CN101967047A

CN101967047A - 钢渣橡胶沥青混凝土及其制备方法

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Publication number: CN101967047A
Application number: CN2009101616912A
Authority: CN
Inventors: 王旭东; 李美江; 沈国辉; 郭朝阳; 周兴业; 张蕾; 张宇
Original assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: CN101967047B

Abstract

本发明提供一种钢渣橡胶沥青混凝土及其制备方法，其选用钢渣作为粗集料，橡胶沥青作为结合料，并且该混凝土还包括有细集料和填料；上述沥青混合料的矿料级配组成为粗集料断级配骨架密实型，橡胶沥青与矿料的比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定；在将橡胶沥青与上述矿料进行拌和时，橡胶沥青加热温度为175～180℃，矿料的加热温度比橡胶沥青的加热温度高10～30℃；并且，矿料干拌时间为15～20s，湿拌时间为35～40s；经拌和后形成的钢渣橡胶沥青混凝土的出厂温度为175～185℃。本发明使用钢渣代替矿料，可以变废为宝，节省石料资源，减少由于石料开采而对环境带来的破坏。

Description

钢渣橡胶沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混凝土及其制备方法，特别是涉及一种使用钢渣为粗集料、橡胶沥青为结合料的钢渣橡胶沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土一般是由沥青和矿料(粗集料、细集料、填料)组成，在本技术领域中，常用的沥青主要为SBS改性沥青，常用的集料主要有石灰岩、玄武岩、花岗岩等，常用的填料有石灰岩磨细矿粉、消石灰、水泥等，上述材料组成的沥青混凝土无法有效解决两个矛盾：一是高温稳定性和抗疲劳性与低温抗裂性间的矛盾；二是沥青混凝土表面特性(抗滑)与耐久性间的矛盾。

橡胶沥青是指含量15％以上的轮胎橡胶粉在高温和充分拌和的条件下与沥青溶胀反应得到的改性沥青胶结料，由于溶胀后橡胶颗粒体积比例可以达到40％，橡胶沥青及其混合料都能够显现硫化橡胶的特性，低温变形能力、路面在以下温度的柔韧性得到提高，加上轮胎抗老化能力的传递，使得橡胶沥青是非常理想的长寿命、抗裂沥青材料。因此，橡胶沥青在道路工程中逐渐开始应用起来。

钢渣是在转炉炼钢过程中生成的液态熔渣冷却固化后形成的工业废料。为了减少对环境的污染，钢渣在道路工程水泥混凝土路面中已经开始尝试用，但是，钢渣在沥青混凝土中使用，一般采用普通沥青或SBS改性沥青，目前业内尚没有将钢渣作为集料与橡胶沥青混合制成钢渣橡胶沥青混凝土的实例。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢渣橡胶沥青混凝土及其制备方法，该混凝土的集料采用钢渣，可以变废为宝，具有重大的环保意义，并且使用该混凝土铺设的路面比传统的沥青路面更经久耐用。

为达到上述目的，本发明提供一种钢渣橡胶沥青混凝土，该混凝土选用钢渣作为粗集料，橡胶沥青作为结合料，并且包括有细集料以及填料；上述沥青混合料的矿料级配组成为粗集料断级配骨架密实型，橡胶沥青与矿料的比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定。

本发明还提供一种钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其以钢渣作为粗集料，橡胶沥青作为结合料，并且该混凝土还包括有细集料以及填料；上述沥青混合料的矿料级配组成为粗集料断级配骨架密实型，橡胶沥青与矿料的比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定；在将橡胶沥青与上述矿料进行拌和时，橡胶沥青加热温度为175～180℃，矿料的加热温度比橡胶沥青的加热温度高10～30℃；并且，矿料干拌时间为15～20s，湿拌时间为35～40s；经拌和后形成的钢渣橡胶沥青混凝土的出厂温度为175～185℃。

本发明采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1、本发明使用钢渣代替沥青混合料中的粗集料，不仅可以变废为宝，而且可以节省石料资源，减少由于石料开采而对环境带来的破坏和污染。

2、橡胶沥青是将废轮胎加工成胶粉后与沥青拌合形成的一种沥青胶结料，是一种减少废旧轮胎带来的环境污染，变废为宝的技术措施。废胎胶粉用于沥青混凝土中，能改善沥青混凝土的高温稳定性、抗疲劳性能、水稳定性、低温性能和延缓反射裂缝等路用性能，同时能显著降低路面的行车噪声。

