阅读说明：本技术 一种钛石膏路用固化剂、其制备及其应用方法 (Titanium gypsum road curing agent, and preparation and application methods thereof ) 是由 贾致荣 李超宇 林雪峰 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钛石膏路用固化剂、其制备方法及其应用方法,属于道路工程领域,该固化剂由稳定剂(工业矿渣)、调节剂(硅酸钠、三乙醇胺等)按一定比例混合而成,通过调节剂激发稳定剂中活性物质的水化活性和火山灰活性,实现对钛石膏固化,从而将钛石膏用于公路路面底基层的填筑工程。所述固化剂的原料由以下质量比制备：稳定剂90~95％、调节剂5~10％。本发明成本低廉,节省资源,有利于环境保护,制备简单,应用方便,适用于一般道路和高等级公路钛石膏底基层的修筑。(The invention discloses a titanium gypsum road curing agent, a preparation method and an application method thereof, belonging to the field of road engineering, wherein the curing agent is prepared by mixing a stabilizer (industrial slag) and a regulator (sodium silicate, triethanolamine and the like) according to a certain proportion, and the hydration activity and the volcanic ash activity of active substances in the stabilizer are excited by the regulator to realize the curing of the titanium gypsum, so that the titanium gypsum is used for the filling engineering of a road pavement subbase layer.)

一种钛石膏路用固化剂、其制备及其应用方法

技术领域

本发明涉及的是道路工程领域，具体地说是一种钛石膏路用固化剂、其制备方法及其应用方法。

背景技术

钛石膏主要是由钛白粉生产企业采用硫酸法生产钛白粉时为中和酸性废水而加入石灰产生的工业废渣，成分主要以二水硫酸钙为主。钛石膏，刚从废渣处理车间出来时呈灰褐色, 在空气中放置一段时间后变成红色(二价铁离子逐渐被氧化成三价铁离子), 故又名红石膏。钛石膏的含水量较高、杂质多、粘度大，呈弱酸性。钛石膏与天然石膏相比，其铁含量较高。因此．钛石膏具有黏度大、置于空气中易变成红色等特点．这使钛石膏的处理带来困难。据有关统计，每生产1吨钛白粉约产出3~6吨废副钛石膏，目前钛石膏年排放量已达到2200万吨，但其综合利用率仅约为10%。由此可见，钛石膏的产出造成大量的堆放，占用大量土地，浪费资源，有特别容易造成环境的破坏。所以，减少钛石膏的堆放，实现对钛石膏多方位、多渠道、大规模的研究利用是迫在眉睫的。

另外，在大部分的公路建设对天然材料紧缺的矛盾愈日愈烈，并且都面临着资金紧张的问题。所以，一方面能保证公路建设质量；另一方面能减缓天然材料紧缺的矛盾，降低建设成本；这两个方面是道路建设单位值得思考的问题。再加上“绿水青山就是金山银山”发展理念的落实，降低钛石膏堆放量，提高钛石膏利用率，保护环境，也是有关政府部门迫切需要的。若能将钛石膏回收利用，制备成为公路路面结构中的底基层材料，这样就能够降低成本，节约资源，减轻当地环境污染。因此，在路面建设中利用钛石膏作为底基层材料不仅能够缓解天然材料紧缺的矛盾，也能够有助于解决钛石膏的处理问题，具有深远的社会意义及环保意义。

在现有传统半刚性基层普遍存在收缩开裂现象，其基层的收缩开裂能够反射到面层，导致路面开裂，给行车带来不便，并导致资源的浪费。现虽有很多学者专家通过在水稳基层中掺加少量钛石膏来补偿收缩开裂现象，但其少掺量的掺加钛石膏不能够有效地缓解当前的钛石膏大量堆放的问题，并且如果掺加大量的钛石膏在水稳基层中有一个不可忽视的问题就是膨胀问题。因此，提供一种固化剂来固化钛石膏作为路面底基层填筑是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有问题的不足，提供一种钛石膏路用固化剂、其制备方法及其应用方法。

本发明进一步的技术任务是提供上述固化剂的制备方法。

本发明再进一步的技术任务是提供上述固化剂的应用方法。

本发明的技术任务是按以下方式实现的。

钛石膏路用固化剂，其特征在于由以下重量配比的原料制成：

稳定剂90-95%

调节剂 5-10%

所述的稳定剂为工业矿渣，其矿渣主要成分所占质量分数有：CaO-39.4%、Al₂O₃-13.5%、SiO₂-26.4%、MgO-7.5%、Fe₂O₃-0.406%、SO₃-1.28%；所述的调节剂为硅酸钠、三乙醇胺或者两种的混合物，当调节剂为三乙醇胺与硅酸钠混合试剂时，其三乙醇胺与硅酸钠的质量比为1：1~3。

