CN106630767A - 一种ms-iv型铁尾矿微表处混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料及其制备方法,属于沥青路面养护材料领域。该MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料70%~75%,玄武岩粗集料22%~28%,填料1%~3%,改性剂1%~3%,另加占上述总质量6%~9%水,6%~10%的SBR改性乳化沥青;制备方法为:在室温下,将铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂倒入拌和锅中以60~100RPM的转速搅拌80~100s后,倒入水及SBR乳化沥青再以60~100RPM的转速搅拌8~15s,得到MS-IV型铁尾矿微表处混合料。利用本发明的方法制备出的MS-IV型铁尾矿微表处混合料可承受较高的荷载和磨耗。
Description
技术领域
本发明属于冶金环保领域,具体涉及一种铁尾矿生产沥青路面养护材料技术。
背景技术
铁尾矿属于选矿后的废弃物,是工业固体废弃物的主要组成部分。我国既是钢铁消费大国,又是钢铁生产大国,年产粗钢超过8亿吨,居世界第一。同时带来的问题是每年约需处理10亿吨铁矿石、产出约7亿吨铁尾矿,铁尾矿综合利用率不足当年产出量的7%,因此,全国铁尾矿累计堆存量已超过60亿吨。铁尾矿目前一般采用尾矿库集中堆放方式,不仅占用大量土地、阻塞河流,而且对周围环境也有一定污染。将这些铁尾矿综合利用,变废为宝,是当前研究的重要课题。
国外铁尾矿利用工作起步很早,比较重视铁尾矿的综合利用,一些发达国家尾矿利用率高达60%左右。日本用尾矿渣制做墙面砖;美国主要是对尾矿进行回收循环利用和复垦;印度用细粒的尾矿砂制做陶瓷地板砖和墙面砖,通过研究找到适合在各种尾矿自然生长的植物,利用植物生长吸收重金属来稳定或减少污染。而目前国内尾矿利用率仅为7%,主要是用作土壤改良剂及磁化复合肥,利用细粒尾矿砂做建筑制品、制作硅酸盐水泥、造林复垦等。将尾矿用作筑路材料的并不多,连云港有用磷尾矿作为路基填料,也有把铁尾矿用在道路中的实例,但将铁尾矿用于沥青混合料中尚不多见。
我国高速公路沥青路面的设计使用寿命为15年,但是许多高速公路通车后1年~3年,就不同程度地发生早期破坏现象,有些必须小修甚至大修。因此,高速公路的养护措施便显得异常重要。
微表处简称MS是一种由聚合物改性乳化沥青、集料、填料、水和外加剂合理配比拌合并通过专门施工设备铺到原路面,达到迅速开放交通要求的薄层结构。微表处有抗滑性能好、很好的车辙修复功能、施工速率快、效率高等优势。利用尾矿开发高性能微表处材料是我国道路建设的一大趋势。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题而提供了一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料及其制备方法,利用本发明的方法制备出的MS-IV型铁尾矿微表处混合料可承受较高的荷载和磨耗。
当今常见的微表处类型有MS-III型和MS-IV型。考虑到MS-IV型微表处相对MS-III型微表处有更粗的粒径、更好的摊铺深度、更好的抗车辙能力,所以采用MS-IV型微表。MS-IV型微表处的技术特点有二:一是修复重度车辙功能优越。对于较为严重的压密性车辙,由于该类型车辙其变形已趋于稳定,若采用铣刨后铺筑热拌混合料的方法,耗时耗力,对交通的影响大,会造成路面材料的浪费。普通的MS-III型微表处由于其级配较细,处置车辙深度一般在15mm以内,而MS-IV型微表处在填补车辙时,辙槽深度可大于25mm,且十分稳定,不产生塑性变形,可以有效地解决压密性的重度车辙;二是长期使用效果优越,微表处宜粗不宜细,MS-III型等较细的微表处,刚通车时表面状态较好,但是在通车一段时间后,最初表现较好的级配较细的微表处表面较光滑,抗滑能力不足,而级配较粗的MS-IV型微表处表现出更好的抗滑能力。因此,交通量大、重载车辆较多的高速公路、一级公路上处置重度车辙时,宜采用MS-IV型微表处。MS-IV型微表处矿料级配范围要求如表1所示。
表1 MS-IV型微表处矿料级配
筛孔尺寸(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
通过率(%) | 100 | 85-100 | 60-87 | 40-60 | 28-45 | 19-34 | 14-25 | 8-17 | 4-8 |
对于MS-IV型微表处级配选择级配曲线4.75mm筛孔通过率在中线与下限之间,2.36mm、1.18mm通过率接近级配中值,0.6mm及以下筛孔的通过率在级配范围中值和上限之间。
本发明所采用的技术方案是:
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料70%~75%,玄武岩粗集料22%~28%,填料1%~3%,改性剂1%~3%,另加占上述总质量6%~9%水,6%~10%的SBR改性乳化沥青。
进一步地,所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在65~85%,TFe含量在10~15%,FeO含量在1~5%,CaO含量在0.1~0.5%,MgO含量在0.5~2.0%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.5~3.5g/cm3。
优选地,所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.146~3.300g/cm3。
优选地,所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
进一步地,所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
进一步地,所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
所述一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以60~100RPM的转速搅拌80~100s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60~100RPM的转速搅拌8~15s。
