CN113603399A - 含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法 - Google Patents

含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法，该环氧乳化沥青混合料，包括以下原料：环氧乳化沥青、水、集料；集料包括粗集料、细集料以及填料；粗集料为辉绿岩，细集料包括钢渣与机制砂；钢纤维作为增强剂。本发明的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，通过将钢渣加入至环氧乳化沥青混合料中可以提高沥青混合料的低温抗裂性与抗滑性，同时提高了其高温稳定性、水稳定性。本申请的含钢渣的环氧乳化沥青混合料实现了钢渣的高效利用，降低了沥青路面拌和与铺筑时的能耗与有害气体排放。

Description

含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法
技术领域
本发明涉及道路材料领域，尤其涉及一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法。
背景技术
随着交通量的增长，沥青路面逐渐出现开裂、剥落、车辙等病害，严重影响了路面行驶的安全性与舒适性。因此，加强路面预防性养护对于延长沥青路面使用寿命具有重要的意义。传统乳化沥青混合料尽管具有“低能耗、低排放、低污染、易施工”的优点，但是成型的磨耗层耐磨性与高温稳定性较差，若通过增加磨耗层厚度来提高路面的高温稳定性，则无疑又会提高路面的工程造价。
环氧乳化沥青是在传统乳化沥青中加入了水性环氧树脂，凭借水性环氧树脂固化后形成的稳定的三维网状结构来提升乳化沥青的高温稳定性。但是，受环氧树脂热固性影响，乳化沥青蒸发残留物的低温抗裂性有所下降。
基于目前的环氧乳化沥青存在的缺陷有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法、使用方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，包括以下重量份原料：20～40份的环氧乳化沥青、2～4份的水、99～120份的集料、1～5份钢纤维；
所述集料包括粗集料、细集料以及填料；所述粗集料为辉绿岩，所述细集料包括钢渣与机制砂；
所述粗集料、所述钢渣、所述机制砂和所述填料的质量比为(17～58):(23～81):(15～16):(1～3)。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；
其中，所述乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的质量比为(6～9):(0.4～1.25):(0.4～1.25)。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述水性环氧树脂包括脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂和缩水甘油胺型环氧树脂的至少一种；
所述固化剂为胺类固化剂。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述填料包括水泥与石灰石矿粉的混合物。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述水泥与所述石灰石矿粉的质量比为1:(1～3)。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述乳化沥青的制备方法为：向沥青中加入乳化剂，混合均匀后即制备得到乳化沥青。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述钢渣的粒径为0.075mm～5mm。
优选的是，所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，所述辉绿岩、所述钢渣、所述机制砂、所述石灰石矿粉混合形成矿料，所述矿料的级配包括AC-13、SMA-13、OGFC-13、AC-10、SMA-10、OGFC-10中的一种。
第二方面，本发明还提供了一种所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
取1/3～1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂进行预拌和，得到第一混料；
将1/4～1/3质量的环氧乳化沥青、余下的水以及粗集料加入至第一混料中拌和，得到第二混料；
将余下的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，继续拌和即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
第三方面，本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的使用方法，包括以下步骤：将含钢渣的环氧乳化沥青混合料摊铺在路面进行碾压。
本发明的一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，通过将钢渣加入至环氧乳化沥青混合料中，可以提高其低温抗裂性与抗滑性，同时提高了其高温稳定性、水稳定性；钢纤维作为增强剂。本申请的含钢渣的环氧乳化沥青混合料实现了钢渣的高效利用，降低了沥青路面拌和与铺筑时的能耗与有害气体排放。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，包括以下重量份原料：20～40份的环氧乳化沥青、2～4份的水、99～120份的集料、1～5份钢纤维；
