專利名稱：鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青瑪蹄脂碎石混合料(簡稱SMA)是一種由瀝青、少量的細集料、纖維穩(wěn)定劑和礦粉組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙，組成一體的瀝青混合料。目前這種路面結(jié)構(gòu)形式能夠在工程界得到廣泛的應(yīng)用，主要是由于SMA在抗永久變形性、抗裂性和耐久性等方面具有優(yōu)良的性能。可以說SMA解決了我國道路建設(shè)中普遍存在的路面高溫抗車轍性能與低溫抗裂性能之間、抗滑性能與路面耐久性能之間的矛盾。
用于SMA的粗集料應(yīng)采用質(zhì)地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體且有良好嵌擠能力的破碎集料。否則SMA瀝青混合料的全部優(yōu)點將難以表現(xiàn)出來。為了找到在使用優(yōu)質(zhì)集料與一般集料情況下SMA路面性能的差別，我們選取了輝綠巖和石灰?guī)r兩種不同的粗集料，分別配制了AC-13I型及SMA-13型瀝青混合料進行了動穩(wěn)定度的試驗比較，試驗分別采用了重交瀝青與SBS改性瀝青，對比結(jié)果如圖1、2所示。
試驗表明，無論是對于SMA或者是AC型哪一種瀝青混合料，無論瀝青改性與否，采用輝綠巖的混合料動穩(wěn)定度都要大于采用石灰?guī)r的；對于采用石灰?guī)r作為集料的瀝青混合料，無論瀝青改性與否，SMA與AC混合料的動穩(wěn)定度幾乎沒有什么差別，根本看不出SMA型混合料的優(yōu)越性，而當采用了輝綠巖后其優(yōu)異的性能就表現(xiàn)出來了。這一點說明石灰?guī)r質(zhì)地不堅硬，無法滿足SMA對集料的要求，即使采用了SMA型級配，但在反復(fù)的荷載作用下，集料由于粉碎了而根本無法發(fā)揮嵌擠作用。這一試驗生動的說明了只有質(zhì)地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體且有良好嵌擠能力的破碎集料才可以作為SMA瀝青混合料的集料。
隨著我國高速公路事業(yè)的迅猛發(fā)展，破碎石料的用量顯著增加，優(yōu)質(zhì)集料匱乏的問題越來越突出。由于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)集料的產(chǎn)地少，為使用上優(yōu)質(zhì)集料就必須增加材料的成本，而且投入是非常大的，目前優(yōu)質(zhì)集料產(chǎn)地的產(chǎn)能在下降，材料的均一性將難以保證。為了保證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，利用破碎鋼渣成為SMA瀝青混合料的集料就是水到渠成的事情了。
鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，鋼渣的力學(xué)性能較軋制的碎石好，不僅耐磨、顆粒級配形狀好，破碎鋼渣呈多棱角，具有極強的鎖結(jié)力。鋼渣的內(nèi)摩擦嵌擠力優(yōu)于大部分天然砂石。而且與瀝青有良好的粘附性，瀝青包裹后能防止鋼渣的膨脹。其比熱值很大，很適宜作為瀝青混凝土的骨料用于路面的鋪筑中。國外冶金工業(yè)比較發(fā)達的國家，相應(yīng)對鋼渣的開發(fā)使用較早，據(jù)聯(lián)合國對美國以及其他的二十多個工業(yè)發(fā)達的國家鋼渣利用狀況的調(diào)查表明，這些國家的鋼渣有50％用于道路工程上，但是目前我國在鋼產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升的情況下，鋼渣的利用率卻很低，因此合理利用鋼渣不僅可以減少對環(huán)境造成的污染，更重要的是建材工業(yè)擴大資源發(fā)展生產(chǎn)的重要的材料來源。