固化剂中原料质量比最佳为：

稳定剂94%

调节剂6%

所述调节剂是现有技术中的碱性化合物等，但为了达到最佳技术效果，优选为三乙醇胺与硅酸钠混合试剂，其三乙醇胺与硅酸钠的最佳质量比为1:2。

其制备方法包括以下步骤：

（1）按配比取稳定剂（工业矿渣），在60~80℃条件下烘干后，研磨，使其比面积在400~500kg/m²，备用；

（2）按配比取调节剂（硅酸钠、三乙醇胺等），加入步骤（1）所述稳定剂中，充分混合，此时得到固化剂成品。

在本发明的钛石膏路用固化剂，主要的作用机理是因为在调节剂作用下，能够为稳定剂提供碱性环境，激发活性物质的水化活性和火山灰活性，使稳定剂中的Si-O键与AI-O键立刻被打破，迅速参与到水化反应中，并且与钛石膏中的一些氧化物混合，进而生成水化硅酸钙（C-S-H）、水化铝酸钙（C-A-H）、水化铁铝酸钙（C-A-F-H）、水化硅铝酸钙（C-A-S-H）、氢氧化钙（Ca(OH)₂）、钙矾石等水化产物，随着这些C-S-H、C-A-S-H 、C-A-F-H等这些胶凝物质生成，能够对钛石膏产生包覆和吸附作用，而实现对钛石膏固化，并提高了钛石膏底基层的强度。另外，在选用硅酸钠与三乙醇胺混合试剂为最优调节剂时，主要由于一方面三乙醇胺可以加速早期的水化反应，提高早期强度；另一方面，硅酸钠可以有效阻止CaO生成Ca(OH)₂的膨胀和钙矾石生成产生的膨胀，由于硅酸钠与硫酸钙、Ca(OH)₂反应均能够生成硅酸钙（C-S-H）凝胶，这样不但抑制了CaO的膨胀和钙矾石的生成，而且产生的凝胶物质能够起到固化钛石膏的作用。从上述可知，钛石膏路用固化剂的发明为钛石膏作为底基层填筑材料提供了一种很好的方法，能够保证道路基层的长期性，并解决了环境污染问题。

在钛石膏底基层铺设过程中，可以将本发明按照一定的质量比掺加到钛石膏中，与钛石膏搅拌均匀后即可进行底基层的铺设。钛石膏底基层的铺设过程与现有技术中底基层的铺设过程相同。

施工过程中固化剂与钛石膏的掺加比例为5%~15%（质量百分比）。

钛石膏底基层含水量优选为钛石膏最佳含水量以下2个百分点。

根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）击实试验T0131-2007确定钛石膏的最佳含水量。

本发明的钛石膏路用固化剂、其制备方法及应用方法与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明钛石膏路用固化剂所用原材料为工业废渣，主要通过调节剂激活稳定剂中的活性物质，从而实现对钛石膏的固化，将钛石膏用于公路路面底基层的填筑工程，变废为宝，提升了钛石膏的利用附加值；

（2）该固化剂的制备方法简单，易进行施工操作；

（3）本固化剂的应用方法，可以广泛应用于在缺乏填土地区与钛石膏固体废弃物产量较高地区，可以减少钛石膏大量堆放，降低钛石膏对环境的破坏，降低施工建设的成本。

具体实施方式

以具体实施例对本发明的钛石膏固化剂、其制备方法及应用方法作以下详细地说明。

实施例一。

【配方】

稳定剂95%

调节剂 5%

所述的稳定剂为工业矿渣；所述的调节剂为硅酸钠。

【制备方法】

钛石膏路用固化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按配比取稳定剂（工业矿渣），在60~80℃条件下烘干后，研磨，使其比面积在400~500kg/m²范围内，备用；

（2）按配比取调节剂（硅酸钠），加入步骤（1）所述稳定剂中，充分混合，此时得到固化剂成品。

【应用及效果】

将上述制备好的固化剂按照10％的比例与最佳含水量以下2个百分点的钛石膏均匀混合，并制模养护，养护7天，测得其试件7天无侧限抗压强度为2.2Mpa。

实施例二。

【配方】

稳定剂94%

调节剂6%

所述的稳定剂为工业矿渣；所述的调节剂为三乙醇胺。

【制备方法】

钛石膏路用固化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按配比取稳定剂（工业矿渣），在60~80℃条件下烘干后，研磨，使其比面积在400~500kg/m²范围内，备用；

（2）按配比取调节剂（三乙醇胺），加入步骤（1）所述稳定剂中，充分混合，此时得到固化剂成品。

【应用及效果】

将上述制备好的固化剂按照8％的比例与最佳含水量以下2个百分点的钛石膏均匀混合，并制模养护，养护7天，测得其试件7天无侧限抗压强度为1.6Mpa。

实施例三。

【配方】

稳定剂90%

调节剂 10%

三乙醇胺 5%

硅酸钠 5%

所述的稳定剂为工业矿渣；所述的调节剂为三乙醇胺与硅酸钠混合物，其掺量的质量比为1:1。

【制备方法】

钛石膏路用固化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按配比取稳定剂（工业矿渣），在60~80℃条件下烘干后，研磨，使其比面积在400~500kg/m²范围内，备用；

（2）按配比取调节剂（三乙醇胺与硅酸钠混合试剂），加入步骤（1）所述稳定剂中，充分混合，此时得到固化剂成品。

【应用及效果】

将上述制备好的固化剂按照12％的比例与最佳含水量以下2个百分点的钛石膏均匀混合，并制模养护，养护7天，测得其试件7天无侧限抗压强度为3.1Mpa。