集料包括粗集料、细集料以及填料；粗集料为辉绿岩，细集料包括钢渣与机制砂；
粗集料、钢渣、机制砂和填料的质量比为(17～58):(23～81):(15～16):(1～3)。
具体的，本申请实施例中所用的钢渣是炼钢产生的一种废弃物，通过将钢渣加入至环氧乳化沥青混合料中可以提高其低温抗裂性与抗滑性，同时提高了其高温稳定性、水稳定性；钢纤维作为增强剂。本申请的含钢渣的环氧乳化沥青明混合料实现了钢渣的高效利用，降低了沥青路面拌和与铺筑时的能耗与有害气体排放。
在一些实施例中，环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；
其中，乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的质量比为(6～9):(0.4～1.25):(0.4～1.25)。
在一些实施例中，水性环氧树脂包括双酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂和缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种；
固化剂为胺类固化剂。
具体的，本申请的所用的胺类固化剂可以采用脂肪族胺类固化剂、香族胺类固化剂、脂环族胺类固化剂等。具体的，脂肪族胺类固化剂包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等；芳香族胺类固化剂包括间苯二胺、二氨基二苯基甲烷等；脂环族胺类固化剂包括二氨甲基环已烷、孟烷二胺MDA等。
在一些实施例中，填料包括水泥与石灰石矿粉的混合物。
在一些实施例中，水泥与所述石灰石矿粉的质量比为1:(1～3)。
在一些实施例中，乳化沥青的制备方法为：向沥青中加入乳化剂，混合均匀后即制备得到乳化沥青。
具体的，所用的乳化剂为慢裂快凝阳离子型乳化剂，例如乳化剂为BH-MK。
在一些实施例中，辉绿岩、钢渣、机制砂、石灰石矿粉混合形成矿料，矿料的级配包括AC-13、SMA-13、OGFC-13、AC-10、SMA-10、OGFC-10中的一种。
具体的，本申请的矿料的级配类型既可以指矿料中每一个单一的组成均满足AC-13等中的一种；也可以指辉绿岩、钢渣、机制砂、石灰石矿粉四种混合后形成的矿料整体上满足AC-13等中的一种。
其中，矿料的级配类型为AC-10具体如下表1所示。
表1-AC-10各筛孔通过率
Figure BDA0003259855240000051
矿料的级配类型为SMA-10具体如下表2所示
表2-SMA-10各筛孔通过率
Figure BDA0003259855240000052
其中，表1～2中级配上限、级配中值、级配下限所对应的值均指的是在不同筛孔尺寸下的通过率。
在一些实施例中，钢渣的粒径为0.075mm～5mm。具体的所采用的《道路用钢渣标准》(GB/T 25824—2010)中的技术规定；钢纤维的长度为20～30mm、直径为0.2～0.6mm。
在一些实施例中，水性环氧树脂、固化剂、乳化沥青、粗集料、机制砂与石灰石矿粉由湖南云中再生科技股份有限公司提供，钢渣由灵寿县强东矿产产品加工厂购得。
具体的，水性环氧树脂的性能参数如表3所示。
表3-水性环氧树脂性能
Figure BDA0003259855240000053
Figure BDA0003259855240000061
固化剂的性能参数如表4所示。
表4-固化剂基本性能
Figure BDA0003259855240000062
乳化沥青的性能参数如表5所示。
表5-乳化沥青技术参数
Figure BDA0003259855240000063
粗集料的性能参数如表6所示。
表6-粗集料技术指标
Figure BDA0003259855240000064
Figure BDA0003259855240000071
机制砂的性能参数如表7所示。
表7-机制砂主要技术指标
Figure BDA0003259855240000072
石灰石矿粉的性能参数如表8所示。
表8-石灰石矿粉主要技术指标
Figure BDA0003259855240000073
钢渣的性能参数如表9所示。
表9-钢渣主要技术指标
技术指标 测试结果 技术要求 试验方法
吸水率 2.12 ≤3.0 T0307
压碎值/(％) 20.6 <28 T0316
洛杉矶磨耗值/(％) 18.4 ≤30 T0317
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取1/3～1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂进行预拌和，得到第一混料；
S2、将1/4～1/3质量的环氧乳化沥青、余下的水以及粗集料加入至第一混料中拌和，得到第二混料；
S3、将余下的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，继续拌和即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的使用方法，包括以下步骤：将含钢渣的环氧乳化沥青混合料摊铺在路面进行碾压。
具体的，将含钢渣的环氧乳化沥青混合料摊铺在路面进行碾压，在路面上形成磨耗层，实际中，磨耗层的厚度为10～15mm。
以下进一步以具体实施例说明本申请的含钢渣的环氧乳化沥青的制备方法。
以下实施例1～3以及对比例1～2中所用的水性环氧树脂、固化剂、乳化沥青、粗集料、机制砂与石灰石矿粉由湖南云中再生科技股份有限公司提供，钢渣由灵寿县强东矿产产品加工厂购得。
实施例1
本申请实施例提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，包括以下重量份组分：20份的环氧乳化沥青、4份的水、99份的集料、1份的钢纤维；
其中，集料包括粗集料、细集料以及填料的混合物；
