CN105565708B - 一种玛蹄脂碎石沥青混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玛蹄脂碎石沥青混合料，所述混合料包括以下原料组分及重量份：粗集料65~80重量份；细集料10~25重量份；钢渣矿粉10~15重量份；所述混合料还包括沥青，所述沥青的质量为粗集料、细集料和钢渣矿粉的总重量的5.5~7wt%；所述混合料还包括纤维稳定剂，所述纤维稳定剂的质量为粗集料、细集料、钢渣矿粉和沥青总质量的0.25~0.45wt%。本发明中技术方案有效地减少钢渣稳定性不良带来的危害，使钢渣中游离氧化钙含量范围放宽到5%以下，扩大了钢渣使用范围，所获得的沥青混凝土的抗车辙能力、强度和水稳定性高。

Description

一种玛蹄脂碎石沥青混合料
技术领域
本发明涉及公路建筑材料领域，具体公开了一种玛蹄脂碎石沥青混合料。
背景技术
钢渣作为炼钢工业产生的废渣，生产量约为粗钢产量的10％-15％，是冶炼行业的主要固体副产物，其严峻的综合利用形势使各国对钢渣资源化利用空前重视，因此，研究钢渣的特性，开发新的综合利用途径具有重要的意义。
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及限位稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认(使用较多)的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有良好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较好的表现。
现有的采用钢渣制备沥青玛蹄脂碎石混合料的技术，普遍利用了钢渣质地坚硬、表面粗糙的特点，使其代替玄武岩或辉绿岩。同时利用钢渣售价要远低于玄武岩和辉绿岩的优势来降低造价。但是在实际操作中，由于钢渣密度(一般为3.500g/cm3)要远大于玄武岩和辉绿岩(一般为2.900g/cm3)，使得采用钢渣制备的混合料整体密度要大于普通混合料，在同样油石比(沥青与矿料质量比的百分数)的情况下，实际用油量要远大于普通沥青玛蹄脂碎石混合料。使实际造价大大增加，这也是目前推广困难的主要原因。
另外，由于沥青玛蹄脂碎石混合料采用的“三多一少”的结构，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少组成。而钢渣粗集料由于其颗粒中包裹着较多的游离氧化钙和游离氧化镁，存在着稳定性不良的问题，在目前的技术条件下多采用经过稳定化处理后的钢渣进行粗集料的替代，一般钢渣游离氧化钙含量为1.2-2％，这极大的制约了钢渣的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种沥青密级配面层混凝土，用于克服现有技术中钢渣大规模利用存在的成本高质量不稳定的缺陷。
一种玛蹄脂碎石沥青混合料，所述混合料包括以下原料组分及重量份：
粗集料 65～80重量份
细集料 10～25重量份
钢渣矿粉 10～15重量份
所述混合料还包括沥青，所述沥青的质量为粗集料、细集料和钢渣矿粉的总重量的5.5～7wt％；
所述混合料还包括纤维稳定剂，所述纤维稳定剂的质量为粗集料、细集料、钢渣矿粉和沥青总质量的0.25～0.45wt％。
优选地，所述粗集料为玄武岩或辉绿岩，公称最大粒径为13.2～4.75mm。
优选地，所述细集料符合JTG F40-2004中沥青混合料用机制砂或石屑规格中S15规格的标准。
具体地，所述细集料采用水洗法通过各筛孔的质量百分率分别为：在公称粒径为9.5mm时为100％；公称粒径为4.75mm时为90～100％，公称粒径为2.36mm时为60～90％，公称粒径为1.18mm时为40～75％，公称粒径为0.6mm时为20～55％，公称粒径为0.3mm时为7～40％，公称粒径为0.15mm时为2～20％，公称粒径为0.075mm时为0～10％。
优选地，所述钢渣矿粉为粒度小于0.6mm的转炉滚筒钢渣，且以所述钢渣矿粉的总质量为基准计，所述钢渣矿粉中粒度小于0.6mm的颗粒的质量百分含量为100％，粒度小于0.15mm的颗粒的质量百分含量为90～100％，粒度小于0.075mm的颗粒的质量百分含量为80～100％。
更优选地，所述钢渣矿粉的亲水系数小于1。更优选地，所述钢渣矿粉的塑性指数小于4％。
优选地，所述钢渣的游离氧化钙含量控制在5％以下。
优选地，所述细集料为转炉滚筒钢渣通过制砂整形处理后获得，所述制砂整形处理依次包括以下步骤；第一次筛分、磁选、整形破碎和第二次筛分。
