CN104326706A - 一种钢渣沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢渣沥青混合料及其制备方法，按质量份数由以下组分制成：基质沥青200-300份；表面改性剂4-12份；粒径钢渣4500-4600份；矿粉填料50-100份；本发明的钢渣沥青混合料采用炼钢过程排出的熔渣研磨并筛分后所得的各种粒径钢渣替代传统的矿石骨料，并引入表面改性剂对钢渣进行改性，使钢渣表面极性发生转变，增强了钢渣与沥青粘附性能，同时可以一定程度降低钢渣与沥青拌合温度，减少沥青烟及粉尘排放，实现了节能减排及废物回收二次利用，具有原料易得、制备简单及成本较低等特点。本发明还提供一种钢渣沥青混合料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程沥青技术领域，特别是涉及一种钢渣沥青混合料及其制备方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程排出的熔渣，即炼钢过程中利用空气或氧气去氧化炉料中主要为生铁、碳、硅、锰、磷等元素，并在高温下石灰石反应形成的熔渣。随着钢铁工业的发展，钢渣数量日益增多，若废弃不利用则对环境造成的污染也就越严重。早期由于对钢渣的长期废弃不利用而堆积在渣山上，不仅占用了大量土地，而且造成了严重的环境污染，因而有效的利用这些钢渣既能带来良好的经济效益，又能起到很好的环境保护。
沥青混凝土一般是由沥青和矿石矿集料组成，常用的矿石集料主要有辉绿岩、石灰岩、玄武岩及花岗岩。而矿石集料的开采能耗较大、产生较大的粉尘，且对周围的生态环境造成严重破坏。
钢渣替代传统矿石集料在沥青混凝土中应用已开始深入研究，研究发现，由于钢渣中主要成分为生铁，路面使用过程容易受到水与空气的腐蚀，且由于钢渣中成分温度收缩性不同，从而形成许多的“凹凸”表面，这些部分会影响钢渣颗粒表面与沥青的有效粘合，从而影响沥青路面水稳定及耐久性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是克服上述问题，提供一种钢渣沥青混合料，能增强沥青与粒径钢渣粘附性能，阻止空气及水分进入粒径钢渣与沥青间隙，防止粒径钢渣的腐蚀，从而延长钢渣路面的使用寿命；同时能有效降低温拌沥青混合料的温拌温度和成型温度，保证其高温性能及水稳定性等技术指标达到沥青路用性能要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种钢渣沥青混合料，按质量份数由以下组分制成：基质沥青200-300份；表面改性剂4-12份；粒径钢渣4500-4600份；矿粉填料50-100份；其中，所述表面改性剂为阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂中的一种或几种。
进一步地，所述基质沥青为直馏石油沥青、氧化石油沥青、聚合物SBS改性石油沥青、焦油沥青、天然沥青中的一种或几种。
进一步地，所述阳离子表面活性为烷基聚丙烯多胺、芳香基聚丙烯多胺、双子(Gemini)季铵盐及烷基醚多胺中的一种或几种。
进一步地，所述两性离子表面活性为烷基酰胺丙基甜菜碱磷酸盐、烷基酰胺丙基甜菜碱硫酸盐及双子(Gemini)咪唑啉酸盐中的一种或几种。
进一步地，所述粒径钢渣为炼钢过程排出的熔渣并经破碎、研磨并筛分所得。
进一步地，所述矿粉填料为石灰石粉或水泥。
本发明还提供一种上述钢渣沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将加热的4500-4600份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的200-300份基质沥青加入所述拌合缸内，同时将4-12份表面改性剂喷洒在所述基质沥青表面进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(3)将50-100份矿粉填料加入所述拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
本发明还提供一种上述钢渣沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将4-12份表面改性剂喷洒在200-300份熔融的基质沥青中并开启机械搅拌，并将拌合产物放入拌合缸中；
(2)将加热的4500-4600份各种粒径钢渣放入拌合缸内；
(3)将50-100份矿粉填料加入所述拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的粒径钢渣沥青混合料利用表面活性技术对钢渣表面进行改性，有效降低粒径钢渣的表面张力，使沥青更好的润湿粒径钢渣表面，同时将粒径钢渣表面由亲水性转变亲油性，进一步增强沥青与粒径钢渣的粘附力，从而有效防止空气及水分对粒径钢渣的腐蚀；另外本发明还能有效降低粒径钢渣与沥青的拌合温度，具有较好的节能减排效果，具有原料来源广泛，制备工艺简单及成本较低等特点，适用于各种级配类型的道路沥青路面施工。
具体实施方式
本发明提供一种钢渣沥青混合料，按质量份数由以下组分制成：
基质沥青 200-300份；
表面改性剂 4-12份；
粒径钢渣 4500-4600份；
矿粉填料 50-100份；
其中，基质沥青为直馏石油沥青、氧化石油沥青、聚合物改性石油沥青、焦油沥青、天然沥青中的一种或几种。
表面改性剂为阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂中的一种或几种。
阳离子表面活性为烷基聚丙烯多胺、芳香基聚丙烯多胺、双子(Gemini)季铵盐及烷基醚多胺中的一种或几种。
两性离子表面活性为烷基酰胺丙基甜菜碱磷酸盐、烷基酰胺丙基甜菜碱硫酸盐及双子(Gemini)咪唑啉酸盐中的一种或几种。
