CN112408862B

CN112408862B - 一种沥青混凝土

Info

Publication number: CN112408862B
Application number: CN202011330715.5A
Authority: CN
Inventors: 陈东; 王强; 邹萍; 杜艳霞; 贾敏; 张云峰; 王永旺; 徐靓
Original assignee: Shenhua Zhunneng Resources Development and Utilisation Co Ltd
Current assignee: Shenhua Zhunneng Resources Development and Utilisation Co Ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2040-11-24
Also published as: CN112408862A

Abstract

本发明提供了沥青混凝土，以所述沥青混凝土的总重量为100％计，所述沥青混凝土中包含粉煤灰酸法提铝残渣10～15％，沥青4～6％，碎石50～54％，砂21～23％，石屑10～12％和矿粉0～3％；所述粉煤灰酸法提铝残渣的比表面积为60～100m²/g，平均粒径为小于20μm。本发明提供的沥青混凝土具有较高的稳定度、粘结力和强度，也实现了工业固体废渣的资源化利用，减少环境污染。

Description

一种沥青混凝土

技术领域

本发明属于建筑行业技术领域，尤其涉及一种粉煤灰酸法提铝残渣为填料的沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青与骨料材料如沙子、沙砾、碎石或其混合物的组合称为“沥青混凝土”。按混合料的密实程度不同，可分为密级配、半开级配和开级配等数类，开级配混合料也称沥青碎石；其中，热拌热铺的密级配碎石混合料经久耐用，强度高，整体性好，是修筑高级沥青路面的代表性材料，应用得最广。沥青路面是将沥青混凝土加以摊铺、碾压成型而形成的各种类型的路面。沥青混凝土作为沥青路面材料，在使用过程中要承受行使车辆荷载的反复作用，以及环境因素的长期影响。由此可见，沥青混凝土需要添加一种利于提高沥青混凝土的粘结力的填料，从而提高沥青混凝土强度，提高了其抗剥离性能，提高工程质量。

粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。2015年粉煤灰的产量是6.2亿吨，不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。近年来，粉煤灰的综合利用成为研究热点，利用方式多样，成果进展显著。国家能源集团为了综合利用大量粉煤灰，并针对准格尔煤田的煤燃烧后产生的粉煤灰特性，成功开发出“一步酸溶法”粉煤灰制取氧化铝的新工艺，每2.5吨粉煤灰可提取1吨氧化铝，同时产生1.5吨粉煤灰酸法提铝残渣。

粉煤灰的产出严重污染了环境，粉煤灰提铝残渣粒度很细，比表面积很大，具有胶体性质。综上，利用粉煤灰提铝残渣作为沥青混凝土的填料还有待研究开发。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种粉煤灰酸法提铝残渣为填料的沥青混凝土，其具有较高的粘结力，强度和稳定度，实现了工业固体废渣的资源化利用，减少环境污染。

为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种沥青混凝土，以所述沥青混凝土的总重量为100％计，所述沥青混凝土中包含如下原料：粉煤灰酸法提铝残渣10～15％，沥青4～6％，碎石50～54％，砂21～23％，石屑10～12％和矿粉0～3％；

所述粉煤灰酸法提铝残渣的比表面积为60～100m²/g，平均粒径小于20μm。

本发明提供了一种将粉煤灰酸法提铝残渣作为填料的沥青混凝土，使用粉煤灰酸法提铝残渣作为再生填料，其具有多孔结构并且比表面积大，易于进入沥青混凝土的孔隙之中，能够较好地改善沥青胶结料与骨料间的界面性能，有利于提高沥青混凝土的粘结力，以增强混凝土的力学强度、耐磨性、抗疲劳性能，提高工程质量。

在本发明的沥青混凝土中，含水量的多少会影响沥青胶结粘聚力的大小，含水量过高会降低沥青混凝土的整体性，从而降低沥清混凝土的强度和耐久性，会导致沥青混凝土易剥离，稳定度差。在一些优选地实施方式中，本发明选用的粉煤灰酸法提铝残渣的含水率为35～55％。

