本發(fā)明屬于鋼渣回用，具體是一種基于鋼渣回收利用的道路水穩(wěn)層填料制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋼渣是鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)副產(chǎn)品，主要由硅酸鹽、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁和少量的硫化物、磷化物組成。鋼渣的回收利用具有重要意義，它不僅能夠減少環(huán)境污染，還能轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源。

2、鋼渣可以被破碎和篩分后用作道路基層或面層材料。由于其良好的力學(xué)性能和耐久性，鋼渣制成的道路材料可以提高道路的承載能力和使用壽命。利用鋼渣作為道路建設(shè)材料可以降低原材料采購(gòu)成本，同時(shí)減少了鋼渣處理和處置費(fèi)用，對(duì)企業(yè)和社會(huì)都具有經(jīng)濟(jì)效益，鋼渣的回收利用符合綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，有助于推動(dòng)建筑業(yè)和材料科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。

3、因此，亟需一種基于鋼渣回收利用的道路水穩(wěn)層填料制備方法，現(xiàn)有的制備方法存在以下缺陷：對(duì)鋼渣破碎成統(tǒng)一粒徑，容易導(dǎo)致制備的填料整體密實(shí)度不佳，同時(shí)，鋼渣容易發(fā)生體積膨脹，應(yīng)用于道路基層時(shí)會(huì)發(fā)生局部膨脹性危害，制備的道路水穩(wěn)層填料的整體透水性不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于鋼渣回收利用的道路水穩(wěn)層填料制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于鋼渣回收利用的道路水穩(wěn)層填料制備方法，包括以下步驟：

3、s1、鋼渣的預(yù)處理

4、先用自來(lái)水對(duì)鋼渣進(jìn)行沖洗，再烘干得到潔凈的鋼渣基料，將鋼渣基料經(jīng)破碎機(jī)破碎后，放入碳化箱中碳化處理45-50h，得到鋼碳化顆粒，然后，將鋼碳化顆粒烘干并進(jìn)行球磨，直至鋼碳化顆粒的比表面積為150-180m2/kg；

5、s2、鋼渣的改性處理

6、按照質(zhì)量比為2:0.5～1:0.25的比例將球磨后的鋼碳化顆粒、去離子水以及粉煤灰混合、造粒并干燥，得到鋼碳化生球，按照1:0.6:1的質(zhì)量比將無(wú)水乙醇、膨脹玻璃微珠以及鋼碳化生球混合均勻，并向其中添加1.2-1.5wt％硅烷偶聯(lián)劑，調(diào)節(jié)ph至7.5-8，并加熱處理，經(jīng)冷凍干燥后，得到鋼渣改性顆粒，然后，按照重量比為1:3:4的比例將鋼渣改性顆粒、硅油以及甲基丙烯酸甲酯混合均勻，形成第一預(yù)混體，接著，按照重量比為8:3:0.2的比例將去離子水、十二烷基苯磺酸鈉以及碳酸氫鈉混合均勻，形成第二預(yù)混體，然后，按照1:2的重量比將第一預(yù)混體和第二預(yù)混體混合后，在室溫下超聲細(xì)乳化20-25min，并向其中添加1-1.5wt％的偶氮二異丁腈，攪拌均勻，并在80-85℃的溫度條件下水浴2-3h，冷卻至室溫后，得到鋼渣復(fù)合顆粒；

7、s3、填料的制備

8、按照重量份計(jì)，將35-60份鋼渣復(fù)合顆粒、5-15份水泥、5-15份花崗巖粉、3-5份石灰、30-50份水混合至均勻，并在溫度為160-170℃的條件下，加熱處理3-5小時(shí)，得到填料初坯，然后，升溫至200-220℃，同時(shí)，向填料初坯中加入1-2份穩(wěn)定劑，并剪切10-15min，得到填料預(yù)成品，其中，將溫度控制在160-170℃指的是反應(yīng)前的初始溫度，即在石灰和水開(kāi)始顯著反應(yīng)放熱之前目的是為了確保混合材料能夠在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度環(huán)境中進(jìn)行初步的加熱處理，加熱過(guò)程中，水泥在加入水后會(huì)開(kāi)始水化反應(yīng)，石灰(氧化鈣cao)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣(ca(oh)2)，在加熱至200-220℃并加入穩(wěn)定劑后，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)上述反應(yīng)的進(jìn)行，有助于改善材料的熱穩(wěn)定性和耐久性，剪切過(guò)程則有助于打破材料內(nèi)部的團(tuán)聚體，使其更加均勻細(xì)膩；

9、s4、成型與壓實(shí)

10、采用輪碾法成型的方法，先對(duì)填料預(yù)成品進(jìn)行4-5次預(yù)壓，最后，調(diào)換方向再碾壓5-10次，得到填料成品。

11、進(jìn)一步地，步驟s1中，將鋼渣基料經(jīng)破碎機(jī)破碎后，利用振動(dòng)搖篩機(jī)，分別取粒徑為0.5-1.5mm、1.6-2.5mm、2.6-4mm粒徑區(qū)間的鋼渣顆粒，并對(duì)各個(gè)粒徑區(qū)間的鋼渣顆粒表面噴灑減水劑后，放入碳化箱中，在真空度為-0.25mpa時(shí)，通入co2氣體直至碳化箱內(nèi)的壓力值為0.25mpa，然后，進(jìn)行碳化處理后，得到鋼碳化顆粒。

