CN105837092B - 一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法 - Google Patents

一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法。利用脱硫灰渣作为填料掺入乳化沥青混合料中，乳化沥青混合料中填料（矿粉）的2%‑4%采用脱硫灰渣代替，玄武岩粗细集料用量为76%‑86%，乳化沥青用量为7%‑9%，矿粉用量为3%‑5%，水用量为2%‑6%。这样不仅解决了脱硫灰渣废弃资源的再生利用，同时也降低了乳化沥青混合料的经济成本，加速了沥青的破乳固化，从而达到掺入固化剂的效果，提高了乳化沥青混合料的使用性能，实现沥青常温施工，减少排放，效益显著。

Description

一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法
技术领域：
本发明属于工业废渣资源化利用领域，主要涉及一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法。
背景技术：
脱硫灰渣是燃煤电厂产生的烟气在排放前必须使二氧化硫排放达标，在电厂安装脱硫装置而得出来的废渣。因为在脱硫过程中加入了脱硫剂，灰渣的主要成分是碳酸钙或氧化钙，其化学组成与粉煤灰有很大不同。目前，脱硫灰渣正日益增加，若无法被使用，会对脱硫工艺的发展和普及造成影响；若使用不当，甚至释放二氧化硫，造成二次污染，使得脱硫技术变得毫无意义。所以研究有关脱硫产物并加以利用有重大的经济和社会意义。
同时，乳化沥青混凝土其是一种环境友好型路面材料，使用其铺筑道路面层、基层具有减少环境污染降低能耗，易于施工，节省建设成本等优点，然而，与热拌沥青混合料相比，冷拌沥青混合料力学性能较差，如早期强度不好、空隙率高且路面稳定性差等缺点。这是因为乳化沥青混凝土水分排干和性能恢复需要一定时间，导致其早期强度较低，延迟了交通开放，限制了其应用范围。
现有技术已有文献报道利用脱硫灰对沥青进行改性，然而，均需要将材料保持在一定的高温中或仍然针对热拌沥青混合料进行改性，需要消耗高能，施工较为复杂。如中国专利申请文献（CN105176109A）公开了一种利用脱硫灰渣改性沥青混合料的制备方法，具体公开了一种将脱硫灰渣进行改性处理，然后将其加入基质沥青中，对沥青进行改性处理，提高沥青性能的方法；该方法在制备沥青混合料中都需要将材料保持在100-200℃的高温中，施工过程比较复杂，且需要消耗较多能量。如李萃斌等人研究了利用脱硫灰与石灰石粉复合制备沥青填料（“脱硫灰与石灰石粉复合制备沥青填料研究”，李萃斌等，青岛理工大学学报，第31卷第1期，第54-57页，2010年），他将脱硫灰与石灰石粉按一定比例混合均匀，替代部分填料掺入普通沥青中，形成AC-10普通沥青混合料；该技术还是对热拌沥青混合料进行研究，将此用于施工中，需要消耗高能，且过程中会造成环境污染。
发明内容：
本发明目的在于针对上述现有存在的问题和不足，提供一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，该法加快乳化沥青的硬化速度，促进乳化沥青破乳固化，从而提高乳化沥青混凝土的力学性能强度，实现废物利用；且本发明可以实现沥青混合料常温施工，施工方便，且减少能耗，减少环境污染。
为了实现上述发明目的，本发明提出了一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，包括以下步骤：
（1）将乳化剂、稳定剂与水混合后形成皂液，将135℃-145℃热沥青和所述皂液混合搅拌形成乳化沥青；
（2）在常温下，将玄武岩粗细集料与步骤（1）所述的乳化沥青拌合均匀，形成混合料A；
（3）在常温下，将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀加入到步骤（2）所述的混合料A中，并加入水拌合均匀形成混合料B；
（4）在常温下，将步骤（3）所述的混合料B静置，对静置后的混合料B上下面各连续击实50-75次一次成型，形成成型试件；
（5）将步骤（4）所述的成型试件放入标准养护室养护。
本发明提出的一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法的优选方案为：
步骤（1）中所述乳化剂为阳离子复合乳化剂，所述阳离子复合乳化剂为十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵的复合；所述十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵按质量比为1:1复合；稳定剂为聚乙烯醇和CaCl2；步骤（1）所述皂液的重量百分比浓度为8%-10%，所述热沥青与皂液质量比为60:40。
