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Abstract

本发明提供一种泡沫沥青钢渣混合料，它由以下组分按重量百分比组成：20%的泡沫沥青、70~73%的钢渣集料、1~2%的水玻璃溶液、1~3%的水泥粉末、及5%的水。本发明还提供该混合料的制备方法，它包括以下步骤：1）选取泡沫沥青、钢渣集料、水玻璃溶液、水泥粉末、及水；2）将粒径大于4.75mm的钢渣集料作为钢渣粗集料，粒径小于4.75mm的钢渣集料作为钢渣细集料；3）将钢渣粗集料与水混合，然后将混合后得到的混合物与水玻璃溶液及水泥粉末拌和，直至水玻璃溶液、水泥粉末与水形成的浆体均匀裹覆于钢渣粗集料表面；4）将钢渣细集料与将预处理后的钢渣粗集料均匀拌和；5）将泡沫沥青与钢渣集料充分搅拌，即得到泡沫沥青钢渣混合料。该泡沫沥青钢渣混合料的养护性能和力学强度得到较大改善。

Description

泡沫沥青钢渣混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青路面材料领域，尤其涉及一种泡沫沥青钢渣混合料及其制备方法。
背景技术
目前我国部分经济发达地区道路行业的重心已经率先开始从道路新修建设向大中修养护方式转移。在各种路面养护措施中，使用泡沫沥青混合料具有施工方便，养护性能良好及能耗低等优点。在道路翻修的同时，我国固体废弃物产生量却在逐年递增。
现有的泡沫沥青混合料中，泡沫沥青主要裹覆于粒径小于4.75mm的细集料中，粗集料上的泡沫沥青由于气泡消失而获得极其少的沥青。因此，粗集料间的粘结强度降低，泡沫沥青混合料的强度主要由细集料与泡沫沥青组成的砂浆提供，从而使得现有泡沫沥青混合料的力学强度不高，养生周期偏长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能提高泡沫沥青混合料中粗集料间的粘结强度、缩短养生周期且力学强度提高的泡沫沥青钢渣混合料及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，它由以下组分按重量百分比组成：20%的泡沫沥青、70~73%的钢渣集料、1~2%的水玻璃溶液、1~3%的水泥粉末、及5%的水。
上述方案中，所述泡沫沥青可由以下方法制备得到：将温度为140℃~150℃的基质沥青与温度为40~50℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡而得。
上述方案中，所述泡沫沥青的膨胀率比大于10，半衰期大于8s。
上述方案中，所述钢渣集料为陈放1年以上的转炉钢渣，所述钢渣集料的最大公称粒径为16mm。
上述方案中，所述钢渣集料表面的氢氧化钙、碳酸钙以及石膏的质量总和不超过钢渣集料质量的1%。
上述方案中，所述钢渣集料的级配为：4.75mm筛孔通过率为50%-60%；0.075mm筛孔通过率大于7%。
上述方案中，所述水玻璃溶液为化学分子式为Na2O.xSiO2.nH2O的硅酸纳与水混合而成的波美度为40~42o的溶液，所述水玻璃溶液的固相物含量为37.5%，水含量为62.5%。
上述方案中，所述水泥粉末的粒度分布特征为：0.6 mm通过率为100%，0.15 mm通过率为90~100%，0.075通过率为80~94%。
泡沫沥青钢渣混合料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）备料：按照重量百分比为20%的泡沫沥青、70~73%的钢渣集料、1~2%的水玻璃溶液、1~3%的水泥粉末、及5%的水选取上述原料；
2）选取步骤1）中粒径大于4.75mm的钢渣集料作为钢渣粗集料，粒径小于4.75mm的钢渣集料作为钢渣细集料；
3）对步骤2）中的钢渣粗集料进行预处理，具体为：将步骤2）中的钢渣粗集料与水混合，然后将混合后得到的混合物与水玻璃溶液及水泥粉末拌和，直至水玻璃溶液、水泥粉末与水形成的浆体均匀裹覆于钢渣粗集料表面；
4）将钢渣细集料与将预处理后的钢渣粗集料均匀拌和；
5）将泡沫沥青与步骤4）得到的钢渣集料充分搅拌，即得到泡沫沥青钢渣混合料。
上述方案中，泡沫沥青的制备方法为：将温度为140℃~150℃的基质沥青与温度为40~50℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡即得。
本发明的原理为：通过水玻璃与水泥的相互促进作用，加速钢渣集料的水化反应，使钢渣集料之间形成大面积的粘结面，有效避免了传统泡沫沥青混合料中粗集料之间仅仅是由斑点状的沥青以点对占焊接的方式粘结，大幅提高了粗集料间的粘结强度，从而缩短了泡沫沥青混合料的养生周期，提高了混合料的力学强度。
钢渣含有一定量的硅酸三钙与β型硅酸二钙，具有弱水泥熟料的性质。在有水存在时，钢渣会自发地进行水化反应，但水化速度非常缓慢。水泥粉末加入混合料后，其自身的快速的水化过程不仅能够在钢渣集料间生成大量的C-S-H凝胶以及Ca(OH)2，也会生成大量的OH-。水化产物与钢渣集料表面可以通过Si-O-Al键连接，从而使得钢渣粗集料之间粘结起来，快速提高混合料的强度。水玻璃提供的Na+可以与混合料中的OH-结合并使pH值迅速达到13，有益水化反应的持续进行。同时水玻璃与水泥共存时，其产生的层状水化产物会匀速释放反应物，使混合料的强度拥有较强劲的后期增长。
本发明的有益效果是：钢渣作为钢铁生产的副产物，将钢渣作为集料应用于泡沫沥青混合料将进一步拓宽钢渣的利用途径，同时也会增强泡沫沥青混合料的养护性能和力学强度，丰富泡沫沥青混合料的研究与应用体系。
附图说明
