CN106630767A - 一种ms-iv型铁尾矿微表处混合料及其制备方法 - Google Patents

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向晓东
江新卫
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Abstract

本发明公开了一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料及其制备方法，属于沥青路面养护材料领域。该MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料70％～75％，玄武岩粗集料22％～28％，填料1％～3％，改性剂1％～3％，另加占上述总质量6％～9％水，6％～10％的SBR改性乳化沥青；制备方法为：在室温下，将铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂倒入拌和锅中以60～100RPM的转速搅拌80～100s后，倒入水及SBR乳化沥青再以60～100RPM的转速搅拌8～15s，得到MS-IV型铁尾矿微表处混合料。利用本发明的方法制备出的MS-IV型铁尾矿微表处混合料可承受较高的荷载和磨耗。

Description

一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金环保领域，具体涉及一种铁尾矿生产沥青路面养护材料技术。
背景技术
铁尾矿属于选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。我国既是钢铁消费大国，又是钢铁生产大国，年产粗钢超过8亿吨，居世界第一。同时带来的问题是每年约需处理10亿吨铁矿石、产出约7亿吨铁尾矿，铁尾矿综合利用率不足当年产出量的7％，因此，全国铁尾矿累计堆存量已超过60亿吨。铁尾矿目前一般采用尾矿库集中堆放方式，不仅占用大量土地、阻塞河流，而且对周围环境也有一定污染。将这些铁尾矿综合利用，变废为宝，是当前研究的重要课题。
国外铁尾矿利用工作起步很早，比较重视铁尾矿的综合利用，一些发达国家尾矿利用率高达60％左右。日本用尾矿渣制做墙面砖；美国主要是对尾矿进行回收循环利用和复垦；印度用细粒的尾矿砂制做陶瓷地板砖和墙面砖，通过研究找到适合在各种尾矿自然生长的植物，利用植物生长吸收重金属来稳定或减少污染。而目前国内尾矿利用率仅为7％，主要是用作土壤改良剂及磁化复合肥，利用细粒尾矿砂做建筑制品、制作硅酸盐水泥、造林复垦等。将尾矿用作筑路材料的并不多，连云港有用磷尾矿作为路基填料，也有把铁尾矿用在道路中的实例，但将铁尾矿用于沥青混合料中尚不多见。
我国高速公路沥青路面的设计使用寿命为15年，但是许多高速公路通车后1年～3年，就不同程度地发生早期破坏现象，有些必须小修甚至大修。因此，高速公路的养护措施便显得异常重要。
微表处简称MS是一种由聚合物改性乳化沥青、集料、填料、水和外加剂合理配比拌合并通过专门施工设备铺到原路面，达到迅速开放交通要求的薄层结构。微表处有抗滑性能好、很好的车辙修复功能、施工速率快、效率高等优势。利用尾矿开发高性能微表处材料是我国道路建设的一大趋势。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题而提供了一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料及其制备方法，利用本发明的方法制备出的MS-IV型铁尾矿微表处混合料可承受较高的荷载和磨耗。
当今常见的微表处类型有MS-III型和MS-IV型。考虑到MS-IV型微表处相对MS-III型微表处有更粗的粒径、更好的摊铺深度、更好的抗车辙能力，所以采用MS-IV型微表。MS-IV型微表处的技术特点有二：一是修复重度车辙功能优越。对于较为严重的压密性车辙，由于该类型车辙其变形已趋于稳定，若采用铣刨后铺筑热拌混合料的方法，耗时耗力，对交通的影响大，会造成路面材料的浪费。普通的MS-III型微表处由于其级配较细，处置车辙深度一般在15mm以内，而MS-IV型微表处在填补车辙时，辙槽深度可大于25mm，且十分稳定，不产生塑性变形，可以有效地解决压密性的重度车辙；二是长期使用效果优越，微表处宜粗不宜细，MS-III型等较细的微表处，刚通车时表面状态较好，但是在通车一段时间后，最初表现较好的级配较细的微表处表面较光滑，抗滑能力不足，而级配较粗的MS-IV型微表处表现出更好的抗滑能力。因此，交通量大、重载车辆较多的高速公路、一级公路上处置重度车辙时，宜采用MS-IV型微表处。MS-IV型微表处矿料级配范围要求如表1所示。
表1 MS-IV型微表处矿料级配
筛孔尺寸(mm) 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率(％) 100 85-100 60-87 40-60 28-45 19-34 14-25 8-17 4-8
对于MS-IV型微表处级配选择级配曲线4.75mm筛孔通过率在中线与下限之间，2.36mm、1.18mm通过率接近级配中值，0.6mm及以下筛孔的通过率在级配范围中值和上限之间。
本发明所采用的技术方案是：
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料70％～75％，玄武岩粗集料22％～28％，填料1％～3％，改性剂1％～3％，另加占上述总质量6％～9％水，6％～10％的SBR改性乳化沥青。
进一步地，所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在65～85％，TFe含量在10～15％，FeO含量在1～5％，CaO含量在0.1～0.5％，MgO含量在0.5～2.0％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.5～3.5g/cm3。
优选地，所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.146～3.300g/cm3。
优选地，所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
