CN111718143A - 一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法，所述的高耐磨抗滑路面集料以废旧耐火材料为原料，对废旧耐火材料拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理后得到，所述的废旧耐火材料为包括废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖。所述的废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和石英，其中Al2O3质量百分含量≥60％；所述的废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和石英，其中Al2O3质量百分含量≥55％。废料中氧化铝含量高、硬度强度高、耐磨性能较好，相比于将废料处理后用于制备耐火材料工艺简单、成本低。

Description

一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法
技术领域
本发明属于资源循环利用与建筑材料领域，特别涉及提出一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法。
背景技术
道路交通安全一直是世界各国的难题，尤其在地形复杂区域，路面抗滑能力差是造成事故的重要因素，确保路面有足够抗滑性是减少道路交通事故最有效的方法。因此开发高抗滑耐磨路面材料集料适时且必要。路面集料通常以玄武岩、石灰岩、花岗岩等天然原料为主，随着环境保护和资源综合利用政策的执行，寻找天然资源替代品作为集料成为重要任务。
耐火材料是高温工业的关键性材料，也是资源消耗型产业。由于耐火材料用量大，尤其是高铝质耐火材料，长期以来用后耐火材料大多被填埋处理或作为耐火原料降级使用，利用附加值较低。保护环境、节约资源、提高资源综合利用率也是耐火材料产业当务之急。用后高铝质耐火材料体量大、氧化铝含量高、耐磨性好，有望用于抗滑路面集料。
使用废旧耐火材料再生集料能够增加耐火企业收益、提高资源利用率、促进可持续发展，对于发展低成本高性能耐磨抗滑路面、保障公路交通安全、资源循环利用具有重要现实意义。从而达到环保、资源利用、提高企业经济效益和社会效益的高度。目前为止未发现利用废旧耐火材料作为抗滑路面集料的专利报导。
发明内容
本发明提出一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法，解决上述技术问题，该高抗滑集料具有较好的抗滑性、耐磨性，能够增强路面抗滑耐磨性能，从而减少事故发生率。
为了实现上述任务，本发明采取如下技术方案：
一种高耐磨抗滑路面集料，所述的高耐磨抗滑路面集料以废旧耐火材料为原料，对废旧耐火材料进行拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理后得到，所述的废旧耐火材料为包括废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖。
具体的，所述的废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和石英，其中Al2O3质量百分含量≥60％；所述的废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和石英，其中Al2O3质量百分含量≥55％。
具体的，所述的废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖的含量为0～100％，废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖的含量不同时为0，总含量为百分之百。
具体的，所述的高耐磨抗滑路面集料以废旧高铝质耐火材料为原料，所述的废旧高铝质耐火材料中，Al2O3质量百分含量为80％。
具体的，所述的高耐磨抗滑集料的集料磨光值PSV≥50BPN；洛杉矶磨耗损失≤20％；集料压碎值≤15％；集料维氏硬度HV10≥1000。
本发明所述的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，其特征在于，所述的拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理具体包括以下步骤：
步骤一：对废旧耐火材料进行拣选并根据废旧耐火材料的不同氧化铝含量分类堆放，拣选过程中将废旧耐火材料的粘渣层、反应层、变质层除去得到可回收耐火材料；
步骤二：使用破碎机将分类堆放的可回收耐火材料分批进行破碎，得到初始再生集料；
步骤三：将初始再生集料使用振动筛进行第一次筛分，将不符合规格要求的集料重新进行破碎，最后经过振动筛进行二级筛分，最终得到不同粒径级配的用后耐火材料再生集料；