粒径钢渣为炼钢过程排出的熔渣并经破碎、研磨并筛分所得。
矿粉填料为石灰石粉或水泥。
本发明还提供一种上述钢渣沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将加热的4500-4600份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的200-300份基质沥青加入拌合缸内，同时将4-12份表面改性剂喷洒在上述基质沥青表面进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(3)将50-100份矿粉填料加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
本发明还提供一种上述钢渣沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将4-12份表面改性剂喷洒在200-300份熔融的基质沥青中并开启机械搅拌，并将拌合产物放入拌合缸中；
(2)将加热的4500-4600份各种粒径钢渣放入拌合缸内；
(3)将50-100份矿粉填料加入所述拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
本发明中的粒径钢渣在表面改性剂的作用下，使沥青更好的润湿粒径钢渣表面，由于存在-NH基团，进一步增强沥青与粒径钢渣之间粘附力，从而改善其抗剥落性能，同时在表面改性剂的作用下，沥青中胶团分散为较小的胶束，改善沥青流变性，从而改善拌合和易性。
下列通过给出的本发明的具体实施例及对比例将进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。在本发明实施例及对比例中所使用的基质沥青，其质量要求均符合交通部颁布的公路沥青路面施工技术规范对道路沥青的技术要求，实施例中使用的集料级配为AC-13，各种的粒径钢渣通过破碎、研磨及筛分其组成配合比如表1所示：
表1
另外，在本发明的实施例中，拌合及成型工艺试验、空隙率试验、马歇尔残留稳定度试验冻融裂强比试验及车辙动稳定度试验等试验测试方法均采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)所规定的标准。
实施例1：
(1)将加热的4500份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的300份70#石油沥青加入拌合缸内，同时将4份双子(Gemini)季铵盐喷洒在上述石油沥青表面进行机械拌合，拌合时间为50s；
(3)将100份石灰石粉加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表2、表3所示。
实施例2：
(1)将加热的4600份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的200份70#石油沥青加入拌合缸内，同时将12份烷基酰胺丙基甜菜碱磷酸盐喷洒在上述石油沥青表面进行机械拌合，拌合时间为60s；
(3)将50份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表2、表3所示。
实施例3：
(1)将5份芳香基聚丙烯多胺和5份烷基醚多胺加入至250份熔融的70#石油沥青中，并开启搅拌；
(2)将加热的4500份各种的粒径钢渣加入拌合缸内，同时将上述的沥青混合物加入拌合缸，进行机械拌合，拌合时间为55s；
(3)将60份石灰粉和20份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为55s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表2、表3所示。
实施例4：
(1)将加热的4550份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的230份聚合物SBS改性石油沥青加入拌合缸内，同时将6份双子(Gemini)咪唑啉酸盐喷洒在上述石油沥青表面进行机械拌合，拌合时间为60s；
(3)将50份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表4、表5所示。
实施例5：
(1)将加热的4600份各种的粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的260份聚合物SBS改性石油沥青加入拌合缸内，同时将8份烷基聚丙烯多胺喷洒在上述石油沥青表面进行机械拌合，拌合时间为50s；
(3)将100份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为55s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表4、表5所示。
实施例6：
(1)将4份双子(Gemini)季铵盐、2份烷基醚多胺及1份芳香基聚丙烯多胺加入至280份熔融的聚合物SBS改性石油沥青中，并开启搅拌；
(2)将加热的4600份各种的粒径钢渣加入拌合缸内，同时将上述的沥青混合物加入拌合缸，进行机械拌合，拌合时间为60s；
(3)将60份石灰粉和30份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表4、表5所示。
对比例1：
(1)将加热的4500份各种的粒径钢渣集料放入拌合缸内；
(2)将加热的300份70#石油沥青加入拌合缸内，拌合时间为50s；
(3)将100份水泥加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表2、表3所示。