进一步地，所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
进一步地，所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
所述一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以60～100RPM的转速搅拌80～100s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60～100RPM的转速搅拌8～15s。
本发明具有以下优点：
1)本发明MS-IV型铁尾矿微表处混合料成分中，用铁尾矿细集料替代了大量的玄武石传统石料，降低了成本，又提高了强度，可以用于填补辙槽深度可大于25mm的车辙，且十分稳定，不产生塑性变形，可以有效地解决压密性的重度车辙；
2)铁尾矿本身与沥青的粘附性良好，并且废旧橡胶粉作为改性剂，对混合料的各项性能都有良好的改善作用，长期使用效果更优越，抗滑能力更好；
3)本发明的制备方法采用MS-IV型连续性级配，所得到的MS-IV型铁尾矿微表处的可拌和时间及1h湿轮磨耗值等技术指标都满足规范要求，适合于实际施工使用；
4)本发明大量使用了固废，不仅生产成本低，而且改善了生态环境。
具体实施例
以下通过本发明实施例对本发明作进一步详细说明，但不应认为本发明方法仅限于下述的实施方式。
实施例1
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料72％，玄武岩粗集料24％，填料2％，改性剂2％，水8％，SBR改性乳化沥青7％。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在80.5％，TFe含量在11.5％，FeO含量在2.3％，CaO含量在0.4％，MgO含量在1.3％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.762g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤9.5mm，表观密度为3.164g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为32.5普通硅酸盐水泥。微表处中的沥青吸附在水泥的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取MS-IV型铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌100s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以80RPM的转速搅拌12s。
实施例2：
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料70％，玄武岩粗集料25％，填料3％，改性剂2％，另加占上述总质量8％水，7％SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在79.6％，TFe含量在10.5％，FeO含量在2.6％，CaO含量在0.5％，MgO含量在0.6％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.598g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.157g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以70RPM的转速搅拌80s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以100RPM的转速搅拌15s。
实施例3：
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料75％，玄武岩粗集料22％，填料1％，改性剂2％，另加占上述总质量6％水，10％SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在81.2％，TFe含量在11.5％，FeO含量在1.2％，CaO含量在0.3％，MgO含量在0.2％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.691g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.204g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以100RPM的转速搅拌80s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60RPM的转速搅拌15s。
实施例4：
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料70％，玄武岩粗集料28％，填料1％，改性剂1％，另加占上述总质量6％水，6％SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在81.3％，TFe含量在11.2％，FeO含量在2.1％，CaO含量在0.3％，MgO含量在0.2％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.589g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.207g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌80s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以80RPM的转速搅拌13s。
实施例5：
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料72％，玄武岩粗集料26％，填料1％，改性剂1％，另加占上述总质量9％水，8％SBR改性乳化沥青。按照表2所示的配合比制备。
