CN104631269B - 一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料及施工方法，所述钢渣集料同步碎石封层材料按钢钢渣集料85%～95%，沥青5%～15%，填料0%～10%的用量制成，其中填料由以重量份计的10～90的石灰石矿粉和10～90的半干法烟气脱硫灰组成。本发明的钢渣集料同步碎石封层材料具有良好的防水性、抗滑性和耐磨性。本发明为钢渣和脱硫灰的资源化利用提供了一个有效途径，同时还降低了公路建设的成本，具有良好的经济环境效益。
Description
技术领域
本发明属于公路养护技术领域，具体涉及一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料及施工方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，是冶炼行业的主要固体副产物。长期以来，大量钢渣废弃堆放，不仅占用了大片的工业和农业用地，而且对环境造成了很大的污染。随着钢铁工业的发展，钢渣的排放量也逐年扩大，如何加强钢渣的资源化利用成为影响钢铁行业可持续性发展和生态环境保护的关键。
同步碎石封层，就是使用同步碎石封层车将碎石及粘结材料同步铺洒在路面上，通过自然行车碾压形成单层沥青碎石磨耗层。同步碎石封层技术的最大优点是同步铺洒粘结材料和石料，实现喷洒到路面上的高温粘结料在不降温的条件下及时与碎石结合的效果，从而确保粘结料和石料之间的牢固结合。
同步碎石封层具有良好的防水性、防滑性、耐磨等特点，是能耗最低的公路养护技术，其施工工艺简单，不仅适用于高速公路、一级公路、二级公路，又适用于城市道路、乡村和市郊公路，是目前我国应用最广泛的公路养护技术之一。
常用的同步碎石封层材料中沥青混合料中所用玄武岩集料资源短缺且成本较高。
发明内容
为了克服现有技术中钢渣难以进行无害化处理并得到利用，道路养护中对优质石料的依赖较大的问题，本发明提供一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料及施工方法，同步碎石封层材料用钢渣代替石料，减少了钢渣对环境的影响；并利用了脱硫灰，进一步降低生产成本。
本发明的目的是这样实现的：一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，所述的材料由钢渣集料、沥青和填料按下述重量百分比制成：钢渣集料85％～95％，沥青5％～15％，填料0％～10％。
优选的，所述的材料由钢渣集料、沥青和填料按下述重量百分比制成：钢渣集料90％， 沥青5％，填料5％。
所述的钢渣集料最大粒径不大于16mm,粒径最大值与最小值之差不大于4mm，干燥且表面洁净，压碎值不大于26％，针片状含量不大于15％。
所述的钢渣集料为经破碎的转炉钢渣颗粒，破碎前钢渣颗粒应经自然陈化至少一年。
所述的填料由石灰石矿粉和半干法烟气脱硫灰按下述重量份混合而成：石灰石矿粉10～90、半干法烟气脱硫灰10～90。
所述的沥青为普通沥青、稀释沥青、SBS改性沥青、乳化沥青、橡胶改性沥青或自制沥青中的一种或多种的混合物。
所述的半干法烟气脱硫灰是经高温改性的烧结厂半干法烟气脱硫灰，改性温度为200℃～300℃，改性时间为30min～60min。
所述的自制乳化沥青制备过程如下：沥青与水的比例为1：1，OP-10乳化剂占沥青、水总和的1％，氢氧化钠占沥青、水总和的4‰，把OP-10乳化剂、水和氢氧化钠混合，在油浴中加热到70℃，边加热边慢慢搅拌，把沥青加热到150℃，然后慢慢注入到上述混合溶液中，边注入边高速剪切，剪切在3000rpm左右注入完沥青后，再在4000rpm下高速剪切3-5min，得到自制乳化沥青。
利用上述材料进行公路养护的施工方法，先将钢渣集料与填料混合均匀，控制沥青与钢渣集料和填料混合料的撒布间隔时间不大于1S，使用改性沥青时，粘结料施工温度在160℃～170℃。
本发明提供的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料及施工方法，具有以下有益效果：
