CN106045384B - 一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料，由集料、高模量剂和橡胶沥青混合而成，集料由单级配粒径钢渣和填料组成，单级配钢渣钢渣的粒径分别为2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2～16mm，填料为岩石矿粉、钢渣微粉、复合水泥或粉煤灰，按重量百分比计，每组单级配粒径钢渣及填料的含量分别为马歇尔试件84.40～86.14％、7.5％，钢渣透水沥青混合料的油石比分别设计为6.4、6.7、7.0、7.3；本发明使用单级配粒径的钢渣替代部分或全部集料，并添加高模量剂和橡胶沥青，制备的钢渣透水沥青混合料孔隙率满足要求，且具有较高的马歇尔稳定度和较小的析漏损失和肯塔堡飞散率。
Description
技术领域
本发明属于公路建筑材料技术领域，特别涉及一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料。
背景技术
随着我国经济不断的发展，高速公路建设事业也迅猛的发展起来。沥青路面因其良好的行车舒适性和优异的使用性能、建设速度快、维修方便等优点，90％的高速公路路面结构形式均采用沥青路面结构形式。目前已建成的沥青路面中90％左右按密实级配原理设计而成，属设计空隙率较小的密集配沥青混凝土路面。这种路面具有强度较高，水稳定性能、低温抗裂性能、耐久性能较好，但高温稳定性能差，噪音大、密实、不透水等特点。由于其不透水性，使得城市地下水无法通过降雨补充；影响地面的生态系统，打破了城市生态系统的平衡；雨水大量汇集在路面，导致城市交通堵塞，加重城市排水系统的防洪压力；密集配沥青混凝土作为抗滑表层，路面积水来不及排走，易引起水雾、眩光，机动车通行时易产生“漂滑”，严重影响路面抗滑性能和行车安全。因此，越来越多的学者专家广泛开展了透水沥青路面的研究。透水性沥青路面是一种骨架嵌挤多孔结构的生态型环保路面，其路面空隙率高达15～20％左右，内部构造是由一系列与外部空气相连通的多孔隙结构形成骨架，能够满足路用强度(交通荷载)要求和耐久性要求的路面结构形式。透水性混凝土路面具有降低噪声、减少城市地表径流和城市防洪、降低城市热岛效应、防溅水、防反光、增强路面附着力等优点，能有效降低汽车轮胎与路面接触而产生的爆炸噪声，能改善雨天与冬季的行车条件，提高行车舒适性与安全性；能降低阳光下路面反射光刺眼程度，有效提高路面的附着力。
目前透水沥青混合料主要使用玄武岩、石灰岩等天然石料为主骨料。但我国石灰岩总体储量约为750亿吨，按目前的消耗速度仅仅能够维持我国基础建设需求至多15年。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料，使用单级配粒径的钢渣替代部分或全部集料，并添加高模量剂和橡胶沥青，制备的钢渣透水沥青混合料孔隙率满足要求(本发明的钢渣透水沥青混合料空隙率较大，平均空隙率能达到)，且具有较高的马歇尔稳定度和较小的析漏损失和肯塔堡飞散率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料，由集料、高模量剂和橡胶沥青混合而成，其特征在于，所述高模量剂按重量百分比计为马歇尔试件的0.3％，所述橡胶沥青按重量百分比计为马歇尔试件的6.06～7.80％，所述集料由单级配粒径钢渣和填料组成，所述填料为岩石矿粉、钢渣微粉、复合水泥或粉煤灰，按重量百分比计，单级配粒径钢渣集料的含量为84.40～86.14％，填料的含量为7.5％。
所述单级配粒径钢渣的每组单级配粒径分别为2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2～16mm。
所述钢渣的表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；游离氧化钙含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％。
所述的填料中：
岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；
钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，12-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；
粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；
复合水泥的粒度分布：0-10μm：39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％。
所述高模量剂是由陕西百祥公司提供的BX高模量沥青混合料抗车辙剂，外观为纯黑色颗粒状固体，是一种由多种聚合物复合而成的沥青混合料添加剂。
所述高模量剂的粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa。
所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
与现有技术相比，本发明提供的钢渣透水沥青混合料使用单级配粒径钢渣替代部分或全部集料，并添加高模量剂和沥青，在沥青混合料中形成网状结构，大幅降低成本，实现了钢渣的再利用，利用正交试验设计了集料粒径、油石比、填料种类三种不同因素对钢渣透水沥青混合料性能的影响，对马歇尔空隙率、稳定度、流值的综合分析得到一组最优组合，并与天然石料作对比，分析其孔隙率、马歇尔稳定度可满足我国公路沥青路面施工技术规范的要求。此外，其析漏损失和肯塔堡飞散率均比较小，这说明了其具有较好的整体强度和良好的耐久性能。该单级配粒径钢渣透水沥青混合料丰富了钢渣在沥青路面中的应用途径，降低了对天然优质石料的需求，有利于保护地质环境，实现了工业废弃物的高附加值再利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明的限定。
