CN115521092B - 一种排水沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建材制品领域，公开一种排水沥青混合料及其制备方法和用途。所述排水沥青混合料，包括如下重量份的原料：沥青4～5份、石灰岩12～14.5份、玄武岩30～40份、钢渣46～57.5份。本发明采用制砂机在降低钢渣原料的孔隙率的同时保持了低压碎值，其与沥青、石灰岩和玄武岩形成的排水沥青混合料(OGFC‑10)的油石比＜4.4，显著低于常规透水沥青混合料低，且20℃肯塔堡飞散损失、60℃动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度等性能良好。

Description

一种排水沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建材制品领域，尤其涉及一种排水沥青混合料及其制备方法。
背景技术
OGFC-10是指混合料公称最大粒径为10mm的沥青混合料。在我国城市道路中，大部分采用密级配沥青混合料，密级配沥青混合料是由各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料与沥青结合料拌和而成的，压实后孔隙率小于10％的沥青混合料。密级配沥青混合料形成的路面因孔隙率低，会导致路面排水性较差，此外，车辆在雨天行驶时，易产生水雾、滑移等现象，诱发安全事故。
排水沥青混合料为一种压实后孔隙率范围为18％～25％，铺面厚度一般为2～5cm的功能层、骨架空隙型材料。排水沥青混合料具有大孔隙率、表面粗糙等特征，拥有良好的排水、抗滑性能，可显著改善车辆在雨天的行驶条件，减少水雾和车辆滑移造成的危险，降低交通事故的发生几率。并且，排水沥青混合料还能有效降低行车中产生的噪音，缓解城市“热岛效应”，提升民众的学习、工作效率，改善睡眠质量。近年来，道路排水、抗滑、降噪等问题逐渐受到关注，加之海绵城市建设的逐步推广，使得排水沥青混合料得到了较大范围的应用。
排水沥青混合料的强度主要来源于集料之间的嵌挤作用和沥青胶结料对集料的粘附作用。为保证排水沥青混合料的使用性能，使用玄武岩、灰绿岩等优质天然石料是有效途径之一。路用天然石料资源日益短缺。因此，探寻优质天然石料的替代石料有利于排水沥青性混合料的推广应用。
钢渣作为一种炼钢产生伴生固废，具有硬度高、耐磨性好、价格低廉等特点，国内外有很多研究将钢渣作为AC、SMA、超薄磨耗层等沥青混凝土骨料使用，并开展了一定的应用，但现有技术仍存在以下几个问题：
1、钢渣颗粒越大，压碎值越高，在粒径10mm以上的钢渣(含转炉钢渣和电炉钢渣)压碎值均超过20％，不符合公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)、道路排水性沥青路面技术规程(DG/TJ 08-2074-2016)的技术要求。
2、由于钢渣存在多孔性特点，钢渣作为粗骨料或粉料直接掺入沥青中使用，均存在油石比偏高的问题，沥青用量的增加将影响沥青混凝土成本的关键因素，这也是行业这么多年钢渣没有在沥青混凝土中规模化应用的主要技术瓶颈。
CN106045384B公开了一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料，混合料包括集料、高模量剂和橡胶沥青混合而成；集料由单级配粒径钢渣和填料组成，单级配粒径钢渣的粒径分别为2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2～16mm，填料为岩石矿粉、钢渣微粉、复合水泥或粉煤灰；按重量百分比计，单级配粒径钢渣及填料的含量分别为马歇尔试件84.40～86.14％和7.5％。但该专利中的油石比达到6.4～7.3，单位体积内消耗沥青用量增加，导致成本较高。
因此，急需要一种低油石比的排水沥青混合料，在保持混合料性能的同时，降低沥青用量，以降低混合料的成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种排水沥青混合料及其制备方法，用于解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明的目的之一在于提供一种排水沥青混合料，包括如下重量份的原料：
所述钢渣的孔隙率≤2％。本申请中孔隙率的检测方法参考《GB/T24586-2009铁矿石表观密度、真密度和孔隙率的测定》进行。
本发明中，油石比是指沥青和骨料的重量比，骨料包括石灰岩、玄武岩和钢渣。本申请的排水沥青混合料中的油石比＜4.4。
