CN108373290B - 一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法 - Google Patents

一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法，包括以下步骤：1)根据生产配合比，将热料仓中钢渣粗集料经计量系统称重后下料至拌和锅中干拌3‑5s，所述钢渣的粒径大于9.5mm；2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌7‑10s；3)将剩余热料仓中的天然集料下料至拌和锅，湿拌15‑18s，所述集料的粒径小于9.5mm；4)加入矿粉，再拌和7‑10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。本发明的有益效果在于在不改变设备配置及增加混合料设计最佳油石比的前提下，通过优化生产工艺，使钢渣粗、细集料均能得到沥青良好的包裹。

Description

一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法
技术领域
本发明涉及沥青路面材料领域，尤其涉及一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料 的生产方法。
背景技术
高等级道路网对我国发展经济具有重要的意义。我国已基本形成了公路骨架网。公路 路表层绝大部分为沥青路面。但沥青路面属资源密集型行业，其代价是对我国可开采的优 质集料资源玄武岩已基本枯竭。另一方面，全国钢铁工业规模巨大，每年产生的钢渣超过 1亿吨，累计堆积的钢渣超过12亿吨，堆积面积超过34万平方米，相当于武汉最大城中湖－东湖的总面积。钢渣若得不到妥善处理，会产生有害扬尘，造成大气PM2.5含量增加，严重危害人体健康。因此，钢渣的无害化、资源化是我国建立资源节约型、环境友好型社 会的必经之路。
利用钢渣制备高等级沥青路面用集料是对巨量钢渣再利用的最具潜力的技术。钢渣沥 青混凝土目前已在我国开始推广应用。利用钢渣制备的沥青混凝土抗水损害性能、抗车辙 性能满足我国交通部《沥青路面施工技术规范》的要求。
但是与天然岩石不同，钢渣具有多孔囊状结构，需要吸收较多的沥青以保证集料周围 有适当的沥青膜包裹。在钢渣沥青混合料生产流程中若未针对钢渣这种特性优化调整，将 导致拌和过程中大量自由沥青被比表面积较大的细集料或矿粉吸收，而使粗钢渣集料表面 沥青包裹厚度降低。这使得沥青混合料拌制后，粗集料“花白料”偏多，且容易遭受水损害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产 方法。
本发明的技术方案如下：
一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法，其包括以下步骤：
1)根据生产配合比，将热料仓中钢渣粗集料经计量系统称重后下料至拌和锅中干拌 3-5s，所述钢渣的粒径大于9.5mm；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌7-10s；
3)将剩余热料仓中的天然集料下料至拌和锅，湿拌15-18s，所述集料的粒径小于9.5mm；
4)加入矿粉，再拌和7-10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
上述方案中，所述步骤1)中的钢渣的粒径为9.5-16mm。
上述方案中，所述步骤3)中的天然集料包括玄武岩、辉绿岩、花岗岩或片麻岩。
上述方案中，所述钢渣包括转炉钢渣、电炉钢渣或包钢渣。
上述方案中，所述钢渣沥青混合料中钢渣粗集料和天然集料占83～87wt％，沥青占5～6 wt％，石灰石矿粉占8～11wt％。
上述方案中，所述钢渣粗集料占总混合料的35-40wt％。
根据申请人的研究发现，钢渣(转炉钢渣、电记钢渣和包钢渣)均含有非常粗糙的表 面。钢渣从1500度的液相冷却中，逃逸水蒸气使钢渣具备非常多的微空隙；其次钢渣矿物 组成中的β型硅酸二钙转变成γ型硅酸二钙，通常伴随着体积的膨胀，这也使钢渣具备囊 状结构，如图1所示。因此，钢渣集料与沥青接触后，不仅自由沥青会瞬时被吸收进钢渣的开口孔隙中，而且该吸收效应具有延时性，即：随着时间推移，越来越多的沥青会吸收 进孔隙内，导致钢渣表面沥青含量越来越少。
本发明特殊之处在于利用了钢渣对沥青吸收量决定于钢渣比表面积及沥青粘度的特 点。集料比表面积越大，则其沥青吸收量越多；而沥青粘度越大，则其被吸收量越小。申 请人研究发现，大于9.5mm的钢渣集料比表面积比1.18mm的集料小一至二个数量级。因此本发明将比表面积较小的钢渣粗集料(大于9.5mm)先与沥青拌和。处于粗集料表面的 沥青膜物理性质发生改变，粘度下降。此时在拌和锅中加入细集料继续拌和，使沥青膜能 够均匀履盖不同粒径的集料，可以有效抑制沥青吸收，保证钢渣混合料路用性能。因此本 发明通过调整拌和楼的生产工艺，使钢渣粗集料优先接触到足够多的自由沥青，从而保证 钢渣表面具有足够厚度的沥青膜。
本发明的有益效果在于：在不改变设备配置及增加混合料设计最佳油石比的前提下， 通过优化生产工艺，使钢渣粗、细集料均能得到沥青良好的包裹。
附图说明
图1为钢渣表面微空隙及内部结构示意图。
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。
提供一种公称最大粒径为13.2mm的AC-16C型钢渣沥青混合料组成，该混合料各组份 重量百分比含量为：骨料颗粒占83～87％，沥青占5～6％，石灰石矿粉占8～11％，所述骨料 配比方案为：1)16mm≥粒度＞9.5mm的为钢渣，小于9.5mm的为天然集料。骨料颗粒中钢渣占总混合料的35-40％。可以理解的是，本发明还适用于其他组成类型的钢渣沥青混合料。
实施例1
一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌3s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌7s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌15s；
4)加入矿粉，再拌和7s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
实施例2
一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌4s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌8s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌16s；
4)加入矿粉，再拌和8s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
实施例3
一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌5s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌9s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌17s；