1、充分利用钢渣和脱硫灰的性能优势和成本优势。钢渣集料压碎值低于传统石料，而且具有耐磨性好、棱角性好、颗粒形状规则、针片状含量少等特点；脱硫灰能够提高沥青胶浆与集料的粘附性，所制备的钢渣集料同步碎石封层具有优良的防水性、抗滑性和耐磨性等路用性能。因此，利用废弃钢渣代替优质公路养护集料用于同步碎石封层，可以降低公路养护成本，延长公路使用寿命。
2、脱硫灰作为烧结厂的脱硫产物，其化学成分与沥青混合料中所用石灰石矿粉差异不大，经过高温改性后其性能非常稳定，将其代替部分石灰石矿粉能够提高沥青胶浆和集 料的粘附性，从而提高沥青路面的使用性能，不仅能降低公路建设的成本还能缓解脱硫灰大量堆积带来的一系列环境问题。利用钢渣和脱硫灰来制备同步碎石封层材料，为钢渣和脱硫灰的资源化利用提供了一种有有效途径。
3、本发明对钢渣集料粒径、压碎值及针片状含量进行了优化选择，是根据同步碎石封层所用集料的技术要求来确定的，本发明提供的钢渣集料破碎后具有压碎值低、耐磨性好、棱角性好、颗粒形状规则、针片状含量少等特点，可满足同步碎石封层对集料的要求。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作进一步说明，实施例仅是说明性，而不应对本发明的保护范围起限制作用。
以下实施例中所采用的钢渣集料主要物理性能指标见表1。
表1 钢渣集料主要物理指标
| 性能指标 | 实测值 | 技术要求 | 试验方法 |
| 密度(g/cm3) | 3.201 | ＞2.5 | T 0304 |
| 压碎值(％) | 13.7 | ＜26 | T 0316 |
| 洛杉矶磨耗(％) | 13.8 | ＜30 | T 0317 |
| 针片状含量(％) | 5.1 | ≤15 | T 0312 |
| 坚固性 | 2.6 | ≤12 | T 0314 |
| 粘附性 | 5 | ≥4级 | T 0616 |
上述钢渣集料为经破碎的转炉钢渣颗粒，破碎前钢渣颗粒应经自然陈化至少一年；钢渣集料最大粒径不大于16mm,粒径最大值与最小值之差值不大于4mm。
下以实施例中的半干法烟气脱硫灰是经高温改性的烧结厂半干法烟气脱硫灰，改性温度为200℃～300℃，改性时间为30min～60min。
实施例1：将钢渣集料90kg、沥青10kg、填料0kg混合后得到公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料；
沥青选用稀释沥青。
实施例2：将钢渣集料85kg、沥青10kg，填料5kg混合后得到公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料；
其中填料由石灰石矿粉10kg、半干法烟气脱硫灰90kg混合而成；
沥青选用乳化沥青或橡胶改性沥青。
实施例3：将钢渣集料90kg、沥青5kg，填料5kg混合后得到公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料；
其中粘结料由石灰石矿粉90kg、半干法烟气脱硫灰10kg混合而成；
沥青选用SBS改性沥青。
实施例4：
本实施例采用6mm～10mm钢渣集料作为同步碎石封层用集料，70号道路石油基质沥青作为粘结料，沥青性能指标见表2。
表2 70号道路石油基质沥青性能指标
| 性能指标 | 实测值 | 技术要求 | 试验方法 |
| 针入度(25℃、5s、100g，0.1mm) | 73 | 60～80 | T 0604 |
| 软化点(℃) | 48.2 | ≥43 | T 0606 |
| 延度(15℃，cm) | 140 | ≥100 | T 0605 |
| 粘度(60℃，Pa·s) | 255 | ≥160 | T 0602 |
首先采用轮碾法成型用于制作同步碎石封层的旧沥青路面板，试模为300mm×300mm×50mm的车辙试验试模。用于制作旧沥青路面板的沥青混合料配合比为：
玄武岩9.5～16mm:22％；玄武岩4.75～9.5mm:24％；石灰石2.36～4.75mm:16％；石灰石0～2.36mm:34％；矿粉：4％；
控制油石比：5.1％。
