一种路面修复材料及其制备方法

1.本发明涉及路面修复工程技术领域，尤其涉及一种路面修复材料及其制备方法。


背景技术：

2.道路是当今社会非常重要的交通纽带，关系到人们的日常出行。随着交通量迅速增长、车辆大型化、重载化及极端气候的影响，路面不可避免的会出现不同程度的裂缝、表面松散和坑槽等早期损坏现象，降低了路面使用性能，严重影响了混凝土结构的安全性和耐久性。为了保持路面良好的使用性能，延长使用寿命，在路面出现损坏现象的初期就应该及时进行修复。水泥砂浆由水泥和细骨料配置而成，由于其取材方便、不怕潮湿和综合性能好等优势，被广泛运用于路面修复工程中。但水泥砂浆的稠度和耐磨性较差，因此将普通水泥砂浆作为路面的修复材料，存在强度、耐久性和耐磨性差的缺点。
3.铁尾矿是铁矿经选矿提取有用组分后留下的矿石废渣，约占尾矿总量的三分之一。随着选矿技术的提高，铁矿石磨得越来越细，导致尾矿也越来越细，不能再作为细骨料使用。我国每年的采矿活动形成了大量的铁尾矿，铁尾矿的大量堆存不仅严重的破坏生态环境，还具有较高的安全隐患，铁尾砂的综合利用一直以来都受到国家政策重点鼓励和支持。铁尾砂的化学成分主要含有sio2、al2o3、cao、fe2o3、mgo等以及少量的k2o、na2o、s、p等元素，普通的铁尾砂没有任何胶凝性能，不能替代修复砂浆中的水硬性石灰及水泥。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明提供一种路面修复材料及其制备方法，通过本发明的制备方法得到的路面修复材料，在减少水泥使用量的基础上，还能够保证路面修复材料具有良好的强度、耐久性和耐磨性，减少路面裂缝的产生，实现了铁尾矿的二次利用，降低了铁尾矿对环境的危害，克服了现有技术的缺陷。
5.为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种路面修复材料，由包括如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉25～30份，水泥熟料260～275份，砂895～910份，水145～160份和二水石膏粉末0.5～1份。
7.本发明实施例所示的方案，铁尾矿粉较细能够充填在水泥熟料和砂的空隙中，使路面修复材料的结构更加密实，并且铁尾矿粉的铁相高，将其掺入水泥砂浆中，能够显著增强路面修复材料的耐磨性能；普通的铁尾矿粉活性较低，本发明中的二水石膏能够吸附在铁尾矿粉表面，并在其表面形成吸附膜，弱化铁尾矿粉间的范德华引力以及静电力，降低铁尾矿粉的表面能，提高铁尾矿粉的反应活性，被活化后的铁尾矿粉能够促进水泥的早期水化，提高路面修复材料的抗压和抗折能力；本发明通过合理的限定铁尾矿粉、水泥熟料、砂、水和二水石膏粉末的质量配比，不仅能够代替水泥用于路边修复，减少水泥使用量，还兼具良好的强度、耐久性和耐磨性，实现了铁尾矿的二次利用，降低了铁尾矿对环境的危害，克服了现有技术的缺陷。
8.结合第一方面，铁尾矿粉中含有质量百分含量为20wt％～25wt％的沸石。
9.铁尾矿粉中沸石的含量越高，铁尾矿被粉碎后的活性越好。
10.结合第一方面，铁尾矿粉中还含有质量百分含量为20wt％～25wt％的石英，质量百分含量为15wt％～20wt％的角闪石和质量百分含量为25wt％～30wt％的绿泥石。
11.结合第一方面，水泥熟料为高铝水泥。
12.高铝水泥是一种快硬、高强及耐腐蚀的胶凝材料，可以增加水泥砂浆的早期强度，增强砂浆的抗腐蚀能力。
13.结合第一方面，二水石膏粉末的比表面积为220～270m2/kg。
14.通过控制二水石膏粉末的表面积能够提高铁尾矿粉的研磨效果。
15.本发明第二方面提供了上述的路面修复材料的制备方法，至少包括如下步骤：
16.将铁尾矿粉烘干、煅烧得初级铁尾矿粉；
17.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，研磨得粉体混合物；
18.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
19.本发明提供的路面修复材料的制备方法简单，可操作性和实用性强，在处理铁尾矿粉的过程中未使用和产生对环境有害的物质，符合绿色环保的要求。
20.结合第二方面，烘干的温度为100～105℃，烘干的时间为10～12h。
21.结合第二方面，煅烧的温度为500～550℃，煅烧的时间为1.5～2h。
22.结合第二方面，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为10～15℃/min。
23.通过控制升温速率，能够得到活化效果最好的铁尾矿粉，从烘干工序到煅烧工序的升温速率太快会导致活化不充分，太慢会导致能源浪费。
24.结合第二方面，研磨在试验磨上进行，试验磨的转速为45～55r/min，研磨的时间为90～120min。
25.通过控制转速和研磨时间，能够得到活性最高的铁尾矿粉；研磨时间太短铁尾矿粉无法研磨充分，研磨时间过长铁尾矿粉颗粒内部裂纹开始出现“压实”、“焊合”现象，导致铁尾矿粉比表面积下降，进而反应活性降低。研磨后得到活化后的铁尾矿微粉的密度为2.75g/cm3，比表面积为770m2/kg，平均粒径d50为3.2μm。经研磨后的粉体混合物颗粒形状趋于球形、边缘光滑，促使水泥浆体的需水量减小，保水性和均匀性增强，进而改善了混凝土的和易性及力学性能。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.为解决水泥砂浆强度、耐久性和耐磨性差，铁尾矿在综合利用时不能替代修复砂浆中的水硬性石灰及水泥的问题，本发明实施例提供一种路面修复材料及其制备方法。
28.该路面修复材料，由包括如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉25～30份，水泥熟料260～275份，砂895～910份，水145～160份和二水石膏粉末0.5～1份。