3、本发明将钢渣代替石料作为粗集料与橡胶沥青拌合，形成一种新型的钢渣橡胶沥青混凝土，具有显著的环保意义，是一种最具代表性的环保路面。橡胶沥青的高粘、高弹特性与钢渣高强度、棱角性好的特点相结合，综合了橡胶沥青混凝土和钢渣沥青混凝土的优点，形成一种高温抗剪切性能十分优越的环保型沥青混凝土，且能改善沥青混合料的水稳定性、降噪、抗滑、耐磨，是一种具有优良路用性能的沥青混凝土。可以适用于我国的公路建设事业，并且将成为钢渣处理和废轮胎循环利用的一个重要的突破口。可用城市道路或重交通道路的表面层，改善路面的抗滑和抗剪性能。

4、钢渣橡胶沥青混凝土的矿料中，粒径在4.75mm以上的粗集料采用陈化、消解的钢渣；粒径在4.75mm以下的细集料可采用石灰岩(采用石灰岩生产的细集料多为碱性石料，与橡胶沥青粘结性较好，有利于沥青混合料各项性能的发挥)；填料可视实际情况采用矿粉，或掺加部分消石灰、水泥，以进一步增强沥青混合料的抗水损害能力。

5、按照《公路沥青路面施工技术规范》的要求，沥青层厚不宜小于集料公称最大粒径的2.5～3倍，以便于施工过程中的压实、减少集料离析现象。为此，本发明开发出GZ-ARC10、GZ-ARC13、GZ-ARC16等三种公称最大粒径不同的钢渣橡胶沥青混凝土，用于最小厚度分别为3cm、4cm、5cm的沥青路面表面层。

附图说明

图1为本发明中10～15mm规格的钢渣的示意图。

图2为本发明中5～10mm规格的钢渣的示意图。

图3-1为本发明的一具体实施例中GZARC16级配曲线。

图3-2为本发明的一具体实施例中马歇尔试验结果的表示图。

具体实施方式

钢渣经过一系列加工处理过程后(主要采用打磨机械对陈渣进行破碎、磁选、分离、磨细等深加工处理)可成为优质集料，其物理力学性能可与玄武岩相媲美，因此，在理论上钢渣可以代替玄武岩作为沥青混合料的粗集料。同时钢渣具有多孔的物理特征，与沥青的粘附性较好，且具有良好的耐磨性特点。因此采用钢渣的沥青混凝土本身具有良好的高温稳定性能、抗水损害性能和良好抗滑性能和抗滑耐久性，可以用作沥青路面的表面层。

本发明提供的橡胶沥青钢渣沥青混凝土主要是由钢渣作为粗集料与橡胶沥青混合而成，并且进一步的，还包括有石灰岩作为细集料，以及矿粉或水泥作为填料。

在本发明中，钢渣的选择是钢渣橡胶沥青混凝土成功设计的关键。钢渣集料应满足《钢渣石灰类道路基层施工及验收规范》和ASTMD5106-2003《沥青筑路混合料用钢渣集料标准规范》的相关技术要求。同时钢渣必须分解稳定，应使用堆积一年以上的陈渣，以保证其化学性质的稳定。钢渣破碎的集料规格应满足沥青混凝土用集料的要求，集料规格应满足5～10mm和10～15mm两档的要求(如图1、图2所示)。具体来说，钢渣应满足下面表1的规格要求。

表1钢渣的规格

此外，钢渣还需要满足下面表2的技术要求。

表2钢渣的技术要求

在此，需要说明的是，表中的试验方法是《公路工程集料试验规程》中的内容，是本领域技术人员公知的内容，故在此不做详述。

在本发明中，所采用的橡胶沥青应该满足下面表3的技术指标。

表3橡胶沥青的技术指标

本发明选用的细集料为石灰岩，填料为矿粉或水泥，石灰岩包括3～5mm和0～3mm两档规格，并符合下面表4的要求：

表4细集料的级配要求

本发明通过钢渣(粗集料)、石灰岩(细集料)以及填料形成的矿料的级配具体如表5所示。该三种级配的钢渣橡胶沥青混凝土，根据设计的要求可以广泛使用在各等级的新建道路和改建道路的表面层，城市道路和高等级公路的表面层。

