一种锂渣水泥稳定碎石基层材料及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202310686259.5 | 申请日 | 2023-06-12 | 公开(公告)号 | CN116813292A | 公开(公告)日 | 2023-09-29 |
| 申请人 | 江西省交通科学研究院有限公司; | 发明人 | 刘彬; 张恺; 朱耀庭; 樊向阳; 俞喜兰; 易昭; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种锂渣 水 泥稳定碎石 基层 材料及其制备方法，包括以下 质量 份的原料：锂渣25～38份， 水泥 2～3份，石料42～55份，磷 石膏 10‑15份， 碱 激发剂3～5份，水10.5‑15.2份。本发明采用锂渣为原材料，通过加入磷石膏和生石灰激发剂，可以有效提升强度的同时，减少水泥用量，一定程度上缓解基层材料收缩开裂的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：锂渣25～38份，水泥2～3份，石料42～55份，磷石膏10‑15份，碱激发剂3～5份，水10.5‑15.2份。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 江西宜春钽铌矿伴生锂云母矿石是世界上最大的锂云母矿资源，据官方披露，目前宜春地区已探明可用氧化锂储量260万吨，折合碳酸锂约642万吨，占全国锂云母储量近40％。近年来，宁德时代、赣锋锂业、国轩高科等一批新能源上市公司落户宜春，使得宜春地区锂电行业快速发展，但随之而来的固废处理问题也亟需处理。据了解，锂云母经提锂处理后会产生大量的固体废渣(简称锂渣)，生产1吨碳酸锂，将会产生将近200吨的锂渣，而每年产生的锂渣将达到近3000万吨。目前，宜春地区锂渣存量大，生产量已远超目前宜春市甚至江西省本地消纳能力，大量的锂渣堆积可能对土壤、地下水造成一定的危害，带来环境污染，同时也制约着宜春锂电行业的健康发展。如何通过技术手段对锂渣进行资源化、无害化处理，是目前亟待破解的难题。 [0003] 目前我国公路行业发展迅速，砂石材料作为公路工程中的主要部分，具有消耗量大的特点。将锂渣用于公路工程中，可以有效推动锂渣固体废物在公路建设过程中的资源化大宗利用。将锂渣应用到水泥稳定碎石基层中将有效缓解锂渣带来的诸多环境问题，并能节约大量的集料。锂渣中成分以SiO2和Al2O3为主，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、P2O5等，具有一定的火山灰活性，将锂渣应用于道路基层材料中，将进一步降低水泥剂量，节约成本。 发明内容[0004] 本发明目的在于提出一种锂渣水泥稳定碎石基层材料及其制备方法，实现宜春地区锂云提炼锂渣在公路工程中的大规模消纳，降低水泥剂量，缓解道路基层收缩开裂的问题。 [0005] 本发明的目的通过以下方式实现： [0007] 优选的，所述锂渣为锂云母提锂渣，分为以下两档，1#档锂渣：0‑3mm，2#档锂渣3‑5mm；1#档锂渣与2#档锂渣的质量比为45‑60:55‑40。 [0008] 优选的，所述锂渣中小于0.075mm的颗粒含量≤15％，有机质含量＜2％。 [0010] 优选的，所述石料为石灰岩或辉绿岩，由以下三档粒径组成。1#石料：20‑31.5mm；2#石料：10‑20mm；3#石料5‑10mm；质量比为：1#石料:2#石料:3#石料＝20‑35：25‑35：30‑50。 [0011] 优选的，所述石料的压碎值≤26％，针片状含量≤22％，0.075mm以下含量≤2％。 [0013] 优选的，所述碱激发剂为生石灰，其中CaO和MgO总含量不小于85％。 [0014] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料的其制备方法，按照锂渣水泥稳定碎石基层材料的配方称取锂渣、水泥、石料、磷石膏、碱激发剂和水，搅拌混合后，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0015] 将锂渣水泥稳定碎石基层材料按照设计厚度摊铺压实，压实度不小于98％，压实采用16t压路机静压1～2遍，再用20t压路机振动压实3～4遍，最后采用轮胎压路机终压收面；将压实后的材料进行薄膜覆盖洒水养生，养生时间不少于7d，得到稳定锂渣道路基层。 [0016] 本发明的工作原理及有益效果为： [0017] 1.本发明的锂渣水泥稳定碎石基层材料使用粒径小于5mm的锂渣，与水泥、石料、磷石膏、碱激发剂混合后，能够将锂渣中无定型的SiO2和Al2O3的火山灰活性进一步激发，提高混合料的强度，降低水泥的用量，节约了生产成本。 [0018] 2.本发明的锂渣水泥稳定碎石基层材料固废利用率高，使用的锂渣、磷石膏等固废占比达到20％以上。 [0019] 3.本发明的稳定锂渣道路基层材料强度高，充分激发了锂渣中的活性成分，其7d无侧限抗压强度5MPa以上，90d间接抗拉强度达到0.6MPa以上，弯拉强度达到1.8MPa以上，均高于普通水泥稳定碎石强度值，且能够满足重交通公路路面基层和底基层使用。 [0020] 4.本发明的稳定锂渣道路基层材料干缩性能和抗冻性能良好。28d龄期混合料干缩量基本趋于稳定且小于0.4mm；28d龄期混合料冻融5个循坏后，强度损失在90％以上，质量损失为3.1％，均满足规范要求。 [0022] 图1为实施例1‑3水泥稳定碎石级配曲线。 [0023] 图2为实施例4‑6水泥稳定碎石级配曲线。 [0024] 图3为对比例1水泥稳定碎石级配曲线 具体实施方式[0025] 以下实施例进一步阐述本发明的技术方法，但不作为对本发明保护范围的限制。 [0026] 下述实施例中，锂渣为宜春地区锂云母提锂渣(以下简称锂渣)，锂渣由以下组分组成：粒径为0‑3mm的1#锂渣，粒径为3‑5mm的2#锂渣，锂渣中小于0.075mm的颗粒含量≤15％，有机质含量＜2％；石料采用石灰岩，由以下组分组成：粒径为20‑30mm的1#石料；粒径为10‑20mm的2#石料；粒径为5‑10mm的3#石料，所述石料的压碎值≤26％，针片状含量≤ 22％，0.075mm以下含量≤2％。搅拌机采用单卧轴强制式混凝土搅拌机；试验原材取样、材料组成配合比设计、成型和养护以及试件性能测试试验等参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51‑2009)。其中，实施例1～3采用C‑A‑1级配，适用于高速公路和一级公路的底基层；实施例4～6采用C‑C‑2级配，适用于二级及以下公路的基层。 [0027] 实施例1 [0028] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成：锂渣35份，石料50份，水泥2份，磷石膏10份，生石灰3份，水14份；磷石膏为湿法磷酸生产的固体滤渣副产物，主要成分为二水硫酸钙，含水率≤15％。 [0029] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为54％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为46％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为27％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为27％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为46％。级配曲线参见图1。 [0030] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0031] 实施例2 [0032] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣30份，石料53份，水泥2份，磷石膏12份，生石灰3份，水13.5份； [0033] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为60％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为40％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为20％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为30％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为50％。