CN1182064C - 用钢渣作粗集料的沥青玛蹄脂碎石混合料 - Google Patents
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Abstract
一种沥青玛蹄脂碎石混合料，由集料、矿粉、纤维稳定剂和沥青结合料组成，集料包括粗集料和细集料。粗集料采用钢渣，用量为矿料重量的68～80%，最好是75%左右，细集料采用机制砂，细集料和矿粉占矿料重量的20～32%。混合料的油石比为5.0%～5.3%，木质素纤维用量为混合料用量的0.267%。钢渣是炼钢厂排出的废渣存放一年以上并经磁选、筛分后得到的材料，其中游离氧化钙的含量控制在2%以下。钢渣的技术性能应满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的力学指标要求。混合料可应用于公路、城市道路沥青路面的表面层中。其路用性能优良，价格便宜，既可延长路面寿命，又降低工程造价；同时可有效回收利用炼钢厂废弃的钢渣，减少钢渣粉尘对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青玛蹄脂碎石混合料，尤其是一种用钢渣作粗集料的沥青玛蹄脂碎石混合料，属于沥青混合料应用于公路路面以及钢渣回收利用的技术领域。本发明还涉及沥青玛蹄脂碎石混合料的应用。
背景技术
我国公路路面表面层普遍采用沥青混合料(AC)。近年来，在高等级公路表面层中开始使用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)。沥青玛蹄脂碎石混合料是由间断级配粗集料嵌挤成骨架，由沥青、木质素纤维、矿粉和少量细集料形成的沥青玛蹄脂填充骨架间隙而形成的一种混合料，属于一种密实—骨架结构。由于沥青玛蹄脂碎石混合料具有卓越的抗车辙、抗滑性能、泌水及耐久性等特点，因而成为近年来高等级公路路面表面层的理想结构形式。沥青玛蹄脂碎石混合料的特点是：粗集料含量高，沥青结合料和矿粉含量高。粗集料含量占70％以上，而且粗集料的相互嵌挤是混合料具有良好的高温稳定性、抗滑性的前提，因而粗集料的质量对沥青玛蹄脂碎石混合料的性能影响至关重要。这类混合料要求粗集料坚韧、粗糙、耐磨、有棱角并且与沥青具有良好的粘附性。目前应用较多的粗集料主要是玄武岩和辉绿岩，这两类石料可以满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的技术要求。
但是，随着我国公路建设规模的不断扩大，对石料的需求量日益增大，现有储量已经不能满足需求，许多地区的石料已经不能满足公路建设的需要，因而极大地制约了公路的发展。远距离外运石料又使得原材料成本增高，从而使公路造价提高。而且，大规模开采石料又严重破坏了生态环境，造成的间接损失是无法挽回的。
发明目的
本发明的目的是采用炼钢厂的工业废料——钢渣代替玄武岩而作为沥青混合料的粗集料，提供一种用钢渣作粗集料的沥青玛蹄脂碎石混合料，以用于公路路面表面层，提高路用寿命，降低工程造价，而且能够回收利用钢渣，减少钢渣粉尘对环境的污染。
钢渣是炼钢厂的工业废料，一直大量堆积而无人问津。试验表明，钢渣具有杰出的耐磨性，是抗滑性能最好的集料之一。
钢渣用作沥青玛蹄脂碎石混合料的粗集料具有以下优点：
1、从技术性能上讲，钢渣坚韧、粗糙、有棱角，而且与沥青具有良好的粘附性。而且，钢渣中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+等大量阳离子，它们与沥青中沥青酸等物质发生化学反应生成沥青酸盐，在钢渣表面构成化学吸附层，可增加沥青与钢渣的粘结力，并使沥青混合料具有良好的水稳性。因而，钢渣用作混合料的粗集料性能优良。
2、从经济角度看，钢渣价格便宜，大规模应用可以降低原材料费用，从而降低公路造价。而且钢渣存量充足，可以大大缓解原材料供应不足的现状。
3、从环境方面分析，钢渣大量堆积占用大面积场地，同时，钢渣粉尘污染已经成为影响环境的主要因素之一。合理有效地利用钢渣可以解决这些问题，并可产生巨大的社会效益。
发明内容
本发明的技术方案是：沥青玛蹄脂碎石混合料，由集料、矿粉、木质素纤维和沥青结合料组成，集料包括粗集料和细集料，粗细集料和矿粉称为矿料，其特征在于：所述粗集料采用钢渣，细集料采用机制砂，粗集料的用量控制在矿料重量的68～80％，细集料和矿粉占矿料重量的20～32％，所述混合料的油石比为5.0％～5.3％，木质素纤维用量为混合料用量的0.267％，所述油石比是指沥青结合料与矿料的质量比；矿料级配范围与筛孔尺寸的对应关系为：
筛孔尺寸16mm，级配范围是90-100％；
筛孔尺寸13.2mm，级配范围是65-85％；
筛孔尺寸9.5mm，级配范围是45-65％；
筛孔尺寸4.75mm，级配范围是20-32％；
筛孔尺寸2.36mm，级配范围是15-24％；
筛孔尺寸1.18mm，级配范围是14-22％；
筛孔尺寸0.6mm，级配范围是12-18％；
筛孔尺寸0.3mm，级配范围是10-15％；
筛孔尺寸0.15mm，级配范围是9-14％；
筛孔尺寸0.075mm，级配范围是8-12％。
所述钢渣的物理力学性能指标为：
石料压碎值≤25％， 洛杉矶磨耗值≤30％，
吸水率≤2.0％， 视密度≥2.60g/cm3，
针片状含量≤15％， 软弱颗粒含量≤1％，
坚固性≤12％， 对沥青的粘附性≥4级。
