CN110407494A - 一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法 - Google Patents

一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了富硒鸭蛋技术领域的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：水：1000份；硅灰：50‑150份；减水剂：1‑6份；消泡剂：1‑5份；硅酸盐水泥：800‑1600份；粉煤灰：100‑300份；渗透剂：1‑4份；有机硅烷：20‑60份；本发明通过对钢渣进行表面改性处理，有效阻止水分浸入钢渣内部，同时也增强了钢渣与沥青间的黏附性，从而大大降低了钢渣被沥青包裹后的体积膨胀性；采用本发明中的改性钢渣集料制备的沥青混合料，其水稳定性和体积稳定性均能很好地满足规范要求；极大地推动了钢渣在道路领域中的大规模资源化利用；此外，本发明制备工艺简单，成本低廉，具有很高的工程应用价值。

Description

一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法
技术领域
本发明涉及工业废渣回收利用技术领域，具体为一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的固体废弃物，产量约是粗钢产量的12％～15％，现今我国已成为世界第一产钢大国，但钢渣综合利用率仅有20％，全国的钢渣积存量已超过10亿t，大量堆积的钢渣不但占用大量土地资源，还会对周边环境造成严重的环境污染。钢渣的力学性能与轧制碎石相近，不仅耐磨、颗粒形状好，而且与沥青有良好的黏附性，具有代替天然集料应用于沥青混合料的潜力，在目前道路优质石料稀缺的环境下，钢渣在沥青路面中的应用具有巨大的经济和社会效益；
我国钢渣的回收利用研究从80年代就已经开始，但将钢渣代替天然石料应用于建筑、道路工程集料的案例却十分少见，其中一个重要的原因就是钢渣体积不稳定。基本所有类型的钢渣中均含有一定量的f-CaO，其与水接触后会发生水化反应生成Ca(OH)2粉体，引起钢渣的体积膨胀。我国目前主要的钢渣膨胀抑制措施是将钢渣破碎后堆放在渣场，自然陈化2～3年，使钢渣内部f-CaO含量降至2％以下后再用作建筑或道路工程集料，这种方法不仅效率低下、占用土地，而且长时间的堆放容易造成环境污染。在中国发明专利申请号为“CN201210258482.1”，专利名称为“转炉钢渣压蒸处理改性工艺及其应用”的专利文件中，利用液态钢渣粒化处理后的余热对钢渣进行保温，并在保温过程中对粒化后的钢渣进行压蒸处理，加速钢渣内部f-CaO的水化消解，从而降低钢渣的体积膨胀，但该发明需要特定的压蒸处理设备，而且需要利用液态渣粒化时的余热，并不能用于处理堆放积存的钢渣。此外，对国内外研究现状进行调研后可知，目前的钢渣膨胀抑制技术大多操作复杂，需要特定的处理设备，成本较高，比如碳酸化处理，蒸压处理、蒸汽处理等，为此，我们提出一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：
水：1000份；
硅灰：50-150份；
减水剂：1-6份；
消泡剂：1-5份；
硅酸盐水泥：800-1600份；
粉煤灰：100-300份；
渗透剂：1-4份；
有机硅烷：20-60份；
S1：将钢渣颗粒在球磨机中表面研磨10min，接着放入常温水中浸泡24h，然后置于50℃～110℃烘箱中，在钢渣上方覆盖一层透气纺织布，烘干至恒重；
S2：将水、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、减水剂、渗透剂、消泡剂和有机硅烷按以下质量份数混合搅拌5min～10min制成改性浆液；
S3：将烘干后的钢渣放入上述改性浆液中浸泡、搅拌10min～30min，然后取出钢渣，过滤掉表面多余浆液，然后对钢渣进行自然养护或放入标准养护箱中养护7d；
S4：将养护后的钢渣放入50℃～160℃烘箱中烘干至恒重，采用标准筛筛分掉4.75mm以下的颗粒后得到改性钢渣。
优选的：所述步骤S1中的球磨机的转速为250r/min～320r/min。
优选的：所述步骤S1钢渣的粒径大小为4.75mm～31.5mm，f-CaO含量小于 6％。
优选的：所述步骤S2硅灰的比表面积大于20000m2/kg，活性SiO2的含量大于90％。
优选的：所述步骤S2粉煤灰的比表面积大于300m2/kg，活性SiO2和Al2O3 的总含量大于70％。
优选的：所述步骤S2减水剂为聚羧酸类高效减水剂或萘系高效减水剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该本发明通过以下的方式实现钢渣集料在沥青混合料中的低膨胀性：先对高f-CaO含量的钢渣进行表面研磨、浸水和烘干处理，破坏钢渣表面晶体的致密结构，增加钢渣表面的胶凝活性和促使钢渣表面的f-CaO快速水化生成 Ca(OH)2粉体覆盖在其表面，改性浆液中的活性SiO2和Al2O3在碱性环境下会与钢渣表面的Ca(OH)2粉体反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，附着在钢渣表面，硬化后形成第一层水隔离层；改性浆液起到填充钢渣孔隙、包裹钢渣表面的作用，硬化后形成第二层水隔离层；钢渣经改性浆液处理后与酸性沥青的粘附性进一步增强，沥青包裹改性钢渣集料后形成第三层水隔离层；
