基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料及设计制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料设计方法，包括在冷再生混合料中采用硅铝酸盐胶凝材料的制备方法，通过XRD和XRF分析获取活性材料的元素及氧化物组成，基于不同摩尔比确定活性材料的相对掺加比例，并与水玻璃拌合形成硅铝酸盐胶凝材料；然后与沥青旧料、新集料以及乳化沥青拌合形成冷再生混合料，并开展抗压强度及疲劳性能试验，基于最佳材料性能明确最佳摩尔比，从而确定各活性材料的最佳掺量，从而可以在工程应用中大规模采用硅铝酸盐胶凝材料。本发明专利技术解决了水泥胶结料在冷再生混合料中抗疲劳性能差等缺点，并且活性材料主要来源于固体废弃物，解决了水泥生产过程中的环境污染和能量消耗，具有显著的经济价值和环境效益。济价值和环境效益。济价值和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料及设计制备方法


[0001]本专利技术属于道路冷再生混合料材料设计领域，具体涉及基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料及设计制备方法。

技术介绍

[0002]目前我国的公路建设飞速发展，伴随而来的是对我们庞大道路网的养护和维修任务。在90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期，公路养护已由传统的“抢修时代”过渡到“全面养护时代”。但是传统维修方式中大量的沥青混合料铣刨料被降级使用甚至利用无方，高价值路面材料被当成一般基础填料堆场，占地填埋造成浪费和对环境污染。不断的大量使用新石料，开山采石也会导致严重的生态破坏，同时还存在施工时间长，交通全面封闭，经济资源成本高等弊端。随着社会经济发展和矿产资源的逐渐枯竭，项目时间成本，资源的巨大损耗与工程经济性、持久性之间的矛盾日益凸显。
[0003]基于以上背景，近年来再生技术得到广泛的应用。沥青路面再生技术分为热再生和冷再生，并根据拌和工艺的差异进一步分为厂拌再生和就地再生。冷再生技术在室温下添加乳化沥青或泡沫沥青进行混合料拌和，旧料利用率可达80%
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90%，可以大量减少能源消耗和环境污染，技术应用前景广阔。冷再生混合料目前主要应用于道路基层，在沥青混合料设计方法中对基层的顶部压应力和层底拉应力进行标准设计，以降低路面服役期内的永久变形量和疲劳破坏。但是冷再生混合料中添加一定剂量的水泥，水泥水化产物具有一定的脆性特性，使得材料具有较好的抗压强度，但会降低材料的抗疲劳性能，从而产生疲劳破坏，导致路面产生自下而上的开裂，影响道路基本使用性能。
[0004]因此，如何提高冷再生材料的性能指标也成为国内外关注的重点。地质聚合物是一种以粉煤灰、矿粉和偏高岭土等硅铝质固体废弃物为原材料，以复合碱激发剂激发作用下而生成的一种具有良好力学性能和耐久性的复合型胶凝材料。相对于水泥，其主要成分是工业固体废弃物，生产过程无需高温煅烧，是一种节能环保性材料。本专利技术基于一定的研究基础上，采用硅铝酸盐胶凝材料取代水泥在冷再生混合料中进行应用，并提出了相应的设计方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生沥青混合料设计方法，包括以下材料组成：沥青旧料、新集料、乳化沥青和硅铝酸盐胶凝材料；所述硅铝酸盐胶凝材料质量占比≤5%，组分包括活性材料、复合碱激发剂和水，其中所述的复合碱激发剂包括氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠和固态硅酸钠中的一种或多种与水玻璃的混合物；所述的活性材料包括粉煤灰、矿粉、偏高岭土等中的一种或多种；所述的硅铝酸盐胶凝材料的水灰质量比为0.1~1；所述的硅铝酸盐胶凝所含组分存在多个摩尔比，即SiO2 : Al2O3，SiO2: Na2O和SiO2 : CaO。
[0006]进一步地，按重量计，所述的沥青旧料占总集料质量的50%~100%；
进一步地，按重量计，所述的新集料质量为总集料质量减去沥青旧料质量；进一步地，按重量计，所述的乳化沥青掺量为3%
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8%，为乳化沥青质量与集料总质量的比值；进一步地，按重量计，所述的硅铝酸盐胶凝材料的掺量基于材料性能测试确定。
[0007]所述的硅铝酸盐胶凝材料包括活性材料和复合碱激发剂。
[0008]进一步地，所述的硅铝酸盐胶凝材料包括粉煤灰、矿粉、偏高岭土等中的一种或多种；进一步的，所述的复合碱激发剂包括氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠和固态硅酸钠等中的一种或多种与水玻璃的混合物，所述的氢氧化钠为氢氧化钠分析纯，纯度高于90%，所述的水玻璃的模数为0.5~5.6、波美度为22.0~45.0。
