CN108409205A - 一种钢渣粉煤灰ac-16沥青混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沥青技术领域，具体涉及一种钢渣粉煤灰AC‑16沥青混合料，该沥青混合料所用原料包括基质沥青、钢渣细集料、矿质集料和粉煤灰。本发明沥青混合料的抗永久变形能力以及高温稳定性得到了改善。

Description

一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料
技术领域
本发明属于沥青制造技术领域，具体涉及一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料。
背景技术
在保证当前社会经济发展水平和避免生态环境恶化的前提下，如何能实现绿色经济和低碳经济，促进经济、社会和环境可持续发展，将越来越多的工业废弃物重新利用，是当前亟需应对的重点工作。沥青混合料路面的车辙现象是沥青混合料的高温稳定性不佳的一种表现，是现代高等级沥青路面最常见的一种病害，如何有效解决这一技术问题也是技术人员不断研究的方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗变形能力增强的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青5-7.5%、钢渣细集料14-28%、矿质集料66-80%和粉煤灰1-3%。
矿质集料为石灰岩集料。
所述基质沥青为70#A级沥青。
所述粉煤灰为发电厂湿排的低钙粉煤灰（钙含量不大于10%），比表面积为2000~3000cm2/g。粉煤灰的粒径级配要求为：筛孔尺寸0.6mm，通过率99.2%；筛孔尺寸0.3mm，通过率96.7%；筛孔尺寸0.15mm，通过率81.4%；筛孔尺寸0.075mm，通过率47.3%。
所述钢渣细集料由钢渣经破碎、研磨及筛分得到，钢渣细集料的粒径范围为0~4.75mm。钢渣细集料的粒径级配要求为：筛孔尺寸9.5mm，通过率100%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围92.1%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围77.8%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围67%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围48%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围28.8%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围15.9%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围7.2%。
所述矿质集料由矿质粗集料和矿质细集料组成，矿质细集料的粒径为0~2.36mm，矿质粗集料的粒径有三种，分别是2.36mm~4.75mm、4.75mm~9.5mm、9.5mm~16mm。
所述钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的粒径级配要求为：筛孔尺寸19mm，通过率100%；筛孔尺寸16mm，级配范围90~100%；筛孔尺寸13.2mm，级配范围80~90%；筛孔尺寸9.5mm，级配范围60~80%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围34~62%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围20~48%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围13~36%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围9~26%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围7~18%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围5~14%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围4~8%。
进一步优选，所述钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的粒径级配要求为：筛孔尺寸19mm，通过率100%；筛孔尺寸16mm，级配范围95%；筛孔尺寸13.2mm，级配范围84%；筛孔尺寸9.5mm，级配范围70%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围46%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围38%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围33%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围23%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围15%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围9%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围5%。