2、区别于现有技术，本发明通过对钢渣进行表面改性处理，有效阻止水分浸入钢渣内部，同时也增强了钢渣与沥青间的黏附性，从而大大降低了钢渣被沥青包裹后的体积膨胀性；采用本发明中的改性钢渣集料制备的沥青混合料，其水稳定性和体积稳定性均能很好地满足规范要求；本发明制备改性钢渣沥青混合料所采用的钢渣对f-CaO含量的限制可以放宽至6％，且改性钢渣集料在沥青路面中的掺量可达到集料总质量的50％以上，极大地推动了钢渣在道路领域中的大规模资源化利用；此外，本发明制备工艺简单，成本低廉，具有很高的工程应用价值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法，该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：
水：1000份；
硅灰：80份；
减水剂：2份；
消泡剂：2份；
硅酸盐水泥：900份；
粉煤灰：200份；
渗透剂：2份；
有机硅烷：25份；
S1：将f-CaO含量为5.42％的钢渣在球磨机中表面研磨10min，接着放入常温水中浸泡24h，然后置于80℃烘箱中，在钢渣上方覆盖一层透气纺织布，烘干至恒重；
S2：将水、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、聚羧酸类高效减水剂、渗透剂、消泡剂和有机硅烷按以下质量份数混合后搅拌5min制成改性浆液；
S3：将烘干后的钢渣放入改性浆液中浸泡、搅拌25min，然后取出钢渣，过滤掉表面多余浆液，然后对钢渣进行7d的自然养护；
S4：将养护后的钢渣放入150℃烘箱中烘干至恒重，采用标准筛筛分掉 4.75mm以下的颗粒后得到改性钢渣。
其中：球磨机的转速为250r/min～320r/min；钢渣粒径大小为4.75mm～ 31.5mm，f-CaO含量小于6％；硅灰比表面积大于20000m2/kg，活性SiO2含量大于90％；粉煤灰比表面积大于300m2/kg，活性SiO2和Al2O3的总含量大于70％；减水剂为聚羧酸类高效减水剂或萘系高效减水剂；采用改性钢渣集料制备沥青混合料；其中4.75mm以上的粗集料采用改性钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
实施例2
一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法，该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：
水：1000份；
硅灰：150份；
减水剂：3份；
消泡剂：4份；
硅酸盐水泥：1200份；
粉煤灰：280份；
渗透剂：3份；
有机硅烷：40份；
S1：将f-CaO含量为2.35％的钢渣在球磨机中表面研磨10min，接着放入常温水中浸泡24h，然后置于110℃烘箱中，在钢渣上方覆盖一层透气纺织布，烘干至恒重；
S2：将水、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、聚羧酸类高效减水剂、渗透剂、消泡剂和有机硅烷按以下质量份数混合后搅拌10min制成改性浆液；
S3：将烘干后的钢渣放入改性浆液中浸泡、搅拌15min，然后取出钢渣，过滤掉表面多余浆液，然后将钢渣放入标准养护箱中养护7d；
S4：将养护后的钢渣放入70℃烘箱中烘干至恒重，采用标准筛筛分掉4.75mm 以下的颗粒后得到改性钢渣。
其中：球磨机的转速为250r/min～320r/min；钢渣粒径大小为4.75mm～ 31.5mm，f-CaO含量小于6％；硅灰比表面积大于20000m2/kg，活性SiO2含量大于90％；粉煤灰比表面积大于300m2/kg，活性SiO2和Al2O3的总含量大于70％；减水剂为聚羧酸类高效减水剂或萘系高效减水剂；采用改性钢渣集料制备沥青混合料；其中4.75mm以上的粗集料采用改性钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
实施例3
一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法，该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：
水：1000份；
硅灰：120份；
减水剂：5份；
消泡剂：5份；
硅酸盐水泥：1500份；
粉煤灰：150份；
渗透剂：4份；
有机硅烷：50份；
S1：将f-CaO含量为4.16％的钢渣在球磨机中表面研磨10min，接着放入常温水中浸泡24h，然后置于60℃烘箱中，在钢渣上方覆盖一层透气纺织布，烘干至恒重；
S2：将水、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、萘系高效减水剂、渗透剂、消泡剂和有机硅烷按以下质量份数混合后搅拌10min制成改性浆液；