实施例1
准备2.36～4.75mm单级配粒径规格的钢渣颗粒集料以及钢渣微粉、粉煤灰、水泥、岩石矿粉四种填料，进行备用；
以一个马歇尔试件总重量为100％计，称取2.36～4.75mm级配规格的钢渣颗粒集料，分别称取钢渣颗粒集料86.14％、85.88％、85.62％、85.35％，并分别与7.5％的填料(钢渣微粉、岩石矿粉、粉煤灰和复合水泥四种)进行混合，在170℃烘箱中烘干至恒重后，倒入拌和设备中，并加入0.3％的高模量剂均匀拌和180s，然后再分别加入6.06％、6.32％、6.58％和6.85％的橡胶沥青，均匀拌和180s而得。
上述钢渣为陕西龙钢公司转炉钢渣在自然条件下陈化一年后经立磨初步粉磨而排出的难磨物料制得，其表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；f-CaO含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％；岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，10-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；复合水泥的粒度分布：0-10μm为39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％；所述的高模量剂粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
实施例2
准备4.75～9.5mm级配规格的钢渣颗粒集料以及钢渣微粉、粉煤灰、水泥、岩石矿粉四种填料，进行备用；
以一个马歇尔试件总重量为100％计，称取4.75～9.5mm级配规格的钢渣颗粒集料，分别称取钢渣颗粒集料86.14％、85.88％、85.62％、85.35％，并分别与7.5％的填料(岩石矿粉、钢渣微粉、复合水泥和粉煤灰四种)进行混合，在170℃烘箱中烘干至恒重后，倒入拌和设备中，并加入0.3％的高模量剂均匀拌和180s，然后再分别加入6.06％、6.32％、6.58％和6.85％的橡胶沥青，均匀拌和180s而得。
上述钢渣为陕西龙钢公司转炉钢渣在自然条件下陈化一年后经立磨初步粉磨而排出的难磨物料制得，其表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；f-CaO含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％；岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，10-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；复合水泥的粒度分布：0-10μm为39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％；所述的高模量剂粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
实施例3
准备9.5～13.2mm级配规格的钢渣颗粒集料以及钢渣微粉、粉煤灰、水泥、岩石矿粉四种填料，进行备用；
以一个马歇尔试件总重量为100％计，称取9.5～13.2mm级配规格的钢渣颗粒集料，分别称取钢渣颗粒粗集料86.14％、85.88％、85.62％、85.35％，并分别与7.5％的填料(粉煤灰、复合水泥、钢渣微粉和岩石矿粉四种)进行混合，在170℃烘箱中烘干至恒重后，倒入拌和设备中，并加入0.3％的高模量剂均匀拌和180s，然后再分别加入6.06％、6.32％、6.58％和6.85％的橡胶沥青，均匀拌和180s而得。
上述钢渣为陕西龙钢公司难磨钢渣在自然条件下陈化一年后制得，其表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；f-CaO含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％；岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，10-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；复合水泥的粒度分布：0-10μm为39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％；所述的高模量剂粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
实施例4
准备13.2～16mm级配规格的钢渣颗粒粗集料以及钢渣微粉、粉煤灰、水泥、岩石矿粉四种填料，进行备用；
以一个马歇尔试件总重量为100％计，称取13.2～16mm级配规格的钢渣颗粒粗集料，分别称取钢渣颗粒粗集料86.14％、85.88％、85.62％、85.35％，并分别与7.5％的填料(复合水泥、粉煤灰岩石矿粉和钢渣微粉四种)进行混合，在170℃烘箱中烘干至恒重后，倒入拌和设备中，并加入0.3％的高模量剂均匀拌和180s，然后再分别加入6.06％、6.32％、6.58％和6.85％的橡胶沥青，均匀拌和180s而得。