本发明的沥青混合料制备时采用现有常规的方法制备即可。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果
1、本发明的沥青混合料中加入了钢渣和粉煤灰，与现有普通AC-16沥青混合料相比，具有很高的动稳定度，动稳定度达到普通AC-16沥青混合料的2.5倍左右，增幅高达118%，且远高于规范要求的动稳定度值，这说明本发明沥青混合料的抗永久变形能力以及高温稳定性得到了显著改善。这是因为钢渣集料的形状均匀、颗粒形状接近立方体、棱角性较好且具有较好的力学性能，经碾压压实成型后，钢渣集料与石灰岩集料之间形成相互嵌挤的结构，沥青混合料的内摩擦角增大，抗变形能力增强；同时钢渣集料属于碱性集料且表面纹理丰富，沥青在自身流动作用下进入钢渣集料的纹理与孔隙之中，这使得钢渣集料被沥青紧紧地包裹，增强了钢渣与沥青之间的粘结作用。另外，由于粉煤灰颗粒的周缘结晶体棱角效应，加入粉煤灰以后，沥青混合料内会产生附加摩阻力，从而产生物理作用力。粉煤灰与沥青的化学作用会使混合料内产生化学作用力，粉煤灰和沥青的化学作用和物理作用使沥青混合料的高温稳定性得到改善。
2、本发明所加入的钢渣表面孔隙较多，对沥青的吸收能力强，加上粉煤灰具有孔状结构，所以沥青的油分在高温条件下可以沿着毛细管道进入粉煤灰内部被粉煤灰吸收，从而提高了沥青的粘滞性，使得本发明的沥青混合料并没有明显的泛油现象，说明本发明的沥青混合料添加钢渣和粉煤灰之后的减油作用很明显。
3、采用粉煤灰替代矿粉，粉煤灰的密度比石灰岩矿粉的密度小，但比表面积大，加入相同质量的粉煤灰或者矿粉后，粉煤灰与沥青所形成的沥青胶浆体积大于矿粉形成的沥青胶浆，说明粉煤灰的增浆作用大于矿粉。
4、本发明加入粉煤灰以后，粉煤灰的减油作用和化学吸附作用使得沥青胶体结构中沥青质和胶质的组分发生变化，从而调节了凝胶量和凝胶过程。高钙粉煤灰（钙含量大于10%）的化学吸附作用要大于低钙粉煤灰（钙含量不大于10%），主要是因为高钙粉煤灰中CaO的含量要大于低钙粉煤灰，CaO与沥青中的酸配更容易发生化学反应。
5、由于粉煤灰颗粒细，外形接近球形，所以与沥青结合后形成的沥青胶浆流动性好，沥青混合料更加密实。掺入粉煤灰尤其是低钙粉煤灰有助于提高沥青胶浆的粘滞性、提高沥青胶浆的高温稳定性、增强沥青与矿料之间的粘结力、改善沥青胶浆的低温路用性能。
6、本发明钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的油石比得到了提高。这主要是因为粉煤灰的微孔结构，粉煤灰的比表面积要明显大于石灰岩矿粉，而且粉煤灰颗粒的微孔相当于微毛细管，会产生毛细作用，这些因素使得沥青混合料的油石比增加。
7、本发明沥青混合料的毛体积密度明显低于普通沥青混合料，降幅达到7%，这主要是因为钢渣内部有大量的空洞结构，且粉煤灰密度也远低于普通矿粉。
8、本发明沥青混合料的稳定度明显高于普通沥青混合料，增幅约为22.2%。但流值变化不大，说明其抗变形能力略有增强。分析其主要原因是钢渣表面较粗糙，所组成的混合料具有较大的内摩阻力，同时这种粗糙增加了骨料的表面积，使与沥青的粘合面积增大，提高了钢渣与沥青的粘结力。同时粉煤灰一定程度上也提高了沥青胶浆粘结力。
9、本发明将钢渣和粉煤灰废弃物重新利用，大大减少了废弃物对环境的污染，节约了土地资源，同时减少了天然砂石资源的消耗，具有显著的经济效益，这对于我国然处于经济加速期，基础设施建设特别是中西部地区的基础设施建设投入在继续增长，对道路工程材料的需求量仍然很大，本发明对实现钢铁企业的可持续发展具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例中所用矿质集料为石灰岩集料，所用粉煤灰为发电厂湿排的、钙含量不大于10%的低钙粉煤灰，比表面积为2000~3000cm2/g（氮吸附法），粉煤灰的粒径级配要求为：筛孔尺寸0.6mm，通过率99.2%；筛孔尺寸0.3mm，通过率96.7%；筛孔尺寸0.15mm，通过率81.4%；筛孔尺寸0.075mm，通过率47.3%所用基质沥青为70#A级基质沥青，技术指标如下：
钢渣细集料由钢渣经破碎、研磨及筛分得到，钢渣细集料的粒径范围为0~4.75mm。钢渣细集料的粒径级配要求为：筛孔尺寸9.5mm，通过率100%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围92.1%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围77.8%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围67%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围48%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围28.8%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围15.9%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围7.2%。
矿质集料由矿质粗集料和矿质细集料组成，矿质细集料的粒径为0~2.36mm，矿质粗集料的粒径有三种，分别是2.36mm~4.75mm、4.75mm~9.5mm、9.5mm~16mm。
实施例1：一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青60份、钢渣细集料250份、矿质集料660份、粉煤灰30份。