S3：将烘干后的钢渣放入改性浆液中浸泡、搅拌20min，然后取出钢渣，过滤掉表面多余浆液，然后将钢渣放入标准养护箱中养护7d；
S4：将养护后的钢渣放入110℃烘箱中烘干至恒重，采用标准筛筛分掉 4.75mm以下的颗粒后得到改性钢渣。
其中：球磨机的转速为250r/min～320r/min；钢渣粒径大小为4.75mm～31.5mm，f-CaO含量小于6％；硅灰比表面积大于20000m2/kg，活性SiO2含量大于90％；粉煤灰比表面积大于300m2/kg，活性SiO2和Al2O3的总含量大于70％；减水剂为聚羧酸类高效减水剂或萘系高效减水剂；采用改性钢渣集料制备沥青混合料；其中4.75mm以上的粗集料采用改性钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
对比例1
选取f-CaO含量为5.42％的钢渣，不对其进行表面处理，筛分出大于4.75mm 的钢渣用来制备沥青混合料，其中，4.75mm以上的粗集料采用钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
对比例2
选取f-CaO含量为2.35％的钢渣，不对其进行表面处理，筛分出大于4.75mm 的钢渣用来制备沥青混合料，其中，4.75mm以上的粗集料采用钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
对比例3
选取f-CaO含量为4.16％的钢渣，不对其进行表面处理，筛分出大于4.75mm 的钢渣用来制备沥青混合料，其中，4.75mm以上的粗集料采用钢渣，其他集料采用玄武岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉，沥青采用SBS改性沥青。
参照《钢渣稳定性试验方法》(GB/T 24175-2009)、《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)以及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对改性钢渣集料以及改性钢渣沥青混合料的水稳定性和体积稳定性进行评价，本实施例1～3制备的改性钢渣集料及改性钢渣沥青混合料的水稳定性和体积稳定性评价指标见表1。
表1性钢渣沥青混合料实验结果对比
由表1可知，通过本发明所提供的制备方法获得的改性钢渣集料，其浸水后的体积膨胀性显著降低，制备的沥青混合料具有良好的水稳定性和体积稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：该具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料的制备方法包括如下材料与步骤：
水：1000份；
硅灰：50-150份；
减水剂：1-6份；
消泡剂：1-5份；
硅酸盐水泥：800-1600份；
粉煤灰：100-300份；
渗透剂：1-4份；
有机硅烷：20-60份；
S1：将钢渣颗粒在球磨机中表面研磨10min，接着放入常温水中浸泡24h，然后置于50℃～110℃烘箱中，在钢渣上方覆盖一层透气纺织布，烘干至恒重；
S2：将水、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、减水剂、渗透剂、消泡剂和有机硅烷按以下质量份数混合搅拌5min～10min制成改性浆液；
S3：将烘干后的钢渣放入上述改性浆液中浸泡、搅拌10min～30min，然后取出钢渣，过滤掉表面多余浆液，然后对钢渣进行自然养护或放入标准养护箱中养护7d；
S4：将养护后的钢渣放入50℃～160℃烘箱中烘干至恒重，采用标准筛筛分掉4.75mm以下的颗粒后得到改性钢渣。
2.根据权利要求1所述的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：所述步骤S1中的球磨机的转速为250r/min～320r/min。
3.根据权利要求1所述的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：所述步骤S1钢渣的粒径大小为4.75mm～31.5mm，f-CaO含量小于6％。
4.根据权利要求1所述的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：所述步骤S2硅灰的比表面积大于20000m2/kg，活性SiO2的含量大于90％。
5.根据权利要求1所述的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：所述步骤S2粉煤灰的比表面积大于300m2/kg，活性SiO2和Al2O3的总含量大于70％。
6.根据权利要求1所述的一种具有低体积膨胀的改性钢渣沥青混合料，其特征在于：所述步骤S2减水剂为聚羧酸类高效减水剂或萘系高效减水剂。
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