專利名稱：用鋼渣作粗集料的瀝青瑪蹄脂碎石混合料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種瀝青瑪蹄脂碎石混合料，尤其是一種用鋼渣作粗集料的瀝青瑪蹄脂碎石混合料，屬于瀝青混合料應用于公路路面以及鋼渣回收利用的技術領域。本發明還涉及所述瀝青瑪蹄脂碎石混合料的應用。
背景技術：
我國公路路面表面層普遍采用瀝青混合料(AC)。近年來，在高等級公路表面層中開始使用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)。瀝青瑪蹄脂碎石混合料是由間斷級配粗集料嵌擠成骨架，由瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量細集料形成的瀝青瑪蹄脂填充骨架間隙而形成的一種混合料，屬于一種密實—骨架結構。由于瀝青瑪蹄脂碎石混合料具有卓越的抗車轍、抗滑性能、泌水及耐久性等特點，因而成為近年來高等級公路路面表面層的理想結構形式。瀝青瑪蹄脂碎石混合料的特點是粗集料含量高，瀝青結合料和礦粉含量高。粗集料含量占70％以上，而且粗集料的相互嵌擠是混合料具有良好的高溫穩定性、抗滑性的前提，因而粗集料的質量對瀝青瑪蹄脂碎石混合料的性能影響至關重要。這類混合料要求粗集料堅韌、粗糙、耐磨、有棱角并且與瀝青具有良好的粘附性。目前應用較多的粗集料主要是玄武巖和輝綠巖，這兩類石料可以滿足瀝青瑪蹄脂碎石混合料對粗集料的技術要求。
但是，隨著我國公路建設規模的不斷擴大，對石料的需求量日益增大，現有儲量已經不能滿足需求，許多地區的石料已經不能滿足公路建設的需要，因而極大地制約了公路的發展。遠距離外運石料又使得原材料成本增高，從而使公路造價提高。而且，大規模開采石料又嚴重破壞了生態環境，造成的間接損失是無法挽回的。
發明目的本發明的目的是采用煉鋼廠的工業廢料——鋼渣代替玄武巖而作為瀝青混合料的粗集料，提供一種用鋼渣作粗集料的瀝青瑪蹄脂碎石混合料，以用于公路路面表面層，提高路用壽命，降低工程造價，而且能夠回收利用鋼渣，減少鋼渣粉塵對環境的污染。
鋼渣是煉鋼廠的工業廢料，一直大量堆積而無人問津。試驗表明，鋼渣具有杰出的耐磨性，是抗滑性能最好的集料之一。
鋼渣用作瀝青瑪蹄脂碎石混合料的粗集料具有以下優點1.從技術性能講，鋼渣堅韌、粗糙、有棱角，而且與瀝青具有良好的粘附性。而且，鋼渣中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+等大量陽離子，它們與瀝青中的瀝青酸等物質發生化學反應生成瀝青酸鹽，在鋼渣表面構成化學吸附層，可增加瀝青與鋼渣的粘結力，并使瀝青混合料具有良好的水穩性。因而，鋼渣用作混合料的粗集料性能優良。
2.從經濟角度看，鋼渣價格便宜，大規模應用可以降低原材料費用，從而降低公路造價。而且鋼渣存量充足，可以大大緩解原材料供應不足的現狀。
3.從環境方面分析，鋼渣大量堆積占用大面積場地，同時，鋼渣粉塵污染已經成為影響環境的主要因素之一。合理有效地利用鋼渣可以解決這些問題，并可產生巨大的社會效益。

發明內容
本發明的瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)，由集料、礦粉、纖維穩定劑和瀝青結合料組成，集料包括粗集料和細集料，所述粗集料采用鋼渣，細集料盡量采用機制砂。粗、細集料和礦粉稱為礦料。所述鋼渣應是將煉鋼廠排出的廢渣存放一年以上，再經過磁選、篩分后得到的性質穩定的材料。鋼渣中游離氧化鈣的含量應控制在2％以下。鋼渣的技術性能應滿足瀝青瑪蹄脂碎石混合料對粗集料的力學指標要求，見表1。
表1 瀝青瑪蹄脂碎石混合料對粗集料的力學指標要求

粗、細集料的配合比例應根據各自的級配情況而定。一般情況下，SMA-16中，4.75mm以上粗集料采用鋼渣，其用量應控制在礦料重量的68～80％，盡量控制在75％左右，細集料和礦粉占20～32％。油石比(即瀝青結合料與礦料的質量比)為5.0％～5.3％，木質素纖維用量為混合料用量的0.267％。
具體實施例方式
下面對本發明的具體實施例進行進一步詳細的說明。
SMA-16瀝青瑪蹄脂碎石混合料中的粗集料采用首鋼鋼渣，細集料和礦粉采用石灰巖。首鋼鋼渣的主要性質指標見表2，與之相比較，表3列出張家口玄武巖的主要性質指標。
表2 鋼渣主要性質指標表

從表中可見，鋼渣各項性能均能滿足瀝青瑪蹄脂碎石混合料對粗集料的技術要求，鋼渣中游離氧化鈣含量為0.54％，小于2％，其穩定性滿足要求。
表3 玄武巖主要性質指標表