步骤（2）中乳化沥青的用量占混合料总质量的7%-9%；步骤（2）中玄武岩粗细集料的用量占混合料总质量的76%-86%；步骤（3）中脱硫灰渣的用量占混合料总质量的2%-4%，矿粉的用量占混合料总质量的3%-5%，水的用量占混合料总质量的2%-6%；所有百分数为重量百分数。
进一步优选，步骤（2）中乳化沥青的用量占混合料总质量的7%-8%；步骤（2）中玄武岩粗细集料的用量占混合料总质量的80%-84%；步骤（3）中脱硫灰渣的用量占混合料总质量的3%-4%，矿粉的用量占混合料总质量的3%-4%，水的用量占混合料总质量的3%-4%。
本发明中所述混合料的总质量为步骤（2）至步骤（4）中所述乳化沥青、玄武岩粗细集料、脱硫灰渣、矿粉和水的用量之和，所述混合料总质量为100%。
步骤（3）中所述脱硫灰渣与矿粉拌合均匀，其中，搅拌速度为300-500转/分钟，搅拌时间为5-8分钟；步骤（3）中所述拌合均匀形成混合料B，其中，均匀拌合1-2分钟。
其中，步骤（5）中养护温度为20℃±2℃，相对湿度为90%。
本发明提出的一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，与现有技术相比，有益效果如下：
（1）本发明是将脱硫灰渣作为填料替代部分矿粉掺入乳化沥青混凝土中，利用脱硫灰渣具有的火山灰活性，脱硫灰渣吸收混合料或乳化沥青中的水分发生水化反应，并产生水化热，加速了乳化沥青固化、破乳和强度形成，缩短了强度形成时间。水化产物能够填充混合料水分蒸发遗留下来的部分孔隙，而且水化产物与沥青膜一起交织在集料周围，对集料提供约束，这样就使得乳化沥青混凝土有更高的力学性能和抗高温变形能力，并加快硬化速度。
（2）本发明对原料的用量作了进一步的研究，本发明通过试验验证当乳化沥青的用量占混合料总质量的7-9%，玄武岩粗细集料的用量占混合料总质量的76-86%，脱硫灰渣的用量占混合料总质量的2-4%，矿粉的用量占混合料总质量的3-5%，水的用量占混合料总质量的2-6%时，抗压强度达到1.15-1.65MPa，抗折强度达到0.55-1.05MPa，动稳定度为4000-7800次/mm，与传统沥青混合料相比，沥青混合料的路用性能优良；尤其是当乳化沥青的用量占混合料总质量的7-8%，玄武岩粗细集料的用量占混合料总质量的80-84%，脱硫灰渣的用量占混合料总质量的3-4%，矿粉的用量占混合料总质量的3-4%，水的用量占混合料总质量的3-4%时，其抗压强度达到1.35-1.65MPa、抗折强度达到0.85-1.05MPa和动稳定度达到6000-7800次/mm，沥青混合料路用性能优异。
（3）本发明使用脱硫灰渣作为乳化沥青混合料的填料，不仅解决了脱硫灰渣废弃资源的再生利用，同时也降低了乳化沥青混合料的经济成本，加速了沥青的破乳固化，从而达到掺入固化剂的效果，提高了乳化沥青混合料的使用性能，实现沥青常温施工，减少排放，效益显著。
具体实施方式：
以下是本发明的具体实施例，所用的具体实施例是用于描述本发明，而不是限制本发明。
实施例1
（1）先将稳定剂中的聚乙烯醇加入到80℃的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液；将十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵按质量比为1:1复合形成乳化剂，再将稳定剂中的CaCl2和所述乳化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，并调节pH值至5.5，形成皂液，其中，皂液重量百分比浓度为8%；把所述皂液倒入乳化机中，再将140℃的热沥青加入乳化机中，其中，本实施例可以选用135-145℃的热沥青，选用140℃的热沥青为优选数值；开动乳化机转数为4000转/min，形成乳化沥青，其中热沥青与皂液质量比为60:40；取乳化沥青用量为7%；脱硫灰渣2%，矿粉3%，水2%，玄武岩粗细集料86%，其总重量为100%，其中百分数为重量百分数。矿料级配按照AC-13混合料进行配比，形成配比如表1；
表1
筛孔尺寸/mm 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率/% 100 94 82 68 47 33 24.5 17.5 12.5 9.5 6
（2）在常温下，将玄武岩粗细集料与步骤（1）所述乳化沥青混合均匀，形成混合料A；
