CN116333507B - 一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备 - Google Patents

一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及沥青组合物技术领域，尤其涉及IPC C08L95领域，更具体的，涉及一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备。按重量份计，组分包括：树脂30～60份；钢渣10～20份；增韧剂15～35份；固化剂10～40份；沥青155～185份。所述钢渣与沥青的重量比为1：(10‑20)时，可提高磨耗层的韧性以及拉伸强度；组分1平均粒径为4.75‑9.5mm，可提高磨耗层耐水性；陈化的时间为12‑24个月，可提高磨耗层拉伸强度。

Description

一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备
技术领域
本发明涉及沥青组合物技术领域，尤其涉及IPC C08L95领域，更具体的，涉及一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备。
背景技术
水泥混凝土路桥面在长时间使用后需要进行养护，养护所需成本很高，主要是由于沥青混凝土面层太厚，由此带来施工周期长、人工费用高的问题，近年来，我国开始采用超薄层沥青混凝土面层进行养护，降低成本的同时还能达到节能减排的效果。沥青混凝土主要由填料、集料与沥青胶结料加热拌合而成，集料在沥青混凝土中起骨架支撑作用，沥青路面用集料应具有良好的抗力学破坏性能、表面粗糙、与沥青粘附性能良好等特性，优质的天然集料资源分布不均，其开采和运输成本较高，制约了道路建设的快速发展。钢渣是钢熔炼过程的产物，具有耐磨、抗滑、与沥青粘附性能良好等特点，是潜在的优质沥青路面用集料资源。作为路面铺筑材料加以利用，提高钢渣的资源化率，既可以缓解道路行业天然资源短缺的困境，又能实现钢渣的资源化再利用，减少其对自然环境的危害。但钢渣物化特性不同于天然石料，相关的研究较为停滞。
CN109401519B公开了一种沥青路面修复材料，其属于工程材料领域，该沥青路面修复材料包括热固性聚合物的单体和/或热固性聚合物的预聚体20-60份，抗氧化剂2-8份，促进剂1-8份，掺合料10-30份，热塑性聚合物5-60份，引发剂10-40份，增强剂10-20份，稀释剂1-60份，集料10-40份。该发明提供的沥青路面修复材料具有凝结速度快，30min内即可修复路面恢复交通，强度高，高密水性，耐磨性以及施工简易等优点。
CN112724698A公开了一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法。包括如下质量份的组分：TQY柔韧性环氧树脂25～50份；双酚F高温固化环氧树脂25～50份；耐高温活性增韧剂10～30份；液体酸酐固化剂10～40份；耐高温韧性固化剂5～25份；含羟基活性稀释剂10～50份；70(90#)重交机制沥青100～200份。同时具有优异的抗老化性能和高的粘接强度，
以上专利过多的树脂使用一定程度增加了施工成本，同时环氧树脂与沥青界面相容性可能会受到影响，从而降低混凝土路面的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层及其制备，通过添加钢渣并调整组分间的配比，所制得的磨耗层具有优异的力学强度，达到改善路面使用性能，延长沥青路面寿命的效果。
为达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层，按重量份计，组分包括：树脂30～60份；钢渣10～20份；增韧剂15～35份；固化剂10～40份；沥青155～185份。
所述树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂中的一种。
优选的，所述树脂包括环氧树脂。
进一步优选的，所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：(1-1.8)。
更进一步优选的，所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：1.2。
优选的，所述缩水甘油胺型环氧树脂购自武汉华翔科洁生物技术有限公司，品牌：华翔科洁，型号：MF-4230；所述双酚F固化环氧树脂上海凯茵化工有限公司，品牌：亨斯迈，型号：ARALDITE GY 281。
优选的，所述钢渣为湖北宝武钢铁集团的热泼钢渣。
所述增韧剂包括多醇衍生物。
优选的，所述增韧剂包括聚乙二醇二缩水甘油醚。
所述固化剂包括酸酐固化剂，胺类固化剂，潜伏型固化剂中至少一种。