粗集料为31份的辉绿岩；细集料包括50份的钢渣、15份的机制砂；
填料的重量份为3份，填料包括质量比为1:1的石灰石矿粉与水泥(具体为P.O42.5的水泥)的混合物；
环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；其中，乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的重量份分别为16份、2份、2份；
其中，钢纤维的长度为25mm、直径为0.4mm；
辉绿岩、钢渣、机制砂、石灰石矿粉混合形成矿料，矿料的级配类型如下表10所示。
表10-实施例1中矿料的级配类型
筛孔尺寸(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过百分率(％) 93 58 50 35 24 14 9 6
上述含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法包括以下步骤，包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，称取1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂于300r/min速度下进行预拌和60s，得到第一混料；
S2、按照上述重量份，将1/3质量的环氧乳化沥青、余下的1/2质量的水、粗集料加入至第一混料于300r/min速度下中拌和60s，得到第二混料；
S3、按照上述重量份，将余下的2/3质量的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，于300r/min下继续拌和60s即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
实施例2
本申请实施例提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，包括以下重量份组分：25份的环氧乳化沥青、4份的水、99份的集料、1份的钢纤维；
其中，集料包括粗集料、细集料以及填料的混合物；
粗集料为55份的辉绿岩；细集料包括25份的钢渣、16份的机制砂；
填料的重量份为3份，填料包括质量比为1:1的石灰石矿粉与水泥(具体为P.O42.5的水泥)的混合物；
环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；其中，乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的重量份分别为20份、2.5份、2.5份；
其中，钢纤维的长度为25mm、直径为0.4mm；
辉绿岩、钢渣、机制砂、石灰石矿粉混合形成矿料，矿料的级配类型如下表11所示。
表11-实施例2中矿料的级配类型
筛孔尺寸(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过百分率(％) 91 30 24 20 18 12 14 8
上述含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法包括以下步骤，包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，称取1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂于300r/min速度下进行预拌和60s，得到第一混料；
S2、按照上述重量份，将1/3质量的环氧乳化沥青、余下的1/2质量的水、粗集料加入至第一混料于300r/min速度下中拌和60s，得到第二混料；
S3、按照上述重量份，将余下的2/3质量的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，于300r/min速度下继续拌和60s即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
实施例3
本申请实施例提供了一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，包括以下重量份组分：28份的环氧乳化沥青、4份的水、99份的集料、1份的钢纤维；
其中，集料包括粗集料、细集料以及填料的混合物；
粗集料为30份的辉绿岩；细集料包括50份的钢渣、16份的机制砂；
填料的重量份为3份，填料包括质量比为1:1的石灰石矿粉与水泥(具体为P.O42.5的水泥)的混合物；
环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；其中，乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的重量份分别为22.4份、2.8份、2.8份；
其中，钢纤维的长度为25mm、直径为0.4mm；
辉绿岩、钢渣、机制砂、石灰石矿粉混合形成矿料，矿料的级配类型如下表12所示。
表12-实施例3中矿料的级配类型
筛孔尺寸(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过百分率(％) 94 42 28 23 19 16 13 9
上述含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法包括以下步骤，包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，称取1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂于300r/min速度下进行预拌和60s，得到第一混料；
S2、按照上述重量份，将1/3质量的环氧乳化沥青、余下的1/2质量的水、粗集料加入至第一混料于300r/min速度下中拌和60s，得到第二混料；