（3）在常温下，将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀，其中搅拌的速度为500转/分钟，本实施例中搅拌速度可以选取300-500转/分，其中500转/分钟为优选数值；搅拌的时间为8分钟，其中本实施例中搅拌时间可以选取5-8分钟，搅拌时间选取8分钟为优选数值；再加入到步骤（2）所述的混合料A中，加入水拌合均匀2分钟形成混合料B；
（4）在常温下，将步骤（3）所述的混合料B静置，对静置后的混合料B上下面各连续击实50次一次成型，其中50次一次成型为优选数值，本实施例中也可以连续击实50-75次一次成型；将成型的试件放入标准养护室养护，其中养护温度为20℃±2℃，相对湿度为90%。
与未掺脱硫灰渣的乳化沥青混凝土进行对比，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验。未掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土抗压强度0.83MPa,抗折强度0.65MPa，本发明所述乳化沥青混凝土抗压强度1.25MPa，抗折强度0.78MP。同时，掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土车辙试验的动稳定度结果为4789次/mm，远远超过现行《公路沥青路面设计规范》规定的混合料动稳定度不低于800次/mm的标准。
实施例2
（1）先将稳定剂中的聚乙烯醇加入到80℃的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液；将十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵按质量比为1:1复合形成乳化剂，再将稳定剂中的CaCl2和所述乳化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，并调节PH值至5.5，形成皂液，其皂液重量百分比浓度为9%；把所述皂液倒入乳化机中，再将140℃的热沥青加入乳化机中，开动乳化机转数为4000转/min，形成乳化沥青，其中热沥青与皂液质量比为60:40，，取乳化沥青用量为8%；脱硫灰渣3%，矿粉4%，水4%，玄武岩粗细集料81%，其总重量为100%，其中百分数为重量百分数。矿料级配按照AC-16混合料进行配比，形成配比如表2；
表2
筛孔尺寸/mm 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率/% 100 95 84 75 48 34 24.5 13.5 12.5 9.5 6
（2）在常温下，将玄武岩粗细集料与步骤（1）所述乳化沥青混合均匀，形成混合料A；
（3）在常温下，将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀，其中搅拌的速度为500转/分钟，搅拌的时间为8分钟；再加入到步骤（2）所述的混合料A中，加入水拌合均匀2分钟形成混合料B；
（4）在常温下，将步骤（3）所述的混合料B静置，对静置后的混合料B上下面各连续击实50次一次成型，将成型的试件放入标准养护室养护，其中养护温度为20℃±2℃，相对湿度为90%。
与未掺脱硫灰渣的乳化沥青混凝土进行对比，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验。未掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土抗压强度0.90MPa,抗折强度0.60MPa，本发明所述乳化沥青混凝土抗压强度1.60MPa，抗折强度0.95MP。同时，掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土车辙试验的动稳定度结果为7589次/mm，远远超过现行《公路沥青路面设计规范》规定的混合料动稳定度不低于800次/mm的标准。
实施例3
（1）先将稳定剂中的聚乙烯醇加入到80℃的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液；将十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵按质量比为1:1复合形成乳化剂，再将稳定剂中的CaCl2和所述乳化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，并调节PH值至5.5，形成皂液，其皂液重量百分比浓度为10%；把皂液倒入乳化机中，再将140℃的热沥青加入乳化机中，开动乳化机转数为4000转/min，形成乳化沥青，其中热沥青与皂液质量比为60:40；取乳化沥青用量为9%；脱硫灰渣4%，矿粉5%，水6%，玄武岩粗细集料76%，其总重量为100%，其中百分数为重量百分数。矿料级配按照AC-20混合料进行配比，形成配比如表3；