表5钢渣橡胶沥青的级配

在本发明中，GZ-AR系列是将钢渣(粗集料)、石灰岩(细集料)、填料混合后总的一个配比范围，即，是指沥青混合料中钢渣、细集料填料等组成的整个矿料的级配组成，而S系列是指钢渣、细集料等原材料本身的级配组成。

承上所述，在本发明中，矿料级配组成是采用适合钢渣和橡胶沥青性能特点且路用性能较好级配类型——粗集料断级配骨架密实型(如GZ-ARC16、GZ-ARC13、GZ-ARC10)；橡胶沥青与矿料的最佳比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数(如空隙率、矿料间隙率、毛体积密度等)确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定。钢渣橡胶沥青混合料技术指标及性能要求如下表6、表7所示：

表6钢渣橡胶沥青混合料马歇尔技术指标

指标	规范要求
		稳定度	＞6KN
流值	实测
		空隙率	3～5％
饱和度	65～75％

表7钢渣橡胶沥青混合料性能指标

项目

指标要求

试验方法

马歇尔残留稳定度％	不小于90	T0709
			沥青混合料冻融劈裂比	不小于85	T0729
沥青混合料车辙试验次/mm	不小于6000	T0719
			构造深度	0.8	T0731
构造深度耐久性	＞50％

构造深度是表征沥青路面表面抗滑性能的一个技术指标，构造深度越大，路面抗滑性能相对越好，但随着路面使用时间的增长、行车荷载的反复作用，构造深度有减小趋势。为增强抗滑技术性能的可比性，本发明采用刚成型后沥青混凝土的初期构造深度与车辙试验后轮迹带部位的构造深度比值，作为抗滑性能耐久性评价指标。初期构造深度和构造深度比值分别用来评价钢渣橡胶沥青混凝土抗滑性能及抗滑耐久性能。

本发明的初期构造深度要求大于0.8mm。同时，本发明引入混合料抗滑性能耐久性指标，即混合料成型后进行车辙试验，连续作用10000次以后，测定轮迹带上的构造深度，然后用这个构造深度与车辙试验前的构造深度相比，这个比值作为构造深度耐久性指标。耐久性指标要求大于50％。

综上所述，本发明中的橡胶沥青混凝土配合比设计包含了矿料级配设计和最佳油石比设计等内容。通过矿料级配设计，确定钢渣、细集料的材料比例，使沥青混合料矿料级配符合设计要求；在此基础上，拌制橡胶沥青与矿料不同组成比例的沥青混合料，通过马歇尔击实试验及其相关参数的测试计算，确定各方面性能较好橡胶沥青与矿料组成比例，以该比例作为最佳油石比。

本发明在选定橡胶沥青与矿料的比例后，在加热的条件下，将橡胶沥青与矿料进行拌和，橡胶沥青的加热温度为175～180℃，矿料的加热温度比橡胶沥青的加热温度高10～30℃(在某些试验场合，可以为高10～15℃)；并且，矿料干拌时间为15～20s，湿拌时间为35～40s；经拌和后形成的钢渣橡胶沥青混凝土的出厂温度为175～185℃，不超过190℃。并且，贮存温度降低不超过10℃(先进入贮料仓的混合料温度应接近高限)。

钢渣橡胶沥青混凝土在运输时，宜覆盖，以保证摊铺温度。

本发明提供的钢渣橡胶沥青混凝土在摊铺及碾压时应注意以下事项：

摊铺机需要具有自动找平设备。

钢渣橡胶沥青混凝土的摊铺温度不低于170℃。应设专人指挥料车及时后退到摊铺机前和及时卸料。摊铺作业过程中，分料室中的沥青混合料应保持不低于螺旋分料器的轴顶。摊铺机行走速度控制在2m/min。

