CN108373283B

CN108373283B - 一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂及其制备与使用方法

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Publication number: CN108373283B
Application number: CN201810103230.9A
Authority: CN
Inventors: 吴少鹏; 杨超; 谢君; 庞凌; 陈美祝; 刘全涛
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: CN108373283A

Abstract

本发明公开了一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂及其制备与使用方法。该沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述抗剥落剂按重量百分比包括如下组分：钢渣尾渣70～85％，石灰7～15％，粉煤灰5～10％，活性剂3～5％。该制备方法为：1)将钢渣尾渣烘干，然后进行研磨；2)先将钢渣尾渣和石灰混合均匀，然后将入粉煤灰拌和均匀，最后加入按比例配置好的活性剂混合均匀后得到所述的沥青混合料抗剥落剂。本发明提供的抗剥落剂成本低，能减少有害气体的排出，同时能极大地提升沥青与集料的粘附功，显著改善混合料的抗水损害性能。

Description

一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂及其制备与使用方法

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂及其制备与使用方法。

背景技术

在道路建筑材料领域，早期水损坏是影响高等级沥青路面服役年限的重要因素。这种损坏表现形式是沥青从集料表面剥落，从而降低混合料的粘结力和路面强度以及稳定性。因此，研究沥青路面早期水损害的防治和改善沥青混合料的抗水损害性能具有重大的经济和社会意义。

目前主要通过在沥青混合料中加入抗剥落剂来增强沥青与集料的粘附性。常见的抗剥落剂主要有消石灰、水泥、胺类抗剥落剂和非胺类聚合物抗剥落剂。消石灰、水泥和非胺类聚合物抗剥落剂的高成本限制了其在沥青混合料中的大量应用。而胺类抗剥落剂存在两大缺点：一是其热稳定性较差，同时会污染环境，二是其与集料表面形成物理吸附，对酸性石料的吸附能力非常有限。所以研究和开发热稳定性好、低成本和能明显增强石料与沥青的粘附性的抗剥落剂显得格外重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂及其制备与使用方法。该抗剥落剂可增大沥青与集料的粘附力，提高混合料的抗水损害性能。并且该抗剥落剂成本低，生产工艺简单和能减少废气排放。

本发明解决上述技术问题采用以下的技术方案：

一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂，所述抗剥落剂按重量百分比包括如下组分：钢渣尾渣70～85％，石灰7～15％，粉煤灰5～10％，活性剂3～5％。

上述方案中，所述钢渣尾渣为电炉钢渣尾渣，粒径大于4.75mm。

上述方案中，所述钢渣尾渣按质量计，化学成分包括：35～50％CaO、10～15％SiO₂、 15～30％Fe₂O₃、3～5％Al₂O₃、4～8％MgO。

上述方案中，所述石灰细度需满足0.15mm标准方孔筛通过率为85-100％，0.075mm标准方孔筛通过率为90-100％。

上述方案中，所述粉煤灰的粒径范围为1-200μm，空隙率为45-75％。

上述方案中，所述活性剂是由非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠按质量比2:3:5混合而成。

所述的沥青混合料抗剥落剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将钢渣尾渣烘干，然后进行研磨，细度要求为0.15mm标准方孔筛通过率为100％， 0.075mm标准方孔筛通过率为85-100％。

2)按配合比钢渣尾渣70～85％，石灰7～15％，粉煤灰5～10％，活性剂3～5％配置各种组分，其中活性剂中非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比为 2:3:5。

3)先将钢渣尾渣和石灰混合均匀，然后将入粉煤灰拌和均匀，最后加入按比例配置好的活性剂混合均匀后得到所述的沥青混合料抗剥落剂。

上述方案中，步骤1)中将钢渣尾渣在105℃下烘干2h以上。

所述的沥青混合料抗剥落剂的使用方法，所述使用方法为：将沥青混合料抗剥落剂先与矿粉混合均匀后，再加入到沥青和热拌集料的混合物中拌和均匀。

上述方案中，所述抗剥落剂的掺量为混合料质量的1～2％，所述混合料为所述沥青、热拌集料和矿粉的混合物。

本发明的原理为：石灰中的CaO遇水消解成的Ca(OH)₂与沥青中的羧酸产生化学反应生成硷土盐，该盐具有较强的吸附性能，能在矿料与沥青间就形成一个传递应力的界面层，进而增强矿料与沥青之间的粘附性。粉煤灰提供的活性SiO₂(玻璃体SiO₂)和活性Al₂O₃(玻璃体Al₂O₃)能在石灰与高碱度的电炉钢渣所产生的碱环境中发生水化作用，生成具有水硬胶凝性的化合物，增大集料间的粘结面积和提升混合料整体的粘结强度。另外，在有水存在时，未水化的粉煤灰由于其强吸水性可以吸附混合料表面的游离水，在后期中水化产物会慢慢释放，使集料的粘附能力得到进一步的加强。活性剂能减小沥青的表面张力，促使集料表面更加润湿，粘附着的沥青更不易剥落。

