CN109021595A - 一种热再生钢渣沥青混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热再生钢渣沥青混合料，所述热再生钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：废旧沥青混合料80‑90份，新钢渣沥青混合料10‑20份；所述废旧沥青混合料为原沥青路面上面层铣刨料，所述新钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：钢渣粗集料50‑75份，玄武岩细集料15‑45份，填料5‑10份，沥青4.5‑5.5份。由本发明热再生钢渣沥青混合料铺筑的沥青路面具有良好的抗渗水性、抗滑性和抗车辙性。本发明为固体废弃物钢渣和废旧沥青混合料的资源化利用提供了有效途径，同时还解决了当前公路建设与优质天然石料的供需矛盾，降低了公路建设成本，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种热再生钢渣沥青混合料
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体涉及公路建筑材料技术领域，特别涉及一种热再生钢渣沥青混合料。
背景技术
热再生是指先加热和软化原沥青路面使得原沥青路面可以翻松或热旋转碾碎到一定深度，然后将翻松的旧沥青混合料充分拌和，按一定比例加入再生剂、新沥青混合料，并经充分拌和、摊铺和碾压形成再生沥青路面。随着公路建设的快速发展，截至2016年底，全国通车总里程为469.6万公里，公路养护总里程数高达459.00万公里，与公路总里程数相当，因此我国公路建设在未来相当长的时间内将坚持建设和养护并举的方针。随着大量沥青路面进入养护期，如何处置大量废旧沥青混合料，保护生态环境，是当前需要面对和解决的难题。
钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，主要包括金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料、补炉材料以及金属炉料带入的杂质和为了调整钢性质特意加入的造渣材料等。钢渣生产率约为粗钢产量的10％-15％，因而数量十分巨大。钢渣大量堆积不仅占用土地，同时也产生系列环境和社会问题，比如扬尘、重金属危害、潜在的放射性污染等。目前，我国钢渣综合利用率不到30％，远低于美国、日本、德国等发达国家95％以上的利用率。现有钢渣常被用作路基筑路、工程回填料、回炉烧结、水泥原料和其他建材等，如此钢渣处理方式既造成钢渣的极大浪费，又容易导致环境的二次污染。因此，提高我国钢渣综合有效利用率以及转变现有钢渣固体废弃物处理利用模式是影响当前钢铁行业可持续发展和生态环境保护的关键因素。
现有技术中，热再生沥青混合料由废旧沥青混合料、再生剂和玄武岩沥青混合料组成。玄武岩沥青混合料采用天然玄武岩集料制成，在国家环保政策下，行业监管政策日趋严重，道路建设与天然石料存在极大的供需矛盾。另外，现有技术中，为保证再生沥青路面的路用性能，废旧沥青混合料使用比例较低，无法解决大量废旧沥青混合料的处理利用问题。
发明内容
为了解决现有技术中道路建设与优质天然石料的供需矛盾、固体废弃物钢渣和废旧沥青混合料有效利用率低的问题，本发明提供了一种热再生钢渣沥青混合料及其制备方法，以钢渣替代天然石料，缓解了因钢渣堆存导致的环境污染问题，同时采用高比例废旧沥青混合料，在解决大量废旧沥青混合料处理问题的同时，进一步降低了成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种热再生钢渣沥青混合料，所述热再生钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
废旧沥青混合料80-90份，新钢渣沥青混合料10-20份；
所述废旧沥青混合料为原沥青路面上面层铣刨料，所述新钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
钢渣粗集料50-75份，玄武岩细集料15-45份，填料5-10份，沥青4.5-5.5份。
优选地，所述热再生钢渣沥青混合料还包括再生剂，所述再生剂按重量百分比计为所述废旧沥青混合料的4％-10％。
优选地，所述热再生钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
废旧沥青混合料82份，新钢渣沥青混合料18份；
所述新钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：钢渣粗集料54份，玄武岩细集料36份，填料5份，沥青5份；
所述热再生钢渣沥青混合料还包括再生剂，所述再生剂按重量百分比计为所述废旧沥青混合料的6％。