图1为各实施例及对比例在不同养生时间下的间接拉伸强度图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例提供一种泡沫沥青钢渣混合料，它由以下组分按重量百分比组成：20%的泡沫沥青、73%的钢渣集料、1%的水玻璃溶液、1%的水泥粉末、及5%的水。
所述泡沫沥青可由以下方法制备得到：将温度为140℃的基质沥青与温度为40℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡而得。所述泡沫沥青的膨胀率比和半衰期如表1所示。
所述钢渣集料为陈放1年以上的转炉钢渣，所述钢渣集料的最大公称粒径为16mm。所述钢渣集料表面的氢氧化钙、碳酸钙以及石膏的质量总和不超过钢渣集料质量的1%，较低的杂质含量能有益水化反应的进行。所述钢渣集料的级配为：4.75mm筛孔通过率为50%-60%；0.075mm筛孔通过率大于7%。
所述水玻璃溶液为化学分子式为Na2O.xSiO2.nH2O的硅酸纳与水混合而成的波美度为40~42o的溶液，所述水玻璃溶液的固相物含量为37.5%，水含量为62.5%。
所述水泥粉末的粒度分布特征为：0.6 mm通过率为100%，0.15 mm通过率为90~100%，0.075通过率为80~94%。
本实施例还提供一种泡沫沥青钢渣混合料的制备方法，它包括以下步骤：
1）备料：按照重量百分比为20%的泡沫沥青、73%的钢渣集料、1%的水玻璃溶液、1%的水泥粉末、及5%的水选取上述原料；
2）选取步骤1）中粒径大于4.75mm的钢渣集料作为钢渣粗集料，粒径小于4.75mm的钢渣集料作为钢渣细集料；
3）对步骤2）中的钢渣粗集料进行预处理，具体为：将步骤2）中的钢渣粗集料与水混合，然后将混合后得到的混合物与水玻璃溶液及水泥粉末拌和2-3分钟，直至水玻璃溶液、水泥粉末与水形成的浆体均匀裹覆于钢渣粗集料表面；
4）将钢渣细集料与将预处理后的钢渣粗集料均匀拌和；
5）将步泡沫沥青延时1s后投入搅拌缸中与步骤4）得到的钢渣集料充分搅拌，即得到泡沫沥青钢渣混合料。
上述泡沫沥青的制备方法为：将温度为140℃的基质沥青与温度为40℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡即得；
将制备得到的泡沫沥青钢渣混合料放入40℃的烘箱中养生，并测算不同养生阶段的间接拉伸强度，如图1所示。
实施例2
实施例2与实施例1大致相同，不同之处在于：1）本实施例的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、70%的钢渣集料、2%的水玻璃溶液、3%的水泥粉末、及5%的水；2）制备泡沫沥青的水的温度为50℃。
所述泡沫沥青的膨胀率比和半衰期如表1所示。所述泡沫沥青钢渣混合料不同养生阶段的间接拉伸强度，如图1所示。
实施例3
实施例3与实施例1大致相同，不同之处在于：1）本实施例的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、71%的钢渣集料、1%的水玻璃溶液、3%的水泥粉末、及5%的水；2）制备泡沫沥青的基质沥青的温度为150℃。
所述泡沫沥青的膨胀率比和半衰期如表1所示。所述泡沫沥青钢渣混合料不同养生阶段的间接拉伸强度，如图1所示。
实施例4
实施例4与实施例1大致相同，不同之处在于：本实施例的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、71%的钢渣集料、2%的水玻璃溶液、2%的水泥粉末、及5%的水。
所泡沫沥青钢渣混合料不同养生阶段的间接拉伸强度，如图1所示。
实施例5 
实施例5与实施例1大致相同，不同之处在于：本实施例的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、72%的钢渣集料、1%的水玻璃溶液、2%的水泥粉末、及5%的水。
所泡沫沥青钢渣混合料不同养生阶段的间接拉伸强度，如图1所示。
对比例1
与实施例1大致相同，不同之处在于：对比例1的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、73%的钢渣集料、2%的水玻璃溶液、及5%的水，未使用水泥粉末。制备方法中仅使用水玻璃溶液和水对钢渣粗集料进行预处理。
对比例2
与实施例1大致相同，不同之处在于：对比例2的泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、73%的钢渣集料、2%的水泥粉末、及5%的水，未使用水玻璃溶液。制备方法中仅使用水泥粉末和水对钢渣粗集料进行预处理。
对比例3
与实施例1大致相同，不同之处在于：对比例3泡沫沥青钢渣混合料包括20%的泡沫沥青、75%的钢渣集料、5%的水，未使用水泥粉末和水玻璃溶液。制备方法中仅使用水对钢渣粗集料进行预处理。
图1显示了各实施例1-5及对比例1-3在不同养生时间下的间接拉伸强度值。由图1的结果可以看出，使用碱激发剂水玻璃及水泥粉末将钢渣粗集料进行预处理，可以大幅增加钢渣集料的水化活性，在泡沫沥青混合料拌合后，钢渣集料发生较为强烈的水化反应，极大提高了混合料的早期整体强度。水泥粉末对于混合料的早期强度有较明显的贡献。但在对比例2中，只添加水泥的泡沫沥青混合料虽然早期强度较高，但在养生72h后其强度增长较小。而在对比例1中，只添加水玻璃溶液，早期强度相较添加水泥的混合料的要低，但后期强度增长较明显。因此，同时添加水泥和水玻璃溶液能起到协同作用，共同促进混合料的早期强度和后期强度。而既未采用水玻璃也未采用水泥的泡沫沥青钢渣混合料，其早期强度及到72h的强度均较各实施例小很多。