另外，活化剂中的非离子聚丙烯酰胺是一种高分子聚合物，其中的非极性基团和沥青的亲合力强，极性基团和集料的亲合力强。同时非离子聚丙烯酰胺与阳离子表面活化剂十二烷基苯磺酸钠具有协同增效作用，能降低混合活化剂的临界胶束浓度，起到相互促进的效果。活化剂中的十二酰单乙醇胺一方面起着降低界面自由能的作用，同时还能具有催化和增强的效果，这能提升活化剂降低表面张力的效率。三者的相互作用使得活化剂的效果得到最大程度的体现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过本发明所制造出来的沥青混合料抗剥落剂能明显增强沥青与集料的粘结性，改善混合料的抗水损害性能。

2、本发明基于钢渣尾渣就可以制备出沥青混合料抗剥落剂，原材料来源广泛，价格便宜，生产工艺简单，实际操作方便，不仅能够大规模制备抗剥落剂，且所得抗剥落剂可以用于沥青路面，具有良好的应用前景。

3、利用钢渣尾渣制备沥青混合料抗剥落剂实现了固体废弃物的有效利用，不仅缓解了钢渣尾渣的堆存问题，还通过和有机活性剂复配的方式增加了抗剥落剂种类，为今后基于钢渣尾渣制备出的沥青混合料抗剥落剂的应用提供了很好的基础。

钢渣尾渣中含有丰富的CaO，其高碱度能减小集料的亲水性。钢渣尾渣作为抗剥落剂的制备与应用技术将解决钢渣尾渣堆存的问题，同时其简单的生产工艺又能节约混合料的生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的沥青混合料抗剥落剂作进一步阐明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

本实施例提供一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂，所述抗剥落剂按重量百分比包括如下组分：钢渣尾渣72％，石灰13％，粉煤灰10％，活性剂5％。

在本实施例中，该钢渣尾渣为电炉钢渣尾渣，粒径大于4.75mm。钢渣尾渣按质量计，化学成分包括：35～50％CaO、10～15％SiO₂、15～30％Fe₂O₃、3～5％Al₂O₃、4～8％MgO。

石灰细度需满足0.15mm标准方孔筛通过率为85-100％，0.075mm标准方孔筛通过率为90-100％。粉煤灰的粒径范围为1-200μm，空隙率为45-75％。

本实施例还提供该沥青混合料抗剥落剂的制备方法，具体步骤如下：

1)取1000g左右未陈放的电炉钢渣尾渣在105℃下烘干2h，然后进行研磨，得到的粉末过0.075mm标准方孔筛，保证其通过率到达85％以上。

2)取1000g左右的石灰进行研磨，然后过0.075mm标准方孔筛，保证其通过率到达90％以上。

3)称取钢渣尾渣720g，石灰130g，粉煤灰100g，活性剂50g，其中活性剂按非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比2:3:5配置而成，即非离子聚丙烯酰胺10g，十二酰单乙醇胺15g，十二烷基苯磺酸钠25g。

4)先将称量好的钢渣尾渣和石灰搅拌均匀，再将粉煤灰加入拌和均匀，最后加入活性剂混合均匀后得到所述的沥青混合料抗剥落剂。

本实施例还提供该沥青混合料抗剥落剂的使用方法，具体步骤如下：将在180℃下保温4h的玄武岩集料与155℃的沥青在170℃下的拌和机搅拌90s，称取占混合料质量(此处混合料质量指的是沥青、热拌集料和矿粉的混合物质量，该混合料为AC-13混合料，级配表见表1)2％的抗剥落剂，与矿粉混合后加入拌和机搅拌90s即制得所需的沥青混合料。

将普通沥青混合料和加入抗剥落剂的沥青混合料分别编号为1#和2#。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)试验规程对比测试1#和2#的残留稳定度、冻融劈裂强度比和60℃下浸水车辙动稳定度。