第一次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于15mm。
磁选的工艺参数值：采用磁选机磁场强度为9000～18000GS，经过磁选后物料中MFe<1％。
第二次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于5mm。
优选地，所述沥青为SBS改性沥青。
本发明还公开了一种制备如上述所述沥青混合料的方法，包括如下步骤：将粗集料、细集料和纤维稳定剂在170～180℃下混合搅拌，然后加入钢渣矿粉和沥青再进行混合搅拌。
优选地，所述沥青为SBS改性沥青。
更为具体地，本发明技术方案中采用的SBS改性沥青符合JTG F40-2004标准。
更为具体地，本发明技术方案中采用的SBS改性沥青为上述标准中的I-D型。
优选地，所述纤维稳定剂为木质素纤维。
更为具体地，本发明中采用的木质素纤维符合JTG F40-2004标准。
本发明中还公开了上述所述沥青混合料在公路施工中的用途。
本发明中上述技术方案的有益效果为：
1)使用花岗岩或辉绿岩作为粗集料，钢渣作为细集料、并与钢渣矿粉混合共同制备了玛蹄脂碎石沥青混合料，本发明技术方案有效地减少钢渣稳定性不良带来的危害，使钢渣中游离氧化钙含量范围放宽到5％以下，扩大了钢渣使用范围。现有技术中刚形成的转炉钢渣并不能够被直接利用，其需要长时间的放置熟化，并且在以后的使用时还需要复杂的工艺控制游离氧化钙的含量，一般现有技术中游离氧化钙的含量要控制在2％以下；而本发明中技术方案无需熟化加工处理其可以直接采用刚刚形成的转炉钢渣，节省了处理刚形成的钢渣的时间和成本，并且用这种钢渣形成的沥青混合料的使用性能优异，满足公路建设用工的质量标准。
2)本发明中技术方案还减少了在使用钢渣作为粗集料制备沥青混合料中，存在的由于钢渣多孔结构造成的用油量即使用沥青量偏高的问题，本发明技术方案中使用油量与普通SMA沥青混凝土相当，节约了生产成本，提升其竞争优势。
3)由于钢渣呈碱性，使用钢渣细集料与钢渣矿粉作为玛蹄脂碎石混凝土的集料和矿粉可更好的与沥青进行结合，提升其抗车辙能力。
4)由于钢渣矿粉中含有公称最大粒径小于75μm的物料，特别是公称最大粒径小于45um的物料，其在遇水环境下会发生缓慢的水化反应，提高了沥青混凝土的强度及水稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
本发明实施例中采用的纤维稳定剂为木质素纤维，符合JTG F40-2004标准，其性能具体如下表所示：
项目 单位 指标
纤维长度 mm 6
灰分含量 ％ 18±5
pH值 — 7.5±1.0
吸油率，不小于 — 纤维质量的5倍
含水率(以质量计)，不大于 ％ 5
在本发明实施例中所述粗集料为玄武岩或辉绿岩，公称最大粒径为13.2～4.75mm。
所述细集料为公称最大粒径小于9.5mm的转炉滚筒钢渣；在所述细集料的颗粒中，以所述细集料的总质量为基准计，公称最大粒径小于4.75mm的颗粒的质量百分含量为90～100％，公称最大粒径小于2.36mm的颗粒的质量百分含量为60～90％，公称最大粒径小于1.18mm的颗粒的质量百分含量为40～75％，公称最大粒径小于0.6mm的颗粒的质量百分含量为20～55％，公称最大粒径小于0.3mm的颗粒的质量百分含量为7～40％，公称最大粒径小于0.15mm的颗粒的质量百分含量为2～20％，公称最大粒径小于0.075mm的颗粒的质量百分含量不超过10％。
所述钢渣矿粉为公称最大粒径小于0.6mm的转炉滚筒钢渣，且以所述钢渣矿粉的总质量为基准计，所述钢渣矿粉中公称最大粒径小于0.15mm的颗粒的质量百分含量为90～100％，公称最大粒径小于0.075mm的颗粒的质量百分含量为80～100％。
所述钢渣矿粉的亲水系数小于1。更优选地，所述钢渣矿粉的塑性指数小于4％。
更具体地，在本发明实施例中所述钢渣的游离氧化钙含量控制在5％以下。
具体地，在本发明实施例中所述细集料为转炉滚筒钢渣通过制砂整形处理后获得，所述制砂整形处理依次包括以下步骤；第一次筛分、磁选、整形破碎和第二次筛分。
第一次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于15mm。
磁选的工艺参数值：采用磁选机磁场强度为9000～18000GS，经过磁选后物料中MFe<1％。
第二次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于5mm。
实施例1