在某些实施方式中，所述沥青的重量份可以为4～4.5份，也可以为4.2～4.4份，也可以为4.3～4.5份。在某个优选的实施方式中，为4.2份。
在某些实施方式中，所述石灰岩的重量份可以为12～13.5份，也可以为12.5～14份，也可以为13.5～14.5份。在某个优选的实施方式中，为14份、12.3份和12.5份。
在某些实施方式中，所述玄武岩的重量份可以为30～35份，也可以为30～35份，也可以为30～35份。在某个优选的实施方式中，为40份、37.5份、33.5份和30份。
在某些实施方式中，所述钢渣的重量份可以为46～50.5份，也可以为49～55.5份，也可以为51.5～57.5份。在某个优选的实施方式中，为46份、50份、52.5份、57.5份。
在某些实施方式中，所述钢渣为电炉钢渣或转炉钢渣。
在某些实施方式中，所述钢渣的粒径为3～10mm。本申请发现当钢渣的粒径≤3mm时，沥青用量将大幅增加，为保证符合标准要求，需要油石比增加到5.0以上，造成成本大幅增加；而当钢渣粒径≥10mm时，钢渣的压碎值达不到标准要求，同时由于大颗粒钢渣表面存在较多的孔隙，油石比也会相应增加。
在某些实施方式中，所述钢渣的表观密度3.3～3.8g/cm3。本申请中表观密度的检测方法参考《GB/T24586-2009铁矿石表观密度、真密度和孔隙率的测定》进行。
在某些实施方式中，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的f.Ca0≤5％。本申请中f.Ca0含量的检测方法参考《YB/T 140～2009钢渣化学分析方法》进行。
在某些实施方式中，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的吸水率≤5％。
在某些实施方式中，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的MFe≤1％。本申请中MFe含量的检测方法参考《YB/T 140～2009钢渣化学分析方法》进行。
在某些实施方式中，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的压碎值≤18％。本申请中压碎值的检测方法参考《GB/T14684-2011建设用砂》进行。
在某些实施方式中，所述钢渣的制备方法为：
将钢渣原料粉碎，经制砂机处理，磁选，筛分，得到所述的钢渣。本申请通过制砂机处理能同时降低钢渣的孔隙率和压碎值。
优选地，粉碎后的钢渣原粉的粒径为0～22mm。
优选地，粉碎采用柱碎机进行。
优选地，磁选采用磁选机进行。
优选地，所述制砂机处理的时间为1～3h。
在某些实施方式中，所述石灰岩的粒径为：0～0.15mm和0.15～3mm。
优选地，粒径为0～0.15mm和0.15～3mm的石灰岩的质量比为(2.0～2.5)：(10～12)。
更优选地，质量比可以为(2.0～2.5)：(10～11.5)，也可以为(2.0～2.5)：(11～12)。在某个优选的实施方式中，为2：12、2.3：10.2、2.2：11.8和2.5：10。
在某些实施方式中，所述石灰岩的表观密度2.7～3.0g/cm3。本申请中表观密度的检测方法参考《GB/T14684-2011建设用砂》进行。
在某些实施方式中，所述石灰岩的吸水率≤3％。
在某些实施方式中，所述玄武岩的粒径为：3～5mm和5～10mm。
优选地，粒径为3～5mm和5～10mm的玄武岩的质量比为(10～15)：(20～25)。
更优选地，质量比可以为(10～15)：(20～23)，也可以为(10～15)：(22～24)，也可以为(10～15)：(23～25)。在某个优选的实施方式中，为15：25、13.5：24、13.5：20和10：20。
在某些实施方式中，所述玄武岩的表观密度2.7～3.0g/cm3。本申请中表观密度的检测方法参考《GB/T14684-2011建设用砂》进行。
在某些实施方式中，所述玄武岩的吸水率≤3％。
在某些实施方式中，所述沥青选自SBS改性沥青。本申请中SBS改性沥青按照《公路沥青路面施工技术规范》(F40)，型号为I-A、I-B或I-C。
本发明的目的之二在于提供如上文所述的排水沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
将各原料混合，得到所述的排水沥青混合料。
本发明的目的之三在于提供一种路面结构，由如上文所述的排水沥青混合料铺筑形成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过制砂机加工出的特定级配钢渣的压碎值≤18％、孔隙率≤2％。