实施例2

重复实施例1，不同点为抗剥落剂配合比改为：钢渣尾渣800g，石灰100g，粉煤灰60g，活性剂40g，其中活性剂按非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比2:3:5配置而成，即非离子聚丙烯酰胺8g，十二酰单乙醇胺12g，十二烷基苯磺酸钠20g。

实施例3

重复实施例1，不同点为抗剥落剂配合比改为：钢渣尾渣840g，石灰70g，粉煤灰60g，活性剂30g，其中活性剂按非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比2:3:5配置而成，即非离子聚丙烯酰胺6g，十二酰单乙醇胺9g，十二烷基苯磺酸钠15g。

实施例4

重复实施例1，不同点为钢渣为已陈放一年以上的钢渣。

本发明为了对比复合活性剂与单一和两种复配的活性剂的效果，还进行了如下的实施例。加入单一和两种复配的活性剂制备的混合料编号为3#。

对比例1

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为非离子聚丙烯酰胺，质量为50g。

对比例2

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为十二酰单乙醇胺，质量为50g。

对比例3

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为十二烷基苯磺酸钠，质量为50g。

对比例4

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为非离子聚丙烯酰胺和十二酰单乙醇胺，质量比为1:1，即两者均为25g。

对比例5

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为非离子聚丙烯酰胺和十二烷基苯磺酸钠，质量比为1:1，即两者均为25g。

对比例6

重复实施例1，不同点为3)中活性剂改为十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠，质量比为1:1，即两者均为25g。

表1AC-13混合料的合成级配表

筛孔尺寸(mm)	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											合成级配(％)	99.9	96.2	75.2	47.4	30.8	23.9	16.6	12.3	9.1	6.9

表2加入抗剥落剂后混合料水稳定性性能对比

表3复合抗剥落剂与单一抗剥落剂对混合料水稳定性性能的影响

表2的测试结果表明，加入本发明的抗剥落剂后，混合料的残留稳定度(RMS)、冻融劈裂抗拉强度比(TSR)和浸水车辙动稳定度都有一定幅度的提升。实施例4的结果表明，陈放后的钢渣制备的抗剥落剂能增大混合料的稳定度和劈裂强度，但对RMS、TSR和动稳定度的影响不大。4个实施例对比可以发现，实施例2的整体提升效果最好，这表明钢渣尾渣的含量对沥青混合料抗剥落剂的水稳定性有着重要的影响，但并非钢渣掺量越多越好。

表3的测试结果表明，采用单一活化剂制备的抗剥落剂对混合料的水稳定性改善效果最差，采用两种复配的活性剂制备的抗剥落剂的效果其次。同时，与表2中的1#空白混合料对比发现，采用这两种方式制备的混合料的稳定度和劈裂强度有一定程度的下降。综合分析，采用非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠三种试剂复配的活化剂制备的混合料水稳定性能最佳。

上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种利用钢渣尾渣制备的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述抗剥落剂按重量百分比包括如下组分：钢渣尾渣70～85％，石灰7～15％，粉煤灰5～10％，活性剂3～5％。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述钢渣尾渣为电炉钢渣尾渣，粒径大于4.75mm。

3.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述钢渣尾渣按质量计，化学成分包括：35～50％CaO、10～15％SiO₂、15～30％Fe₂O₃、3～5％Al₂O₃、4～8％MgO。

4.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述石灰细度需满足0.15mm标准方孔筛通过率为85-100％，0.075mm标准方孔筛通过率为90-100％。

5.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述粉煤灰的粒径范围为1-200μm，空隙率为45-75％。

6.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂，其特征在于，所述活性剂是由非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠按质量比2:3:5混合而成。

7.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将钢渣尾渣烘干，然后进行研磨，细度要求为0.15mm标准方孔筛通过率为100％，0.075mm标准方孔筛通过率为85-100％。

2)按配合比钢渣尾渣70～85％，石灰7～15％，粉煤灰5～10％，活性剂3～5％配置各种组分，其中活性剂中非离子聚丙烯酰胺、十二酰单乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比为2:3:5。

8.根据权利要求7所述的沥青混合料抗剥落剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中将钢渣尾渣在105℃下烘干2h以上。

9.根据权利要求1所述的沥青混合料抗剥落剂的使用方法，其特征在于，所述使用方法为：将沥青混合料抗剥落剂先与矿粉混合均匀后，再加入到沥青和热拌集料的混合物中拌和均匀。

10.根据权利要求9所述的沥青混合料抗剥落剂的使用方法，其特征在于，所述抗剥落剂的掺量为混合料质量的1～2％，所述混合料为所述沥青、热拌集料和矿粉的混合物。