CN106431089A - 一种脱磷铜渣改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种脱磷铜渣改性沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱磷铜渣改性沥青混合料及其制备方法，属于道路工程材料技术领域。包括基质沥青9‑11份，废旧橡胶粉1.0‑1.5份，苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯改性剂0.3‑0.5份，芳烃油0.2‑0.8份，糠醛抽出油0.15‑0.25份，硫磺0.1‑0.2份，石料130‑170份，铜渣20‑30份，钢渣10‑20份，煤灰15‑25份，硅藻土0.5‑1.0份，本发明实现了废旧橡胶粉及铜渣的再利用，可以显著提升沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性等路用性能，是一种绿色、生态路用材料。

Description

一种脱磷铜渣改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种脱磷铜渣改性沥青混合料的制备方法。
背景技术
近年来，随着我国汽车保有量的稳步增加，产生了大量的废旧轮胎，不仅占用了土地还浪费了资源。对废旧轮胎的处理面临着诸多难题，首先是常规处理方法会带来严重的环境污染问题，再者是对废旧轮胎进行二次处理容易导致利用率低以及二次产品质量不达标等问题。随着我国橡胶粉工业的不断发展，现有的利用废旧轮胎生产橡胶粉技术已经相对成熟。众所周知，橡胶粉作为一种高分子化合物，将其掺加到沥青当中能够显著的改善沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性。同时因为橡胶本身具有较大的弹性，能够有效减轻轮胎与路面接触后产生的振动，降低产生的噪声，可应用于低噪声路面，将橡胶粉应用于路面新材料是近年来道路工作者研究的热门。
火法冶金是我国最主要的炼铜工艺，但该方法每1t铜产出2.2t的铜渣，产出率很大。目前，我国铜渣堆放量接近5000万吨，但综合利用率在20％左右，大量废弃的铜渣不仅造成了资源的浪费，还产生了相当严重的环境污染，因此如何实现对铜渣进行有效的资源再利用具有重大的意义。铜渣的主要矿物成分为铁橄榄石(2FeO.SiO2)和磁铁矿(Fe2O3)，具有较高的碱性。碱性材料与沥青具有良好的粘结性能，通过将铜渣替换掉一部分沥青混合料的骨料部分，可以提升混合料的路用性能。但铜渣中含有酸性元素磷，会影响铜渣与沥青的粘结性能，进而造成混合料路用性能的降低。
发明内容
本发明提供一种脱磷铜渣改性沥青混合料及其制备方法，以解决目前改性沥青混合料存在的弹性性能低、密度不高的问题。
本发明采取的技术方案是：是由下列质量份数的原料制成的：
基质沥青：9-11份；
废旧橡胶粉：1.0-1.5份；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂：0.3-0.5份；
芳烃油：0.2-0.8份；
糠醛抽出油：0.15-0.25份；
硫磺：0.1-0.2份；
石料：130-170份；
铜渣：20-30份；
钢渣：10-20份；
煤灰：15-25份；
硅藻土：0.5-1.0份；
本发明所述基质沥青为AH-90石油沥青；
本发明所述废旧橡胶粉为60-80目；
本发明所述铜渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：8-15％；FeO：40-45％；SiO2：30-40％，CaO：1-5％,MgO：1-3％，Al2O3：1-5％，P：0.01-1.5％，Cu：0.5-1.0％；
本发明所述钢渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：2-6％；FeO：15-25％；SiO2：5-15％，CaO：35-45％,MgO：5-15％，Al2O3：2-6％，P：0.1-1.2％。
一种脱磷铜渣改性沥青混合料的制备方法，包括下列步骤：
(1)将废旧橡胶粉及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂，加入芳烃油及糠醛抽出油的混合物中进行处理，将上述混合物加热到140℃-160℃，并持续搅拌20min-30min；
(2)将基质沥青加热到140℃-160℃，加入步骤(1)处理后混合物，以1000-2000r/min的速度进行搅拌，搅拌时间30min，放入170℃-200℃的油浴锅保温处理；
(3)在剪切仪中以4000-6000r/min的速度剪切30min-60min；加入硫磺，以1000-2000r/min的速度剪切10min-20min，制得橡胶改性沥青；