制得钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的粒径级配要求为：筛孔尺寸19mm，通过率100%；筛孔尺寸16mm，级配范围95%；筛孔尺寸13.2mm，级配范围84%；筛孔尺寸9.5mm，级配范围70%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围46%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围38%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围33%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围23%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围15%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围9%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围5%；下同。
实施例2：一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青50份、钢渣细集料140份、矿质集料800份、粉煤灰10份。
实施例3：一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青70份、钢渣细集料200份、矿质集料700份、粉煤灰30份。
实施例4：一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青60份、钢渣细集料180份、矿质集料740份、粉煤灰20份。
对照例：普通AC-16沥青混合料，以重量份计，包括以下原料：基质沥青300份、矿质集料4700份、矿粉300份。
效果实验：为了验证本发明沥青混合料的性能，在马歇尔试验的基础上，采用车辙试验来评价钢渣沥青混合料的高温性能，车辙试验简单直观，与路面实际车辙有较好的相关性。车辙试验是一种模拟实际车轮在路面上行驶而形成车辙的工程试验方法，原理是通过采用模拟车轮在板块状试件上反复行走，观察和检测试件的尺寸变化，用动稳定度来评价材料的抗车辙性能。车辙试验的最大的特点是能够充分模拟沥青混合料路面上车轮行驶的实际情况，在进行试验研究时,可以改变温度、荷载、试件厚度、试件尺寸、成型条件等试验条件，以模拟路面的实际工作情况，研究各种因素的变化对车辙变形的影响。
表1物理-力学指标测定结果汇总表
由表1可以看出，相比于普通AC-16沥青混合料，本发明掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的油石比得到了提高。看出本发明掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的毛体积密度明显低于普通AC-16沥青混合料，降幅达到7%，本发明掺钢渣粉煤灰AC-16混合料的稳定度明显高于普通AC-16沥青混合料，增幅约为22.2%。
表2 车辙试验结果
通过表2车辙试验结果可以看出，本发明掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料具有很高的动稳定度，动稳定度达到普通AC-16沥青混合料的2.5倍左右，增幅高达118%，且远高于规范要求的动稳定度值，这说明AC-16沥青混合料的抗永久变形能力以及高温稳定性得到了显著改善。这主要是因为钢渣集料的形状均匀、颗粒形状接近立方体、棱角性较好且具有较好的力学性能，经碾压压实成型后，钢渣集料与石灰岩集料之间形成相互嵌挤的结构，沥青混合料的内摩擦角增大，抗变形能力增强；同时钢渣集料属于碱性集料且表面纹理丰富，沥青在自身流动作用下进入钢渣集料的纹理与孔隙之中，这使得钢渣集料被沥青紧紧地包裹，增强了钢渣与沥青之间的粘结作用。另外，由于粉煤灰颗粒的周缘结晶体棱角效应，加入粉煤灰以后，沥青混合料内会产生附加摩阻力，从而产生物理作用力。粉煤灰与沥青的化学作用会使混合料内产生化学作用力。粉煤灰和沥青的化学作用和物理作用使沥青混合料的高温稳定性得到改善。同时通过试件外观，可以看出，掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料并没有明显的泛油现象，说明钢渣及粉煤灰的减油作用很明显。
表3 浸水马歇尔试验结果对比
采用浸水马歇尔试验方法对试件进行实验，浸水马歇尔试验方法与标准马歇尔方法的不同之处在于，试件在已达规定温度恒温水槽中的保温时间为48h，其余与标准马歇尔试验方法相同。试验采用马歇尔击实方法成型试件，每种混合料各4个平行试件，正反面击实次数为75次。浸水组试件在60℃恒温水浴箱中保温24小时，未浸水组在60℃恒温水浴箱中保温0.5小时。按照GE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0709的方法测得稳定度，整理结果如表3。由表3可以看出，掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料浸水48h后的稳定度远高于普通AC-16沥青混合料，增幅57%。钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的残留强度也比普通AC-16沥青混合料略高，满足规范要求的80%，说明其水稳定性优于普通AC-16沥青混合料。
表4 冻融劈裂试验结果对比表