进一步优选地，所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：
道路石油沥青5-30份，催化裂化油浆30-80份，魔芋葡聚糖0.001-0.003份，烷基多乙烯多胺0.1-3份，MQK-1慢裂型乳化剂0.5-5份，羧甲基纤维素0.05-2.0份，水10-30份。
更进一步优选地，所述再生剂是还包括按照重量份计的以下组分：环氧大豆油5-10份。
进一步优选地，所述原沥青路面上面层铣刨料的最大粒径不大于16mm，表观相对密度不小于2.6，压碎值不大于26％。
进一步优选地，所述钢渣粗集料为九江钢铁公司钢渣原料经破碎、筛分和水洗形成的钢渣颗粒，破碎前钢渣应陈化至游离氧化钙含量不大于3％，所述钢渣粗集料的浸水膨胀率不大于1.8％；
所述钢渣粗集料粒径分布为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm，压碎值不大于22％，磨光值不小于50，黏附性不小于5级。
所述的热再生钢渣沥青混合料的制作方法为：对废旧沥青混合料加热、翻松，并添加沥青再生剂、新钢渣沥青混合料再进行加热、拌制，得到热再生钢渣沥青混合料。
本发明提供的热再生钢渣沥青混合料及其制备方法，具有以下有益效果：
1、充分利用钢渣的性能优势。钢渣属于高碱度多孔石料，与沥青之间的黏附性能优异，且与传统天然石料相比，钢渣集料具有耐磨性好、棱角性丰富等优点，所制备的钢渣沥青混合料呈现优异的抗车辙性能、水稳性能和耐磨性能等。另外，钢渣沥青混合料在与温拌剂相互作用时，基于钢渣的多孔特性，可以加速沥青中水分的挥发，进而使得热再生钢渣沥青混合料达到与热拌沥青混合料相同性能所需时间缩短，降低道路建设成本。
2、充分利用钢渣沥青混合料的优异性能，进一步提高废旧沥青混合料的使用比例。与传统沥青混合料相比，钢渣沥青混合料的路用性能愈加优异。因此在使用钢渣沥青混合料的背景下，提高废旧沥青混凝土使用比例亦能保证沥青路面良好的路用性能。将钢渣沥青混合料应用于热再生沥青路面，可以解决因大量废旧沥青混合料堆存导致的环境污染问题，同时能降低生产成本。
3、充分利用了钢渣沥青混凝土优异的性能，将废旧沥青混合料掺量提高到80％以上，现有技术中，废旧沥青混合料使用比例一般在60％以下。
4、在沥青路面养护工程中，除了80％以上的废旧沥青混合料外，新沥青混合料中50％以上的集料由固废钢渣制备而成，环境效益十分显著。
5、本发明与目前普通的热再生剂相比，其粘度大幅度降低，常温(25℃)下其粘度在20-280cst范围内，方便再生剂运输提高效率的同时，亦能有效降低热再生沥青混合料压实温度，使得在相对低温条件下(120-130℃)即能确保热再生沥青混合料压实效果，降低生产成本。通过魔芋葡聚糖实现对废旧沥青混合料基本组分的调和，有利于大分子间的相互作用，从而改善沥青的塑性。另外，基于老化沥青中高含量沥青质形成的空间网络结构影响再生剂的扩散，再生剂对老化沥青的再生效果取决于再生剂在废旧沥青混合料中的扩散速率和扩散深度，本发明采用的再生剂通过环氧大豆油所具有的极性基团与沥青质发生化学反应削弱沥青质分子之间较强的吸引力，促使老化沥青中凝聚的沥青重新均匀溶解分散在沥青胶体体系中，进而沥青质空间网络结构，进而削弱沥青质空间网络结构对再生剂扩散的阻碍，从而对老化沥青有效再生，为高掺量废旧沥青混合料条件下沥青路面强度提供保障。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
下述实施例中热再生钢渣沥青混合料由废旧沥青混合料、新钢渣沥青混合料和再生剂组成，热再生钢渣沥青混合料通过以下步骤获得：(1)热再生列车加热机对原沥青路面进行加热软化处理；(2)热再生列车加热铣刨机加热、翻松废旧沥青混合料，并添加沥青再生剂；(3)自卸车添加新钢渣沥青混合料，热再生列车复拌机对新旧沥青混合料进行加热、拌制，得到热再生钢渣沥青混合料。
下述实施例中废旧沥青混合料采用原沥青路面铣刨料，废旧沥青混合料回收集料的最大粒径不大于16mm，回收集料的筛分检测结果见表1，废旧沥青混合料回收粗集料的主要物理性能指标见表2。
表1废旧沥青混合料回收集料的筛分检测结果
表2废旧沥青混合料回收粗集料主要物理性能指标
主要物理性能指标 检测结果 规范要求
压碎值(％) 17.6 ≤26
表观相对密度 2.711 ≥2.6
吸水率(％) 0.3 ≤2.0
结果表明：废旧沥青混合料回收粗集料压碎值、表观相对密度、吸水率物理性能指标均满足规范要求。
下述实施例中新钢渣沥青混合料由钢渣粗集料(4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm)、玄武岩细集料(2.36mm-4.75mm、0-2.36mm)、石灰石矿粉和SBS改性沥青组成。所用钢渣粗集料为经破碎、筛分和水洗的钢渣颗粒，破碎前钢渣应陈化至游离氧化钙含量小于3％，钢渣粗集料的主要物理性能指标见表3。