2)本发明的排水沥青混合料(OGFC-10)的油石比＜4.4，显著低于常规透水沥青混合料低，降低了生产成本。
3)本发明的排水沥青混合料发挥钢渣固废优势，克服原有材料方面的缺陷，制备出性能达标的OGFC产品，变废为宝实现资源再生。
附图说明
图1显示为本发明的钢渣的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本申请以下实施例和对比例中，所用各原料组分的来源及参数见表1所示，钢渣原粉为中冶宝钢的电炉钢渣。
本申请以下实施例中，将钢渣原料经柱碎机粉碎，经制砂机处理2h，磁选机进行磁选，筛分，得到孔隙率为1.2％，压碎值为17.5％的钢渣。柱碎机，购买自长沙深湘通用机器有限公司，型号为ZSJ100；制砂机购买自上海砼力，型号为VK70；磁选机的磁场强度为4000高斯。
表1原料来源及参数
表2钢渣参数
实施例1-4
参照表3，将钢渣、以及沥青、石灰岩和玄武岩混合，得到排水沥青混合料。
表3
从表3可知，本发明的排水沥青混合料在油石比＜4.4时，仍然符合《DG/TJ 08-2074道路排水性沥青路面技术规程》要求，实施例2得到的排水沥青混合料的性能最优。
对比例1-2
参照表4，分别得到对比例1和对比例2的沥青混合料。
与实施例2相比，对比例1不同点在于不添加钢渣，玄武岩的添加量增加，其余均同实施例2。
与实施例2相比，对比例2添加直接筛分得到的粒径为3-10mm的钢渣，其孔隙率为5.5％，压碎值为23％，表观相对密度3.55g/cm3；以钢渣的总质量为基准计，钢渣的游离氧化钙含量0.25％，钢渣的吸水率2.15％，钢渣的MFe为0.85％；其余均同实施例2。
表4
从表4可知，对比例1得到的沥青混合料在油石比为4.4时，各项性能指标可以达标，但因为沥青用量较低(常规OGFC油石比4.8)，因此各项性能指标均处于临界极限值。对比例2直接筛分得到的3-10mm钢渣骨料制备的OGFC-10，由于孔隙率偏高的原因，在油石比为4.4时，多项指标如20℃肯塔堡飞散损失、60℃动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比等均达不到《DG/TJ 08-2074道路排水性沥青路面技术规程》标准要求，需要增加沥青用量才能满足技术要求。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种OGFC-10排水沥青混合料，其特征在于，包括如下重量份的原料：
排水沥青混合料的油石比＜4.4；
所述石灰岩的粒径为：0～0.15mm和0.15～3mm，粒径为0～0.15mm和0.15～3mm的石灰岩的质量比为(2.0～2.5)：(10～12)；
所述玄武岩的粒径为：3～5mm和5～10mm，粒径为3～5mm和5～10mm的玄武岩的质量比为(10～15)：(20～25)；
所述钢渣的粒径为3～10mm，所述钢渣的孔隙率≤2％，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的压碎值≤18％；
所述钢渣的制备方法为：将钢渣原料粉碎，经制砂机处理，磁选，筛分，得到所述的钢渣。
2.如权利要求1所述的排水沥青混合料，其特征在于，所述钢渣的表观相对密度3.3～3.8g/cm3；
和/或，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的游离氧化钙含量≤5％；
和/或，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的吸水率≤5％；
和/或，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的MFe≤1％。
3.如权利要求1所述的排水沥青混合料，其特征在于，所述石灰岩的吸水率≤3％；
和/或，所述石灰岩的表观相对密度2.7～3.0g/cm3。
4.如权利要求1所述的排水沥青混合料，其特征在于，所述玄武岩的吸水率≤3％；
和/或，所述玄武岩的表观相对密度2.7～3.0g/cm3。
5.如权利要求1所述的排水沥青混合料，其特征在于，所述沥青选自SBS改性沥青。
6.如权利要求1-5任一项所述的排水沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将各原料混合，得到所述的排水沥青混合料。
7.一种路面结构，其特征在于，由如权利要求1-5任一项所述的排水沥青混合料铺筑形成。
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