CN1209315C

CN1209315C - 钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN1209315C
Application number: CNB031283888A
Authority: CN
Inventors: 吴少鹏; 万喜老; 林振华; 王宏; 薛永杰; 陈向明; 杨文锋; 汪晖
Original assignee: METALLURGICAL SLAG CO Ltd WUHAN IRON AND STEEL GROUP; Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: METALLURGICAL SLAG CO Ltd WUHAN IRON AND STEEL GROUP; Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: CN1482091A

Abstract

本发明公开了钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土及其制备方法。该方法充分的利用了钢渣作为道路工程用集料不但具有良好的抗压、耐磨性，而且又具备出色的粘附性。该方法制备出的沥青混凝土主要由集料(钢渣)、矿粉填料(石灰石)、纤维稳定剂、沥青胶结料组成。其制备方法是将集料加热至170℃左右和热熔液态沥青拌和，然后加入矿粉拌和，再加入纤维稳定剂，拌和，采用马歇尔击实法将钢渣SMA沥青混合料两面各击50次，或者采用轮碾法成型，往返碾压18次。通过试验证明，钢渣SMA沥青混凝土的各项路用性能指标均达到国家规定的规范标准，动稳定度高达5846次/mm，完全能够满足高速公路沥青路面抗高温车辙的要求。同时，钢渣集料的大量使用，不但可以减少对大量优质天然集料依赖，降低工程的造价；而且，可以减少钢渣对环境的污染。

Description

钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)是一种由沥青、少量的细集料、纤维稳定剂和矿粉组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙，组成一体的沥青混合料。目前这种路面结构形式能够在工程界得到广泛的应用，主要是由于SMA在抗永久变形性、抗裂性和耐久性等方面具有优良的性能。可以说SMA解决了我国道路建设中普遍存在的路面高温抗车辙性能与低温抗裂性能之间、抗滑性能与路面耐久性能之间的矛盾。

用于SMA的粗集料应采用质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体且有良好嵌挤能力的破碎集料。否则SMA沥青混合料的全部优点将难以表现出来。为了找到在使用优质集料与一般集料情况下SMA路面性能的差别，我们选取了辉绿岩和石灰岩两种不同的粗集料，分别配制了AC-13I型及SMA-13型沥青混合料进行了动稳定度的试验比较，试验分别采用了重交沥青与SBS改性沥青，对比结果如图1、2所示。

试验表明，无论是对于SMA或者是AC型哪一种沥青混合料，无论沥青改性与否，采用辉绿岩的混合料动稳定度都要大于采用石灰岩的；对于采用石灰岩作为集料的沥青混合料，无论沥青改性与否，SMA与AC混合料的动稳定度几乎没有什么差别，根本看不出SMA型混合料的优越性，而当采用了辉绿岩后其优异的性能就表现出来了。这一点说明石灰岩质地不坚硬，无法满足SMA对集料的要求，即使采用了SMA型级配，但在反复的荷载作用下，集料由于粉碎了而根本无法发挥嵌挤作用。这一试验生动的说明了只有质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体且有良好嵌挤能力的破碎集料才可以作为SMA沥青混合料的集料。

随着我国高速公路事业的迅猛发展，破碎石料的用量显著增加，优质集料匮乏的问题越来越突出。由于生产优质集料的产地少，为使用上优质集料就必须增加材料的成本，而且投入是非常大的，目前优质集料产地的产能在下降，材料的均一性将难以保证。为了保证所修建的高速公路路面的使用性能又要求最大程度的降低成本，利用破碎钢渣成为SMA沥青混合料的集料就是水到渠成的事情了。

钢渣是炼钢过程中产生的副产品，钢渣的力学性能较轧制的碎石好，不仅耐磨、颗粒级配形状好，破碎钢渣呈多棱角，具有极强的锁结力。钢渣的内摩擦嵌挤力优于大部分天然砂石。而且与沥青有良好的粘附性，沥青包裹后能防止钢渣的膨胀。其比热值很大，很适宜作为沥青混凝土的骨料用于路面的铺筑中。国外冶金工业比较发达的国家，相应对钢渣的开发使用较早，据联合国对美国以及其他的二十多个工业发达的国家钢渣利用状况的调查表明，这些国家的钢渣有50％用于道路工程上，但是目前我国在钢产量节节攀升的情况下，钢渣的利用率却很低，因此合理利用钢渣不仅可以减少对环境造成的污染，更重要的是建材工业扩大资源发展生产的重要的材料来源。针对我国的国情，开发利用冶金渣对我国更是具有十分重要的意义。