[0009]进一步的，适合于所述的冷再生混合料的复合材料胶凝材料摩尔比的范围取值为：Na2O：Al2O30.1~3.2SiO2：Al2O33.0~9.5；CaO：Al2O30.2~7。
[0010]所述的硅铝酸盐胶凝材料的冷再生沥青混合料的制备方法为：（1）选择粉煤灰、矿粉、偏高岭土等中的一种或多种活性材料，进行XRD和XRF试验分析，确定活性材料内部的元素组成和各氧化物相对含量；进一步的，所述的对活性材料进行XRD和XRF试验分析，能够量化活性材料的元素组成和各氧化物相对含量，可以根据摩尔比精细调整各组分相对含量。
[0011]（2）基于权利要求3中所述的3种摩尔比取值范围，分别对每种摩尔比间隔0.1取值，形成正交分布组合方案，并根据各摩尔比调整活性材料的相对含量；进一步的，所述的对每种摩尔比进行正交分布取值，以采用3种摩尔比为例，假设3种摩尔比的取值间隔数分别为g，h，k，则全部的方案数为g
×
h
×
k。
[0012]进一步的，所述的调整3种摩尔比的取值，可根据实际情况和可提供的活性材料种类减少摩尔比变量。
[0013]（3）选择氧化钠、碳酸钾、碳酸钠和固态硅酸钠等中的一种或多种与水玻璃混合制备复合碱激发剂，并将复合碱激发剂与活性材料混合搅拌形成硅铝酸盐胶凝材料；（4）将硅铝酸盐胶凝材料与沥青旧料、新集料、乳化沥青进行混合搅拌，制备硅铝酸盐
‑
冷再生混合料，并进行常温养护或者标准养护箱养护。
[0014]所述的硅铝酸盐胶凝材料的冷再生沥青混合料的设计方法为：（1）基于上述所述的养护完成的冷再生沥青混合料试件，开展抗压强度和疲劳性能试验。
[0015]（2）基于上述的试验结果，分析最佳抗压强度和疲劳强度下的最佳摩尔比。
[0016]（3）获得最佳摩尔比下各活性材料的最佳掺量。
[0017]进一步的，步骤（1）所述的抗压强度可采用单轴抗压强度和三轴抗压强度试验进行测试；进一步的，步骤（2）所述的疲劳试验可采用间接拉伸疲劳试验、三点弯曲疲劳试验、四点弯曲疲劳试验以及半圆弯曲试验等试验方法进行测试。
[0018]本专利技术实施的技术方案的有益效果为：（1）与传统冷再生沥青混合料中添加水泥相比，采用硅铝酸盐胶凝材料可降低生产水泥过程中造成的环境污染和能量消耗，更加绿色环保。
[0019]（2）硅铝酸盐胶凝材料相比水泥材料具有更高的强度和韧性，能够较好地适应冷再生混合料作为基层材料的力学性能需求。
[0020]（3）评价硅铝酸盐胶凝材料在冷再生混合料中的强度和疲劳性能的提升效果，准确且快捷的确定各活性材料的最佳掺加量，可实现在工程中的大规模应用。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种基于硅铝酸盐胶凝材料在冷再生混合料中应用的设计方法流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023]本专利技术的实施例提供了一种硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料，混合料材料组成包括：沥青旧料、新集料、乳化沥青、硅铝酸盐胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料，其特征在于，包括以下材料组成：沥青旧料、新集料、乳化沥青和硅铝酸盐胶凝材料；所述硅铝酸盐胶凝材料质量占比≤5%，组分包括活性材料、复合碱激发剂和水，其中所述的复合碱激发剂包括氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠和固态硅酸钠中的一种或多种与水玻璃的混合物；所述的活性材料包括粉煤灰、矿粉、偏高岭土等中的一种或多种；所述的硅铝酸盐胶凝材料的水灰质量比为0.1~1；所述的硅铝酸盐胶凝所含组分存在多个摩尔比，即SiO2:Al2O3，SiO2:Na2O和SiO2:CaO。2.根据权利要求1所述的一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料，其特征在于，所述水玻璃的模数为0.5~5.6、波美度为22.0~45.0。3.如权利要求1所述的一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料设计方法，其特征在于：按重量计，沥青旧料掺量为50%~100%，新集料掺量为总集料质量减去沥青旧料掺量，乳化沥青掺量为3%
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8%，硅铝酸盐胶凝材料合理掺量基于材料性能测试确定。4.如权利要求1所述的一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料法，其特征在于：所述的复合材料胶凝材料摩尔比的范围取值为：Na2O：Al2O30.1~3.2SiO2：Al2O33.0~9.5；CaO：Al2O30.2~7。5.如权利要求1所述的一种基于硅铝酸盐胶凝材料的冷再生混合料设计制备方法，其特征在于：所述的复合材料胶凝材料中各摩尔比的确定步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，董昭，章清涛，张新，马士杰，马涛，柳久伟，徐书东，徐光霁，孙兆云，
申请(专利权)人：山东高速股份有限公司东南大学，
类型：发明
国别省市：