本发明属于固废综合利用和交通建筑材料，具体涉及一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料及其制备方法。
背景技术：
1、煤矸石是工业固体废弃物中排放和堆存量巨大的类型之一，目前国内外采煤和洗选过程中排出的煤矸石尚未得到高效利用，大量耕地被占用和污染。煤矸石所含的黄铁矿在空气中易氧化，引发煤矸石中的煤炭自燃。在露天燃烧中各种气体、固体有害物还严重污染人居环境，危害人民群众健康权益。矿区和空气污染相关的呼吸道疾病发病率显著升高，矿区附近的树木过早发黄落叶，农作物减产。雨水淋溶煤矸石会溶解一部分重金属离子，含有有害离子的酸性水渗透到地下，会造成矿区和周围广大地区的地表水体、地下水体以及土壤的严重污染，威胁人民健康。因此煤矸石山的堆积和自燃严重地破坏了矿区以及周边的生态环境。高效合理利用煤矸石是当下环境保护者及科研工作者的一个重要课题。
2、煤矸石较普通碎石集料密度略小，压碎值远大于普通碎石。大压碎值特性导致煤矸石在道路基层中应用时存在强度不足的问题，需要采取适当的方法以提高其在道路基层中使用时的力学性能。在实际工程应用中，一般采用增加硅酸盐水泥用量进行固化的处理方式。这种方式提升效果不佳，且水泥的大量使用会加剧导致基层材料的干缩及温缩开裂，最终导致基层材料不可逆转的整体结构破坏。除此之外，水泥的大量使用还会排放大量的温室气体，增加碳排放。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料及其制备方法，用以解决现煤矸石在道路基层中应用时存在的强度和稳定性不足的技术问题。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、本发明公开了一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，以质量份数计，所述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的成分包括：
4、胶凝材料3-5份、煤矸石集料40-80份、碎石20-60份、水4-6份、聚羧酸减水剂0.5-1.5份和复合纳米材料1-5份；
5、其中，所述复合纳米材料为纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配制成；
6、所述胶凝材料为硅酸盐水泥。
7、进一步地，所述纳米二氧化硅和纳米碳酸钙的质量比为1：(1.3～1.7)；
8、所述硅酸盐水泥的细度≤10％，初凝时间≥45min，终凝时间≤600min。
9、进一步地，所述煤矸石集料中，31.5mm粒径的通过率为100％，26.5mm粒径的通过率为100％，19mm粒径的通过率为100％，16mm粒径的通过率为95％-100％，13.2mm粒径的通过率为90％-100％，9.5mm粒径的通过率为80％-90％，4.75mm粒径的通过率为50％-70％，2.36mm粒径的通过率为55％-65％，1.18mm粒径的通过率为30％-40％，0.6mm粒径的通过率为20％-25％，0.3mm粒径的通过率为10％-15％，0.15mm粒径的通过率为5％-10％，0.075mm粒径的通过率为0％-5％。
10、进一步地，所述煤矸石集料中，sio2、al2o3、fe2o3的总含量≥80％，公称最大粒径≤31.5mm，压碎值≤30％，有机质含量＜2％，硫酸盐含量＜0.25％。
11、进一步地，所述纳米二氧化硅的粒径为10-20nm，纯度≥99％；所述纳米碳酸钙的粒径为5-40nm，纯度≥99％。
12、进一步地，所述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的7天无侧限抗压强度≥4mpa。
13、本发明还公开了上述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法，包括以下步骤：
14、按照权利要求1所述的质量份数，将纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂加入水中，搅拌后得到混合溶液，再向混合溶液中加入纳米碳酸钙，混合均匀后得到纳米材料改性剂；
15、将煤矸石集料和碎石分别筛分后，确定颗粒级配，进行级配合成，得到煤矸石及碎石复配集料；将煤矸石及碎石复配集料与纳米材料改性剂混合后，依次进行混合、摊铺压实、养生后得到纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料。
16、进一步地，煤矸石及碎石复配集料与纳米材料改性剂混合之前应对纳米原材料进行干燥处理，所述干燥的温度为60-80℃，干燥的时间为0.5-1h。
17、进一步地，所述纳米材料改性剂的搅拌是采用机械搅拌的方式进行，所述搅拌的时间为1-2min。