发明内容

为了改善沥青混凝土的长期路用性能，同时缓解优质集料供应匮乏的问题，本发明的目的在于通过选用钢渣作为道路工程集料，开发一种钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土(简称钢渣SMA沥青混凝土)及其制备方法。该钢渣SMA沥青混凝土抗车辙、抗裂以及耐久性好，材料成本大大降低。

本发明的钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土，由粗集料、细集料、石灰石矿粉填料、纤维稳定剂、沥青胶结料组成。其特点是粒径大于4.75mm的粗集料和粒径小于4.75mm细集料均为钢渣，其组成中含由粗集料60-75％(重量)，细集料16％-30％(重量)，石灰石矿粉9％-12％(重量)组成的100％(重量)集料，含集料重量6-7％的沥青，含集料和沥青总重量0.2％-0.3％矿物纤维或0.3％-0.4％木质素纤维或0.2％-0.4％聚脂纤维。

所述的纤维稳定剂是木质素纤维，矿物纤维以及聚合物化学纤维的松散的絮状纤维，或者是预先与沥青混合的颗粒状纤维。

所述的沥青胶结料选用重交沥青或改性沥青，其改性沥青是用改性剂SBS、SBR、SIS、APP、TLA、CBR、EVA改性的沥青。

本钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土的制备步骤如下：

1、材料准备

(1)钢渣集料干燥。由于钢渣是多孔性材料，在与沥青拌和之前必须确保集料的干燥性才不至于因为在与沥青结合的过程中，由于内部水分的挥发，而导致集料与胶结料粘结能力的下降。

(2)矿粉石灰石磨细，保持干燥；

(3)备好重交沥青或改性沥青；

(4)备好未受潮的松散的絮状纤维，或预先与沥青混合的颗粒状纤维。

2、拌和料按设定的钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土组成的各成分量取材料，将沥青加热到160℃至165℃之间，钢渣集料加热到180℃至190℃之间，并将二者混合搅拌均匀，再加入矿粉和纤维稳定剂搅拌均匀，保持初压温度不低于150℃。

3、成型.采用马歇尔击实法成型，将钢渣沥青玛碲脂碎石混合料双面各击50次，或者轮碾法成型，先进行三次预压，然后往返碾压18次。

本发明的钢渣SMA沥青混凝土属于沥青混凝土的一种，其钢渣SMA沥青混凝土的材料组成与结构特征如图3所示。

钢渣SMA沥青混凝土的结构特点使得其具备出色的路面使用性能。SMA型沥青混凝土，在SMA矿料组成中一般粗骨料的用量占到60％以上，骨料颗粒之间具有良好的嵌挤作用，沥青混合料将具有良好的抵抗永久变形的能力；矿粉以及结合了纤维稳定剂、沥青形成了沥青玛蹄脂具有良好的粘结作用，使沥青混合料又具备了良好的抗低温开裂性能。由于钢渣是多孔材料，与沥青的结合相对比普通集料要紧密，形成的沥青混合料沥青膜就不容易剥落，并且增加了材料之间的粘结性，使得钢渣SMA沥青混凝土的内部空隙率很小(4％左右)，形成的路面几乎不渗水，有力的改善了沥青混合料的水稳定性。并且由于钢渣的多孔性、质地坚硬并且耐磨性好，在配制成SMA这种间断型级配后碾压成的沥青混凝土，表面有较大的孔隙，构造深度大，能大大的提高路面的抗滑性能，较好的解决了抗滑与路面耐久性方面的矛盾。同时钢渣SMA沥青混合料的内部被沥青玛蹄脂充分填充，胶结料与空气结合的可能性降低，因此沥青混合料的耐老化性能好，提高了路面的耐久性。

本发明的钢渣SMA沥青混合料的配合比设计遵循现行规范中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比以及生产配合比验证三个阶段，确定矿料级配及最佳沥青用量。钢渣SMA沥青混合料配合比设计采用的是马歇尔试件体积设计方法。

因SMA必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架。由于钢渣特别是粗颗粒部分具有物理力学性能出色，因此能起到良好的骨架嵌挤作用。破碎后的钢渣集料通过筛分可以符合SMA级配的“两头大中间小”的特点，即粗骨料与矿粉的使用量都很大，中间级配颗粒的用量较小。