所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在80.2％，TFe含量在11.2％，FeO含量在2.1％，CaO含量在0.4％，MgO含量在0.1％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；所述铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.617g/cm3。
所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.162g/cm3。
所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以90RPM的转速搅拌90s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以90RPM的转速搅拌11s。
表2 实施例1至实施例5铁尾矿微表处混合料MS-IV型连续性级配设计
孔径(mm) 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
合成级配(％) 100 91.5 68.9 47.9 33.7 24.4 15.5 9.6 5.9
对上述实施例配制的微表处混合料进行测试，其相关性能见表3。
表3 实施例1至实施例5中MS-IV型铁尾矿微表处混合料的性能
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
1h湿轮磨耗值(g/m2) 380.8 405.3 395.1 380.9 411.1
粘聚(N·m) 2.8 2.5 2.4 3.1 2.9
拌和时间(s) 129 135 127 123 131
由表3可知，各实施示例的MS-IV型铁尾矿微表处混合料的可拌和时间较长，均超过了规定的120s的最低限度，证明MS-IV型铁尾矿微表处混合料适宜生产；由表3可知，1h湿轮磨耗值较小，均小于规定的540g/cm2；由表3可知，60min粘聚力的值均大于规定值2N·m。这些都反映出MS-IV型铁尾矿微表处混合料良好的路用性能，是一种可靠的沥青路面养护材料。
对上述实施例配制的微表处混合料进行高温马歇尔测试，并与普通的MS-III型沥青微表处混合料进行比较，结果如表4所示。
表4 实施例1至实施例5中MS-IV型微表处及MS-III型微表处混合料高温马歇尔试验结果
微表处类型 稳定度(KN) 流值(mm)
实施例1 2.76 4.93
实施例2 2.78 4.95
实施例3 2.79 4.94
实施例4 2.77 4.93
实施例5 2.76 4.92
MS-III 1.80 4.71
由表4可知，MS-IV型微表处的强度比MS-III型的提高将近1.5倍，说明后期强度高于MS-III型微表处。
为测定两种微表处的表面使用功能，进行测定MS-III型与MS-IV型微表处的摆值与构造深度。按照设计级配曲线采用最佳油石比制备湿轮磨耗试件，分别测定湿轮磨耗前后的摆值与构造深度，试验结果见表5所示。
表5 实施例1至实施例5中MS-IV型微表处及MS-III型微表处湿轮磨耗前后的摆值
微表处类型 磨耗前 磨耗后 降低倍数/％
实施例1 86 80 7.0
实施例2 85 80 5.9
实施例3 87 82 5.7
实施例4 86 81 5.8
实施例5 88 80 9.1
MS-III 80 70 12.5
由表5可知，磨耗前MS-IV型优于MS-III型；将试样在湿轮磨耗机上磨耗5min，以模拟行车作用，然后再进行摆值的测定，磨耗前MS-IV型亦优于MS-III型，由于行车作用使表面摩擦系数的降低程度MS-IV型微表处较低。
因此，将制备的MS-IV型铁尾矿微表处混合料，用于沥青路面养护技术中，具体方法是：彻底清除原路面的泥土、杂物后，洒粘层油，然后使用摊铺车均匀摊铺已拌制好的MS-IV型铁尾矿微表处混合料。摊铺完成后，手工修复局部施工缺陷，再进行初期养护后即可开放交通。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，由下述质量百分比的成分组成：铁尾矿细集料70％～75％，玄武岩粗集料22％～28％，填料1％～3％，改性剂1％～3％，另加占上述总质量6％～9％的水，6％～10％的SBR改性乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，所述铁尾矿为废弃铁尾矿破碎后的产物，其粒度分布为0.075～4.75mm，铁尾矿细集料中，SiO2含量在65～85％，TFe含量在10～15％，FeO含量在1～5％，CaO含量在0.1～0.5％，MgO含量在0.5～2.0％，MnO、Al2O3以及SO3的含量均小于1％；铁尾矿细集料的公称最大粒径≤4.75mm，表观密度为2.5～3.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，所述玄武岩粗集料公称最大粒径≤13.2mm，表观密度为3.146～3.300g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，所述填料为矿粉，包括石灰粉、消石灰、水泥、钢渣磨细粉中的一种或几种。微表处中的沥青吸附在填料的表面上形成油膜，然后与粗集料、细集料产生粘附作用。
5.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，所述改性剂为废旧橡胶粉，即废旧的车轮胎磨细而成的粉末，其粒度分布为0.075～0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料，其特征在于，所述SBR改性乳化沥青由重交通AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和阳离子SBR胶乳组成。
7.本发明还提供一种MS-IV型铁尾矿微表处混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在室温下，按配合比称取铁尾矿细集料、玄武岩粗集料、填料及改性剂后倒入拌和锅中以60～100RPM的转速搅拌80～100s后，倒入称取好的水及SBR乳化沥青再以60～100RPM的转速搅拌8～15s。
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