步骤四：对不同粒径级配的用后耐火材料再生集料进行安定性处理，浸泡、冲洗去碱并除去再生集料表面的淤泥、粉末和细屑，然后将冲洗后再生集料进行干燥；
步骤五：对去泥并干燥后的再生集料进行强化处理。
进一步的，所述的不同粒径级配的用后耐火材料再生集料包括粒度范围0～3mm，3～5mm，5～10mm，10～20mm和20～30mm。
进一步的，所述的浸泡是在循环使用的中水里浸泡72h以上，捞出后用循环使用中水进行高压冲洗；干燥是在110-180℃保温24h以上。
进一步的，所述的强化处理为使用有机硅树脂溶液对再生集料进行喷洒搅拌，搅拌300s后使树脂溶液均匀地分布在再生集料表面，随后将拌匀的集料在100-180℃温度下保温12-24h进行养护。
本发明所述的高耐磨抗滑路面集料铺设的路面，其特征在于，由高耐磨抗滑路面集料和沥青堆砌而成，所述的高耐磨抗滑路面集料与沥青的质量比为(6.4～6.6):1。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提出了一种高耐磨抗滑路面集料，该集料以废旧耐火材料作为原料，实现资源循环利用和环境保护，使用该原料实现废物利用、提高废旧耐火材料附加值、降低制备成本；所制备的再生集料耐磨性、抗滑性能均较普通天然集料有所提高，制备方法成本低。
(2)本发明以废旧耐火材料作为原料，废料中氧化铝含量高、硬度强度高、耐磨性能较好，相比于将废料处理后用于制备耐火材料工艺简单、成本低。
(3)本发明提出了一种高耐磨抗滑路面集料制备方法，该工艺过程简单、经济节能。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
图1为本发明的制备方法流程图；
图2为实施例1所用废旧高铝耐火材料XRD物相分析图；
图3为实施例2所用废旧硅莫砖XRD物相分析图；
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行说明，但本发明不限于以下的实施例，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，均能制备出符合要求的陶粒支撑剂，都应当视为属于本发明的保护范围。以下如无特殊说明，物质的用量均为质量百分含量。
本发明中的废旧耐火材料是指钢铁、有色金属冶炼或水泥、玻璃生产过程中产生的用后耐火材料，主要品种为高铝质耐火材料和硅莫砖。
本发明的高耐磨抗滑路面集料以对废旧耐火材料进行处理后得到。
本发明的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，包括以废旧耐火材料为原料，对废旧耐火材料进行拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理即得，具体包括以下步骤：
步骤一：对废旧耐火材料进行拣选并根据废旧耐火材料的不同氧化铝含量分类堆放，拣选过程中将废旧耐火材料的粘渣层、反应层、变质层除去得到可回收耐火材料；
步骤二：使用破碎机将分类堆放的可回收耐火材料分批进行破碎，得到初始再生集料；多级破碎可控制集料针片状含量，最后得到0-3mm，3-5mm，5-10mm，10-20mm，20-30mm不同粒径级配的用后耐火材料再生集料。
步骤三：将初始再生集料使用振动筛进行第一次筛分，将不符合规格要求的集料重新进行破碎，最后经过振动筛进行二级筛分，最终得到不同粒径级配的用后耐火材料再生集料并按照不同粒度范围分类堆放；
步骤四：对不同粒径级配的用后耐火材料再生集料进行安定性处理，浸泡、冲洗去碱并除去再生集料表面的淤泥、粉末和细屑，然后将冲洗后再生集料进行干燥；
步骤五：对去泥并干燥后的再生集料进行强化处理。强化处理为使用有机硅树脂溶液对再生集料进行喷洒搅拌，搅拌240-360s后使树脂溶液均匀地分布在再生集料表面，随后将拌匀的集料在100-180℃温度下保温12-24h进行养护，冷却至室温后得到可用于路面施工的耐磨抗滑再生集料。
实施例1
本实施例提出一种高耐磨抗滑路面集料、路面及制备方法，高耐磨抗滑集料以废旧耐火材料再生集料为原料，对废旧耐火材料进行破碎、筛分、浸泡及强化处理后得到。
本实施例的废旧耐火材料为包括废旧高铝质耐火材料，废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和少量石英，其XRD结果如附图2所示，以质量百分比计，其中Al2O3含量为80％。
本实施例还公开了一种高耐磨抗滑路面集料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：对废旧耐火材料进行拣选并根据废旧耐火材料的不同氧化铝含量分类堆放，拣选过程中将废旧耐火材料的粘渣层、反应层、变质层除去得到可回收耐火材料；
步骤二：依次使用颚式破碎机、圆锥式破碎机、反击式破碎机将不同氧化铝含量的可回收耐火材料分批进行破碎，得到初始再生集料；