S3、按照上述重量份，将余下的2/3质量的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，于300r/min速度下继续拌和60s即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
对比例1
本对比例提供了一种环氧乳化沥青混合料，同实施例1，不同在于，不含有钢渣，其余原料含量均与实施例1相同，该环氧乳化沥青混合料的制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例提供了一种环氧乳化沥青混合料，同实施例2，不同在于，不含有钢渣，其余原料含量均与实施例2相同，该环氧乳化沥青混合料的制备方法同实施例2。
性能测试
与根据《公路沥青沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对实施例1和对比例1中制备得到的环氧乳化沥青混合料进行车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、构造深度测试及低温小梁弯曲试验，测试结果如表13所示。
表13-不同实施例的环氧乳化沥青混合料性能
Figure BDA0003259855240000121
从表13中可以看出，实施例1中制备得到的环氧乳化沥青混合料相比对比例1中的环氧乳化沥青混合料动稳定度提高56％、冻融劈裂比提高6.5％、残留稳定度提高3.5％、构造深度提高10.5％，弯拉强度提高61.1％；说明钢渣的加入可在不影响混合料高温稳定性与水稳定性的基础上，提高沥青混合料的低温抗裂性与抗滑性能。
对实施例2～3和对比例2中制备得到的环氧乳化沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳性及构造深度测试，测试结果如表14所示。
表14-不同实施例的环氧乳化沥青混合料性能
Figure BDA0003259855240000122
从表14中可知，随着钢渣含量的增加，混合料的动稳定度、冻融劈裂强度比、残留稳定度比与构造深度均有所改善，且钢渣含量越高，环氧乳化沥青性能越好。相较于对比例2中的环氧乳化沥青混合料，实施例3中50％钢渣掺量的环氧乳化沥青混合料动稳定度提高了56％，冻融劈裂强度比提高了16％，残留稳定度比提高了6.3％，构造深度提高了25.7％，弯拉强度提高了72.9％。上述结果说明本发明中的含钢渣的环氧乳化沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性与抗滑性能。
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份原料：20～40份的环氧乳化沥青、2～4份的水、99～120份的集料、1～5份钢纤维；
所述集料包括粗集料、细集料以及填料；所述粗集料为辉绿岩，所述细集料包括钢渣与机制砂；
所述粗集料、所述钢渣、所述机制砂和所述填料的质量比为(17～58):(23～81):(15～16):(1～3)。
2.如权利要求1所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述环氧乳化沥青包括乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂；
其中，所述乳化沥青、水性环氧树脂以及固化剂的质量比为(6～9):(0.4～1.25):(0.4～1.25)。
3.如权利要求2所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述水性环氧树脂包括脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂和缩水甘油胺型环氧树脂的至少一种；
所述固化剂为胺类固化剂。
4.如权利要求1所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述填料包括水泥与石灰石矿粉的混合物。
5.如权利要求1所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述水泥与所述石灰石矿粉的质量比为1:(1～3)。
6.如权利要求2所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述乳化沥青的制备方法为：向沥青中加入乳化剂，混合均匀后即制备得到乳化沥青。
7.如权利要求1所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述钢渣的粒径为0.075mm～5mm。
8.如权利要求4所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料，其特征在于，所述辉绿岩、所述钢渣、所述机制砂、所述石灰石矿粉混合形成矿料，所述矿料的级配包括AC-13、SMA-13、OGFC-13、AC-10、SMA-10、OGFC-10中的一种。
9.一种如权利要求1～8任一所述的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取1/3～1/2质量的水并将其与钢渣、钢纤维、机制砂进行预拌和，得到第一混料；
将1/4～1/3质量的环氧乳化沥青、余下的水以及粗集料加入至第一混料中拌和，得到第二混料；
将余下的环氧乳化沥青加入至第二混料中拌和后加入填料，继续拌和即得含钢渣的环氧乳化沥青混合料。
10.一种如权利要求9所述的制备方法制备得到的含钢渣的环氧乳化沥青混合料的使用方法，包括以下步骤：将含钢渣的环氧乳化沥青混合料摊铺在路面进行碾压。
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