針對我國的國情，開發(fā)利用冶金渣對我國更是具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善瀝青混凝土的長期路用性能，同時緩解優(yōu)質(zhì)集料供應(yīng)匱乏的問題，本發(fā)明的目的在于通過選用鋼渣作為道路工程集料，開發(fā)一種鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土(簡稱鋼渣SMA瀝青混凝土)及其制備方法。該鋼渣SMA瀝青混凝土抗車轍、抗裂以及耐久性好，材料成本大大降低。
本發(fā)明的鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土，由粗集料、細集料、石灰石礦粉填料、纖維穩(wěn)定劑、瀝青膠結(jié)料組成。其特點是粒徑大于4.75mm的粗集料和粒徑小于4.75mm細集料均為鋼渣，其組成中含由粗集料60-75％(重量)，細集料16％-30％(重量)，石灰石礦粉9％-12％(重量)組成的100％(重量)集料，含集料重量6-7％的瀝青，含集料和瀝青總重量0.2％-0.3％礦物纖維或0.3％-0.4％木質(zhì)素纖維或0.2％-0.4％聚脂纖維。
所述的纖維穩(wěn)定劑是木質(zhì)素纖維，礦物纖維以及聚合物化學(xué)纖維的松散的絮狀纖維，或者是預(yù)先與瀝青混合的顆粒狀纖維。
所述的瀝青膠結(jié)料選用重交瀝青或改性瀝青，其改性瀝青是用改性劑SBS、SBR、SIS、APP、TLA、CBR、EVA改性的瀝青。
本鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土的制備步驟如下1、材料準備(1)鋼渣集料干燥。由于鋼渣是多孔性材料，在與瀝青拌和之前必須確保集料的干燥性才不至于因為在與瀝青結(jié)合的過程中，由于內(nèi)部水分的揮發(fā)，而導(dǎo)致集料與膠結(jié)料粘結(jié)能力的下降。
(2)礦粉石灰石磨細，保持干燥；(3)備好重交瀝青或改性瀝青；(4)備好未受潮的松散的絮狀纖維，或預(yù)先與瀝青混合的顆粒狀纖維。
2、拌和料 按設(shè)定的鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土組成的各成分量取材料，將瀝青加熱到160℃至165℃之間，鋼渣集料加熱到180℃至190℃之間，并將二者混合攪拌均勻，再加入礦粉和纖維穩(wěn)定劑攪拌均勻，保持初壓溫度不低于150℃。
3、成型.采用馬歇爾擊實法成型，將鋼渣瀝青瑪碲脂碎石混合料雙面各擊50次，或者輪碾法成型，先進行三次預(yù)壓，然后往返碾壓18次。
本發(fā)明的鋼渣SMA瀝青混凝土屬于瀝青混凝土的一種，其鋼渣SMA瀝青混凝土的材料組成與結(jié)構(gòu)特征如圖3所示。
鋼渣SMA瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)特點使得其具備出色的路面使用性能。SMA型瀝青混凝土，在SMA礦料組成中一般粗骨料的用量占到60％以上，骨料顆粒之間具有良好的嵌擠作用，瀝青混合料將具有良好的抵抗永久變形的能力；礦粉以及結(jié)合了纖維穩(wěn)定劑、瀝青形成了瀝青瑪蹄脂具有良好的粘結(jié)作用，使瀝青混合料又具備了良好的抗低溫開裂性能。