将拌合好的沥青混合料全部倒入车辙试验试模中，调整碾压轮荷载至9KN，将混合料碾压成型后放置在露天环境中若干天，作为同步碎石封层用旧沥青面板。
按照钢渣24.8kg/m2,70号道路石油基质沥青1.6kg/m2，石灰石矿粉0.8kg/m2，脱硫灰0.8kg/m2的用量在成型好的旧沥青面板上制作3组同步碎石封层，其路用性能指标如表3所示。
表3 同步碎石封层路用性能测试结果
| 性能指标 | 1 | 2 | 3 | 技术要求 |
| 摩擦摆值 | 71.2 | 76.5 | 73.4 | ≥45 |
| 构造深度(mm) | 1.07 | 1.21 | 1.13 | ≥0.55 |
| 渗水系数(mL/min) | 0 | 0 | 0 | 符合要求 |
结果表明，钢渣碎石封层摩擦摆值、构造深度和渗水系数路用性能指标均满足技术要 求。
实施例5：
本实施例采用本10mm～14mm钢渣集料作为同步碎石封层用集料，SBS改性沥青作为同步碎石封层用粘结料，沥青性能指标见表4。
按照实施例4中的方法成型同步碎石封层用旧沥青面板，然后按照钢渣28kg/m2,SBS改性沥青1.6kg/m2，石灰石矿粉0.64kg/m2，半干法烟气脱硫灰0.96kg/m2的用量在沥青混合料车辙板上制作3同步组碎石封层，其路用性能指标如表5所示。
表4 SBS改性沥青性能指标
| 性能指标 | 实测值 | 技术要求 | 试验方法 |
| 针入度(25℃、5s、100g,0.1mm) | 55 | 40～60 | T 0604 |
| 软化点(℃) | 72 | ≥60 | T 0606 |
| 延度(15℃，cm) | 34 | ≥20 | T 0605 |
| 弹性恢复(25℃，％) | 90 | ≥75 | T 0662 |
表5 同步碎石封层路用性能测试结果
| 性能指标 | 1 | 2 | 3 | 技术要求 |
| 摩擦摆值 | 75.2 | 74.7 | 78.4 | ≥45 |
| 构造深度(mm) | 1.37 | 1.28 | 1.33 | ≥0.55 |
| 渗水系数(mL/min) | 0 | 0 | 0 | 符合要求 |
结果表明，钢渣碎石封层摩擦摆值、构造深度和渗水系数路用性能指标均满足技术要求。
实施例6：
本实施例采用4mm～6mm钢渣集料作为同步碎石封层用集料，SBS改性沥青作为同步碎石封层用粘结料，沥青性能指标见表6。
按照实施例4中的方法成型同步碎石封层用旧沥青面板，然后按照钢渣19.2kg/m2,SBS改性沥青1.2kg/m2，石灰石矿粉0.48kg/m2，半干法烟气脱硫灰0.48kg/m2的用量在沥青混合料车辙板上制作3组同步碎石封层，其路用性能指标如表7所示。
表6 SBS改性沥青性能指标
| 性能指标 | 实测值 | 技术要求 | 试验方法 |
| 针入度(25℃、5s、100g，0.1mm) | 55 | 40～60 | T 0604 |
| 软化点(℃) | 72 | ≥60 | T 0606 |
| 延度(15℃，cm) | 34 | ≥20 | T 0605 |
| 弹性恢复(25℃，％) | 90 | ≥75 | T 0662 |
表7 同步碎石封层路用性能测试结果
| 性能指标 | 1 | 2 | 3 | 技术要求 |
| 摩擦摆值 | 65.3 | 64.9 | 68.7 | ≥45 |
| 构造深度(mm) | 0.97 | 1.03 | 1.15 | ≥0.55 |
| 渗水系数(mL/min) | 0 | 0 | 0 | 符合要求 |
结果表明，钢渣碎石封层摩擦摆值、构造深度和渗水系数路用性能指标均满足技术要求。
实施例7
本实施例采用6mm～10mm钢渣集料作为同步碎石封层用集料，快裂型PCR改性乳化沥青作为同步碎石封层用粘结料，沥青性能指标见表8。
按照实施例4中的方法成型同步碎石封层用旧沥青面板，然后按照钢渣25.5kg/m2,改性乳化沥青1.46kg/m2，石灰石矿粉0.73kg/m2，半干法烟气脱硫灰0.73kg/m2的用量在沥青混合料车辙板上制作3组同步碎石封层，其路用性能指标如表9所示。
表8 快裂型PCR改性乳化沥青性能指标
表9 同步碎石封层路用性能测试结果
| 性能指标 | 1 | 2 | 3 | 技术要求 |