步骤三：将初始再生集料使用振动筛进行第一次筛分，将不符合规格要求的集料重新投入反击式破碎机进行破碎，最后经过振动筛进行二级筛分，最终得到不同粒径级配的用后耐火材料再生集料并按照不同粒度范围分类堆放。
步骤四：对不同粒度再生集料进行安定性处理，主要以浸泡、冲洗等方法去碱并除去再生集料表面的淤泥、粉末和细屑，然后将冲洗后再生集料进行干燥；
步骤五：对去泥并干燥后的再生集料进行强化处理，以提高其在路面施工应用时和沥青的结合强度。
其中，多级破碎能够减少集料针片状含量，最后得到0-3mm，3-5mm，5-10mm，10-20mm，20-30mm不同粒径级配的用后耐火材料再生集料。
其中，浸泡过程为在循环使用的中水里浸泡72h以上，捞出后用循环使用中水进行高压冲洗，并将使用后的水继续循环利用。干燥过程在120℃保温24h。
其中，强化处理为使用有机硅树脂溶液对再生集料进行喷洒搅拌，搅拌300s后使树脂溶液均匀地分布在再生集料表面，随后将拌匀的集料在110℃温度下保温12h进行养护，冷却至室温后得到可用于路面施工的耐磨抗滑再生集料。
本实施例对所得的高耐磨抗滑集料性能检测，所制备的高耐磨抗滑集料，集料磨光值为63BPN；洛杉矶磨耗损失为10.36％；集料压碎值为8.24％；集料维氏硬度为1626.34HV10。
实施例2：
同实施例1，但与实施例1不同的是，本实施例所用的废旧耐火材料为废旧硅莫砖。废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和少量石英，其XRD结果如附图3所示，以质量百分比计，其中Al2O3含量为70％。干燥过程为110℃保温24h。拌匀的集料在120℃温度下保温18h进行养护。
本实施例对所得的高耐磨抗滑集料性能检测，所制备的高耐磨抗滑集料，集料磨光值为55BPN；洛杉矶磨耗损失为15.21％；集料压碎值为12.01％；集料维氏硬度为1124.62HV10
实施例3
同实施例1，但与实施例1不同的是，本实施例所用的废旧耐火材料为废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖组合使用。本实施例所制备集料所用废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖质量比为2:1。
废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和少量石英，Al2O3含量为70％；废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和少量石英，Al2O3含量为75％。干燥过程为140℃保温24h。拌匀的集料在140℃温度下保温12h进行养护。
本实施例对所得的高耐磨抗滑集料性能检测，所制备的高耐磨抗滑集料，集料磨光值为60BPN；洛杉矶磨耗损失为13.32％；集料压碎值为12.24％；集料维氏硬度为1419.89HV10。
实施例4
同实施例1，但与实施例1不同的是，本实施例所用的废旧耐火材料为废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖组合使用。本实施例所制备集料所用废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖质量比为1:1。
废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和少量石英，Al2O3含量为75％；废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和少量石英，Al2O3含量为70％；干燥过程为180℃保温24h。拌匀的集料在100℃温度下保温12h进行养护。
本实施例对所得的高耐磨抗滑集料性能检测，所制备的高耐磨抗滑集料，集料磨光值为59BPN；洛杉矶磨耗损失为11.52％；集料压碎值为12.21％；集料维氏硬度为1339.42HV10。
实施例5
同实施例1，但与实施例1不同的是，本实施例所用的废旧耐火材料为废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖组合使用。本实施例所制备集料所用废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖质量比为1:2。
废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和少量石英，Al2O3含量为85％；废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和少量石英，Al2O3含量为65％；干燥过程为160℃保温24h。拌匀的集料在180℃温度下保温20h进行养护。
本实施例对所得的高耐磨抗滑集料性能检测，所制备的高耐磨抗滑集料，集料磨光值为61BPN；洛杉矶磨耗损失为10.11％；集料压碎值为9.1％；集料维氏硬度为1452.11HV10。
