀释剂与水，先将固化剂与水进行均匀混合，然后添加稀释剂进行均匀搅拌3-5min制得样品；

11、(3)按照步骤(1)中的质量百分比称取表面活性剂、超疏水活性组分和填料活性激发剂，按照上述顺序依次加入步骤(2)的样品中，搅拌3-5min，即可得到所述固化材料。

12、一种建筑废弃物填筑路基用复合高分子固化材料的使用方法，所述固化材料掺加用量为建筑废弃物填料质量的0.01-0.03％，所述固化材料与水进行均匀混合后，喷洒于建筑废弃物填料的表面，再对喷洒后的建筑废弃物填料的表面进行碾压。

13、在固化材料与水进行均匀混合时，选取施工现场建筑废弃物填料试样，依据《公路土工试验规程》(jtge40-2007)中“t0131-2007”的操作方法，进行最佳含水量、最大理论密度测试，得到建筑废弃物填筑材料最佳含水量结果，该结果就是最佳的混合用水量。

14、路基填料喷洒用水量与施工现场干湿状态有关，对于较为干燥的混合料或夏季施工时，现场施工喷洒用水量需高出最佳需水量的1-2％或提前对混合料进行预喷洒闷料(喷洒最佳需水量的30-50％，不掺加固化材料)，持续时间2-3h后利用掺加固化材料混合溶液再次对填料进行喷洒，最后按照制定的施工工艺进行碾压。

15、优选的，所述固化材料与水混合后溶液的ph值为6-8，流动性为10-12，可与建筑废弃物填料相互作用通过直接喷洒渗透结构层，也可与水泥、石灰和粉煤灰等矿料混合使用。

16、有益效果：

17、本发明与现有技术产品相比具有显著的优势，结合上述技术方案实现建筑废弃物填料在道路工程中的应用，具有广泛的科技推广价值和经济社会效益，其基本性能优点至少包括以下方面：

18、(1)本发明产品所需的原材料均无毒害、易得(普通材料，均可从市场购买)，各组分配方合理，制备工艺简单，成本低廉，结合建筑废弃物填料性质进行调配比例，综合性能稳定；

19、(2)本发明产品采用多种复合高聚物材料，在制备过程中各组分原材料不仅发挥了其独立的作用效果，与建筑废弃物填料相结合过程中能够进一步发挥其协同效应，提高固结材料的整体稳定性。例如胺类材料能够充分发挥对水性硅基多异氰酸酯类材料和建筑废弃物填料中微粉的激发作用，进一步提高其潜在水硬活性和水化反应的能力；有机硅氧烷类材料与建筑废弃物填料固结形成保护膜，阻止外部水分进入路基材料内，显著改善了路基抗渗性，从而使其具有良好的水稳定性能；

20、(3)本发明产品能够结合建筑废弃物填料的自身特性和施工工艺，避免了常规土壤固化剂应用现场搅拌施工工序，克服了其他材料的流动效果差等缺陷，最大限度的保证固化材料能够均匀渗透填料内部，促进了建筑废弃物填料的固结能力，提高了抗压强度，具有良好的水稳定性和耐久性，利用常规的碾压工艺即可保证道路工程的质量，满足相应规范的技术要求；

21、(4)本发明通过与建筑废弃物填料相结合，能够保证其在道路工程中的路用性能，实现了自然资源的重复利用，改变了以往对建筑垃圾填埋、漏天堆放的处理现象，节约土地，减少环境污染，不仅能够保护自然矿产资源，且能够进一步降低道路工程基础建设的修筑成本。