CN109970392A - 一种沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沥青混合料及其制备方法，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：所述矿料由以下重量份数的组分组成：粗集料：65～80％；细集料：10～30％；复合矿粉：3～15％；其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。本发明通过掌握干法脱硫灰的特性及添加工艺的改进，无需对干法脱硫灰进行预处理，可直接取代矿粉用于制备沥青混合料，提升沥青混合料的性能同时降低了沥青混合料的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于路面沥青技术领域，尤其涉及一种沥青混合料及其制备方法。
背景技术
传统沥青混合料主要是以石灰石矿粉作为填料，将其与沥青、粗骨料、细骨料通过加热拌合制备而成。然而，近年随着环境保护要求的日益提高和资源枯竭现象的日益严峻，国家对于矿山开采的限制越来越严格，对矿产资源开采征收资源税。2017年国家提出绿色矿山建设，全国矿山整治力度不断加强，各地矿石供应不足，砂石市场“缺粮”，价格暴涨，甚至出现有钱难拿货的景象。石灰石矿可替代资源的开发寻找刻不容缓。
随着循环流化床烟气脱硫(CFB)、旋转喷雾干燥法(SDA)、增湿灰循环脱硫(NID)等干法/半干法脱硫工艺在国内火电厂、钢铁厂、循环流化床锅炉及玻璃窑炉等工业领域的全面推广应用，其副产物干法脱硫灰逐年增加，处置和利用问题也逐渐凸显。公开号CN104628280A中国专利文献报道了一种脱硫灰基活性矿粉及其制备方法和应用，将脱硫灰与氧化剂、催化剂、水进行复合制备活性矿粉，实现脱硫灰中CaSO3转化为CaSO4，再将氧化处理后的脱硫灰作为填料掺入沥青混凝土的工艺技术。该脱硫灰作为沥青混合料填料须掺入氧化剂和催化剂进行氧化预处理，预处理费用高，工艺复杂。
石灰石矿粉为非塑性粉末，优点是吸水性和吸油值较小，不足之处是与沥青的粘结力偏小。为了改善石料与沥青的粘结力，增加其水稳性能(浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度)，在石灰岩粉磨过程中往往还掺入一定比例的氢氧化钙。并且有些地域受资源限制，只有花岗岩等酸性集料矿石资源。酸性集料用于沥青混合料时，往往也需要掺入消石灰等抗剥落剂来增强沥青与集料的粘接力，以达到路用性能要求，抗剥落剂价格高，也增加了原料成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青混合料及其制备方法，本发明中的沥青混合料成分简单、粘结性好并且成本低。
本发明提供一种沥青混合料，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：
所述矿料由以下重量份数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。
优选的，所述干法脱硫灰的中位粒径D50＜50μm。
优选的，所述干法脱硫灰的含水率＜2％。
本发明提供一种沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将矿料、沥青和木质纤维素按100：(4～6)：(0～0.5)的质量比进行，热拌混合，得到沥青混合料；
所述矿料由以下质量分数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％；
所述热拌沥青混合料的拌合温度为165～175℃；所述热拌沥青混合料的拌合时间＞50s。
本发明提供了一种沥青混合料，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：所述矿料由以下重量份数的组分组成：粗集料：65～80％；细集料：10～30％；复合矿粉：3～15％；其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。本发明通过掌握干法脱硫灰的特性及添加工艺的改进，无需对干法脱硫灰进行预处理，可直接取代矿粉用于制备沥青混合料，一方面提升沥青混合料的性能(水稳性)，另一方面降低了沥青混合料的生产成本，同时也一定程度缓解了干法脱硫工艺副产物脱硫灰的处置问题。
具体实施方式
本发明提供了一种沥青混合料，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：
所述矿料由以下重量份数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。
与传统工艺相比，本发明可以消耗利用大量的工业固废干法脱硫灰，将其作为矿粉的取代品，可以降低矿粉的添加比例乃至完全取代矿粉，解决脱硫灰长期堆放占用土地、造成土地资源浪费的问题，节约石灰石等自然矿石资源，降低沥青混合料的生产成本，同时脱硫灰本身含有一定比例的氢氧化钙，也免去了传统工艺中采用石灰石粉作为填料时往往还须在石灰石粉磨过程中掺加氢氧化钙以增强沥青与集料的粘附性的问题。