12、說(shuō)明：將鋼渣基料破碎成不同粒徑的鋼渣顆粒，而不同粒徑的鋼渣可以相互嵌擠，有助于提高混合物的整體密實(shí)度，多種尺寸的鋼渣在混合后能形成更為復(fù)雜的骨架結(jié)構(gòu)，這有助于提升水穩(wěn)層填料的承載能力和穩(wěn)定性，對(duì)破碎后的鋼渣顆粒進(jìn)行碳化處理，可以使鋼渣中的活性成分如氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，從而提高鋼渣的穩(wěn)定性和耐久性，碳化過(guò)程中生成的碳酸鈣填充了鋼渣顆粒間的空隙，增加了材料的密實(shí)度，提高了其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，在碳化處理時(shí)，通過(guò)在鋼渣顆粒表面噴灑減水劑能夠降低水的表面張力，使得水更容易滲透到鋼渣顆粒之間。

13、更進(jìn)一步地，所述減水劑為聚羧酸減水劑，選自甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺或者羥丙基甲基纖維素中的其中一種。

14、說(shuō)明：聚羧酸減水劑能顯著降低混凝土的水用量而不影響其工作性，通常可減水5％至30％。

15、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述去離子水的溫度為60-90℃，所述硅烷偶聯(lián)劑為mps或odms。

16、說(shuō)明：將去離子水的溫度控制在60-90℃的范圍內(nèi)，通過(guò)該溫度范圍內(nèi)的去離子水與鋼碳化顆粒浸水預(yù)處理，生成的水化產(chǎn)物能在鋼渣表面形成致密的保護(hù)層，阻止鋼渣進(jìn)一步水化，提高了鋼渣的體積穩(wěn)定性，使鋼渣的體積膨脹性逐漸降低，降低道路基層時(shí)會(huì)發(fā)生局部膨脹性危害的幾率。

17、進(jìn)一步地，步驟s3中，對(duì)鋼渣復(fù)合顆粒、水泥、花崗巖粉、石灰以及水的混合物采用微波+遠(yuǎn)紅外組合的加熱方法，其中，微波+遠(yuǎn)紅外的組合時(shí)采用間歇加熱的方式進(jìn)行。

18、說(shuō)明：微波加熱具有加熱速度快、加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)，能夠迅速提升材料溫度；而遠(yuǎn)紅外加熱則是通過(guò)紅外輻射傳遞熱能，適合于表面加熱和深層加熱，微波加熱能夠促進(jìn)水分子的極化和快速運(yùn)動(dòng)，加速水泥與水之間水化反應(yīng)、石灰與水之間的消化反應(yīng)以及鋼渣復(fù)合顆粒和花崗巖粉與水之間的水合反應(yīng)的反應(yīng)速率，而遠(yuǎn)紅外加熱則有助于維持材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少由于快速水化反應(yīng)導(dǎo)致的體積膨脹和收縮，有助于降低道路水穩(wěn)層填料產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

19、更進(jìn)一步地，所述間歇加熱過(guò)程為：采用微波加熱35-40s，利用熱交換器冷卻2-3min，再采用遠(yuǎn)紅外加熱40-45s，利用熱交換器冷卻2-3min，此為一個(gè)周期，如此重復(fù)操作3-4次，直至鋼渣復(fù)合顆粒、水泥、花崗巖粉、石灰以及水的混合物被加熱至120-140℃，最后，并保溫30-35min。

20、說(shuō)明：通過(guò)交替使用微波和遠(yuǎn)紅外加熱來(lái)進(jìn)行，利用微波快速加熱的特點(diǎn)和遠(yuǎn)紅外深層加熱的優(yōu)勢(shì)，可以確保加熱過(guò)程中的溫度控制更加精準(zhǔn)，減少由于快速水化反應(yīng)導(dǎo)致的體積膨脹和收縮，提高加熱效率，確保材料質(zhì)量，且在加熱過(guò)程中，在微波+遠(yuǎn)紅外間歇加熱過(guò)程中，在第一個(gè)周期的微波加熱階段，石灰和水的混合物會(huì)迅速升溫，并開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨后，在遠(yuǎn)紅外加熱階段，雖然溫度略有下降，但石灰和水的混合物仍然處于較高的溫度范圍內(nèi)，因此反應(yīng)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，在每次微波加熱和遠(yuǎn)紅外加熱之間的冷卻階段，混合物的溫度會(huì)降低，這可能會(huì)減慢反應(yīng)速率，然而，由于整個(gè)加熱過(guò)程是反復(fù)進(jìn)行的，混合物總體上會(huì)保持在較高的溫度范圍內(nèi)，足以維持石灰的消化過(guò)程和其他相關(guān)的水化反應(yīng)，在整個(gè)間歇加熱過(guò)程結(jié)束后，保溫30-35分鐘的步驟是為了確保所有的反應(yīng)都能充分進(jìn)行，包括石灰的完全消化以及水泥和其他組分之間的水化反應(yīng)，在這段時(shí)間內(nèi)，即使初始的快速反應(yīng)已經(jīng)完成，剩余的反應(yīng)物仍會(huì)繼續(xù)反應(yīng)，從而確?；旌衔镞_(dá)到所需的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此，盡管石灰和水的反應(yīng)在加熱過(guò)程的初期就開(kāi)始了，并且在后續(xù)的加熱周期中也會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，但整個(gè)間歇加熱過(guò)程設(shè)計(jì)得足夠充分，可以保證石灰和水反應(yīng)的完全進(jìn)行，以及混合物最終達(dá)到合適的硬化狀態(tài)。