在一些优选的实施方式中，粉煤灰酸法提铝残渣的平均粒径在20μm内分粒径分布，提高了沥青与各混合物料之间的粘结力、混合物料之间的嵌挤力和内摩擦力，使得沥青混凝土有较高的粘结力，强度和稳定度。具体地，以所述粉煤灰酸法提铝残渣的总重量为100％计，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为＜5μm占比为43～70％，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥5μm且＜10μm占比为15～45％，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥10μm且＜15μm占比为5～15％。

在一些优选的实施方式中，以所述粉煤灰酸法提铝残渣的总重量为100％计，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为＜5μm占比为60～63％，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥5μm且＜10μm占比为25～30％，粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥10μm且＜15μm占比为8～12％。

在本发明提供的沥青混凝土中，所选用的粉煤灰酸法提铝残渣的真密度的平均值为1.3～2.35g/cm³，堆积密度为0.3～0.7g/cm³。

在本发明一些具体的实施方式中，所述碎石可以选自建筑用碎石，所述碎石的粒径可以为0.5～2.5cm，比如，1cm、2cm；所述砂选自河砂，所述砂的细度模数为1～3。

在本发明的沥青混凝土中，含有0～3％的矿粉，当矿粉的含量为“0％”时表示该组成的沥青混凝土中不含有矿粉原料。

在本发明一些具体的实施方式中，制备所述沥青混凝土包含如下步骤：

(1)将所述粉煤灰酸法提铝残渣烘干至含水率为5～12％，备用；

(2)将所述碎石、砂、石屑和任选地矿粉混合搅拌15～45min后，得到混合物料；向所述混合物料中加入沥青搅拌15～45min后，再向其中加入经步骤(1)处理的粉煤灰酸法提铝残渣并搅拌，得到所述沥青混凝土。

在上述制备方法的步骤(1)中，通过烘干将粉煤灰酸法提铝残渣的含水率调整控制在5～12％，使得粉煤灰酸法提铝残渣与后续加入的碎石、砂、石屑等填料能够充分混合，保证沥青混凝土的稳定度。

在上述步骤(1)的具体实施方式中，将粉煤灰酸法提铝残渣在105～120℃下进行烘干，粉碎，使之成为细小颗粒，便于使之进入混合物料的孔隙之中，以改善沥青胶结料与骨料间的界面性能，有效提高沥青混凝土的力学性能、耐磨性、抗疲劳性能。

在上述步骤(2)的具体实施方式中，将所述碎石、砂、石屑和任选地矿粉置于搅拌机中，加热到温度为155～190℃下搅拌15～45min后，得到混合物料；再将所述沥青加热融化后，比如，在160℃下加热至其融化，然后将其加入至混合物料中继续搅拌。

在一些具体的实施方式中，所述碎石在混合搅拌前弃除其中混入的片状、针状的石子，以保证在混合过程中能够充分混合；在一些优选的实施方式，所述碎石、砂在制备过程中可以先进行烘干处理，以减少混合物料中水分的引入，比如，在100～110℃下进行烘干处理，烘干4～6小时。

在本发明中，所述粉煤灰酸法提铝残渣由粉煤灰通过以下制备工艺步骤得到：

1)粉煤灰磁选除铁：粉煤灰经粉碎达到100目以下，加水配成固含量为20～40wt％的浆料，在立环式磁选机上进行磁选，磁选场强1.0～2.0万GS；磁选后的浆料经固液分离后得到固含量为25～50wt％的滤饼；

2)酸溶：将磁选后的滤饼置于耐酸反应釜中进行盐酸酸溶，盐酸浓度为20～35wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4:1～9:1，溶出温度为100℃～200℃，溶出压力为0.1～2.5MPa，溶出时间为0.5h～4h；酸溶后产物经固液分离，得到所述粉煤灰酸法提铝残渣；

所述步骤2)得到的所述粉煤灰酸法提铝残渣采用水洗并湿法研磨；

优选地，步骤2)中所述盐酸的浓度为20～30wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4.5:1～9:1，溶出温度为130℃～150℃，溶出压力为0.3～1.0MPa，溶出时间为1.5h～2.5h。