本实施例为对比例，其为普通SMA-13玛蹄脂碎石沥青混合料，粗集料和细集料均采用辉绿岩，矿粉采用石灰石，沥青采用SBS改性沥青。本发明实施例中的油石比是指沥青质量与粗集料、细集料和石灰石的总质量之比。本实施例中的油石比为6.6wt％。
材料规格 重量份数
粗集料(公称最大粒径范围为13.24.75mm) 68
细集料(公称最大粒径范围为4.75-0mm) 20
石灰石 12
纤维稳定剂(％) 0.3
实施例2
以下配方为钢渣SMA-13玛蹄脂碎石沥青混合料，粗集料采用辉绿岩，细集料及矿粉均采用钢渣，沥青采用SBS改性沥青。本发明实施例中的油石比是指沥青质量与粗集料、细集料和钢渣矿粉的总质量之比。本实施例中的油石比为6.5％。
材料规格 重量份数
粗集料(公称最大粒径范围为13.2-4.75mm) 70
细集料(公称最大粒径范围为4.75-0mm) 18
钢渣矿粉 12
纤维稳定剂(％) 0.3
实施例3
本实施例中公开的钢渣SMA-13玛蹄脂碎石沥青混合料的组分及重量份如下表所示，粗集料采用辉绿岩，细集料及矿粉均采用钢渣，沥青采用SBS改性沥青。本发明实施例中的油石比是指沥青质量与粗集料、细集料和钢渣矿粉的总质量之比。本实施例中的油石比为5.5％。
材料规格 重量份数
粗集料(公称最大粒径范围为13.2-4.75mm) 65
细集料(公称最大粒径范围为4.75-0mm) 25
钢渣矿粉 10
纤维稳定剂(％) 0.25
实施例4
本实施例中公开的钢渣SMA-13玛蹄脂碎石沥青混合料的组分及重量份如下表所示，粗集料采用辉绿岩，细集料及矿粉均采用钢渣，沥青采用SBS改性沥青。本发明实施例中的油石比是指沥青质量与粗集料、细集料和钢渣矿粉的总质量之比。本实施例中的油石比为7％。
材料规格 重量份数
粗集料(公称最大粒径范围为13.2-4.75mm) 75
细集料(公称最大粒径范围为4.75-0mm) 10
钢渣矿粉 15
纤维稳定剂(％) 0.45
实施例5
本实施例中公开的钢渣SMA-13玛蹄脂碎石沥青混合料的组分及重量份如下表所示，粗集料采用辉绿岩，细集料及矿粉均采用钢渣，沥青采用SBS改性沥青。本发明实施例中的油石比是指沥青质量与粗集料、细集料和钢渣矿粉的总质量之比。本实施例中的油石比为6％。
SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果
从表中可看出，实施例1及2～5中的沥青混合料体积参数均满足规范要求，且钢渣沥青混合料即实施例2～5的稳定度要优于普通沥青混合料。
SMA-13沥青混合料路用性能试验结果
从表中可看出，各实施例2～5均要优于实施例1，说明采用钢渣制备的沥青混合料路用性能要高于普通沥青混合料。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种玛蹄脂碎石沥青混合料，其特征在于：所述混合料包括以下原料组分及重量份：
粗集料 65～80重量份
细集料 10～25重量份
钢渣矿粉 10～15重量份
所述混合料还包括沥青，所述沥青的质量为粗集料、细集料和钢渣矿粉的总重量的5.5～7wt％；
所述混合料还包括纤维稳定剂，所述纤维稳定剂的质量为粗集料、细集料、钢渣矿粉和沥青总质量的0.25～0.45wt％；
所述粗集料为玄武岩或辉绿岩，公称最大粒径为13.2～4.75mm；
所述钢渣矿粉为粒度小于0.6mm的转炉滚筒钢渣，且以所述钢渣矿粉的总质量为基准计，所述钢渣矿粉中粒度小于0.6mm的颗粒的质量百分含量为100％，粒度小于0.15mm的颗粒的质量百分含量为90～100％，粒度小于0.075mm的颗粒的质量百分含量为80～100％；
所述转炉滚筒钢渣中游离氧化钙含量小于5％；
所述细集料为转炉滚筒钢渣通过制砂整形处理后获得，所述制砂整形处理的工艺依次包括第一次筛分、磁选、整形破碎和第二次筛分；
第一次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于15mm；
磁选的工艺参数值：采用磁选机磁场强度为9000～18000GS，经过磁选后物料中MFe<1％；
第二次筛分中采用的网筛为方孔筛，且方孔筛的孔径不大于5mm。
2.如权利要求1所述沥青混合料，其特征在于：所述沥青为SBS改性沥青。
3.如权利要求1所述沥青混合料，其特征在于：所述纤维稳定剂为木质素纤维。
4.一种制备如权利要求1～3任一所述沥青混合料的方法，包括如下步骤：将粗集料、细集料和纤维稳定剂在170～180℃下混合搅拌，然后加入钢渣矿粉和沥青再进行混合搅拌。
5.如权利要求1～3任一所述沥青混合料在公路施工中的用途。
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