所述混合料中粗集料钢渣的用量控制在矿料重量的75％。
所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。
本发明的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)，由集料、矿粉、木质素纤维和沥青结合材料组成，集料包括粗集料和细集料，所述粗集料采用钢渣，细集料采用机制砂。粗、细集料和矿粉称为矿料。所述钢渣应是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后得到的性质稳定的材料。钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。钢渣的技术性能应满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的力学指标要求，见表1。
表1沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的力学指标要求
| 指标 | 技术要求 |
| 石料压碎值(％) | 不大于25 |
| 洛杉矶磨耗值(％) | 不大于30 |
| 吸水率(％) | 不大于2.0 |
| 视密度(g/cm3) | 不小于2.60 |
| 针片状含量(％) | 不大于15 |
| 软弱颗粒含量(％) | 不大于1 |
| 坚固性(％) | 不大于12 |
| 对沥青的粘附性 | 不小于4级 |
粗、细集料的配合比例应根据各自的级配情况而定。一般情况下，SMA-16中，4.75mm以上粗集料采用钢渣，其用量应控制在矿料重量的68～80％，尽量控制在75％左右，细集料和矿粉站20～32％。油石比(即沥青结合料与矿料的质量比)为5.0％～5.3％，木质素纤维用量为混合料用量的0.267％。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行进一步详细的说明。
SMA-16沥青玛蹄脂碎石混合料中粗集料采用首钢钢渣，细集料和矿粉采用石灰岩。首钢钢渣的主要性质指标见表2，与之相比较，表3列出张家口玄武岩的主要性质指标。
表2钢渣主要性质指标表
| 筛孔(mm) | 毛体积密度(g/cm3) | 吸水率(％) | 软石含量(％) | 针片状含量(％) | 压碎值(％) | 洛杉矶磨耗(％) | 坚固性(％) | 粘附性 |
| 16 | 3.21 | 1.18 | 无 | 10.8 | 14.4 | 16 | 4.7 | 4级 |
| 13.2 | 3.201 | 1.26 | ||||||
| 9.5 | 3.234 | 1.24 | ||||||
| 4.75 | 3.127 | 1.90 |
从表中可见，钢渣各项性能均能满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的技术要求，钢渣中游离氧化钙的含量为0.54％，小于2％，其稳定性满足要求。
表3玄武岩主要性质指标表
| 筛孔(mm) | 毛体积密度(g/cm3) | 吸水率(％) | 软石含量(％) | 针片状含量(％) | 压碎值(％) | 洛杉矶磨耗(％) | 坚固性(％) | 粘附性 |
| 16 | 2.808 | 1.37 | 无 | 6.7 | 12.8 | 13.8 | 1.0 | 4级 |
| 13.2 | 2.812 | 1.37 | ||||||
| 9.5 | 2.820 | 1.45 | ||||||
| 4.75 | 2.817 | 1.57 |
从上述表2、3钢渣与玄武石的技术指标看，钢渣密度比玄武岩大。压碎值、磨耗反映集料的抗压强度，钢渣的试验值比玄武岩略大，说明钢渣抗压强度比玄武岩略低。
本发明沥青玛蹄脂碎石混合料的矿料合成级配见表4。
表4矿料合成级配表
| 筛孔(mm) | 钢渣通过率(％) | 玄武岩通过率(％) | 级配范围(％) |
| 16 | 95 | 95 | 90～100 |
| 13.2 | 75 | 75 | 65～85 |
| 9.5 | 55 | 55 | 45～65 |
| 4.75 | 25 | 26 | 20～32 |
| 2.36 | 19.5 | 19.5 | 15～24 |
| 1.18 | 18 | 18 | 14～22 |
| 0.6 | 15 | 15 | 12～18 |
| 0.3 | 12.5 | 12.5 | 10～15 |
| 0.15 | 11.5 | 11.5 | 9～14 |
| 0.075 | 10 | 10 | 8～12 |
为了比较钢渣与玄武岩作SMA粗集料的性能差异，针对两种集料的SMA进行性能对比试验，试验的内容分别是SMA的高温稳定性及水稳性。高温稳定性检验的试验为马歇尔及车辙试验，评价指标为马歇尔稳定度和动稳定度。水稳性检验的试验为浸水马氏试验及冻融劈裂试验，评价指标为残留马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比。两组试验中，除粗集料分别采用钢渣和玄武岩外，其余试验条件相同。沥青结合材料采用盘锦90#重交通沥青，改性沥青采用SBS改性，掺量5％，纤维采用德国JR木质素纤维，纤维用量0.267％。试验结果见表5、表6、表7。
表5不同粗集料的SMA-16混合料车辙试验结果