表3
筛孔尺寸/mm 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率/% 100 95 85 71 61 41 30 22.5 16 13 9.5 6.5
（2）在常温下，将玄武岩粗细集料与步骤（1）所述的乳化沥青混合均匀，形成混合料A；
（3）在常温下，将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀，其中搅拌的速度为500转/分钟，搅拌的时间为8分钟；再加入到步骤（2）所述的混合料A中，加入水拌合均匀2分钟形成混合料B；
（4）在常温下，将步骤（3）所述的混合料B静置，对静置后的混合料B上下面各连续击实50次一次成型，将成型的试件放入标准养护室养护，其中养护温度为20℃±2℃，相对湿度为90%。
与未掺脱硫灰渣的乳化沥青混凝土进行对比，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验。未掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土抗压强度1.02MPa,抗折强度0.52MPa，本发明所述乳化沥青混凝土抗压强度1.45MPa，抗折强度0.85MPa。同时，掺脱硫灰渣乳化沥青混凝土车辙试验的动稳定度结果为5889次/mm，远远超过现行《公路沥青路面设计规范》规定的混合料动稳定度不低于800次/mm的标准。本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将乳化剂、稳定剂与水混合后形成皂液，将135℃-145℃热沥青和所述皂液混合搅拌形成乳化沥青；
（2）在常温下，将玄武岩粗细集料与步骤（1）所述的乳化沥青拌合均匀，形成混合料A；
（3）在常温下，将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀加入到步骤（2）所述的混合料A中，并加入水拌合均匀形成混合料B；
（4）在常温下，将步骤（3）所述的混合料B静置，对静置后的混合料B上下面各连续击实50-75次一次成型，形成成型试件；
（5）将步骤（4）所述的成型试件放入标准养护室养护；
步骤（1）中所 述乳化剂为阳离子复合乳化剂，所述阳离子复合乳化剂为十八烷基三甲基氯化胺与十六烷 基三甲基溴化铵复合；所述十八烷基三甲基氯化胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:1；步骤（1）所述皂液的重量百分比浓度为8%-10%，所述热沥青与皂液质量比为60:40；步骤（2）所述 乳化沥青的用量为7%-9%，步骤（2）所述玄武岩粗细集料的用量为76%-86%，步骤（3）所述脱硫灰渣的用量为2%-4%，步骤（3）所述矿粉的用量为3%-5%，步骤（3）所述水的用量为2%-6%； 所有百分数为重量百分数。
2.根据权利要求1所述一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，所述稳定剂为聚乙烯醇和CaCl2。
3. 根据权利要求1所述一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，步骤（2）所述乳化沥青的用量为7%-8%，步骤（2）所述玄武岩粗细集料的用量为80%-84%，步骤（3）所述脱硫灰渣的用量为3%-4%，步骤（3）所述矿粉的用量为3%-4%，步骤（3）所述水的用量为3%-4%；所有百分数为重量百分数。
4. 根据权利要求1所述一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，步骤（3）所述脱硫灰渣与矿粉拌合均匀的搅拌速度为300-500转/分钟，搅拌时间为5-8分钟。
5. 根据权利要求1所述一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，步骤（3）具体为：将脱硫灰渣与矿粉拌合均匀加入到步骤（2）所述的混合料A中，并加入水均匀拌合1-2分钟形成混合料B。
6.根据权利要求1所述一种脱硫灰渣固化常温沥青的方法，其特征在于，步骤（5）所述养护的温度为20℃±2℃，相对湿度为90%。
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