本发明具有以下优点:
1)本发明MS-IV型铁尾矿微表处混合料成分中,用铁尾矿细集料替代了大量的玄武石传统石料,降低了成本,又提高了强度,可以用于填补辙槽深度可大于25mm的车辙,且十分稳定,不产生塑性变形,可以有效地解决压密性的重度车辙;
2)铁尾矿本身与沥青的粘附性良好,并且废旧橡胶粉作为改性剂,对混合料的各项性能都有良好的改善作用,长期使用效果更优越,抗滑能力更好;
3)本发明的制备方法采用MS-IV型连续性级配,所得到的MS-IV型铁尾矿微表处的可拌和时间及1h湿轮磨耗值等技术指标都满足规范要求,适合于实际施工使用;
4)本发明大量使用了固废,不仅生产成本低,而且改善了生态环境。
具体实施例
以下通过本发明实施例对本发明作进一步详细说明,但不应认为本发明方法仅限于下述的实施方式。
实施例1
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料72%,玄武岩粗集料24%,填料2%,改性剂2%,水8%,SBR改性乳化沥青7%。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在80.5%,TFe含量在11.5%,FeO含量在2.3%,CaO含量在0.4%,MgO含量在1.3%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.762g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤9.5mm,表观密度为3.164g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为32.5普通硅酸盐水泥。微表处中的沥青吸附在水泥的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取MS-IV型铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌100s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以80RPM的转速搅拌12s。
实施例2:
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料70%,玄武岩粗集料25%,填料3%,改性剂2%,另加占上述总质量8%水,7%SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在79.6%,TFe含量在10.5%,FeO含量在2.6%,CaO含量在0.5%,MgO含量在0.6%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.598g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.157g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以70RPM的转速搅拌80s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以100RPM的转速搅拌15s。
实施例3:
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料75%,玄武岩粗集料22%,填料1%,改性剂2%,另加占上述总质量6%水,10%SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在81.2%,TFe含量在11.5%,FeO含量在1.2%,CaO含量在0.3%,MgO含量在0.2%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.691g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.204g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以100RPM的转速搅拌80s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60RPM的转速搅拌15s。
实施例4:
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料70%,玄武岩粗集料28%,填料1%,改性剂1%,另加占上述总质量6%水,6%SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在81.3%,TFe含量在11.2%,FeO含量在2.1%,CaO含量在0.3%,MgO含量在0.2%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.589g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.207g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌80s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以80RPM的转速搅拌13s。
实施例5:
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料72%,玄武岩粗集料26%,填料1%,改性剂1%,另加占上述总质量9%水,8%SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在80.2%,TFe含量在11.2%,FeO含量在2.1%,CaO含量在0.4%,MgO含量在0.1%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.617g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.162g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌90s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以90RPM的转速搅拌11s。
