1.本發(fā)明屬于固廢材料綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種赤泥基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.隨著我國(guó)公路的快速發(fā)展，對(duì)筑路原材料的需求也越來(lái)越大，碎石的開(kāi)采及水泥的生產(chǎn)對(duì)生態(tài)造成了嚴(yán)重的破壞，對(duì)環(huán)境造成了污染。目前我國(guó)瀝青路面半剛性（底）基層材料主要是水泥穩(wěn)定碎石，路床改良多為水泥土或石灰土。石灰和水泥的生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染，危害人類健康。目前，為了保護(hù)環(huán)境，多個(gè)地區(qū)的石廠、砂廠已全部關(guān)閉，這造成了道路建設(shè)所需材料的緊缺，原材料質(zhì)量難以保障，對(duì)工程產(chǎn)生較大的質(zhì)量隱患。

3.赤泥、尾礦等工業(yè)固廢歷史堆存量大、新增量大，對(duì)環(huán)境造成了巨大壓力，利用任務(wù)十分艱巨。赤泥是提取氧化鋁時(shí)排出的工業(yè)固體廢棄物，中國(guó)作為氧化鋁生產(chǎn)大國(guó)，每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。隨著赤泥的堆存量越來(lái)越大以及對(duì)環(huán)境造成的污染越來(lái)越嚴(yán)重，最大限度地資源化利用赤泥已刻不容緩。

4.如果能夠?qū)⒊嗄嗟裙虖U材料成功應(yīng)用于路床改良和路面基層，既可以消耗大量的赤泥等固廢材料，又可以減少工程建設(shè)對(duì)水泥、石灰等原材的需求，因此推進(jìn)赤泥基膠凝材料在道路工程中應(yīng)用將具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種赤泥基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用。

6.本發(fā)明的目的之一是公開(kāi)了一種赤泥基膠凝材料，包括如下組分：赤泥、粉煤灰、礦粉、生石灰、硅酸鈉。

7.優(yōu)選的，所述赤泥基膠凝材料包括如下重量份的組分：赤泥40

?

50份、礦粉35

?

45份、生石灰2

?

5份、粉煤灰5

?

10份、硅酸鈉3

?

5份。

8.優(yōu)選的，所述的赤泥基膠凝材料包括如下重量份的組分：赤泥45份、礦粉45份、生石灰2份、粉煤灰5份、硅酸鈉3份。

9.優(yōu)選的，所述赤泥為拜耳法赤泥，所述赤泥ph值為11.5

?

12.5，所述赤泥的密度為3.45 g/cm3，所述赤泥的比表面積為370 m2/kg，所述赤泥的安定性為0.5 mm。

10.優(yōu)選的，所述拜耳法赤泥主要包括如下質(zhì)量百分比的成分：15

?

20% sio2，17

?

23% al2o3，40

?

50% fe2o3，3

?

5% cao，10

?

20% na2o，4

?

10% tio2。

11.本發(fā)明的目的之二是公開(kāi)了上述赤泥基膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一：將赤泥、礦粉、粉煤灰、生石灰、硅酸鈉烘干并研磨；步驟二：將各組分按比例進(jìn)行稱量；步驟三：將稱量好的各組分無(wú)先后順序添加，攪拌，將攪拌好的材料裝袋，即得到

所述的赤泥基膠凝材料。

12.本發(fā)明的目的之三是公開(kāi)了所述赤泥基膠凝材料在道路基層方面的應(yīng)用。

13.本發(fā)明具體公開(kāi)了一種道路基層用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括上述赤泥基膠凝材料、碎石和水。

14.優(yōu)選的，所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

15.優(yōu)選的，所述水為工程拌合用水。

16.有益效果本發(fā)明公開(kāi)了一種赤泥基膠凝材料，主要由赤泥、粉煤灰等固廢材料制備而成，具有良好的物理力學(xué)性能，具備應(yīng)用于路床處置和穩(wěn)定碎石基層的條件。將本發(fā)明所述的赤泥基膠凝材料應(yīng)用于路面基層填筑，不僅可以消耗大量的赤泥等固廢材料，又可以減少工程建設(shè)對(duì)水泥、石灰等原材的需求，極大地降低了工程造價(jià)，在道路工程中將具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

17.本發(fā)明對(duì)不同配方的赤泥基膠凝材料進(jìn)行物理性能測(cè)試，其緩凝時(shí)間和強(qiáng)度具有道路基層或者底基層使用的潛在條件。本發(fā)明利用優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行路用性能研究，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量與最大干密度，并以此為基礎(chǔ)制備穩(wěn)定材料無(wú)側(cè)限抗壓試件，結(jié)果顯示本發(fā)明制備的赤泥基膠凝材料穩(wěn)定碎石具有良好的物理力學(xué)性能，具備應(yīng)用于穩(wěn)定碎石基層的條件。