在一些具体的实施方式中，所述粉煤灰酸法提铝残渣包含60～70wt％的SiO₂、10～25wt％的Al₂O₃、0.1～4wt％的MgO、0.2～6wt％的CaO和1～6wt％的TiO₂，所述SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、TiO₂的质量之和占粉煤灰酸法提铝残渣总量的85wt％以上。

在一些优选的实施方式中，所述粉煤灰酸法提铝残渣包含65～69wt％的SiO₂、10～15wt％的Al₂O₃、0.2～1.5wt％的MgO、0.2～2.5wt％的CaO和2～4wt％的TiO₂。

采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：

本发明提供的沥青混凝土中以粉煤灰酸法提铝残渣为填料，并将其重量占比控制为10～15％，比表面积为60～100m²/g，平均粒径在20μm以内，从而提高了沥青混凝土的稳定度，增强了粘结力强度，提高其抗剥离性能，使其性能优于普通沥青混凝土。

本发明将粉煤灰酸法提铝残渣作为沥青混凝土的填料，有效地利用了工业二次废渣，实现了工业固体废渣的资源化利用，减少环境污染。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。

下述各例中采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)方法检测沥青混凝土的稳定度、流值及密度。

下述各例中原料来源信息：

(1)粉煤灰酸法提铝残渣的化学组成如下表1所示：

表1

上述粉煤灰酸法提铝残渣的比表面积为：72m²/g，平均粒径为小于20μm；真密度的平均值为1.8g/cm³，堆积密度为0.5g/cm³；

上述粉煤灰酸法提铝残渣中，其粒径为＜5μm占比为60％，粒径为≥5μm且＜10μm占比为30％，粒径为≥10μm且＜15μm占比为10％。

(2)碎石：某建筑工地碎石；使用前筛除片状、针状石子，碎石级配符合0.5～2.5cm连续级配；

(3)砂：河砂，细度模数为2.2。

实施例1

(1)将上述粉煤灰酸法提铝残渣在115℃下烘干至含水率为10～15％；

(2)将清洗后的碎石在100～110℃下烘干处理5小时，并筛选取出片状、针状石子，碎石级配符合0.5～2.5cm连续级配；

将河砂在100～110℃下烘干处理5小时；

将搅拌机打开加热至温度170℃左右，将碎石、砂、石屑和矿粉混合搅拌30min后，得到混合物料；

向混合物料中加入融化后的沥青搅拌30min，再向其中加入经步骤(1)处理后的粉煤灰酸法提铝残渣搅拌均匀，得到沥青混凝土。

在实施例1中，各物料按照如下重量分数：粉煤灰酸法提铝残渣12％，1～2cm的碎石42％，0.5～1cm碎石10％，砂20％，石屑9％，沥青5％，矿粉2％。

实施例2

此实施例与实施例1的区别在于，各物料按照如下重量分数：粉煤灰酸法提铝残渣11％，1～2cm的碎石41％，0.5～1cm碎石11％，砂21％，石屑11％，沥青5％。

实施例3

此实施例与实施例1的区别在于，各物料按照如下重量分数：粉煤灰酸法提铝残渣12％，1～2cm的碎石42％，0.5～1cm碎石11％，砂20％，石屑10％，沥青5％。

对比例1

此实施例与实施例1的区别在于，各物料按照如下重量分数：粉煤灰酸法提铝残渣9％，1～2cm的碎石40％，0.5～1cm碎石11％，砂22％，石屑10％，沥青5％，矿粉3％。

对比例2

此对比例中使用的粉煤灰酸法提铝残渣的化学组成如下表2所示：

表2

上述粉煤灰酸法提铝残渣中，其粒径为＜5μm占比为13％，粒径为≥5μm且＜10μm占比为13％，粒径为≥10μm且＜15μm占比为22％，≥15μm占比为52％。