4)加入矿粉，再拌和9s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
实施例4
一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌5s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌10s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌18s；
4)加入矿粉，再拌和10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
对比例1
一种钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌5s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌6s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌14s；
4)加入矿粉，再拌和10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
对比例2
一种钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粗集料(9.5-16mm)称重后下料至拌和锅中干拌5s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌11s；
3)将配合比中小于9.5mm的集料部分下料至拌和锅，湿拌19s；
4)加入矿粉，再拌和10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
对比例3
一种钢渣沥青混合料生产方法，包括以下步骤：
1)按照生产配合比将集料称重后下料至拌和锅中干拌5s；
2)按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，同时加入矿粉，湿拌30s。
表1各实施例和对比例按照相同制备程序成型马歇尔试件体积性能
Figure BDA0001566682180000041
在击实的沥青混合料马歇尔试件中，表1列举的三个指标代表了试件的体积性能。其 中空隙率(VV)表示试件中矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。矿料间 隙率(VMA)表示试件中全部矿料部分以外的体积占总体积的百分率。而沥青饱和度(VFA) 表示试件矿料间隙中扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥青结合料部分的体积在矿料间隙 率中所占的百分率。根据我国现行的规范《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004， 这三项体积参数的计算公式如下：
Figure BDA0001566682180000042
Figure BDA0001566682180000043
Figure BDA0001566682180000051
其中，γf为成型马歇尔试件的毛体积密度；γt为成型马歇尔试件的最大理论密度；γsb为成型马歇尔试件中，各集料的合成毛体积密度；Ps则为各种矿料占沥青混合料总质量的 百分率之和。
从以上计算公式可以看出，马歇尔试件的空隙率VV和沥青饱和度VFA均与试件的最 大理论密度相关，也间接的与试件中集料的有效相对密度有关。而集料的有效相对密度则 与集料自身空隙及其吸收沥青的量有直接关系。钢渣是一种多孔囊状结构。钢渣中大于9.5mm粒径的颗粒吸水率一般在2-3％之间，远高于天然集料小于1％的吸水率。这代表钢渣对沥青的吸收率也会远高于天然集料。因此针对钢渣集料组成的沥青混合料的生产拌制工艺需要创新。
如表1所示，实施例1至实施例4均是按照权利要求1中规定的工艺及拌和时间实施的。对比例中，步骤2和步骤3的拌和时间与本发明要求的不同。实施例1至实施例4得 到的沥青混合料的体积性能十分优异，沥青饱和度VFA均超过了69.0％，甚至可以达到 70.2％。与对比例的结果对比中，其优化沥青裹覆均匀度的效果十分显著。对比例2由于拌 和时间过长，一方面增加了拌和成本，另一方面造成沥青老化加剧，使沥青混合料变得难 以压实。因此对比例2制备的马歇尔试件的空隙率达到4.7％，而沥青饱和度VFA指标相 较对比例还有下降。以上结果表明，在采用相同的沥青混合料组成设计的条件下，本发明 方法可以显著优化沥青在集料表面的裹覆均匀度，保证了钢渣粗集料表面的沥青膜厚度， 抑制了钢渣细集料对沥青的吸收，进而改善沥青混合料的体积性能。
表2各实施例和对比例按照相同制备程序成型试件力学性能
Figure BDA0001566682180000052
表2显示了不同实施例和对比例得到的沥青混合料马歇尔试件的力学性能。其中马歇 尔稳定度代表了试件的力学承载能力；而低温弯曲应变则代表了试件在低温下的韧度。实 施例1至实施例4得到的沥青混合料展现出良好的力学性能。而对比例1的低温弯曲应变 略有下降。对比例2由于沥青老化加剧，沥青模量变大，使得其马歇尔稳定度提升幅度明 显，低温弯曲应变只有2351。这说明这种沥青混合料在冬季时易开裂。对比例中由于较多 的自由沥青被小于9.5mm的细集料吸收，沥青裹覆均匀度不好，因而其低温弯曲应变性能 也较差。
表1和表2的实验结果证明：权利要求1中对于钢渣沥青混合料拌和顺序与拌和时间 的规定是非常创新性的。应用本发明的生产工艺，可以明显改善钢渣沥青混合料的体积性 能与力学性能。
上面结合附图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 (5)

1.一种优化沥青裹覆均匀度的钢渣沥青混合料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据生产配合比，将热料仓中钢渣粗集料经计量系统称重后下料至拌和锅中干拌3-5s，所述钢渣的粒径为9.5-16mm；
2）按照设计最佳油石比，从沥青罐中喷洒沥青至拌和锅中，湿拌7-10s；
3）将剩余热料仓中的天然集料下料至拌和锅，湿拌15-18s，所述集料的粒径小于9.5mm；
4）加入矿粉，再拌和7-10s，得到钢渣沥青混合料，等待下料。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤3）中的天然集料包括玄武岩、辉绿岩、花岗岩或片麻岩。
3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述钢渣包括转炉钢渣、电炉钢渣或包钢渣。
4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述钢渣沥青混合料中钢渣粗集料和天然集料占83~87wt%，沥青占5~6 wt %，石灰石矿粉占8~11 wt %。
5.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述钢渣粗集料占总混合料的35-40 wt%。
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