由于鋼渣是多孔材料，與瀝青的結(jié)合相對比普通集料要緊密，形成的瀝青混合料瀝青膜就不容易剝落，并且增加了材料之間的粘結(jié)性，使得鋼渣SMA瀝青混凝土的內(nèi)部空隙率很小(4％左右)，形成的路面幾乎不滲水，有力的改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。并且由于鋼渣的多孔性、質(zhì)地堅硬并且耐磨性好，在配制成SMA這種間斷型級配后碾壓成的瀝青混凝土，表面有較大的孔隙，構(gòu)造深度大，能大大的提高路面的抗滑性能，較好的解決了抗滑與路面耐久性方面的矛盾。同時鋼渣SMA瀝青混合料的內(nèi)部被瀝青瑪蹄脂充分填充，膠結(jié)料與空氣結(jié)合的可能性降低，因此瀝青混合料的耐老化性能好，提高了路面的耐久性。
本發(fā)明的鋼渣SMA瀝青混合料的配合比設(shè)計遵循現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計的目標配合比、生產(chǎn)配合比以及生產(chǎn)配合比驗證三個階段，確定礦料級配及最佳瀝青用量。鋼渣SMA瀝青混合料配合比設(shè)計采用的是馬歇爾試件體積設(shè)計方法。
因SMA必須具有互相嵌擠緊密的粗集料骨架。由于鋼渣特別是粗顆粒部分具有物理力學(xué)性能出色，因此能起到良好的骨架嵌擠作用。破碎后的鋼渣集料通過篩分可以符合SMA級配的“兩頭大中間小”的特點，即粗骨料與礦粉的使用量都很大，中間級配顆粒的用量較小。
瀝青用量多是SMA型瀝青混凝土的一個顯著的特點，這是因為路面耐久性與瀝青用量關(guān)系極大。所以SMA希望瀝青用量有一個最低限值。但是由于SMA級配的粗骨料與礦粉的使用量都很大，必然要求一個較大的瀝青用量。因此夏季SMA路面泛油，出現(xiàn)高溫車轍以及路面構(gòu)造深度變小的問題。而鋼渣這種多孔性材料的使用可克服這個問題。破碎后的鋼渣顆粒表面具有很多宏觀與微觀的孔結(jié)構(gòu)，這些孔可以起到對瀝青吸附的作用。倘若是利用鋼渣作為集料的I型或II型密級配瀝青混凝土，那么鋼渣吸附瀝青的結(jié)果將會使得瀝青用量的增加而導(dǎo)致成本上升。但是由于SMA型瀝青混合料本身就是一種高油石比的混合料，且夏季泛油是其主要問題之一，因此鋼渣的使用通過有效的吸附瀝青達到減油的效果，來杜絕夏季路面泛油現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性。
瀝青用量的優(yōu)選需要經(jīng)過馬歇爾穩(wěn)定度、車轍、凍融劈裂等試驗的檢驗，再綜合確定最佳瀝青用量范圍。瀝青用量有一個最低限值，各國履行的規(guī)范標準不一，我國的規(guī)范當中這一指標建議為5.5％，低于這個指標的瀝青用量將不能用于工程中。本發(fā)明選擇瀝青的最小用量為6％。
本發(fā)明的有益效果是，使用SMA型瀝青混凝土可以明顯改善瀝青路面的長期路用性能，而鋼渣作為集料的使用則可以緩解優(yōu)質(zhì)集料供應(yīng)匱乏的問題，可以降低工程的造價。鋼渣瀝青混凝土的制備工藝簡單，便于推廣。


圖1為輝綠巖和石灰?guī)r兩種不同粗集料與未改性瀝青配制的AC-131型及SMA-13型瀝青混合料的穩(wěn)定度性能比較圖。
圖2為輝綠巖和石灰?guī)r兩種不同粗集料與使用SBS改性瀝青配制的AC-131型及SMA-13型瀝青混合料的穩(wěn)定性比較圖。
圖3為鋼渣SMA瀝青混凝土的組成與結(jié)構(gòu)特征示意圖。
圖4為鋼渣SMA瀝青混合料制備工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1鋼渣SMA瀝青路面試驗。試驗段全長230米，設(shè)計攤鋪寬度6.50米，分中、上兩個面層攤鋪。其中上面層采用的是SMA-13型瀝青混合料配合比。