(4)将铜渣、钢渣及煤灰粉碎研磨制成0.075-2.36mm的具备适宜碱度的颗粒，将颗粒在1500℃-1800℃的高温下进行气化还原60min-90min，进行脱磷处理，将处理后的颗粒与石料及硅藻土混合均匀，放入搅拌锅中加热至160℃-200℃，并搅拌成均匀的集料；
(5)将步骤(3)制得的橡胶改性沥青加入至步骤(4)拌合均匀的集料中，搅拌90-120s，制备得到铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料。
本发明通过对铜渣高温气化脱磷处理，降低有害元素对沥青混合料性能的影响，此外，橡胶粉具有良好的弹性，橡胶粉的掺入会增强沥青混合料的弹性性能；铜渣中含铁元素，其密度高于普通集料，铜渣的掺入会增强沥青混合料的密度。
本发明的有益效果在于：有效利用了废旧轮胎及铜渣，制备得到高弹性高密度及良好路用性能的沥青混合料，节约成本的同时也保护了环境。制备方法中钢渣及煤灰的掺入利于形成合理的碳氧比和碱度，从而提升铜渣的脱磷效率；硫磺及硅藻土的掺入不仅可以代替部分矿粉，而且能够辅助提升橡胶粉改性沥青的性能；芳烃油和糠醛油可以对橡胶粉进行预处理，提升橡胶粉与沥青的溶胀反应，通过对铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料制备工艺的优化，使制得的改性沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能及水稳定性能等均得到综合的提升，制备得到高弹性高密度的沥青混合料，有效的提高了道路建筑材料的路用性能，具有重大的工程应用价值。
具体实施方式
以下各实施例中原料都是质量份数比，基质沥青为AH-90石油沥青；废旧橡胶粉为60-80目；
铜渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：8-15％；FeO：40-45％；SiO2：30-40％，CaO：1-5％,MgO：1-3％，Al2O3：1-5％，P：0.01-1.5％，Cu：0.5-1.0％；
钢渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：2-6％；FeO：15-25％；SiO2：5-15％，CaO：35-45％,MgO：5-15％，Al2O3：2-6％，P：0.1-1.2％。
实施例1
(1)取废旧轮胎橡胶粉1.0份及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂0.3份，将其加入到0.2份芳烃油及0.15份糠醛抽出油的混合物中进行处理，混合物加热到140℃，并持续搅拌20min；
(2)取9份基质沥青加热到140℃，加入步骤(1)处理后混合物，以1000r/min的速度进行搅拌，搅拌时间30min，放入170℃的油浴锅保温处理；
(3)在剪切仪中以4000r/min的速度剪切30min；加入0.1份硫磺，以1000r/min的速度剪切10min，制得橡胶改性沥青；
(4)将20份铜渣、10份钢渣及15份煤灰粉碎研磨制成0.075mm-2.36mm的具备适宜碱度的颗粒，将颗粒在1500℃的高温下进行气化还原60min，进行脱磷处理。将处理后的颗粒与130份石料及0.5份硅藻土混合均匀，放入搅拌锅中加热至160℃，并搅拌成均匀的集料；
(5)将步骤(3)制得的橡胶改性沥青加入至步骤(4)拌合均匀的集料中，搅拌90s，制备得到铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料；并测定改性沥青混合料的各项性能如表1所示。可以看出，改性沥青混合料各项性能均满足现行规范要求，说明改性沥青混合料改性效果良好。
表1
实施例2
(1)取废旧轮胎橡胶粉1.2份及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂0.4份，将其加入到0.5份芳烃油及0.2份糠醛抽出油的混合物中进行处理，混合物加热到150℃，并持续搅拌25min；
(2)取10份基质沥青加热到150℃，加入步骤(1)处理后混合物，以1500r/min的速度进行搅拌，搅拌时间30min，放入185℃的油浴锅保温处理；
(3)在剪切仪中以5000r/min的速度剪切45min；加入0.15份硫磺，以1500r/min的速度剪切15min，制得橡胶改性沥青；
(4)将25份铜渣、15份钢渣及20份煤灰粉碎研磨制成0.075mm-2.36mm的具备适宜碱度的颗粒，将颗粒在1650℃的高温下进行气化还原75min，进行脱磷处理，将处理后的颗粒与160份石料及0.8份硅藻土混合均匀，放入搅拌锅中加热至180℃，并搅拌成均匀的集料；