從上述表2、3鋼渣與玄武巖的技術指標看，鋼渣密度比玄武巖大。壓碎值、磨耗反映集料的抗壓強度，鋼渣的試驗值比玄武巖略大，說明鋼渣抗壓強度比玄武巖略低。
本發明瀝青瑪蹄脂碎石混合料的礦料合成級配見表4。
表4 礦料合成級配表


為了比較鋼渣與玄武巖作SMA粗集料的性能差異，針對兩種集料的SMA進行性能對比試驗，試驗的內容分別是SMA的高溫穩定性及水穩性。高溫穩定性檢驗的試驗為馬歇爾試驗及車轍試驗，評價指標為馬歇爾穩定度和動穩定度。水穩性檢驗的試驗為浸水馬氏試驗及凍融劈裂試驗，評價指標為殘留馬歇爾穩定度和凍融劈裂強度比。兩組試驗中，除粗集料分別采用鋼渣和玄武巖外，其余試驗條件相同。瀝青結合料采用盤錦90#重交通瀝青，改性瀝青采用SBS改性，摻量5％，纖維采用德國JR木質素纖維，纖維用量0.267％。試驗結果見表5、表6、表7。
表5 不同粗集料的SMA-16混合料車轍試驗結果

表6 不同粗集料的SMA-16混合料馬歇爾試驗結果

表7瀝青瑪蹄脂碎石混合料水穩性及活性檢驗

根據表5和表6，從鋼渣與玄武巖瀝青瑪蹄脂碎石混合料的動穩定度與馬歇爾穩定度的試驗結果看，兩種集料的動穩定度相差不大，馬歇爾穩定度也保持在同一水平，而且均大于規范要求，說明兩種集料用于瀝青瑪蹄脂碎石混合料對混合料的高溫穩定性影響效果相差不大。從水穩性角度看，鋼渣瀝青瑪蹄脂碎石混合料的殘留馬歇爾穩定度和凍融劈裂強度比均大于玄武巖瀝青瑪蹄脂碎石混合料，說明鋼渣瀝青瑪蹄脂碎石混合料的水穩性優于玄武巖瀝青瑪蹄脂碎石混合料。
本發明所述鋼渣的物理、化學和力學等性能均符合做高等級公路路用集料的技術指標，是一種可用于高等級公路的優良集料。所述鋼渣瀝青瑪蹄脂碎石混合料的各項性能指標均能達到規范要求，且具有良好的體積穩定性和較高的力學性能，可用于高等級公路、城市道路瀝青路面的表面層中，此類材料路用性能優良、對環境無害而且價格便宜，因而具有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種瀝青瑪蹄脂碎石混合料，由集料、礦粉、纖維穩定劑和瀝青結合料組成，集料包括粗集料和細集料，其特征在于所述粗集料采用鋼渣，細集料采用機制砂，粗集料的用量控制在礦料重量的68～80％，細集料和礦粉占礦料重量的20～32％，所述混合料的油石比為5.0％～5.3％，木質素纖維用量為混合料用量的0.267％。
2.根據權利要求1所述的混合料，其特征在于所述鋼渣的物理力學性能指標為石料壓碎值≤25％，洛杉磯磨耗值≤30％，吸水率≤2.0％， 視密度≥2.60g/cm3，針片狀含量≤15％，軟弱顆粒含量≤1％，堅固性≤12％，對瀝青的粘附性≥4級。
3.根據權利要求1或2所述的混合料，其特征在于所述混合料中粗集料鋼渣的用量應控制在礦料重量的75％。
4.根據權利要求3所述的混合料，其特征在于所述鋼渣是將煉鋼廠排出的廢渣存放一年以上，再經過磁選、篩分后得到的材料，鋼渣中游離氧化鈣的含量控制在2％以下。
5.根據權利要求1或2所述的混合料，其特征在于所述鋼渣是將煉鋼廠排出的廢渣存放一年以上，再經過磁選、篩分后得到的材料，鋼渣中游離氧化鈣的含量控制在2％以下。
6.上述任何一項權利要求所述瀝青瑪蹄脂碎石混合料的應用，所述混合料可應用于公路、城市道路瀝青路面的表面層中。
全文摘要
一種瀝青瑪蹄脂碎石混合料,由集料、礦粉、纖維穩定劑和瀝青結合料組成,集料包括粗集料和細集料。粗集料采用鋼渣,用量為礦料重量的68～80%,最好是75%左右,細集料采用機制砂,細集料和礦粉占礦料重量的20～32%。混合料的油石比為5.0%～5.3%,木質素纖維用量為混合料用量的0.267%。鋼渣是煉鋼廠排出的廢渣存放一年以上并經磁選、篩分后得到的材料,其中游離氧化鈣的含量控制在2%以下。鋼渣的技術性能應滿足瀝青瑪蹄脂碎石混合料對粗集料的力學指標要求。混合料可應用于公路、城市道路瀝青路面的表面層中。其路用性能優良,價格便宜,既可延長路面壽命,又降低工程造價;同時可有效回收利用煉鋼廠廢棄的鋼渣,減少鋼渣粉塵對環境的污染。
文檔編號C04B26/26GK1369453SQ0211624
公開日2002年9月18日 申請日期2002年3月22日 優先權日2002年3月22日
發明者楊麗英, 柳浩 , 王建國, 李寶生, 完宇培, 郝文啟 申請人:北京市公路局公路設計研究院