在本发明中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述矿粉为传统沥青混合料用填料，优选为石灰石粉，所述矿粉的粒径优选为0～0.6mm；所述干法脱硫灰代替部分矿粉，与矿粉组成复合矿粉，其中，干法脱硫灰在所述复合矿粉中的质量分数优选为20～100％，更优选为60～80％。具体的，在本发明的实施例中，可以是50％、80％或100％。
在本发明中，所述干法脱硫灰为干法脱硫工艺烟气净化系统布袋除尘收集得到，所述干法脱硫灰中亚硫酸钙的质量分数优选为5～70％，具体的，在本发明的实施例中，可以是60％、45％或21％；碳酸钙的质量分数优选为4～40％，具体的，在本发明的实施例中，可以是4％、39％、30％或24％；所述氢氧化钠的质量分数为2～30％，具体的，在本发明的实施例中，可以是8％、14％、13％或84％。所述干法脱硫灰的中位粒径优选D50＜50μm，具体的，所述干法脱硫灰的粒径＜0.6mm的含量为100％，＜0.15mm的占92％以上，＜0.075mm的占85％以上。本发明中所使用的干法脱硫灰粒径细，中位粒径小于50μm，可满足沥青混合料填料的细度，节约粉磨能耗。
所述干法脱硫灰的含水率优选＜2％。
在本发明中，所述粗集料优选为玄武岩、花岗岩，次优选为石灰岩，所述粗集料优选采用以下粒度级配：12～24mm：27％，7～12mm：25％，4～7mm：13％；或者，10～15mm：43％，5～10mm：30％，3～5mm：6％。
在本发明中，所述细集料优选为砂，所述细集料的粒度配比优选为0～3mm：29％；或，0～4mm：11％。
在本发明中，所述木质纤维素与所述矿料的质量比优选为(0～0.5)：100，更优选为(0.30～0.35)：100。
在本发明中，所述沥青优选为SBS改性沥青；所述沥青与所述矿料的质量比优选为(4～6)：100，更优选为(4.9～5.9)：100。
具体的，本发明中沥青混合料的配方可采用AC-16C型级配或SMA-13型级配，
一种沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将矿料、沥青和木质纤维素按100：(4～6)：(0～0.5)的质量比进行，热拌混合，得到沥青混合料；
所述矿料由以下质量分数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％；
所述热拌混合的温度为165～175℃；所述热拌混合的时间为＞50s。
在本发明中，所述各种原料的种类、来源和用量与上文所述的各种原料的种类、来源和用量一致，在此不再赘述。
本发明将粗细矿料由配料装置给料机进行初配，冷矿料经输送机送至干燥筒烘干、180～220℃加热后从滚筒排出，由热矿料提升机提升至主楼顶部的振动筛进行筛分；筛分好的各种砂、石料分别储存在热储料仓的隔仓内，然后按预先设定的比例先后进入热矿料称料斗内称重计量，此外，储存在保温罐内的热沥青由沥青输送泵经带保温的沥青管道，抽送至沥青称量桶内称重计量，脱硫灰粉料由定量给料装置计量给料；各种材料按配合比分别计量后，按预先设定的程序先后投入到搅拌器内进行强制搅拌，待拌合均匀后，通常直接卸入运输车中，或送至成品料储存仓内暂时储存。
本发明根据添加的脱硫灰的特性对沥青混合料搅拌的温度和时间进行了相应的改进，提高了温度并延长了搅拌时间，具体的，所述搅拌的温度优选为165～175℃；所述搅拌的时间优选为＞50s，更优选为55～65s。
本发明提供了一种沥青混合料，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：所述矿料由以下重量份数的组分组成：粗集料：65～80％；细集料：10～30％；复合矿粉：3～15％；其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。本发明通过掌握干法脱硫灰的特性及添加工艺的改进，无需对干法脱硫灰进行预处理，可直接取代矿粉用于制备沥青混合料，一方面提升沥青混合料的性能(水稳性)，另一方面降低了沥青混合料的生产成本，同时也一定程度缓解了干法脱硫工艺副产物脱硫灰的处置问题。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种沥青混合料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
本发明以下实施例所采用干法脱硫灰来源于烟气净化循环流化床干法脱硫工艺系统布袋收尘灰，不同干法脱硫灰粒径分布如表1所示，矿物成份如表2所示，三种脱硫灰含水率均＜2％。
表1不同干法脱硫灰粒径分布
表2不同干法脱硫灰成分组成
表3AC-16C沥青混合料配合比
表4SMA-13沥青混合料配合比
实施例1
取表1中脱硫灰1替代50％矿粉，采用AC-16C型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度165℃，拌合时间55s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为3％。