(5)将步骤(3)制得的橡胶改性沥青加入至步骤(4)拌合均匀的集料中，搅拌105s，制备得到铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料，并测定改性沥青混合料的各项性能如表2所示。可以看出，改性沥青混合料各项性能均满足现行规范要求，说明改性沥青混合料改性效果良好。
表2
实施例3
(1)取废旧轮胎橡胶粉1.5份及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂0.5份，将其加入到0.8份芳烃油及0.25份糠醛抽出油的混合物中进行处理，混合物加热到160℃，并持续搅拌30min；
(2)取10份基质沥青加热到160℃，加入步骤(1)处理后混合物，以2000r/min的速度进行搅拌，搅拌时间30min，放入200℃的油浴锅保温处理；
(3)在剪切仪中以6000r/min的速度剪切60min；加入0.2份硫磺，以2000r/min的速度剪切20min，制得橡胶改性沥青；
(4)将30份铜渣、20份钢渣及25份煤灰粉碎研磨制成0.075mm-2.36mm的具备适宜碱度的颗粒，将颗粒在1800℃的高温下进行气化还原90min，进行脱磷处理，将处理后的颗粒与170份石料及1.0份硅藻土混合均匀，放入搅拌锅中加热至200℃，并搅拌成均匀的集料；
(5)将步骤(3)制得的橡胶改性沥青加入至步骤(4)拌合均匀的集料中，搅拌120s，制备得到铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料，并测定改性沥青混合料的各项性能如表3所示。可以看出，改性沥青混合料各项性能均满足现行规范要求，说明改性沥青混合料改性效果良好。
表3

Claims (6)

1.一种脱磷铜渣改性沥青混合料，其特征在于是由下列质量份数的原料制成的：
基质沥青：9-11份；
废旧橡胶粉：1.0-1.5份；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrene-Butadiene-Styrene，SBS)改性剂：0.3-0.5份；
芳烃油：0.2-0.8份；
糠醛抽出油：0.15-0.25份；
硫磺：0.1-0.2份；
石料：130-170份；
铜渣：20-30份；
钢渣：10-20份；
煤灰：15-25份；
硅藻土：0.5-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种脱磷铜渣改性沥青混合料，其特征在于：所述基质沥青为AH-90石油沥青。
3.根据权利要求1所述的一种脱磷铜渣改性沥青混合料，其特征在于：所述废旧橡胶粉为60-80目。
4.根据权利要求1所述的一种脱磷铜渣改性沥青混合料，其特征在于：所述铜渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：8-15％；FeO：40-45％；SiO2：30-40％，CaO：1-5％,MgO：1-3％，Al2O3：1-5％，P：0.01-1.5％，Cu：0.5-1.0％。
5.根据权利要求1所述的一种脱磷铜渣改性沥青混合料，其特征在于：所述钢渣由以下重量百分比的原料混合而成：Fe2O3：2-6％；FeO：15-25％；SiO2：5-15％，CaO：35-45％,MgO：5-15％，Al2O3：2-6％，P：0.1-1.2％。
6.如权利要求1所述的一种脱磷铜渣改性沥青混合料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将废旧橡胶粉及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性剂，加入芳烃油及糠醛抽出油的混合物中进行处理，将上述混合物加热到140℃-160℃，并持续搅拌20min-30min；
(2)将基质沥青加热到140℃-160℃，加入步骤(1)处理后混合物，以1000-2000r/min的速度进行搅拌，搅拌时间30min，放入170℃-200℃的油浴锅保温处理；
(3)在剪切仪中以4000-6000r/min的速度剪切30min-60min；加入硫磺，以1000-2000r/min的速度剪切10min-20min，制得橡胶改性沥青；
(4)将铜渣、钢渣及煤灰粉碎研磨制成0.075-2.36mm的具备适宜碱度的颗粒，将颗粒在1500℃-1800℃的高温下进行气化还原60min-90min，进行脱磷处理，将处理后的颗粒与石料及硅藻土混合均匀，放入搅拌锅中加热至160℃-200℃，并搅拌成均匀的集料；
(5)将步骤(3)制得的橡胶改性沥青加入至步骤(4)拌合均匀的集料中，搅拌90-120s，制备得到铜渣及橡胶粉复合改性沥青混合料。
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