SMA-13性瀝青混合料所用原材料1、集料鋼渣2、瀝青SBS改性瀝青3、礦粉親水系數(shù)0.94、纖維穩(wěn)定劑海川Dolanit聚脂纖維不是SMA-13型鋼渣瀝青混凝土1、合成級配表1 SMA-13鋼渣瀝青混合料的合成級配孔徑(mm)16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.30.15 0.075合成級配100 95.7 63.3 28.0 20.1 17.0 14.4 12.9 12.1 10.9(％)SMA-13鋼渣瀝青混合料的最佳瀝青用量為6.2％；礦粉用量為11％。2、混合料性能試驗結(jié)果混合料的殘留穩(wěn)定度為86.2％；劈裂強度比為87.0％；動穩(wěn)定度為5846次/mm。
權(quán)利要求
1.一種瑪碲脂碎石瀝青混凝土，由粗集料、細集料、石灰石礦粉填料、纖維穩(wěn)定劑、瀝青膠結(jié)料組成。其特點是粒徑大于4.75mm的粗集料和粒徑小于4.75mm細集料均為鋼渣，其組成中含由粗集料60-75％(重量)，細集料16％-30％(重量)，石灰石礦粉9％-12％(重量)組成的100％(重量)集料，含集料重量6-7％的瀝青，含集料和瀝青總重量0.2％-0.3％礦物纖維或0.3％-0.4％木質(zhì)素纖維或0.2％-0.4％聚脂纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的瀝青混凝土，其特征在于所述的瀝青膠結(jié)料選用重交瀝青或改性瀝青，其改性瀝青是用改性劑SBS、SBR、SIS、APP、TLA、CBR、EVA改性的瀝青。
3.如權(quán)利要求1所述的瀝青混凝土的制備方法，其特征在于制備步驟如下(1)材料準備a鋼渣集料干燥；b礦粉石灰石磨細，保持干燥；c備好重交瀝青或改性瀝青；d取未受潮的松散的絮狀纖維，或預(yù)先與瀝青混合的顆粒狀纖維作纖維穩(wěn)定劑；(2)拌和料按設(shè)計的鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土的配合比取材料，將瀝青加熱到160℃至165℃之間，鋼渣集料加熱到180℃至190℃之間，并將二者混合攪拌均勻，再加入礦粉和纖維穩(wěn)定劑攪拌均勻，保持初壓溫度不低于150℃。(3)成型.采用馬歇爾擊實法成型，將鋼渣瀝青瑪碲脂碎石瀝青混合料雙面各擊50次，或者輪碾法成型，先進行3次預(yù)壓，然后調(diào)換方向再碾壓15次。
全文摘要
本發(fā)明公開了鋼渣瑪碲脂碎石瀝青混凝土及其制備方法。該方法充分的利用了鋼渣作為道路工程用集料不但具有良好的抗壓、耐磨性，而且又具備出色的粘附性。該方法制備出的瀝青混凝土主要由集料(鋼渣)、礦粉填料(石灰石)、纖維穩(wěn)定劑、瀝青膠結(jié)料組成。其制備方法是將集料加熱至170℃左右和熱熔液態(tài)瀝青拌和，然后加入礦粉拌和，再加入纖維穩(wěn)定劑，拌和，采用馬歇爾擊實法將鋼渣SMA瀝青混合料兩面各擊50次，或者采用輪碾法成型，往返碾壓18次。通過試驗證明，鋼渣SMA瀝青混凝土的各項路用性能指標均達到國家規(guī)定的規(guī)范標準，動穩(wěn)定度高達5846次/mm，完全能夠滿足高速公路瀝青路面抗高溫車轍的要求。同時，鋼渣集料的大量使用，不但可以減少對大量優(yōu)質(zhì)天然集料依賴，降低工程的造價；而且，可以減少鋼渣對環(huán)境的污染。
文檔編號B28B3/00GK1482091SQ03128388
公開日2004年3月17日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者吳少鵬, 萬喜老, 林振華, 王宏, 薛永杰, 陳向明, 楊文鋒, 汪暉 申請人:武漢鋼鐵集團冶金渣有限責(zé)任公司, 武漢理工大學(xué)