优选的，所述固化剂包括酸酐固化剂甲基纳迪克酸酐(25134-21-8)和甲基六氢苯酐(CAS：25550-51-0)，所述甲基纳迪克酸酐与甲基六氢苯酐重量比为1：(2-4)。
进一步优选的，所述甲基纳迪克酸酐与甲基六氢苯酐重量比为1：3。
优选的，所述沥青为70#道路石油沥青，产自中石化镇海炼化。
本申请人研究发现，所述钢渣与沥青的重量比为1：(10-20)时，可提高磨耗层的韧性以及拉伸强度，可能是随着钢渣含量增加，钢渣表面微观结构丰富，表面呈碱性，有利于提高与沥青以及环氧树脂的粘附性能，从而提高磨耗层硬度，同时受到剪切力时，钢渣的多微孔结构起到缓冲作用，与环氧树脂网状结构一同避免了磨耗层的失效。
优选的，所述钢渣与沥青的重量比为1：(10-20)。
进一步优选的，所述钢渣与沥青的重量比为1：16。
优选的，所述树脂与固化剂的重量比为1：(0.2-0.8)。
进一步优选的，所述树脂与固化剂的重量比为1：0.5。
本发明第二方面提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备，包括以下步骤：
S1，将钢渣通过破碎机进行破碎，陈化，得到组分1；
S2，将树脂加热，并在树脂中依次加入增韧剂，钢渣，得到组分2；
S3，将沥青加热，得到组分3；
S4，将固化剂和组分2加入到组分3中混合均匀，摊铺后，即得。
本申请人发现，所述陈化的时间为12-24个月，可提高磨耗层拉伸强度，钢渣大多存在游离氧化钙含量过高导致的体积稳定性不良问题，一般使用自然陈化处理消解其含有的游离氧化钙，随自然陈化时间的增长，钢渣中游离氧化钙水化膨胀，钢渣中强度较低的组分从钢渣基体上开裂剥离，强度低的组分脱离钢渣，钢渣集料的力学强度就相对增大，抗压碎能力也随之增大，可能是钢渣的选择性吸附对沥青的流变性能有明显影响，复合模量的降低和相位角的降低，且其变化幅度随时间的增长而逐渐增大。进一步研究发现，钢渣选择性吸附使沥青-钢渣界面处的沥青的低温抗裂性和自愈合性能的提升，但同时降低了界面处沥青的硬度，可能是钢渣集料与沥青间主要发生物理吸附，同时由于两者皆为混合物，微弱的化学键合反应并未改变沥青的化学组成。
优选的，所述陈化的时间为12-24个月。
进一步优选的，所述陈化的时间为16个月。
本申请人研究发现，所述组分1平均粒径为4.75-9.5mm，可提高磨耗层耐水性，推测钢渣中的水化活性物质与自然环境下的雨水及空气中的二氧化碳进行水化反应和碳化反应，在提高抗压碎能力的基础上，生成的水化产物可部分填充钢渣中的空隙，进一步地提升了钢渣的抗力学破坏能力。
优选的，所述组分1平均粒径为4-20mm。
进一步优选的，所述组分1平均粒径为4.75-9.5mm。
更进一步优选的，所述组分1平均粒径为6.5mm。
优选的，所述组分1表观相对密度大于3.1。
进一步优选的，所述组分1表观相对密度大于3.3。
更进一步优选的，所述组分1表观相对密度为3.34。
优选的，所述摊铺的厚度为1.5-2.5cm。
进一步优选的，所述摊铺的厚度为2cm。
有益效果：
1.所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂可提高树脂与沥青以及钢渣的相容性。
2.所述钢渣与沥青的重量比为1：(10-20)时，可提高磨耗层的韧性以及拉伸强度。
3.所述组分1平均粒径为4.75-9.5mm，可提高磨耗层耐水性。
4.所述陈化的时间为12-24个月，可提高磨耗层拉伸强度。
5.所述树脂与固化剂的重量比为1：(0.2-0.8)时，可降低固化过程中体系残余应力，同时避免磨耗层在施工过程中提前固化。
具体实施方式
实施例1
一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层，按重量份计，组分为：树脂50份；钢渣10份；增韧剂25份；固化剂25份；沥青160份。
所述树脂为环氧树脂，所述环氧树脂为缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：1.2。
所述缩水甘油胺型环氧树脂购自武汉华翔科洁生物技术有限公司，品牌：华翔科洁，型号：MF-4230；所述双酚F固化环氧树脂上海凯茵化工有限公司，品牌：亨斯迈，型号：ARALDITE GY 281。
所述钢渣为湖北宝武钢铁集团的热泼钢渣。
所述增韧剂为聚乙二醇二缩水甘油醚。
所述固化剂为酸酐固化剂甲基纳迪克酸酐(25134-21-8)和甲基六氢苯酐(CAS：25550-51-0)，所述甲基纳迪克酸酐与甲基六氢苯酐重量比为1：3。
所述沥青为70#道路石油沥青，产自中石化镇海炼化。
一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备，为以下步骤：
S1，将钢渣通过破碎机进行破碎，进行陈化后，得到组分1；
S2，将树脂加热至80℃，并在树脂中依次加入增韧剂，钢渣，得到组分2；
S3，将沥青加热至160℃，得到组分3；