29.本发明实施例所示的方案中，铁尾矿粉能够充填在水泥熟料和砂的空隙中，使路面修复材料的结构更加密实，并且铁尾矿粉的铁相高，将其掺入水泥砂浆中，能够显著增强
路面修复材料的耐磨性能；二水石膏能够吸附在铁尾矿粉表面，降低铁尾矿粉的表面能，提高铁尾矿粉的反应活性，被活化后的铁尾矿粉能够促进水泥的早期水化，提高路面修复材料的抗压和抗折能力。
30.其中砂可选用细度模数为2.3～3.0，含泥量为0.8％～1.2％的标准砂；水泥熟料可选用高铝水泥，可以增加水泥砂浆的早期强度，增强砂浆的抗腐蚀能力。
31.本发明实施例还提供了上述路面修复材料的制备方法：至少包括如下步骤：
32.将铁尾矿粉烘干、煅烧得初级铁尾矿粉；
33.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，研磨得粉体混合物；
34.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
35.本发明实施例所示的方案，通过将铁尾矿粉烘干后进行高温煅烧脱除铁尾矿粉中的结构水，能够初步提高铁尾矿粉的活性；向初级铁尾矿粉中加入二水石膏，二水石膏不仅可以降低铁尾矿粉颗粒的表面能，提高铁尾矿粉的反应活性，还可以使铁尾矿粉易于分散，便于研磨，提高铁尾矿粉的研磨效果；将初级铁尾矿粉与二水石膏混合后进行研磨，一方面，铁尾矿粉因受到机械冲击力、剪切力以及压力等的作用，使凝聚状态下的矿物发生化学变化或物理化学变化，产生晶格畸变和局部破坏以及晶格缺陷，使铁尾矿粉矿物内能增大，从而显著增强铁尾矿粉的反应活性；另一方面被研磨后的活化铁尾矿粉细度更细了，由于在特定范围之内，铁尾矿粉细度越细，水化活性越高，因此被研磨后的活化铁尾矿粉水化活性更高了，能够促进水泥的早期水化，从而能够进一步提高路面修复材料的抗压和抗折能力；经研磨后的粉体混合物颗粒形状趋于球形、边缘光滑，促使水泥浆体的需水量减小，保水性和均匀性增强，进而改善了该路面修复材料的和易性及力学性能。本发明通过将铁尾矿粉进行高温热活化、化学活化和机械活化，能够充分激发铁尾矿粉的潜在活性，制备得到高活性的铁尾矿粉，利用活化后的铁尾矿粉替代部分水泥制得的路面修复材料的各项物理力学性能和耐久性能较好，能够减少路面裂缝产生，并且具有更好的耐磨性能。
36.本发明对铁尾矿粉的利用率接近100％，不仅节约了生产成本，而且实现了尾矿二次利用的目的，对推动绿色矿山发展和矿产资源的可持续发展，保护生态环境都具有重要意义。
37.实施例1
38.本实施例提供一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉25份(石英的含量为25wt％，角闪石的含量为15wt％，沸石的含量为25wt％，绿泥石的含量为25wt％，余量为杂质)，高铝水泥275份，砂895份(细度模数为3.0，含泥量为0.8％)，水160份和二水石膏粉末0.5份(比表面积为270m2/kg)；
39.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
40.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于100℃烘干12h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于500℃煅烧2h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为10℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
41.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为45r/min，研磨时间为120min，得粉体混合物；
42.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
43.实施例2
44.本实施例提供一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉30份(石英的含量为20wt％，角闪石的含量为20wt％，沸石的含量为20wt％，绿泥石的含量为30wt％，余量为杂质)，高铝水泥260份，砂910份(细度模数为2.3，含泥量为1.2％)，水145份和二水石膏粉末1份(比表面积为220m2/kg)；
45.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
46.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于105℃烘干10h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于550℃煅烧1.5h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为15℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
47.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为55r/min，研磨时间为90min，得粉体混合物；
48.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
49.实施例3
50.本实施例提供一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉28份(石英的含量为23wt％，角闪石的含量为17wt％，沸石的含量为22wt％，绿泥石的含量为28wt％，余量为杂质)，高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.6，含泥量为1.1％)，水155份和二水石膏粉末0.7份(比表面积为250m2/kg)；