此实施例与实施例1的区别在于，各物料按照如下重量分数：粉煤灰12％，1～2cm的碎石40％，0.5～1cm碎石8％，砂20％，石屑10％，沥青5％，矿粉5％。

将上述得到的沥青混凝土进行稳定度和流值的测定，测定结果如下表3所示：

表3

	稳定度(kN)	流值(mm)	密度(g/cm<sup>3</sup>)
				实施例1	13.25	3.03	2.268
实施例2	13.25	3.03	2.268
				实施例3	13.17	3.065	2.258
对比例1	8.705	3.74	2.334
				对比例2	9.56	3.05	2.12

从表3中数据可以看出，相较于其他实施例所得所得沥青混凝土，对比例1中粉煤灰提铝残渣的添加量少于10％，其所得沥青混凝土的稳定度降低了50％左右，其流提高了20～25％。

对比表1-2可知，对比例2中使用的粉煤灰酸法提铝残渣与实施例化学组成存在较大差异，并且粉煤灰酸法提铝残渣在各粒径范围的分布也不同于以上实施例，其所得沥青混凝土的稳定度降低了40％左右。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种沥青混凝土，其特征在于，所述沥青混凝土中包含如下原料：以所述沥青混凝土的总重量为100％计，粉煤灰酸法提铝残渣10～15％，沥青4～6％，碎石50～54％，砂21～23％，石屑10～12％和矿粉0～3％；

所述粉煤灰酸法提铝残渣的比表面积为60～100m²/g，平均粒径小于20μm；

所述粉煤灰酸法提铝残渣包含60～70wt％的SiO₂、10～25wt％的Al₂O₃、0.1～4wt％的MgO、0.2～6wt％的CaO和1～6wt％的TiO₂，所述SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、TiO₂的质量之和占粉煤灰酸法提铝残渣总量的85wt％以上。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，以所述粉煤灰酸法提铝残渣的总重量为100％计，

所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为＜5μm占比为43～70％；

所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥5μm且＜10μm占比为15～45％；

所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥10μm且＜15μm占比为5～15％。

3.根据权利要求2所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为＜5μm占比为60～63％。

4.根据权利要求2所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥5μm且＜10μm占比为25～30％。

5.根据权利要求2所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣的粒径为≥10μm且＜15μm占比为8～12％。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣的真密度的平均值为1.3～2.35g/cm³，堆积密度为0.3～0.7g/cm³。

7.根据权利要求6所述的沥青混凝土，其特征在于，所述碎石选自建筑用碎石；

所述砂选自河砂。

8.根据权利要求7所述的沥青混凝土，其特征在于，所述碎石的粒径为0.5～2.5cm。

9.根据权利要求7所述的沥青混凝土，其特征在于，所述砂的细度模数为1～3。

10.根据权利要求1～5、7～9中任一项所述的沥青混凝土，其特征在于，制备所述沥青混凝土包含如下步骤：

(2)将所述碎石、砂、石屑和任选地矿粉混合搅拌15～45min后，得到混合物料；

向所述混合物料中加入沥青搅拌15～45min后，再向其中加入经步骤(1)处理的粉煤灰酸法提铝残渣并搅拌，得到所述沥青混凝土。

11.根据权利要求10所述的沥青混凝土，其特征在于，在步骤(1)中，所述粉煤灰酸法提铝残渣在105～120℃下进行烘干。

12.根据权利要求11所述的沥青混凝土，其特征在于，在步骤(2)中，所述混合搅拌在155～190℃下进行。

13.根据权利要求12所述的沥青混凝土，其特征在于，所述沥青经加热融化后再加入至所述混合物料中。

14.根据权利要求1～5、7～9、11～13中任一项所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣由粉煤灰通过以下制备工艺步骤得到：

所述步骤2)得到的所述粉煤灰酸法提铝残渣采用水洗并研磨。

15.根据权利要求14所述的沥青混凝土，其特征在于，步骤2)中所述盐酸的浓度为20～30wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4.5:1～9:1，溶出温度为130℃～150℃，溶出压力为0.3～1.0MPa，溶出时间为1.5h～2.5h。

16.根据权利要求14所述的沥青混凝土，其特征在于，所述粉煤灰酸法提铝残渣包含65～69wt％的SiO₂、10～15wt％的Al₂O₃、0.2～1.5wt％的MgO、0.2～2.5wt％的CaO和2～4wt％的TiO₂。