冻融劈裂试验通过测量沥青混合料在冻融循环中受到的水损害前后的劈裂抗拉强度比（TSR）来评价沥青混合料的水稳定性。实验参照GE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0729，对本发明钢渣粉煤灰沥青混合料以及对照组进行冻融劈裂试验。试验采用马歇尔击实方法成型试件，每种混合料各4个平行试件，正反面击实次数为50次。冻融组经过真空保水后在-18℃的恒温冰箱中保持16小时，再放入60℃恒温水浴箱中保温24小时，之后与对照组共同置于25℃水槽中保温2小时。按照劈裂实验（T0716）的方法测得荷载值，并计算劈裂强度和TSR。就本发明而言，掺钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的冻融后劈裂强度高于普通AC-16沥青混合料，增幅20%。未经过冻融循环的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的劈裂强度也高于普通AC-16沥青混合料，增幅13%。钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料劈裂强度比也高于普通AC-16沥青混合料，且大于规范要求的75%，说明其抗冻性能优于普通AC-16沥青混合料。
综上所述，掺钢渣粉煤灰的AC-16沥青混合料的高温稳定性和水稳定性均优于普通AC-16沥青混合料，满足路面材料的使用性能。同时掺钢渣粉煤灰的沥青混合料，外观无油，阳光下也无反光晃眼的油光，非常有利于行车路面。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于，以重量份计，包括以下原料：基质沥青5-7.5%、钢渣细集料14-28%、矿质集料66-80%和粉煤灰1-3%。
2.根据权利要求1所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述基质沥青为70#A级沥青。
3.根据权利要求1或2所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述粉煤灰为发电厂湿排的低钙粉煤灰，比表面积为2000~3000cm2/g。
4.根据权利要求1或2所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述钢渣细集料由钢渣经破碎、研磨及筛分得到，钢渣细集料的粒径范围为0~4.75mm。
5.根据权利要求1或2所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述矿质集料由矿质粗集料和矿质细集料组成，矿质细集料的粒径为0~2.36mm，矿质粗集料的粒径有三种，分别是2.36mm~4.75mm、4.75mm~9.5mm、9.5mm~16mm。
6.根据权利要求1所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的粒径级配要求为：筛孔尺寸19mm，通过率100%；筛孔尺寸16mm，级配范围90~100%；筛孔尺寸13.2mm，级配范围80~90%；筛孔尺寸9.5mm，级配范围60~80%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围34~62%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围20~48%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围13~36%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围9~26%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围7~18%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围5~14%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围4~8%。
7.根据权利要求6所述的钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料，其特征在于：所述钢渣粉煤灰AC-16沥青混合料的粒径级配要求为：筛孔尺寸19mm，通过率100%；筛孔尺寸16mm，级配范围95%；筛孔尺寸13.2mm，级配范围84%；筛孔尺寸9.5mm，级配范围70%；筛孔尺寸4.75mm，级配范围46%；筛孔尺寸2.36mm，级配范围38%；筛孔尺寸1.18mm，级配范围33%；筛孔尺寸0.6mm，级配范围23%；筛孔尺寸0.3mm，级配范围15%；筛孔尺寸0.15mm，级配范围9%；筛孔尺寸0.075mm，级配范围5%。
CN201810264020.8A 2018-03-28 2018-03-28 一种钢渣粉煤灰ac-16沥青混合料 Pending CN108409205A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110342858A (zh) * 2019-07-31 2019-10-18 云南天朗再生资源有限责任公司 一种多功能再生透水沥青面层的制备方法
CN114477855A (zh) * 2022-01-29 2022-05-13 广东省水利水电第三工程局有限公司 一种再生沥青混凝土及其应用

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