51.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
52.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于102℃烘干11h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于530℃煅烧1.7h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为13℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
53.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为110min，得粉体混合物；
54.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
55.实施例4
56.本实施例提供一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉27份(石英的含量为22wt％，角闪石的含量为18wt％，沸石的含量为23wt％，绿泥石的含量为27wt％，余量为杂质)，高铝水泥268份，砂905份(细度模数为2.7，含泥量为1.0％)，水151份和二水石膏粉末0.8份(比表面积为240m2/kg)；
57.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
58.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于103℃烘干10h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于520℃煅烧1.8h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为12℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
59.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为105min，得粉体混合物；
60.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
61.实施例5
62.本实施例提供一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉26份(石英的含量为24wt％，角闪石的含量为16wt％，沸石的含量为24wt％，绿泥石的含量为26wt％，余量为杂质)，高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.4，含泥量为1.1％)，水148份
和二水石膏粉末0.9份(比表面积为235m2/kg)；
63.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
64.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于102℃烘干11.5h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于510℃煅烧1.7h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为14℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
65.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为115min，得粉体混合物；
66.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
67.对比例1
68.本对比例提供了研究过程中试验过的一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.6，含泥量为1.1％)和水155份；
69.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
70.将水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料
71.对比例2
72.本对比例提供了研究过程中试验过的一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉28份(石英的含量为23wt％，角闪石的含量为17wt％，沸石的含量为22wt％，绿泥石的含量为28wt％，余量为杂质)，高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.6，含泥量为1.1％)和水155份；
73.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
74.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于102℃烘干11h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于530℃煅烧1.7h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为13℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
75.将初级铁尾矿粉用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为110min，得铁尾矿粉体；
76.将铁尾矿粉体与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