表3钢渣集料主要物理指标
物理性能指标 实测值 规范要求
表观相对密度 3.314 ≥2.9
压碎值(％) 12.5 ≤22
洛杉矶磨耗值(％) 9.2 ≤22
粘附性(级) 5 ≥5
游离氧化钙含量(％) 0.7 ≤3
浸水膨胀率(％) 1.1 ≤1.8
结果表明：钢渣粗集料表观相对密度、压碎值、洛杉矶磨耗值、粘附性、游离氧化钙含量和浸水膨胀率物理性能指标均满足规范要求。
下述实施例中新钢渣沥青混合料配合比设计采用体积百分率作为矿料级配范围的控制指标，通过调整各组分的体积百分比控制合成级配曲线，然后将各组分的体积百分比换算成质量百分比进行马歇尔试验。按质量百分比计，新钢渣沥青混合料配合比为钢渣粗集料54％，玄武岩细集料38％，填料3.4％，沥青4.6％。
实施例1
以总重量为100％计，将75％的废旧沥青混合料、25％的新钢渣沥青混合料充分混合后得到热再生钢渣沥青混合料，充分热拌(120℃)之前向废旧沥青混合料中掺加废旧沥青混合料6wt％的再生剂，热再生钢渣沥青混合料经摊铺碾压形成热再生钢渣沥青路面，其路用性能如表4所示。所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：道路石油沥青5份，催化裂化油浆30份，魔芋葡聚糖0.001份，烷基多乙烯多胺0.1份，MQK-1慢裂型乳化剂0.5份，羧甲基纤维素0.05份，水10份。
表4热再生钢渣沥青路面路用性能
路用性能指标 实测值 技术要求
摩擦系数(BPN) 51 ≥45
构造深度(mm) 0.66 ≥0.60
渗水系数(ml/min) 0 ≤120
车辙(mm) 5.01 ≤10
横向力系数 71.1 ≥54.0
平整度(m/km) 1.42 ≤2.0
结果表明：热再生钢渣沥青路面摩擦系数、构造深度、渗水系数、车辙、横向力系数和平整度路用性能指标均满足技术要求。
实施例2
以总重量为100％计，将80％的废旧沥青混合料、20％的新钢渣沥青混合料充分混合后得到热再生钢渣沥青混合料，充分热拌(130℃)之前向废旧沥青混合料中掺加废旧沥青混合料6wt％的再生剂，热再生钢渣沥青混合料经摊铺碾压形成热再生钢渣沥青路面，其路用性能如表5所示。所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：道路石油沥青30份，催化裂化油浆80份，魔芋葡聚糖0.003份，烷基多乙烯多胺3份，MQK-1慢裂型乳化剂5份，羧甲基纤维素2.0份，水30份。
表5热再生钢渣沥青路面路用性能
路用性能指标 实测值 技术要求
摩擦系数(BPN) 52 ≥45
构造深度(mm) 0.68 ≥0.60
渗水系数(ml/min) 0 ≤120
车辙(mm) 4.93 ≤10
横向力系数 71.9 ≥54.0
平整度(m/km) 1.34 ≤2.0
结果表明：热再生钢渣沥青路面摩擦系数、构造深度、渗水系数、车辙、横向力系数和平整度路用性能指标均满足技术要求。
实施例3
以总重量为100％计，将82％的废旧沥青混合料、18％的新钢渣沥青混合料充分混合后得到热再生钢渣沥青混合料，充分热拌(125℃)之前向废旧沥青混合料中掺加废旧沥青混合料6wt％的再生剂，热再生钢渣沥青混合料经摊铺碾压形成热再生钢渣沥青路面，其路用性能如表6所示。所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：道路石油沥青20份，催化裂化油浆50份，魔芋葡聚糖0.002份，烷基多乙烯多胺1.5份，MQK-1慢裂型乳化剂2.5份，羧甲基纤维素1.5份，水30份。
表6热再生钢渣沥青路面路用性能
结果表明：热再生钢渣沥青路面摩擦系数、构造深度、渗水系数、车辙、横向力系数和平整度路用性能指标均满足技术要求。
实施例4
以总重量为100％计，将85％的废旧沥青混合料、15％的新钢渣沥青混合料充分混合后得到热再生钢渣沥青混合料，充分热拌(125℃)之前向废旧沥青混合料中掺加废旧沥青混合料6wt％的再生剂，热再生钢渣沥青混合料经摊铺碾压形成热再生钢渣沥青路面，其路用性能如表7所示。所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：道路石油沥青20份，催化裂化油浆50份，魔芋葡聚糖0.0025份，烷基多乙烯多胺2.5份，MQK-1慢裂型乳化剂3.5份，羧甲基纤维素1.8份，水25份。更进一步优选地，所述再生剂是还包括按照重量份计的以下组分：环氧大豆油5-10份。
表7热再生钢渣沥青路面路用性能
路用性能指标 实测值 技术要求
摩擦系数(BPN) 50 ≥45
构造深度(mm) 0.64 ≥0.60
渗水系数(ml/min) 0 ≤120
车辙(mm) 4.97 ≤10
横向力系数 71.5 ≥54.0
平整度(m/km) 1.70 ≤2.0
