CN108384035A - 一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒及其制备方法。该核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒主要由核部分和包裹所述核部分的壳部分组成：所述核部分组成成分按重量计分别为：道路用沥青占核重量的50％‑75％，钢渣粉占核重量的15％‑40％，添加剂占核重量的0％‑30％；所述三种组分之和为100％；所述壳部分组成成分为聚乙烯或硅藻土；所述壳部分占颗粒总重量的5‑10％，核部分占颗粒总重量的90‑95％。本发明的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒能常温贮存，长距离运输，并能提高沥青混凝土综合路用性能。

Description

一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青路面材料领域，尤其涉及一种可稳定存储，且可提高沥青路面综合路用性能的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒及其制备方法。

背景技术

沥青是公路材料的重要组成部分。由沥青、集料、矿粉及其它辅助材料等组成的沥青混合料经拌制，摊铺，碾压工序后形成沥青路面。而在此过程中，沥青混合料的生产环节尤为重要，对沥青路面的质量起着决定性的作用。在生产环节，沥青称量不准确，沥青喷嘴堵塞或人为失误导致沥青用量与生产配合比偏差较大的案例时有发生。同时沥青的运输，贮存等环节也需要耗费大量的能量以保持沥青的流动性。另外对于聚合物改性沥青而言，高分子有机改性剂与沥青之间的相容性是长期困扰人们的一个难题。因此聚合物改性沥青的运输距离由于离析现象的客观存在而受到限制。

沥青路面在使用过程中，常常受到多种病害导致的损害：散粒、坑槽、车辙变形、唧浆、龟裂等。其中水损害和车辙变形是我国沥青路面最常见的两种早期病害。因此在沥青混合料设计与生产过程中，通常会涉及到辅助材料的使用。例如采用消石灰，水泥等增加沥青混合料的抗水损害性能；采用纤维增强沥青混合料的韧性等。每增加一类辅助材料，就需要在拌和楼中安装一个粉体罐或投料接口。而且在拌和楼的生产过程中，往往需要变化辅助材料，例如第一个标段要使用水泥，而第二个标段就要使用消石灰作为抗剥落剂。这些都导致沥青混合料的生产控制工艺更加复杂。因此目前沥青混合料的生产过程呈现能耗高，人工依赖程度高，成本高等特征。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以常温贮存，长距离运输，提高沥青混凝土综合路用性能的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其主要由核部分和包裹所述核部分的壳部分组成：

所述核部分组成成分按重量计分别为：

道路用沥青 占核重量的50％-75％

钢渣粉 占核重量的15％-40％

添加剂 占核重量的0％-30％；所述三种组分之和为100％；

所述壳部分组成成分为聚乙烯(PE)或硅藻土；

所述壳部分占颗粒总重量的5-10％，核部分占颗粒总重量的90-95％。

上述方案中，所述核部分的形状为类球形、立方体形或圆柱体形。

上述方案中，所述的道路用沥青包括30号、50号、70号、90号、110号、130号或160号道路石油沥青。这些道路石油沥青型号在《公路沥青施工技术规范》JTG F40-2004中有规定。

上述方案中，所述的道路用沥青为聚合物改性沥青。例如SBS类，SBR类，EVA、PE类。

上述方案中，所述的钢渣粉为使用不同工艺冷却的转炉钢渣或电炉钢渣经粉磨后形成的最大公称粒径小于0.3mm的粉末状钢渣颗粒。

上述方案中，所述的添加剂包括橡胶粉、生石灰、熟石灰、水泥或聚酯纤维。

上述方案中，每个核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的体积为14-32mm³。

一种所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的制备方法，包括以下步骤：

1)根据配方称取沥青、钢渣粉及添加剂；

2)沥青保持液体流动状态，如是道路石油沥青，则温度保持在130±5度；如是聚合物改性沥青，则温度保持在145±5度，在油浴恒温容器中持续搅拌；

3)加入钢渣粉，如有必要也可同时加入添加剂，持续搅拌2-3分钟；若添加剂中包含橡胶粉，则应持续搅拌50分钟以上，从而形成核部分；

4)根据配方称取核部分原料和壳部分原料，将壳部分裹履于核部分，形成核壳型复合改性沥青颗粒。

本发明还提供该核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的应用流程，如下：

1)沥青混合料拌和楼正常运转，集料与矿粉称量完毕后落于搅拌锅中干拌数秒；

2)通过投料机，确定该沥青颗粒的用量，并于相应的投料口投于搅拌锅中，利用集料热度融化本产品，形成沥青混合料；

3)下料、运输、摊铺。

本发明主要利用钢渣高碱度、与沥青粘附性好的优点，形成一种环保型的沥青颗粒，改善沥青混合料的抗水损害性能。本核壳型结构同时可以添加其它添加剂例如石灰、水泥、纤维等物质，使其能够综合提高沥青路面的路用性能，缓解水损害和车辙变形等路面早期病害。