级配曲线参见图1。 [0034] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0035] 实施例3 [0036] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣25份，石料55份，水泥2份，磷石膏15份，生石灰3份，水11.6份； [0037] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为60％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为40％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为25％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为30％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为45％。级配曲线参见图1。 [0038] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0039] 实施例4 [0040] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣38份，石料42份，水泥3份，磷石膏12份，生石灰5份，水15.2份； [0041] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为45％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为55％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为30％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为30％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为40％。级配曲线参见图2。 [0042] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0043] 实施例5： [0044] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣32份，石料52份，水泥3份，磷石膏10份，生石灰3份，水12.8份； [0045] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为50％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为50％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为28％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为25％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为47％。级配曲线参见图2。 [0046] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0047] 实施例6 [0048] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣28份，石料54份，水泥2份，磷石膏12份，生石灰4份，水10.5份； [0049] 锂渣中，粒径在0‑3mm的1#锂渣占比为60％，粒径在3‑5mm的2#锂渣占比为40％。石料中，粒径在20‑30mm的1#石料占比为35％，粒径在10‑20mm的2#石料占比为35％，粒径在5‑10mm的3#石料占比为30％。级配曲线参见图2。 [0050] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏、生石灰和水，然后将锂渣、石料、水泥和水加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0051] 对比例1 [0052] 一种水泥稳定碎石混合料，由以下重量份的组分组成，石料100份，水泥4.5份，水12.5份；其级配曲线如图3所示。 [0053] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取石料、水泥和水，加入搅拌机中混合搅拌，得到水泥稳定碎石混合料。 [0054] 对比例2 [0055] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣36份，石料52份，水泥2份，磷石膏10份，水14份；其级配曲线如实施例1。 [0056] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、磷石膏和水，然后加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0057] 对比例3 [0058] 一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，由以下重量份的组分组成，锂渣39份，石料56份，水泥2份，生石灰3份，水14份；其级配曲线如实施例1。 [0059] 按照上述配方中各组分的重量分数分别称取锂渣、石料、水泥、生石灰和水，然后加入搅拌机中混合搅拌，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0060] 将实施例1～6、对比例1～3的锂渣水泥稳定碎石按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51‑2009)中T0805‑1994、T 0858‑2009试验方法测试得到7d无侧限抗压强度、28d无侧限抗压强度和28d冻融后抗压强度，试验结果如表1。 [0061] 表1实施例1～6及对比例1～3试验结果 [0062] [0063] [0064] 从表1中可知，本发明实施例1～6的锂渣水泥稳定碎石基层材料的7d无侧限抗压强度、28d无侧限抗压强度和28d冻融后抗压强度均较高，能很好的用作路面基层和底基层。从冻融后强度损失BDR(冻融后的抗压强度/对照组的无侧限抗压强度)数据可知，锂渣水泥稳定碎石基层材料所制备的道路基层材料抗冻性能良好。 [0065] 以实施例1为基础，控制锂渣、磷石膏和生石灰掺量三个变量，形成对比例1～3。通过实施例1与比例1相对比，可以看出锂渣水泥稳定碎石基层材料比普通水泥稳定碎石基层材料具有更高的强度和抗冻融能力，采用锂渣为原材料，通过加入磷石膏和生石灰激发剂，可以有效提升强度的同时，减少水泥用量，一定程度上缓解基层材料收缩开裂的问题。通过实施例1与对比例2、对比例3相比较，磷石膏和生石灰对提高强度具有明显的效果。本发明制备的一种锂渣水泥稳定碎石基层材料，其抗压强度和抗冻性能均优于对比样，具有良好的使用性能。 [0066] 本实施例还提供一种锂渣水泥稳定碎石基层材料的制备方法：包括以下步骤：按照锂渣水泥稳定碎石基层材料的配方称取锂渣、水泥、石料、磷石膏、碱激发剂和水，搅拌混合后，得到锂渣水泥稳定碎石基层材料。 [0067] 将锂渣水泥稳定碎石基层材料按照设计厚度摊铺压实，压实度不小于98％，压实采用16t压路机静压1～2遍，再用20t压路机振动压实3～4遍，最后采用轮胎压路机终压收面；将压实后的材料进行薄膜覆盖洒水养生，养生时间不少于7d，得到稳定锂渣道路基层。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