实施例6
本实施例给出了一种高耐磨抗滑路面，采用本发明的高耐磨抗滑路面集料和沥青堆砌而成，其中，高耐磨抗滑路面集料和沥青的质量比为(6.4～6.6):1，最优可选择6.47:1。
本发明的高耐磨抗滑路面集料主要应用于路面的磨耗层，可采用DB33/T2113-2018公路沥青路面超薄磨耗层施工技术规范进行施工，模拟路面使用时检测的集料磨光值PSV≥50BPN；洛杉矶磨耗损失≤20％；集料压碎值≤15％；集料维氏硬度HV10≥1100，满足技术要求。
本发明对再生集料进行强化处理，可以提高其在路面施工应用时和沥青的结合强度，而且使用该原料实现了废物利用，降低制备成本；路面的耐磨性、抗滑性能均较由普通天然集料铺设的路面有所提高，制备方法成本也低。
对比例1
本实施例选用的常规的天然集料玄武岩，并用现有的制备方法通过破碎、筛分制得普通天然集料。
对玄武岩集料性能进行检测，玄武岩集料磨光值为45.21BPN；洛杉矶磨耗损失为22.11％；集料压碎值为15.75％；集料维氏硬度为573.64HV10。与实施例1对比，实施例1制备的集料的磨光值相对于对比例提高了39.35％；实施例1制备的集料的洛杉矶磨耗损失相对于对比例减少了53.14％；实施例1制备的集料的压碎值相对于对比例减少了47.68％、实施例1制备的集料的维氏硬度相对于对比例提高了183.51％。

Claims (10)

1.一种高耐磨抗滑路面集料，其特征在于，所述的高耐磨抗滑路面集料以废旧耐火材料为原料，对废旧耐火材料进行拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理后得到，所述的废旧耐火材料为包括废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖。
2.根据权利要求1所述的高耐磨抗滑路面集料，其特征在于，所述的废旧高铝质耐火材料中主要物相为刚玉、莫来石和石英，其中Al2O3质量百分含量≥60％；所述的废旧硅莫砖中主要物相为刚玉、莫来石、碳化硅和石英，其中Al2O3质量百分含量≥55％。
3.根据权利要求1所述的高耐磨抗滑路面集料，其特征在于，所述的废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖的含量为0～100％，废旧高铝质耐火材料和废旧硅莫砖的含量不同时为0，总含量为百分之百。
4.根据权利要求1所述的高耐磨抗滑路面集料，其特征在于，所述的高耐磨抗滑路面集料以废旧高铝质耐火材料为原料，所述的废旧高铝质耐火材料中，Al2O3质量百分含量为80％。
5.根据权利要求1所述的高耐磨抗滑路面集料，其特征在于，所述的高耐磨抗滑集料的集料磨光值PSV≥50BPN；洛杉矶磨耗损失≤20％；集料压碎值≤15％；集料维氏硬度HV10≥1000。
6.权利要求1～5任一所述的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，其特征在于，所述的拣选、破碎、筛分、浸泡及强化处理具体包括以下步骤：
步骤一：对废旧耐火材料进行拣选并根据废旧耐火材料的不同氧化铝含量分类堆放，拣选过程中将废旧耐火材料的粘渣层、反应层、变质层除去得到可回收耐火材料；
步骤二：使用破碎机将分类堆放的可回收耐火材料分批进行破碎，得到初始再生集料；
步骤三：将初始再生集料使用振动筛进行第一次筛分，将不符合规格要求的集料重新进行破碎，最后经过振动筛进行二级筛分，最终得到不同粒径级配的用后耐火材料再生集料；
步骤四：对不同粒径级配的用后耐火材料再生集料进行安定性处理，浸泡、冲洗去碱并除去再生集料表面的淤泥、粉末和细屑，然后将冲洗后再生集料进行干燥；
步骤五：对去泥并干燥后的再生集料进行强化处理。
7.根据权利要求6所述的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，其特征在于，所述的不同粒径级配的用后耐火材料再生集料包括粒度范围0～3mm，3～5mm，5～10mm，10～20mm和20～30mm。
8.根据权利要求6所述的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，其特征在于，所述的浸泡是在循环使用的中水里浸泡72h以上，捞出后用循环使用中水进行高压冲洗；干燥是在110-180℃保温24h以上。
9.根据权利要求6所述的高耐磨抗滑路面集料的制备方法，其特征在于，所述的强化处理为使用有机硅树脂溶液对再生集料进行喷洒搅拌，搅拌300s后使树脂溶液均匀地分布在再生集料表面，随后将拌匀的集料在100-180℃温度下保温12-24h进行养护。
10.权利要求1～5任一所述的高耐磨抗滑路面集料铺设的路面，其特征在于，由高耐磨抗滑路面集料和沥青堆砌而成，所述的高耐磨抗滑路面集料与沥青的质量比为(6.4～6.6):1。
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