18、进一步地，所述养生时的湿度为95％～98％，养生的龄期为7天～90天。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20、本发明公开了一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，采用煤矸石集料和碎石复配，硅酸盐水泥作为胶凝材料，同时采用纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配制成复合纳米材料进行改性，煤矸石集料及碎石具有一定的棱角和粗糙表面，碾压后相互紧密嵌锁，产生一定的摩阻力，形成骨架，复合纳米材料、水和聚羧酸减水剂混合后，对硅酸盐水泥进行改性，改性后的硅酸盐水泥填充在骨架中间，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶体，将煤矸石及碎石颗粒相互粘接形成整体，使煤矸石路面基层获得承载力；同时，纳米二氧化硅和纳米碳酸钙能够吸收水泥基体内的氢氧化钙，生成更多c-s-h凝胶，提升混合料的强度，本发明的配方能够提高基层材料的强度和稳定性，根据相关实验结果表明，本发明的纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料7天无侧限抗压强度≥4mpa，满足中高等级道路基层的使用要求。
21、进一步地，纳米材料的进一步反应还能够填充混合料内部微孔隙，提高基层混合料整体紧密度，增强基层材料耐久性能。
22、进一步地，大量消耗固废煤矸石，变废为宝，有效改善对环境的危害、土地的侵占及水源的污染等问题，保护自然生态环境；以煤矸石在道路建设中代替砂石骨料，也可以减少对天然砂石的开采，缓解天然筑路材料不足的压力，节约自然资源，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
23、本发明还公开了上述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法。该方法分为两个阶段，制备工艺简单，低碳环保；第一阶段为纳米材料改性剂制备方法，聚羧酸减水剂能够保证纳米材料在液体中充分分散避免团聚，从而确保第二阶段中纳米改性材料与煤矸石碎石复配基层混合料充分混合，保障基层材料强度的均匀性；此外，该制备方法适用于实际工程应用，无需额外增加施工环节，便于操作，能够避免能源的额外消耗，具有性质稳定、制备简易、施工便捷、低碳环保的优势。
1.一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，以质量份数计，所述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的成分包括：
2.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅和纳米碳酸钙的质量比为1：(1.3～1.7)；
3.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，所述煤矸石集料中，31.5mm粒径的通过率为100％，26.5mm粒径的通过率为100％，19mm粒径的通过率为100％，16mm粒径的通过率为95％-100％，13.2mm粒径的通过率为90％-100％，9.5mm粒径的通过率为80％-90％，4.75mm粒径的通过率为50％-70％，2.36mm粒径的通过率为55％-65％，1.18mm粒径的通过率为30％-40％，0.6mm粒径的通过率为20％-25％，0.3mm粒径的通过率为10％-15％，0.15mm粒径的通过率为5％-10％，0.075mm粒径的通过率为0％-5％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，所述煤矸石集料中，sio2、al2o3、fe2o3的总质量≥80％，公称最大粒径≤31.5mm，压碎值≤30％，有机质含量＜2％，硫酸盐含量＜0.25％。
5.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为10-20nm，纯度≥99％；所述纳米碳酸钙的粒径为5-40nm，纯度≥99％。
6.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料，其特征在于，所述纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的7天无侧限抗压强度≥4mpa。
7.权利要求1～6中任意一项所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法，其特征在于，煤矸石及碎石复配集料与纳米材料改性剂混合之前应对纳米原材料进行干燥处理，所述干燥的温度为60-80℃，干燥的时间为0.5-1h。
9.根据权利要求7所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法，其特征在于，所述纳米材料改性剂的搅拌是采用机械搅拌的方式进行，所述搅拌的时间为1-2min。
10.根据权利要求7所述的一种纳米材料改性的煤矸石碎石复配基层道路材料的制备方法，其特征在于，所述养生时的湿度为95％～98％，养生的龄期为7天～90天。