本发明具有如下有益效果：

1)优异的抗水损害性能及抗车辙变形性能：钢渣中含有超过45％的钙元素，因此钢渣拥有极高的碱度。通常钢渣与沥青的粘附性达到5级。本发明利用这一特点，一方面通过钢渣粉提高了集料与沥青的接触面积，另一方面增加了两者的粘结力；同时本发明中壳部分采用了硅藻土或PE材料。这两种物质均有益于提升沥青混合料的抗车辙变形能力。

2)利用室温储存、长距离运输，应用方便：本发明中的壳部分隔绝了沥青颗粒之间的粘结力，使得颗粒间更方便室温储存；同时由于本发明是固体形态，不存在钢渣与沥青、或聚合物改性沥青自身发生离析的情况；最后本发明通过在生产环节减少了沥青及其它辅助材料的投放程序，使沥青混合料的生产变得简易、自动化程度更高。

附图说明

图1为本发明提供的一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的外形及其示意图。

常见的沥青颗粒外形有球形，圆柱形或立方体形。但应当注意图1所示图仅是用于展示本核壳型沥青颗粒的基本结构。此结构受生产过程中造粒设备挤出机出口的形状及其它工艺所影响，若适配不同的挤出机则可修改相应的沥青颗粒形状。因此示意图1不应视作限制本发明相关的核壳型沥青颗粒的形状。

图2为核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的生产流程。

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。

本发明提供一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其主要由核部分和包裹所述核部分的壳部分组成：

所述核部分组成成分按重量计分别为：

道路用沥青 占核重量的50％-75％

钢渣粉 占核重量的15％-40％

添加剂 占核重量的0％-30％；所述三种组分之和为100％；

所述壳部分组成成分为聚乙烯或硅藻土；

所述壳部分占颗粒总重量的5-10％，核部分占颗粒总重量的90-95％。

本发明的一个实施方式中，添加剂可以包括橡胶粉，石灰(生石灰，熟石灰或含石灰颗粒生产的其它物质)、水泥或聚酯纤维中的一种或几种。橡胶粉与沥青经过充分溶胀发育后，使改性沥青具有良好的韧性，因而在低温环境下抗裂性能更强。石灰、水泥与沥青接触后，和钢渣粉一样起着增加沥青与集料粘附性的作用。聚酯纤维则可以进一步提高沥青混合料的强度。

以下通过实施例对本发明的制备与应用过程进行具体说明。

实施例1

制备：按照质量百分比60％和40％分别称取道路石油沥青AH-70号和钢渣粉。利用带保温功能的搅拌设备，保持道路石油沥青130度，同时加入钢渣粉。搅拌2min后将沥青胶浆投入挤出机，开启温度控制设备以顺利挤出、造粒并落入倾斜的滚盘。随后在滚盘中喷入液体状的PE材料以包裹粒化沥青，使PE与粒化沥青的重量比控制在10：90，形成核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒。

应用：沥青混合料在拌和楼生产过程中，集料与矿粉称量完毕后落于搅拌锅中干拌5秒；通过投料机，按照集料和矿粉96份、核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒4份的比例，于相应的投料口投于搅拌锅中，利用集料热度融化本产品，形成沥青混合料，并下料、运输、摊铺。

实施例2

制备：按照质量百分比为50％、20％、30％分别称取AH-70号道路石油沥青、钢渣粉与橡胶粉。利用带保温功能的搅拌设备，保持道路石油沥青135度，同时加入钢渣粉。搅拌2min后加入橡胶粉并搅拌50min，将沥青胶浆投入挤出机，开启温度控制设备以顺利挤出、造粒并落入倾斜的滚盘。随后在滚盘中喷入液体状的PE材料以包裹粒化沥青，使PE与粒化沥青的重量比控制在5：95，形成核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒。

应用：沥青混合料在拌和楼生产过程中，集料与矿粉称量完毕后落于搅拌锅中干拌5秒；通过投料机，按照集料和矿粉92份、核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒8份的比例，于相应的投料口投于搅拌锅中，利用集料热度融化本产品，形成沥青混合料，并下料、运输、摊铺。