S4，将固化剂和组分2加入到组分3中混合均匀，加热至180℃，摊铺后，即得。
所述陈化的时间为16个月。
所述组分1的平均粒径为6.5mm。
所述组分1的表观相对密度为3.34。
所述摊铺的厚度为2cm。
实施例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例2中所述组分为：树脂48份；钢渣12份；增韧剂25份；固化剂27份；沥青170份。
实施例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中所述树脂为环氧树脂，所述环氧树脂为缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：1.5。
对比例1
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述组分为：树脂50份；钢渣22份；增韧剂25份；固化剂25份；沥青160份。所述环氧树脂为缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1.5：1。
对比例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述组分为：树脂50份；钢渣5份；增韧剂25份；固化剂25份；沥青160份。
对比例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中所述陈化的时间为8个月。所述环氧树脂为缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：3。
性能测试方法
将实施例1-3和对比例1-3中所得磨耗层进行性能测试，测试数据列于表1中。
1、拉伸强度(MPa)：参照GB/T528，测试温度：23℃。
2、断裂延伸率(％)：参照GB/T528，测试温度：23℃。
性能测试数据
表1
拉伸强度(MPa) 断裂延伸率(％)
实施例1 2.6 130
实施例2 2.5 120
实施例3 2.5 125
对比例1 1.7 95
对比例2 2.1 105
对比例3 2.1 110
本发明所制得的磨耗层具有优异的力学强度。钢渣的陈化的时间为12-24个月，可提高磨耗层拉伸强度；钢渣与沥青的重量比为1：(10-20)时，可提高磨耗层的韧性以及拉伸强度；所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：(1-1.8)可提高磨耗层强度和韧性，实施例1为最优选的方案，实施例1中钢渣的陈化的时间为16个月，钢渣与沥青的重量比为1：16，缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：1.2时，拉伸强度达到2.6MPa，断裂延伸率达到130％。

Claims (6)

1.一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层，其特征在于，按重量份计，组分包括：树脂30～60份；钢渣10～20份；增韧剂15～35份；固化剂10～40份；沥青155～185份；
所述树脂包括环氧树脂；所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：（1-1.8）；所述钢渣与沥青的重量比为1：（10-20）；所述钢渣经过陈化处理，所述陈化的时间为12-24个月。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层，其特征在于，所述树脂与固化剂的重量比为1：（0.2-0.8）。
3.一种根据权利要求1所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将钢渣通过破碎机进行破碎，陈化后，得到组分1；
S2，将树脂加热，并在树脂中依次加入增韧剂，钢渣，得到组分2；
S3，将沥青加热，得到组分3；
S4，将固化剂和组分2加入到组分3中混合均匀，摊铺后，即得。
4.根据权利要求3所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备方法，其特征在于，所述组分1的平均粒径为4-20mm。
5.根据权利要求4所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备方法，其特征在于，所述组分1表观相对密度大于3.1。
6.根据权利要求5所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土超韧高强磨耗层的制备方法，其特征在于，所述摊铺的厚度为1.5-2.5cm。
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