压路机应采用自重20吨以上轮胎压路机2台，双钢轮压路机3台，其中2台为10～15吨重型压路机，1台为8～10吨轻型压路机。

应严格按照试验路段确定的碾压程序进行碾压，现场应设专人指挥碾压，记录碾压次数。

压路机应紧跟摊铺机碾压，以保证高温碾压，确保混合料的压实度。

钢渣橡胶沥青混合料的初压宜用轮胎压路机进行，碾压次数不少于4遍。重型钢轮压路机作为复压，碾压此数不少于4遍。

钢渣橡胶性沥青混合料终压温度不低于90℃。

对于上面层沥青混合料的现场压实度不应小于98％，现场孔隙率不大于7％。对于下面层沥青混合料的现场压实度不应小于97％，现场孔隙率不大于6％。

本发明使用钢渣代替矿料，不仅可以变废为宝，而且可以节省石料资源，减少由于石料开采而对环境带来的破坏和污染。

本发明将钢渣代替石料作为粗集料与橡胶沥青拌合，形成一种新型的钢渣橡胶沥青混凝土，具有显著的环保意义，是一种最具代表性的环保路面。橡胶沥青的高粘、高弹特性与钢渣高强度、棱角性好的特点相结合，综合了橡胶沥青混凝土和钢渣沥青混凝土的优点，形成一种高温抗剪切性能十分优越的环保型沥青混凝土，且能改善沥青混合料的水稳定性、降噪、抗滑、耐磨，是一种具有优良路用性能的沥青混凝土。可以适用于我国的公路建设事业，并且将成为钢渣处理的一个重要的突破口。

下面，举出一具体实施例，以对本发明进行详细说明。

钢渣橡胶沥青混凝土配合比设计示例(GZARC16)。

1、原材料性能检验

沥青结合料

本项混合料生产配合比设计采用成品橡胶沥青，(基质沥青为滨州的90号A级沥青)，对沥青各项指标进行测试，结果见表3-1、表3-2。

表3-1滨州90#沥青技术指标

表3-2橡胶沥青技术指标

项目	试验结果	技术要求
			180℃旋转粘度(Pa.s)	2.5	2.0～4.0
针入度25℃dmm	72.2	40～80
			延度5cm/min，5℃cm	12.1	＞10
软化点T_R&B℃	67.3	＞58
			弹性恢复(％)	78	＞55

从表3-1、表3-2可以看出，沥青的各项指标均符合钢渣橡胶沥青混凝土对沥青结合料的技术要求，可以用于沥青混合料配合比设计。

粗集料

本次试验采用的粗集料是首钢产钢渣，其粗集料性能检验结果见表3-3、表3-4。

表3-3粗集料力学指标

表3-4粗集料筛分结果

筛孔尺寸	19	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
												S10	100	94	50.2	9.6	0	0	0	0	0	0	0
S12	100	100	100	90.1	10.8	2	0.7	0	0	0	0

从表3-3、表3-4试验结果看，该粗集料性能良好、颗粒级配组成等满足钢渣橡胶沥青混凝土对粗集料的技术要求，可用于沥青混合料配合比设计。

细集料

本次试验中采用的细集料为军庄砂石厂提供的机制砂，对细集料性能试验结果见表3-5、表3-6。

表3-5细集料性能检验

表3-6细集料筛分结果

筛孔尺寸	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
									S14	100	94.6	83.7	56.5	34.9	20.2	11.1	3.7

从表3-5、表3-6结果看，采用的细集料性能满足要求，可以用于沥青混合料配合比设计。

填料

采用石灰石粉作为填料应是干燥、松散而且无泥土、杂质和成团。本次试验采用的矿粉为门头沟沥青厂磨粉分厂生产的石灰石粉，其技术指标见表3-7。

表3-7矿粉的技术性质

从表3-7结果可以看出，矿粉各项指标均满足规范要求，可以使用。

从以上现场的原材料检测结果可以看出，现场的原材料性能满足设计要求，可用于沥青混合料配合比设计。

2、沥青混合料配合比设计

2.1矿料的筛分及材料组成设计

根据原材料的筛分结果，按照《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004的要求，确定各材料的配合比例。集料的筛分、合成级配情况见表3-8，矿料合成级配曲线见图3-1。

2.2油石比的确定

确定矿料合成级配后，取3个不同的沥青用量，进行马歇尔试验，通过对试件进行体积指标计算和分析并进行稳定度、流值试验，从而确定最佳油石比。试验结果见表3-9，试验数据点组成曲线见图3-2根据沥青混合料的各项指标要求，见表3-10，确定沥青混合料的最佳油石比见表3-11。

表3-8SAC16矿料筛分与合成级配一览表

表3-9试验数据汇总表

表3-10沥青混合料技术指标

表3-11GZARC-16沥青混合料最佳油石比计算

项目	a₁	a₂	a₃	a₄	OAC₁	OAC_min	OAC_max	OAC₂	OAC
										数值	6.04	5.8	5.71	5.79	5.85	5.51	6.04	5.78	5.8