| 粗集料种类 | 结合料种类 | 油石比(％) | 动稳定度(次/mm) | 规范要求(次/mm) |
| 玄武岩 | 改性沥青 | 5.9 | 5538 | ＞3000 |
| 非改性沥青 | 5.6 | 2453 | ＞1500 | |
| 钢渣 | 改性沥青 | 5.3 | 5559 | ＞3000 |
| 非改性沥青 | 5.0 | 2400 | ＞1500 |
表6不同粗集料的SMA-16混合料马歇尔试验结果
| 粗集料种类 | 结合料种类 | 油石比(％) | 稳定度(KN) | 规范要求(KN) | 流值(mm) | 规范要求(mm) |
| 玄武岩 | 改性沥青 | 5.9 | 8.59 | ＞6.0 | 2.70 | 2～5 |
| 非改性沥青 | 5.6 | 8.25 | ＞5.5 | 3.32 | 2～4 | |
| 钢渣 | 改性沥青 | 5.3 | 12.41 | ＞6.0 | 3.94 | 2～5 |
| 非改性沥青 | 5.0 | 8.20 | ＞5.5 | 3.89 | 2～4 |
表7沥青玛蹄脂碎石混合料水稳性及活性检验
| 混合料 | 钢渣沥青混合料 | 玄武岩沥青混合料 | 规范要求 |
| 体积膨胀率 | 0.6％ | 0.5％ | 不大于1％ |
| 浸水马歇尔稳定度比 | 90.0％ | 88.6％ | 不小于80％ |
| 冻融劈裂强度比(TSR) | 91.5％ | 86.7％ | 不小于75％ |
根据表5和表6，从钢渣和玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合料的动稳定度与马歇尔稳定度的试验结果看，两种集料的动稳定度相差不大，马歇尔稳定度也保持在同一水平，而且均大于规范要求，说明两种集料用于沥青玛蹄脂碎石混合料对混合料的高温稳定性影响效果相差不大。从水稳性角度看，钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料的残留马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比均大于玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合料，说明钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料的水稳性优于玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合料。
本发明所述钢渣的物理、化学和力学等性能均符合做高等级公路路用集料的技术指标，是一种可用于高等级公路的优良集料。所述钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料的各项性能指标均能达到规范要求，且具有良好的体积稳定性和较高的力学性能，可用于高等级公路、城市道路沥青路面的表面层中，此类材料路用性能优良、对环境无害而且价格便宜，因而具有广泛的应用前景。
Claims (5)
1、一种沥青玛蹄脂碎石混合料，由集料、矿粉、木质素纤维和沥青结合料组成，集料包括粗集料和细集料，粗细集料和矿粉称为矿料，其特征在于：所述粗集料采用钢渣，细集料采用机制砂，粗集料的用量控制在矿料重量的68～80％，细集料和矿粉占矿料重量的20～32％，所述混合料的油石比为5.0％～5.3％，木质素纤维用量为混合料用量的0.267％，所述油石比是指沥青结合料与矿料的质量比；矿料级配范围与筛孔尺寸的对应关系为：
筛孔尺寸16mm，级配范围是90-100％；
筛孔尺寸13.2mm，级配范围是65-85％；
筛孔尺寸9.5mm，级配范围是45-65％；
筛孔尺寸4.75mm，级配范围是20-32％；
筛孔尺寸2.36mm，级配范围是15-24％；
筛孔尺寸1.18mm，级配范围是14-22％；
筛孔尺寸0.6mm，级配范围是12-18％；
筛孔尺寸0.3mm，级配范围是10-15％；
筛孔尺寸0.15mm，级配范围是9-14％；
筛孔尺寸0.075mm，级配范围是8-12％.
2、根据权利要求1所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于：所述钢渣的物理力学性能指标为：
石料压碎值≤25％， 洛杉矶磨耗值≤30％，
吸水率≤2.0％， 视密度≥2.60g/cm3，
针片状含量≤15％， 软弱颗粒含量≤1％，
坚固性≤12％， 对沥青的粘附性≥4级。
3、根据权利要求1或2所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于：所述混合料中粗集料钢渣的用量控制在矿料重量的75％。
4、根据权利要求3所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于：所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。
5、根据权利要求1或2所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于：所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。
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