对比例2：
(1)将加热的4600份各种的粒径钢渣集料放入拌合缸内；
(2)将加热的260份聚合物SBS改性石油沥青加入拌合缸内，拌合时间为60s；
(3)将100份石灰粉加入拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
所得钢渣沥青混合料的具体技术指标如表4、表5所示。
拌合及成型工艺试验及空隙率试验见表2：
表2
从表2中可以看出，与对比例1相比，实施例1-3的钢渣沥青混合料的空隙率与采用未添加表面改性剂的钢渣沥青混合料的空隙率相当，故在达到相同的压实效果前提下，本发明的钢渣沥青混合料能显著降低沥青与钢渣拌合温度，降温幅度约20-30℃。
马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂强度比及动稳定度试验见表3：
表3
从表3可以看出，该钢渣沥青混合料经马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂强比试验及车辙动稳定度试验，混合料的水稳定性得到明显的改善，钢渣沥青混合料所得的各项数据指标都符合规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)技术要求，具有较好的抗水损害性能及高温抗车辙性能。
表4
从表4中可以看出，与对比例2相比，实施例4-6的钢渣沥青混合料的空隙率与采用未添加表面改性剂的钢渣聚合SBS改性沥青混合料的空隙率相当，故在达到相同的压实效果前提下，本发明的钢渣聚合物SBS改性沥青混合料能显著降低SBS改性沥青与钢渣拌合温度，降温幅度约20-30℃。
表5
从表5可以看出，采用聚合物SBS改性沥青的钢渣沥青混合料经马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂强比试验及车辙动稳定度试验，钢渣沥青混合料所得的各项数据指标都符合规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)技术要求，具有较好的抗水损害性能及高温抗车辙性能。
本发明的钢渣沥青混合料利用表面活性技术对粒径钢渣表面进行改性，有效降低粒径钢渣的表面张力，使沥青更好的润湿钢渣表面，同时将粒径钢渣表面由亲水性转变亲油性，进一步增强沥青与粒径钢渣的粘附力，从而有效防止空气及水分对粒径钢渣的腐蚀；另外本发明还能有效降低钢渣与沥青的拌合温度，具有较好的节能减排效果，具有原料来源广泛，制备工艺简单及成本较低等特点，适用于各种级配类型的道路沥青路面施工。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种钢渣沥青混合料，其特征在于，按质量份数由以下组分制成：
基质沥青 200-300份；
表面改性剂 4-12份；
粒径钢渣 4500-4600份；
矿粉填料 50-100份；
其中，所述表面改性剂为阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的钢渣沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青为直馏石油沥青、氧化石油沥青、聚合物SBS(Styrene-Butadiene-Styrene，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)改性石油沥青、焦油沥青、天然沥青中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的的钢渣沥青混合料，其特征在于，所述阳离子表面活性为烷基聚丙烯多胺、芳香基聚丙烯多胺、双子(Gemini)季铵盐及烷基醚多胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的钢渣沥青混合料，其特征在于，所述两性离子表面活性为烷基酰胺丙基甜菜碱磷酸盐、烷基酰胺丙基甜菜碱硫酸盐及双子(Gemini)咪唑啉酸盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的钢渣沥青混合料，其特征在于，所述粒径钢渣为炼钢过程排出的熔渣并经破碎、研磨并筛分所得。
6.根据权利要求1所述的钢渣沥青混合料，其特征在于，所述矿粉填料为石灰石粉或水泥。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的钢渣沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将加热的4500-4600份各种粒径钢渣放入拌合缸内；
(2)将加热的200-300份基质沥青加入所述拌合缸内，同时将4-12份表面改性剂喷洒在所述基质沥青表面进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(3)将50-100份矿粉填料加入所述拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
8.一种如权利要求1-6任意一项所述的钢渣沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将4-12份表面改性剂喷洒在200-300份熔融的基质沥青中并开启机械搅拌，并将拌合产物放入拌合缸中；
(2)将加热的4500-4600份各种粒径钢渣放入拌合缸内；
(3)将50-100份矿粉填料加入所述拌合缸内进行机械拌合，拌合时间为50-60s；
(4)将步骤(3)所得的混合料出缸，即得钢渣沥青混合料。
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