表2 实施例1至实施例5铁尾矿微表处混合料MS-IV型连续性级配设计
孔径(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
合成级配(%) | 100 | 91.5 | 68.9 | 47.9 | 33.7 | 24.4 | 15.5 | 9.6 | 5.9 |
对上述实施例配制的微表处混合料进行测试,其相关性能见表3。
表3 实施例1至实施例5中MS-IV型铁尾矿微表处混合料的性能
实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
1h湿轮磨耗值(g/m2) | 380.8 | 405.3 | 395.1 | 380.9 | 411.1 |
粘聚(N·m) | 2.8 | 2.5 | 2.4 | 3.1 | 2.9 |
拌和时间(s) | 129 | 135 | 127 | 123 | 131 |
由表3可知,各实施示例的MS-IV型铁尾矿微表处混合料的可拌和时间较长,均超过了规定的120s的最低限度,证明MS-IV型铁尾矿微表处混合料适宜生产;由表3可知,1h湿轮磨耗值较小,均小于规定的540g/cm2;由表3可知,60min粘聚力的值均大于规定值2N·m。这些都反映出MS-IV型铁尾矿微表处混合料良好的路用性能,是一种可靠的沥青路面养护材料。
对上述实施例配制的微表处混合料进行高温马歇尔测试,并与普通的MS-III型沥青微表处混合料进行比较,结果如表4所示。
表4 实施例1至实施例5中MS-IV型微表处及MS-III型微表处混合料高温马歇尔试验结果
微表处类型 | 稳定度(KN) | 流值(mm) |
实施例1 | 2.76 | 4.93 |
实施例2 | 2.78 | 4.95 |
实施例3 | 2.79 | 4.94 |
实施例4 | 2.77 | 4.93 |
实施例5 | 2.76 | 4.92 |
MS-III | 1.80 | 4.71 |
由表4可知,MS-IV型微表处的强度比MS-III型的提高将近1.5倍,说明后期强度高于MS-III型微表处。
为测定两种微表处的表面使用功能,进行测定MS-III型与MS-IV型微表处的摆值与构造深度。按照设计级配曲线采用最佳油石比制备湿轮磨耗试件,分别测定湿轮磨耗前后的摆值与构造深度,试验结果见表5所示。
表5 实施例1至实施例5中MS-IV型微表处及MS-III型微表处湿轮磨耗前后的摆值
微表处类型 | 磨耗前 | 磨耗后 | 降低倍数/% |
实施例1 | 86 | 80 | 7.0 |
实施例2 | 85 | 80 | 5.9 |
实施例3 | 87 | 82 | 5.7 |
实施例4 | 86 | 81 | 5.8 |
实施例5 | 88 | 80 | 9.1 |
MS-III | 80 | 70 | 12.5 |
由表5可知,磨耗前MS-IV型优于MS-III型;将试样在湿轮磨耗机上磨耗5min,以模拟行车作用,然后再进行摆值的测定,磨耗前MS-IV型亦优于MS-III型,由于行车作用使表面摩擦系数的降低程度MS-IV型微表处较低。
因此,将制备的MS-IV型铁尾矿微表处混合料,用于沥青路面养护技术中,具体方法是:彻底清除原路面的泥土、杂物后,洒粘层油,然后使用摊铺车均匀摊铺已拌制好的MS-IV型铁尾矿微表处混合料。摊铺完成后,手工修复局部施工缺陷,再进行初期养护后即可开放交通。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,由下述质量百分比的成分组成:铁尾矿细集料70%~75%,玄武岩粗集料22%~28%,填料1%~3%,改性剂1%~3%,另加占上述总质量6%~9%的水,6%~10%的SBR改性乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物,其粒度分布为0.075~4.75mm,铁尾矿细集料中,SiO2含量在65~85%,TFe含量在10~15%,FeO含量在1~5%,CaO含量在0.1~0.5%,MgO含量在0.5~2.0%,MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1%;铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm,表观密度为2.5~3.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm,表观密度为3.146~3.300g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,所述填料为矿粉,包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜,然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
5.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,所述改性剂为废旧橡胶粉,即废旧的车轮胎磨细而成的粉末,其粒度分布为0.075~0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料,其特征在于,所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
7.本发明还提供一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:在室温下,按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以60~100RPM的转速搅拌80~100s后,倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60~100RPM的转速搅拌8~15s。
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2015
- 2015-10-31 CN CN201510741549.0A patent/CN106630767A/zh active Pending
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