上述钢渣为陕西龙钢公司转炉钢渣在自然条件下陈化一年后经立磨初步粉磨而排出的难磨物料制得，其表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；f-CaO含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％；岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，10-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；复合水泥的粒度分布：0-10μm为39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％；所述的高模量剂粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
对比例
准备粒径规格为4.75～9.5mm的石灰石粗集料以及岩石矿粉，进行备用；
以一个马歇尔试件总重量为100％计，称取粒径为4.75～9.5mm的石灰石粗集料85.88％，并与7.5％的钢渣微粉进行混合，在170℃烘箱中烘干至恒重后，倒入拌和设备中，并加入0.3％的高模量剂均匀拌和180s，然后再加入6.3％的橡胶沥青，均匀拌和180s而得。
上述钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，10-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；所述的高模量剂粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90号道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到。
实施例1、实施例2、实施例3及实施例4中单级配粒径钢渣透水沥青混合料的性能见表1。
表1单粒径钢渣透水沥青混合料的性能
利用正交试验极差分析法对马歇尔试件空隙率和稳定度进行分析，得出最优方案为实施例2-2，即集料粒径为4.75-9.5mm，油石比为6.7，填料为钢渣微粉。
最优实施例2-2与对比例中钢渣透水沥青混合料的性能见表2。
表2实施例2-2与对比例中钢渣透水沥青混合料的性能
| 检测指标 | 最优组合 | 对比例 |
| 马歇尔稳定度(KN) | 12.10 | 8.15 |
| 空隙率(％) | 14.18 | 13.92 |
| 析漏损失(％) | 0.10 | 0.20 |
| 肯塔堡飞散率(％) | 10.8 | 13.6 |
| 膨胀率(％) | 0.49 | 0.66 |
| 浸水残留度(％) | 94.63 | 91.66 |
由表2可知：本发明最优组合的钢渣透水沥青混合料的空隙率在12～18％之间，满足我国公路沥青路面施工技术规范的要求。且与对比例相比，本发明的钢渣透水沥青混合料表现出较高的马歇尔稳定度和浸水残留度，这说明了其具有较好的水稳定性。钢渣透水沥青混合料的析漏损失和肯塔堡飞散率均小于对比例；同时，其具有较低的体积膨胀率，说明钢渣在堆放过程中已发生崩解，使膨胀性减弱，使其具有较好的整体强度和良好的耐久性能。
综上，本发明钢渣在透水沥青中的利用很好地解决了优质集料的不足，并能充分发挥钢渣高硬度、高耐磨性。本发明将钢渣作集料制备钢渣透水沥青混凝土用于城市道路，既能改善车辆运行舒适度，缓解城市“热岛效应”；还能提供钢渣资源化利用的新突破点，一定程度上解决我国钢铁工业因钢渣堆放污染环境的技术难题，为钢渣从固体废弃物转化为优质沥青混凝土耐磨集料资源开辟广阔的前景。
Claims (4)
1.一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料，由集料、高模量剂和橡胶沥青混合而成，其特征在于，所述高模量剂按重量百分比计为马歇尔试件的0.3％，所述橡胶沥青按重量百分比计为马歇尔试件的6.06～7.80％，所述集料由单级配粒径钢渣和填料组成，所述填料为岩石矿粉、钢渣微粉、复合水泥或粉煤灰，按重量百分比计，单级配粒径钢渣集料的含量为84.40～86.14％，填料的含量为7.5％，所述单级配粒径钢渣的每组单级配粒径分别为2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2～16mm；所述高模量剂的粒径为4～6mm，软化点为110～150℃，高分子聚合物成分＞95％，拉伸强度为25～30MPa，密度在0.91～1.10g/cm3之间，弹性模量为1.3～1.5GPa；所述橡胶沥青是将90#道路石油沥青加热至170℃，按照沥青重量20％的用量向其中添加橡胶粉，按照沥青重量0.5％的用量向其中添加抗脱落剂，搅拌1-2h得到，所述沥青混合料中形成网状结构。
2.根据权利要求1所述单级配粒径钢渣透水沥青混合料，其特征在于，所述钢渣的表观相对密度在3.30-3.40g/cm3之间；游离氧化钙含量在1.5％-2.0％之间；在60℃热水里浸泡120h体积膨胀率不大于1.5％。
3.根据权利要求1所述单级配粒径钢渣透水沥青混合料，其特征在于，所述的填料中：
岩石矿粉的粒度分布：0-10μm为55.2％，10-20μm为25.0％，20-30μm为12.5％，30-100μm为7.3％；
钢渣微粉的粒度分布：0-10μm为46.3％，12-20μm为20.2％，20-30μm为13％，30-100μm为20.5％；
粉煤灰的粒度分布：0-10μm为35.3％，10-20μm为17.5％，20-30μm为14.1％，30-50μm为17.9％，50-100μm为15.2％；
复合水泥的粒度分布：0-10μm：39.1％，10-20μm为22.1％，20-30μm为14.6％，30-50μm为14.5％，50-100μm为9.7％。
4.根据权利要求1所述单级配粒径钢渣透水沥青混合料，其特征在于，所述高模量剂外观为纯黑色颗粒状固体，是一种由多种聚合物复合而成的沥青混合料添加剂。
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