实施例3

制备：按照质量百分比为75％、15％、10％分别称取PG76-22型SBS改性沥青、钢渣粉与聚酯纤维。利用带保温功能的搅拌设备，保持沥青145度，同时加入钢渣粉和聚酯纤维。搅拌5min后将沥青胶浆投入挤出机，开启温度控制设备以顺利挤出、造粒并落入倾斜的滚盘。随后在滚盘中喷入液体状的PE材料以包裹粒化沥青，使PE与粒化沥青的重量比控制在10：90形成核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒。

应用：沥青混合料在拌和楼生产过程中，集料与矿粉称量完毕后落于搅拌锅中干拌5秒；通过投料机，按照集料和矿粉94份、核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒6份的比例，于相应的投料口投于搅拌锅中，利用集料热度融化本产品，形成沥青混合料，并下料、运输、摊铺。

实施例4

制备：按照质量百分比为75％、15％、10％分别称取PG76-22型SBS改性沥青、钢渣粉与聚酯纤维。利用带保温功能的搅拌设备，保持沥青145度，同时加入钢渣粉和聚酯纤维。搅拌5min后将沥青胶浆投入挤出机，开启温度控制设备以顺利挤出、造粒并落入倾斜的滚盘。随后在滚盘中喷入粉状的硅藻土以包裹粒化沥青，使硅藻土与粒化沥青的重量比控制在5：95，形成核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒。

应用：沥青混合料在拌和楼生产过程中，集料与矿粉称量完毕后落于搅拌锅中干拌5秒；通过投料机，按照集料和矿粉94份、核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒6份的比例，于相应的投料口投于搅拌锅中，利用集料热度融化本产品，形成沥青混合料，并下料、运输、摊铺。

实验例

按照上述四种实施例成型沥青混合料，其中实施例1和2形成AC-25C型沥青混合料，实施例3和4形成AC-13C型沥青混合料。各实施例的沥青混合料的路用性能如下表所示：

表1各实施例形成的沥青混合料性能指标

混合料类型	冻融劈裂比(％)	动稳定度	低温弯曲应变(10-6)
				试验方法	T0729	T0719	T0715
要求	≥75	≥800	≥2500
				实施例1	93	4500	2513
实施例2	95	4834	2813
				要求	≥80	≥2800	≥2500
实施例3	97	9060	3066
				实施例4	97	8123	2943

从表1可以看出，采用了核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒后，各实施例对应的沥青混合料的抗水损害性能、抗车辙性能均超过了公路沥青路面施工技术规范中要求的值，属于性能优异的等级。实验结果也证明采用本发明制备的改性沥青颗粒具备优异的路用性能提升功能，充分发挥了核壳型沥青颗粒的结构优势及钢渣材料对提高沥青粘附性的性能优势。

图2是对上述步骤的具体说明：当钢渣、沥青与添加剂在搅拌系统混合后通过挤出机模口造粒。此时挤出物因过潮或过热，而需要开动温控装置，使其干燥和降温以顺利造粒。完成造粒的挤出物落于滚盘中，同时相应的PE喷淋系统和硅藻土喷洒系统工作，使挤出物外表裹覆相应的外壳，完成成品。

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 (8)

1.一种核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，其主要由核部分和包裹所述核部分的壳部分组成：

所述核部分组成成分按重量计分别为：

道路用沥青 占核重量的50％-75％

钢渣粉 占核重量的15％-40％

添加剂 占核重量的0％-30％；所述三种组分之和为100％；

所述壳部分组成成分为聚乙烯或硅藻土；

所述壳部分占颗粒总重量的5-10％，核部分占颗粒总重量的90-95％。

2.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，所述核部分的形状为类球形、立方体形或圆柱体形。

3.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，所述的道路用沥青包括30号、50号、70号、90号、110号、130号或160号道路石油沥青。

4.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，所述的道路用沥青为聚合物改性沥青。

5.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，所述的钢渣粉为使用不同工艺冷却的转炉钢渣或电炉钢渣经粉磨后形成的最大公称粒径小于0.3mm的粉末状钢渣颗粒。

6.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，所述的添加剂包括橡胶粉、生石灰、熟石灰、水泥或聚酯纤维。

7.如权利要求1所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒，其特征在于，每个核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的体积为14-32mm³。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的核壳型钢渣基复合改性沥青颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据配方称取沥青、钢渣粉及添加剂；

2)沥青保持液体流动状态，如是道路石油沥青，则温度保持在130±5度；如是聚合物改性沥青，则温度保持在145±5度，在油浴恒温容器中持续搅拌；

3)加入钢渣粉，如有必要可同时加入添加剂，持续搅拌2-3分钟；若添加剂中包含橡胶粉，则应持续搅拌50分钟以上，从而形成核部分；

4)根据配方称取核部分原料和壳部分原料，将壳部分裹履于核部分，形成核壳型复合改性沥青颗粒。