具體實(shí)施方式

18.以下，將詳細(xì)地描述本發(fā)明。在進(jìn)行描述之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為限制于一般含義和字典含義，而應(yīng)當(dāng)在允許發(fā)明人適當(dāng)定義術(shù)語(yǔ)以進(jìn)行最佳解釋的原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)與本發(fā)明的技術(shù)方面相應(yīng)的含義和概念進(jìn)行解釋。因此，這里提出的描述僅僅是出于舉例說(shuō)明目的的優(yōu)選實(shí)例，并非意圖限制本發(fā)明的范圍，從而應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以由其獲得其他等價(jià)方式或改進(jìn)方式。

19.以下實(shí)施例僅是作為本發(fā)明的實(shí)施方案的例子列舉，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和構(gòu)思的范圍內(nèi)的修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。除非特別說(shuō)明，以下實(shí)施例中使用的試劑和儀器均為市售可得產(chǎn)品。

20.以下實(shí)施例中采用的赤泥為拜耳法赤泥，性能如下：ph值為11.5

?

12.5，密度為3.45 g/cm3，比表面積為370 m2/kg，安定性為0.5 mm。

21.以下實(shí)施例中采用的赤泥主要化學(xué)成分占比如下：16.2% sio2，19.3% al2o3，42.5% fe2o3，4.4% cao，12.1% na2o，4.9% tio2。

22.以下實(shí)施例中的其余原料說(shuō)明如下：礦粉：所用的礦粉為石灰石礦粉，親水系數(shù)為0.6，塑性指數(shù)為3.0%。

23.生石灰：所用的生石灰為ⅰ級(jí)鈣質(zhì)生石灰，氧化鈣含量88.4%，氧化鎂含量4.4%。

24.粉煤灰：所用的粉煤灰為ⅰ級(jí)粉煤灰，sio2、al2o3和fe2o3總含量為74.6%，燒失量6.2%。

25.硅酸鈉：所用的硅酸鈉為工業(yè)固體硅酸鈉，其可溶性固體不小于98.5wt%。

26.實(shí)施例1

本實(shí)施例所述的赤泥基膠凝材料組成配比如下表1所示。

27.表1.實(shí)施例1的赤泥基膠凝材料配比上述赤泥基膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一：將赤泥、礦粉、粉煤灰、生石灰、硅酸鈉烘干并研磨；步驟二：將各組分按比例進(jìn)行稱量；步驟三：將稱量好的各組分無(wú)先后順序添加，攪拌，將攪拌好的材料裝袋，即得到所述的赤泥基膠凝材料。

28.實(shí)施例2本實(shí)施例所述的赤泥基膠凝材料組成配比如下表2所示。

29.表2.實(shí)施例2的赤泥基膠凝材料配比實(shí)施例3本實(shí)施例所述的赤泥基膠凝材料組成配比如下表3所示。

30.表3.實(shí)施例3的赤泥基膠凝材料配比實(shí)施例4本實(shí)施例所述的赤泥基膠凝材料組成配比如下表4所示。

31.表4.實(shí)施例4的赤泥基膠凝材料配比

實(shí)施例5本實(shí)施例所述的赤泥基膠凝材料組成配比如下表5所示。

32.表5.實(shí)施例5的赤泥基膠凝材料配比對(duì)比例1本對(duì)比例所述的膠凝材料為緩凝硅酸鹽p.o 32.5水泥。

33.對(duì)比例2本對(duì)比例所述的膠凝材料為緩凝硅酸鹽p.o 42.5水泥。

34.實(shí)驗(yàn)例1——赤泥基膠凝材料物理性能測(cè)試將實(shí)施例1

?

5與對(duì)比例1

?

2所述的膠凝材料分別制備膠砂試件進(jìn)行性能測(cè)試。試驗(yàn)參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（jtg 3420

?

2020）進(jìn)行試驗(yàn)，由于本發(fā)明提供的赤泥基膠凝材料適用于路面基層使用，在實(shí)施過(guò)程中除強(qiáng)度試驗(yàn)外，額外考慮了凝結(jié)時(shí)間與安定性。

35.強(qiáng)度試件中成型膠砂試件的膠砂比為1:3，水灰比為1:2，強(qiáng)度試驗(yàn)通過(guò)電動(dòng)抗壓抗折一體機(jī)進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試結(jié)果如表6所示。

36.表6. 赤泥基膠凝材料物理性能測(cè)試結(jié)果

從表6中的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明所述的赤泥基膠凝材料的強(qiáng)度雖不如425水泥的抗壓抗折強(qiáng)度，但和325水泥的強(qiáng)度對(duì)比差別不大，并且實(shí)施例4所述赤泥基膠凝材料的緩凝時(shí)間可滿足道路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間要求，具有道路基層或者底基層使用的潛在條件。

37.以此為基礎(chǔ)，對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例4的赤泥基膠凝材料進(jìn)行道路基層赤泥基膠凝材料穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)，制備無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料。

38.將實(shí)施例4的赤泥基膠凝材料應(yīng)用于穩(wěn)定碎石基層如以下實(shí)施例6

?