| 摩擦摆值 | 67.3 | 68.9 | 71.7 | ≥45 |
| 构造深度(mm) | 1.27 | 1.38 | 1.31 | ≥0.55 |
| 渗水系数(mL/min) | 0 | 0 | 0 | 符合要求 |
结果表明，钢渣碎石封层摩擦摆值、构造深度和渗水系数路用性能指标均满足技术要求。
实施例8：
本实施例采用4mm～6mm钢渣集料作为同步碎石封层用集料，自制乳化沥青作为同步碎石封层用粘结料。自制乳化沥青按如下工艺制备：沥青与水的比例为1：1，OP-10乳化剂占油、水总和的1％，氢氧化钠占油、水总和的4‰，把OP-10乳化剂、水和氢氧化钠 混合，在油浴中加热到70℃，边加热边慢慢搅拌，把沥青加热到150℃，然后慢慢注入到上述混合溶液中，边注入边高速剪切，剪切在3000rpm左右注入完沥青后，再在4000rpm剪切3-5min，自制乳化沥青性能指标见表10。
按照实施例4中的方法成型同步碎石封层用旧沥青面板，然后按照钢渣集料20.5kg/m2,自制乳化沥青1.35kg/m2，石灰石矿粉0.68kg/m2，半干法烟气脱硫灰0.45kg/m2的用量在沥青混合料车辙板上制作3组同步碎石封层，其路用性能指标如表11所示。
表10 自制乳化沥青性能指标
表11 同步碎石封层路用性能测试结果
| 性能指标 | 1 | 2 | 3 | 技术要求 |
| 摩擦摆值 | 57.3 | 59.8 | 58.7 | ≥45 |
| 构造深度(mm) | 1.01 | 0.93 | 1.10 | ≥0.55 |
| 渗水系数(mL/min) | 0 | 0 | 0 | 符合要求 |
结果表明，钢渣碎石封层摩擦摆值、构造深度和渗水系数路用性能指标均满足技术要求。
利用上述实施例1－8得到的钢渣集料同步碎石封层材料进行公路养护的施工方法是，先将钢渣集料与填料混合均匀，控制沥青与钢渣集料和填料混合料的撒布间隔时间不大于1s，使用改性沥青时，粘结料施工温度在160℃～170℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进等均应包括在发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的材料由钢渣集料、沥青和填料按下述重量百分比制成：钢渣集料85%～95%，沥青5%～15%，填料0%～10%；所述的钢渣集料最大粒径不大于16mm,粒径最大值与最小值之差值不大于4mm，干燥且表面洁净，压碎值不大于26%，针片状含量不大于15%。
2.根据权利要求1所述的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的材料由钢渣集料、沥青和填料按下述重量百分比制成：钢渣集料90%，沥青5%，填料5%。
3.根据权利要求1或2所述的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的钢渣集料为经破碎的转炉钢渣颗粒，破碎前钢渣颗粒应经自然陈化至少一年。
4.根据权利要求1或2所述的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的填料由石灰石矿粉和半干法烟气脱硫灰按下述重量份混合而成：石灰石矿粉 10～90、半干法烟气脱硫灰10～90。
5.根据权利要求4所述的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的沥青为普通沥青、稀释沥青、SBS改性沥青、乳化沥青或橡胶改性沥青中的一种。
6.根据权利要求4所述的公路养护用钢渣集料同步碎石封层材料，其特征在于，所述的半干法烟气脱硫灰是经高温改性的烧结厂半干法烟气脱硫灰，改性温度为200℃～300℃，改性时间为30min～60min。
7.利用权利要求1－6中任一权利要求所述的材料进行公路养护的施工方法，其特征在于：先将钢渣集料与填料混合均匀，控制沥青与钢渣集料和填料混合料的撒布间隔时间不大于1s，使用改性沥青时，粘结料施工温度在160℃～170℃。
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