77.对比例3
78.本对比例提供了研究过程中试验过的一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.6，含泥量为1.1％)，水155份和二水石膏粉末0.7份(比表面积为250m2/kg)；
79.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
80.将水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
81.对比例4
82.本对比例提供了研究过程中试验过的一种路面修复材料，由如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉28份(石英的含量为23wt％，角闪石的含量为17wt％，沸石的含量为22wt％，绿泥石的含量为28wt％，余量为杂质)，高铝水泥270份，砂900份(细度模数为2.6，含泥量为1.1％)，水155份和二水石膏粉末0.7份(比表面积为250m2/kg)；
83.上述路面修复材料的制备方法，包括以下步骤：
84.将铁尾矿粉放入鼓风烘箱中于102℃烘干11h、再将铁尾矿粉放入马弗炉中于530℃煅烧1.7h，从烘干工序到煅烧工序的升温速率为2℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马
弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得初级铁尾矿粉；
85.将初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为110min，得粉体混合物；
86.将粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得路面修复材料。
87.效果例
88.将本发明实施例1-5与对比例1-4所制得的路面修复材料，根据gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》进行抗折强度和抗压强度测试，具体试验结果如表1：
89.表1
[0090][0091]
将本发明实施例1-5与对比例1-4所制得的路面修复材料分别做成尺寸为40mm
×
40mm
×
160mm的试件，根据dl/t 5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中规定，在自然状态下养护28d以后，用混凝土磨耗试验机测出路面修复材料在打磨1min后的磨损率，具体试验结果如表2：
[0092]
表2
[0093][0094][0095]
由表1和表2的数据可知，实施例1-5的路面修复材料的各项物理力学性能和耐久性能均优于对比例1，本技术实施例3的路面修复材料的各项物理力学性能和耐久性能均优于对比例1-4，且具有更好的工作性能，强度更高，耐磨性能明显优于对比例1，具有较好的经济效应和社会效应。
[0096]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种路面修复材料，其特征在于，由包括如下重量份数的原料制成：铁尾矿粉25～30份，水泥熟料260～275份，砂895～910份，水145～160份和二水石膏粉末0.5～1份。2.如权利要求1所述的路面修复材料，其特征在于：所述铁尾矿粉中含有质量百分含量为20wt％～25wt％的沸石。3.如权利要求2所述的路面修复材料，其特征在于：所述铁尾矿粉中还含有质量百分含量为20wt％～25wt％的石英，质量百分含量为15wt％～20wt％的角闪石和质量百分含量为25wt％～30wt％的绿泥石。4.如权利要求1所述的路面修复材料，其特征在于：所述水泥熟料为高铝水泥。5.如权利要求1所述的路面修复材料，其特征在于，所述二水石膏粉末的比表面积为220～270m2/kg。6.权利要求1-5任一项所述的路面修复材料的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：将铁尾矿粉烘干、煅烧得初级铁尾矿粉；将所述初级铁尾矿粉与二水石膏粉末混合均匀，研磨得粉体混合物；将所述粉体混合物与水泥熟料、砂和水搅拌均匀，得所述路面修复材料。7.如权利要求6所述的路面修复材料的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为100～105℃，所述烘干的时间为10～12h。8.如权利要求6所述的路面修复材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧的温度为500～550℃，所述煅烧的时间为1.5～2h。9.如权利要求6所述的路面修复材料的制备方法，其特征在于，从所述烘干工序到所述煅烧工序的升温速率为10～15℃/min。10.如权利要求6所述的路面修复材料的制备方法，其特征在于，所述研磨在试验磨上进行，所述试验磨的转速为45～55r/min，所述研磨的时间为90～120min。

技术总结
本发明涉及路面修复工程技术领域，尤其涉及一种路面修复材料及其制备方法，该路面修复材料由如包括下重量份数的原料制成：铁尾矿粉25～30份，水泥熟料260～275份，砂895～910份，水145～160份和二水石膏粉末0.5～1份。本发明提供的路面修复材料的制备方法能够充分激发铁尾矿粉的潜在活性，利用活化后的铁尾矿粉替代部分水泥制备得到的路面修复材料各项物理力学性能较好，在减少水泥使用量的基础上，还能够保证路面修复材料具有较好的强度、耐久性和耐磨性能，减少路面裂缝的产生，实现了尾矿的二次利用，降低了铁尾矿对环境的危害。降低了铁尾矿对环境的危害。


技术研发人员：刘娟红 王欢 刘昭 翁金红 冯建 陆虎 吴瑞东 韩方晖
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/5/25