Claims (10)

1.泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，它由以下组分按重量百分比组成：20%的泡沫沥青、70~73%的钢渣集料、1~2%的水玻璃溶液、1~3%的水泥粉末、及5%的水。
2.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述泡沫沥青可由以下方法制备得到：将温度为140℃~150℃的基质沥青与温度为40~50℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡而得。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述泡沫沥青的膨胀率比大于10，半衰期大于8s。
4.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述钢渣集料为陈放1年以上的转炉钢渣，所述钢渣集料的最大公称粒径为16mm。
5.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述钢渣集料表面的氢氧化钙、碳酸钙以及石膏的质量总和不超过钢渣集料质量的1%。
6.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述钢渣集料的级配为：4.75mm筛孔通过率为50%-60%；0.075mm筛孔通过率大于7%。
7.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述水玻璃溶液为化学分子式为Na2O.xSiO2.nH2O的硅酸纳与水混合而成的波美度为40~42o的溶液，所述水玻璃溶液的固相物含量为37.5%，水含量为62.5%。
8.根据权利要求1所述的泡沫沥青钢渣混合料，其特征在于，所述水泥粉末的粒度分布特征为：0.6 mm通过率为100%，0.15 mm通过率为90~100%，0.075通过率为80~94%。
9.泡沫沥青钢渣混合料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）备料：按照重量百分比为20%的泡沫沥青、70~73%的钢渣集料、1~2%的水玻璃溶液、1~3%的水泥粉末、及5%的水选取上述原料；
2）选取步骤1）中粒径大于4.75mm的钢渣集料作为钢渣粗集料，粒径小于4.75mm的钢渣集料作为钢渣细集料；
3）对步骤2）中的钢渣粗集料进行预处理，具体为：将步骤2）中的钢渣粗集料与水混合，然后将混合后得到的混合物与水玻璃溶液及水泥粉末拌和，直至水玻璃溶液、水泥粉末与水形成的浆体均匀裹覆于钢渣粗集料表面；
4）将钢渣细集料与将预处理后的钢渣粗集料均匀拌和；
5）将泡沫沥青与步骤4）得到的钢渣集料充分搅拌，即得到泡沫沥青钢渣混合料。
10.如权利要求9所述的泡沫沥青钢渣混合料的制备方法，其特征在于，所述泡沫沥青的制备方法为：将温度为140℃~150℃的基质沥青与温度为40~50℃的水按照重量比为100：3置于沥青发泡机中混合发泡即得。
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