21、更進(jìn)一步地，微波頻率為2.35-2.45ghz，遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)50-80μm，加熱時(shí)間1.2-1.5h。

22、說(shuō)明：通過(guò)精確控制微波和遠(yuǎn)紅外的功率、頻率和加熱時(shí)間，可以優(yōu)化加熱過(guò)程，減少過(guò)熱和不均勻加熱的風(fēng)險(xiǎn)。

23、進(jìn)一步地，步驟s4中，對(duì)填料預(yù)成品進(jìn)行預(yù)壓之前進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，該養(yǎng)護(hù)處理的過(guò)程為：

24、s4-1、將填料初坯在溫度為30-35℃的條件下，養(yǎng)護(hù)12-13h；

25、s4-2、利用蒸汽養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度95-100℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3-4h，再次進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程，且控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間為5-6h，重復(fù)蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程，以此交替養(yǎng)護(hù)2-3次，得到填料養(yǎng)護(hù)成品；

26、s4-3、向所述填料養(yǎng)護(hù)成品上噴水養(yǎng)護(hù)6-7h，且噴水量為填料養(yǎng)護(hù)成品重量的12-13％，最后風(fēng)干即可。

27、說(shuō)明：采用常溫養(yǎng)護(hù)和高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)交替進(jìn)行的方式對(duì)填料初坯進(jìn)行分段養(yǎng)護(hù)，結(jié)合了高溫快速硬化的優(yōu)點(diǎn)和常溫長(zhǎng)期穩(wěn)定養(yǎng)護(hù)的效果，可以減少水分的快速蒸發(fā)，避免填料制備的道路表面出現(xiàn)裂縫，提升填料初坯的性能和質(zhì)量。

28、更進(jìn)一步地，步驟s4-2中進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，蒸汽的升溫速率為4-5℃/min。

29、說(shuō)明：通過(guò)控制蒸汽的升溫速率，可避免升溫速率太快可能會(huì)導(dǎo)致填料內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，避免引起裂縫。

30、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

31、本發(fā)明道路水穩(wěn)層填料是通過(guò)回收利用鋼渣為基礎(chǔ)原料，在解決了因鋼渣處理不當(dāng)可能導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題的同時(shí)，還降低了道路建設(shè)的成本，且本發(fā)明的鋼渣是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，進(jìn)行預(yù)處理和改性處理，克服了鋼渣潛在體積膨脹性，避免了應(yīng)用于道路基層時(shí)會(huì)發(fā)生局部膨脹性危害，在預(yù)處理時(shí)，通過(guò)將鋼渣破碎成多種粒徑的顆粒，目的是使各種粒徑鋼渣顆?？梢韵嗷デ稊D，有助于提高混合物的整體密實(shí)度，同時(shí)，還對(duì)破碎后的鋼渣顆粒進(jìn)行碳化處理，可以使鋼渣中的活性成分如氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，從而提高鋼渣的穩(wěn)定性和耐久性，碳化過(guò)程中生成的碳酸鈣填充了鋼渣顆粒間的空隙，增加了材料的密實(shí)度，提高了其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；在改性處理時(shí)，通過(guò)去離子水和可阻止鋼碳化顆粒進(jìn)一步水化，起到降低鋼渣膨脹性的目的，提高了鋼渣的體積穩(wěn)定性，且鋼渣經(jīng)過(guò)粉煤灰預(yù)處理后會(huì)生成針葉狀和空間網(wǎng)狀產(chǎn)物，同時(shí)生成物包裹于鋼渣表面形成了保護(hù)層，進(jìn)一步降低了鋼渣的膨脹性，通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑可在鋼碳化生球與膨脹玻璃微珠之間形成化學(xué)鍵橋，從而提高兩者的相容性和結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)，膨脹玻璃微珠能夠在鋼碳化生球中形成的開(kāi)放孔隙結(jié)構(gòu)，這些孔隙為水分提供了通道，使得水分能夠通過(guò)鋼渣復(fù)合顆粒，提高道路水穩(wěn)層填料的整體透水性。