10所示。

39.實(shí)施例6本實(shí)施例所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括赤泥基膠凝材料、碎石和水，其中赤泥基膠凝材料的摻量為4%。

40.所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

41.所述水為工程拌合用水。

42.實(shí)施例7本實(shí)施例所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括赤泥基膠凝材料、碎石和水，其中赤泥基膠凝材料的摻量為5%。

43.所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

44.所述水為工程拌合用水。

45.實(shí)施例8本實(shí)施例所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括赤泥基膠凝材料、碎石和水，其中赤泥基膠凝材料的摻量為6%。

46.所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

47.所述水為工程拌合用水。

48.實(shí)施例9本實(shí)施例所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括赤泥基膠凝材料、碎石和水，其中

赤泥基膠凝材料的摻量為7%。

49.所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

50.所述水為工程拌合用水。

51.實(shí)施例10本實(shí)施例所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，主要包括赤泥基膠凝材料、碎石和水，其中赤泥基膠凝材料的摻量為8%。

52.所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉。

53.所述水為工程拌合用水。

54.實(shí)驗(yàn)例2——赤泥基膠凝材料路用性能測(cè)試試驗(yàn)參照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（jtg e51

?

2009）進(jìn)行試驗(yàn)，將實(shí)施例6

?

10所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量與最大干密度，并以此為基礎(chǔ)按照98%壓實(shí)度制備無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無(wú)側(cè)限抗壓試件，養(yǎng)護(hù)采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

55.表7. 不同赤泥基膠凝材料摻量下的路用性能通過(guò)表7可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明制備的赤泥基膠凝材料穩(wěn)定碎石具有良好的物理力學(xué)性能，具備應(yīng)用于穩(wěn)定碎石基層的條件。若將其大規(guī)模應(yīng)用，不僅可以消耗大量的赤泥等固廢材料，又可以減少工程建設(shè)對(duì)水泥、石灰等原材的需求，極大降低工程造價(jià)，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

56.以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。技術(shù)特征：

1.一種赤泥基膠凝材料，其特征在于，包括如下組分：赤泥、礦粉、生石灰、粉煤灰、硅酸鈉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥基膠凝材料，其特征在于，包括如下重量份的組分：赤泥40

?

50份、礦粉35

?

45份、生石灰2

?

5份、粉煤灰5

?

10份、硅酸鈉3

?

5份。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的赤泥基膠凝材料，其特征在于，包括如下重量份的組分：赤泥45份、礦粉45份、生石灰2份、粉煤灰5份、硅酸鈉3份。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥基膠凝材料，其特征在于，所述赤泥ph值為11.5

?

12.5，所述赤泥的密度為3.45 g/cm3，所述赤泥的比表面積為370 m2/kg，所述赤泥的安定性為0.5 mm；所述赤泥主要包括如下重量份的成分： sio

2 15

?

20份、al2o

3 17

?

23份、fe2o

3 40

?

50份、cao 3

?

5份、na2o 10

?

20份、tio

2 4

?

10份。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥基膠凝材料，其特征在于，所述礦粉為石灰石礦粉，親水系數(shù)為0.6，塑性指數(shù)為3.0%；所述生石灰為ⅰ級(jí)鈣質(zhì)生石灰，氧化鈣含量88.4%，氧化鎂含量4.4%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥基膠凝材料，其特征在于，所述粉煤灰為ⅰ級(jí)粉煤灰，所述粉煤灰中sio2、al2o3和fe2o3總含量為74.6%，燒失量6.2%；所述硅酸鈉為工業(yè)固體硅酸鈉，其可溶性固體不小于98.5wt%。7.權(quán)利要求1

?

6任一所述的赤泥基膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：將赤泥、礦粉、粉煤灰、生石灰、硅酸鈉烘干并研磨；步驟二：將各組分按比例進(jìn)行稱量；步驟三：將稱量好的各組分無(wú)先后順序添加，攪拌，將攪拌好的材料裝袋，即得到所述的赤泥基膠凝材料。8.權(quán)利要求1

?

6任一所述的赤泥基膠凝材料在道路基層方面的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的赤泥基膠凝材料用于制備道路基層用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，所述無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料主要包括上述赤泥基膠凝材料、碎石和水。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述碎石為20

?

30 mm、10

?

20 mm、5

?

10 mm的碎石和0

?

5 mm石粉；所述水為工程拌合用水。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于固廢材料綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種赤泥基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用，所述的赤泥基膠凝材料包括如下組分：赤泥、粉煤灰、礦粉、生石灰、硅酸鈉。本發(fā)明所述的赤泥基膠凝材料具有良好的物理力學(xué)性能，具備應(yīng)用于路床處置和穩(wěn)定碎石基層的條件，將本發(fā)明所述的赤泥基膠凝材料應(yīng)用于路面基層填筑，不僅可以消耗大量的赤泥等固廢材料，又可以減少工程建設(shè)對(duì)水泥、石灰等原材的需求，極大地降低工程造價(jià)，在道路工程中將具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：吳思 張惠勤 汲平 高國(guó)華 黃秀粉 劉憲明 楊光磊 王業(yè)飛 韓沛

受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東高速工程檢測(cè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.10.08

技術(shù)公布日：2021/12/7