2.3配合比设计检验

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，对设计的沥青混合料性能应进行检验，针对GZARC-16沥青混合料的结构特点和在沥青面层中的层位及其受力特点，应对其进行高温稳定性、水稳定性检验。

水稳定性检验

沥青混合料的水稳定性是通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度试验来评价的，本次配合比设计中对沥青混合料的水稳定性检验结果见表3-12。

高温稳定性检验

本次生产配合比设计中对混合料的高温稳定性检验结果见表3-12。

表3-12配合比检验结果

项目	试验值	技术要求
			劈裂冻融残留强度比	87.3	不小于85
残留马歇尔稳定度(％)	93.8	不小于90
			动稳定度次/mm	＞6000	不小于2500

从表3-12中可以看出，GZARC-16沥青混合料水稳定性等各项试验指标均满设计要求。说明GZARC-16沥青混合料的配合比设计是合理的。

2.4配比设计结果汇总

根据以上试验结果，本次配合比设计结果汇总见表3-13。

表3-13GZARC-16沥青混合料配合比汇总

集料	S10	S12	S14	矿粉(％)	油石比(％)	施工控制密度(g/cm³)
							GZARC-16	42	31	19	8	5.8	2.662

Claims

1.一种钢渣橡胶沥青混凝土，其特征在于：

该混凝土选用钢渣作为粗集料，橡胶沥青作为结合料，并且包括有细集料以及填料；上述沥青混合料的矿料级配组成为粗集料断级配骨架密实型，橡胶沥青与矿料的比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定。

2.根据权利要求1所述的钢渣橡胶沥青混凝土，其特征在于：所述钢渣为堆积一年以上的陈渣，并采用打磨机械对陈渣进行破碎、磁选、分离、磨细等深加工处理处理，所述钢渣的规格需要符合下表的要求：

所述钢渣的技术要求需要符合下表的要求：

3.根据权利要求1所述的钢渣橡胶沥青混凝土，其特征在于：所述橡胶沥青的技术指标需要符合下表的要求：

4.根据权利要求1-3任一所述的钢渣橡胶沥青混凝土，其特征在于：所述细集料为石灰岩，所述填料为矿粉或水泥，该石灰岩包括3～5mm和0～3mm两档规格，并符合下表的要求：

5.根据权利要求4所述的钢渣橡胶沥青混凝土，其特征在于：所述粗集料断级配骨架密实型的级配包括有GZ-ARC16、GZ-ARC13、GZ-ARC10，即所述钢渣粗集料、细集料及填料形成的矿料的级配具体如下表所示：

6.一种钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其特征在于：钢渣作为粗集料，橡胶沥青作为结合料，并且该混凝土还包括有细集料以及填料；上述沥青混合料的矿料级配组成为粗集料断级配骨架密实型，橡胶沥青与矿料的比例通过马歇尔击实试验，由马歇尔试件的体积参数确定范围，并经高温抗车辙能力、抗水损害能力等路用性能验证后综合确定；

在将橡胶沥青与上述矿料进行拌和时，橡胶沥青加热温度为175～180℃，矿料的加热温度比橡胶沥青的加热温度高10～30℃；并且，矿料干拌时间为15～20s，湿拌时间为35～40s；经拌和后形成的钢渣橡胶沥青混凝土的出厂温度为175～185℃。

7.根据权利要求6所述的钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其特征在于：所述钢渣为堆积一年以上的陈渣，并采用打磨机械对陈渣进行破碎、磁选、分离、磨细等深加工处理处理，所述钢渣的规格需要符合下表的要求：

所述钢渣的技术要求需要符合下表的要求：

8.根据权利要求6所述的钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其特征在于：所述橡胶沥青的技术指标需要符合下表的要求：

9.根据权利要求6-8任一所述的钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其特征在于：所述细集料为石灰岩，所述填料为矿粉或水泥，该石灰岩包括3～5mm和0～3mm两档规格，并符合下表的要求：

10.根据权利要求9所述的钢渣橡胶沥青混凝土的制备方法，其特征在于：所述粗集料断级配骨架密实型的级配包括有GZ-ARC16、GZ-ARC13、GZ-ARC10，即所述钢渣粗集料、细集料及填料形成的矿料的级配具体如下表所示：