沥青用量多是SMA型沥青混凝土的一个显著的特点，这是因为路面耐久性与沥青用量关系极大。所以SMA希望沥青用量有一个最低限值。但是由于SMA级配的粗骨料与矿粉的使用量都很大，必然要求一个较大的沥青用量。因此夏季SMA路面泛油，出现高温车辙以及路面构造深度变小的问题。而钢渣这种多孔性材料的使用可克服这个问题。破碎后的钢渣颗粒表面具有很多宏观与微观的孔结构，这些孔可以起到对沥青吸附的作用。倘若是利用钢渣作为集料的I型或II型密级配沥青混凝土，那么钢渣吸附沥青的结果将会使得沥青用量的增加而导致成本上升。但是由于SMA型沥青混合料本身就是一种高油石比的混合料，且夏季泛油是其主要问题之一，因此钢渣的使用通过有效的吸附沥青达到减油的效果，来杜绝夏季路面泛油现象出现的可能性。

沥青用量的优选需要经过马歇尔稳定度、车辙、冻融劈裂等试验的检验，再综合确定最佳沥青用量范围。沥青用量有一个最低限值，各国履行的规范标准不一，我国的规范当中这一指标建议为5.5％，低于这个指标的沥青用量将不能用于工程中。本发明选择沥青的最小用量为6％。

本发明的有益效果是，使用SMA型沥青混凝土可以明显改善沥青路面的长期路用性能，而钢渣作为集料的使用则可以缓解优质集料供应匮乏的问题，可以降低工程的造价。钢渣沥青混凝土的制备工艺简单，便于推广。

附图说明

图1为辉绿岩和石灰岩两种不同粗集料与未改性沥青配制的AC-131型及SMA-13型沥青混合料的稳定度性能比较图。

图2为辉绿岩和石灰岩两种不同粗集料与使用SBS改性沥青配制的AC-131型及SMA-13型沥青混合料的稳定性比较图。

图3为钢渣SMA沥青混凝土的组成与结构特征示意图。

图4为钢渣SMA沥青混合料制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

钢渣SMA沥青路面试验。试验段全长230米，设计摊铺宽度6.50米，分中、上两个面层摊铺。其中上面层采用的是SMA-13型沥青混合料配合比。

SMA-13性沥青混合料所用原材料：

1、集料：钢渣

2、沥青：SBS改性沥青

3、矿粉：亲水系数0.9

4、纤维稳定剂：海川Dolanit聚脂纤维

不是SMA-13型钢渣沥青混凝土：

1、合成级配

表1SMA-13钢渣沥青混合料的合成级配

孔径(mm)

16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

合成级配

100 95.7 63.3 28.0 20.1 17.0 14.4 12.9 12.1 10.9

(％)

SMA-13钢渣沥青混合料的最佳沥青用量为6.2％；矿粉用量为11％。

2、混合料性能试验结果

混合料的残留稳定度为86.2％；

劈裂强度比为87.0％；

动稳定度为5846次/mm。

Claims

1、一种玛碲脂碎石沥青混凝土，由粗集料、细集料、石灰石矿粉填料、纤维稳定剂、沥青胶结料组成，其特点是粒径大于4.75mm的粗集料和粒径小于4.75mm细集料均为钢渣，其组成中含由粗集料60-75％(重量)，细集料16％-30％(重量)，石灰石矿粉9％-12％(重量)组成的100％(重量)集料，含集料重量6-7％的沥青，含集料和沥青总重量0.2％-0.3％矿物纤维或0.3％-0.4％木质素纤维或0.2％-0.4％聚脂纤维。

2、如权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于所述的沥青胶结料选用重交沥青或改性沥青，其改性沥青是用改性剂SBS、SBR、SIS、APP、TLA、CBR、EVA改性的沥青。

3、如权利要求1所述的沥青混凝土的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

(1)材料准备

a钢渣集料干燥；

b矿粉石灰石磨细，保持干燥；

c备好重交沥青或改性沥青；

d取未受潮的松散的絮状纤维，或预先与沥青混合的颗粒状纤维作纤维稳定剂；

(2)拌和料按设计的钢渣玛碲脂碎石沥青混凝土的配合比取材料，将沥青加热到160℃至165℃之间，钢渣集料加热到180℃至190℃之间，并将二者混合搅拌均匀，再加入矿粉和纤维稳定剂搅拌均匀，保持初压温度不低于150℃，

(3)成型采用马歇尔击实法成型，将钢渣沥青玛碲脂碎石沥青混合料双面各击50次，或者轮碾法成型，先进行3次预压，然后调换方向再碾压15次。