结果表明：热再生钢渣沥青路面摩擦系数、构造深度、渗水系数、车辙、横向力系数和平整度路用性能指标均满足技术要求。
实施例5
以总重量为100％计，将85％的废旧沥青混合料、15％的新钢渣沥青混合料充分混合后得到热再生钢渣沥青混合料，充分热拌(125℃)之前向废旧沥青混合料中掺加废旧沥青混合料6wt％的再生剂，热再生钢渣沥青混合料经摊铺碾压形成热再生钢渣沥青路面，其路用性能如表7所示。所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：道路石油沥青20份，催化裂化油浆50份，魔芋葡聚糖0.0025份，烷基多乙烯多胺2.5份，MQK-1慢裂型乳化剂3.5份，羧甲基纤维素1.8份，水25份。更进一步优选地，所述再生剂是还包括按照重量份计的以下组分：环氧大豆油15份。
表8热再生钢渣沥青路面路用性能
路用性能指标 实测值 技术要求
摩擦系数(BPN) 53 ≥45
构造深度(mm) 0.65 ≥0.60
渗水系数(ml/min) 0 ≤120
车辙(mm) 4.12 ≤10
横向力系数 75.6 ≥54.0
平整度(m/km) 1.40 ≤2.0
结果表明：热再生钢渣沥青路面摩擦系数、构造深度、渗水系数、车辙、横向力系数和平整度路用性能指标均满足技术要求。

Claims (9)

1.一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：所述热再生钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
废旧沥青混合料80-90份，新钢渣沥青混合料10-20份；
所述废旧沥青混合料为原沥青路面上面层铣刨料，所述新钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
钢渣粗集料50-75份，玄武岩细集料15-45份，填料5-10份，沥青4.5-5.5份。
2.根据权利要求1所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：所述热再生钢渣沥青混合料还包括再生剂，所述再生剂按重量百分比计为所述废旧沥青混合料的4%-10%。
3.根据权利要求2所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于，所述热再生钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：
废旧沥青混合料82份，新钢渣沥青混合料18份；
所述新钢渣沥青混合料包括按照以下重量份计的组分：钢渣粗集料54份，玄武岩细集料36份，填料5份，沥青5份。
4.根据权利要求3所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于，所述热再生钢渣沥青混合料还包括再生剂，所述再生剂按重量百分比计为所述废旧沥青混合料的6%。
5.根据权利要求4任意一项所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：所述再生剂是包括按照重量份计的以下组分：
道路石油沥青5-30份，催化裂化油浆30-80份，魔芋葡聚糖0.001-0.003份，烷基多乙烯多胺0.1-3份，MQK-1慢裂型乳化剂0.5-5份，羧甲基纤维素0.05-2.0份，水10-30份。
6.根据权利要求5所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：所述再生剂是还包括按照重量份计的以下组分：
环氧大豆油5-10份。
7.根据权利要求1所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：
所述原沥青路面上面层铣刨料的最大粒径不大于16mm，表观相对密度不小于2.6，压碎值不大于26%。
8.根据权利要求1所述的一种热再生钢渣沥青混合料，其特征在于：
所述钢渣粗集料为九江钢铁公司钢渣原料经破碎、筛分和水洗形成的钢渣颗粒，破碎前钢渣应陈化至游离氧化钙含量不大于3%，所述钢渣粗集料的浸水膨胀率不大于1.8%；
所述钢渣粗集料粒径分布为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm，压碎值不大于22%，磨光值不小于50，黏附性不小于5级。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种热再生钢渣沥青混合料的制作方法，其特征在于，所述方法为：对废旧沥青混合料加热、翻松，并添加沥青再生剂、新钢渣沥青混合料再进行加热、拌制，得到热再生钢渣沥青混合料。
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