实施例2
取表1中脱硫灰2替代80％矿粉，采用AC-16C型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度168℃，拌合时间58s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为4.8％。
实施例3
取表1中脱硫灰1替代50％矿粉，采用SMA-13型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度167℃，拌合时间60s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为5％。
实施例4
取表1中脱硫灰3替代100％矿粉，采用SMA-13型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度173℃，拌合时间58s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为10％。
比较例1
取表1中100％矿粉，采用AC-16C型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得沥青混合料。其中，沥青混合料的拌合温度160℃，拌合时间50s。沥青混合料中矿粉所占矿料质量百分比为6％。
比较例2
取表1中脱硫灰1替代50％矿粉，采用AC-16C型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度165℃，拌合时间50s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为3％。
比较例3
取表1中脱硫灰4替代50％矿粉，采用AC-16C型级配，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌合工艺进行混合料的拌制，获得脱硫灰沥青混合料。其中，脱硫灰与矿粉同时添加，脱硫灰沥青混合料的拌合温度165℃，拌合时间55s。脱硫灰沥青混合料中脱硫灰所占矿料质量百分比为3％。
对上述实施例和比较例得到的沥青混合料产品进行水稳性能测试，检测方法依据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验过程》，测试结果如表5所示。
表5本发明实施例1～4和比较例1～3中沥青混合料的水稳性能
通过表5可以看出，本发明实施例1、实施例2配比的脱硫灰沥青混合料与比较例1采用矿粉的沥青混合料性能相当，均能符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的AC沥青混合料马歇尔稳定度≥8kN、浸水马歇尔残留稳定度≥85％及冻融劈裂强度比＞80％的要求。比较例2与实施例1相比，采用脱硫灰填料后，未优化拌合工艺，沥青混合料性能略有下降。比较例3采用的脱硫灰杂质成分较多，取代矿粉作为沥青混合料填料，水稳性能下降。实施例3、实施例4配比的脱硫灰沥青混合料均能符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的SMA沥青混合料马歇尔稳定度≥6kN、浸水马歇尔残留稳定度≥80％及冻融劈裂强度比≥80％的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种沥青混合料，由质量比为100：(4～6)：(0～0.5)的矿料、沥青和木质纤维素组成：
所述矿料由以下重量份数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包含以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料，其特征在于，所述干法脱硫灰的中位粒径D50＜50μm。
3.根据权利要求1所述的沥青混合料，其特征在于，所述干法脱硫灰的含水率＜2％。
4.一种沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将矿料、沥青和木质纤维素按100：(4～6)：(0～0.5)的质量比进行，热拌混合，得到沥青混合料；
所述矿料由以下质量分数的组分组成：
粗集料：65～80％；
细集料：10～30％；
复合矿粉：3～15％；
其中，所述复合矿粉为干法脱硫灰与矿粉的混合物，所述干法脱硫灰占所述复合矿粉的质量百分数为20～100％；
所述干法脱硫灰包括以下质量分数的组分：
亚硫酸钙：5～70％；碳酸钙：4～40％；氢氧化钙：2～30％；
所述热拌沥青混合料的拌合温度165～175℃；所述沥青混合料的拌合时间为＞50s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190705 |
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