[发明专利]一种使用改性钢渣制备的密集配沥青混合料及制备方法

说明书

本发明公开了一种使用改性钢渣制备的密集配沥青混合料及制备方法，该沥青混合料的组成材料为：水性丙烯酸材料改性钢渣、玄武岩集料、矿粉和改性沥青，其中水性丙烯酸材料改性钢渣为表面覆盖有水性丙烯酸材料的钢渣，水性丙烯酸材料包括丙烯酸酯类、含端乙烯基团的有机硅氧烷、复合乳化剂、硅烷偶联剂、引发剂、助剂、填料、氨水、碳酸氢钠、无水乙醇和蒸馏水。该沥青混合料的制备方法为：首先依次对钢渣进行筛分、清洗和改性处理，然后进行矿料级配设计并制备改性钢渣沥青混合料。本发明提供的沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，同时降低了沥青用量，节约了生产成本，有利于废弃钢渣在道路工程中的大规模利用。

技术领域

本发明涉及一种使用改性钢渣制备的密集配沥青混合料及制备方法，属于道路工程材料技术领域。

背景技术

近几年我国交通建设正处于快速发展阶段，其中公路作为交通运输综合系统中的重要组成部分，与国民经济的发展和人们的日常出行息息相关。据统计，在过去几年内，全国公路总里程和全国公路密度都呈现出逐渐增长的趋势，截至2017年末，全国公路通车总里程达到477.35万公里，全国公路密度为49.72公里/百平方公里。虽然我国公路建设取得如今巨大的成就，但是也面临着一系列的问题和考验，其中一个关键问题就是天然优质石料的日益短缺。

快速大规模的道路建设给原材料的供应带来极大的压力，一方面导致天然优质集料缺乏的现象越来越严重，另一方面导致大量的山体结构被过度开采，破坏天然生态环境。为了缓解天然优质集料作为道路材料引起的供应压力，目前研究比较热门的是二次资源的资源化利用，比较典型的代表材料是炼钢工业废弃物钢渣。在炼钢工业过程中，钢渣的产量大约占到粗钢产量的10％～20％，近几年随着我国钢铁需求量的增加，钢渣产量与日俱增，目前我国钢渣每年产量超过1亿吨，但是钢渣的综合利用率仅有20％左右，大量的钢渣堆积如山，不仅占用了大量的土地，还造成一定程度的环境和重金属土壤污染，造成我国二次资源的极大浪费。

为了提高钢渣的综合利用率，目前将钢渣应用到道路工程是一种比较有效的途径之一，有关这方面的研究较多，例如将钢渣代替天然优质集料应用到沥青混凝土和水泥混凝土，或用钢渣粉代替水泥用作胶凝材料。钢渣作为一种理想的道路替代材料有其独特的优势，工业生产的钢渣一般呈碱性，使得钢渣与弱酸性沥青发生化学黏附，此外钢渣粗糙多孔的表面形貌也有助于钢渣与沥青间的物理黏附，因此钢渣与沥青具有良好的黏附性能。沥青粘结剂包裹在钢渣表面，可以阻止钢渣中游离态的氧化物的水化体积膨胀，在一定程度上提高了沥青混凝土的水稳定性。此外钢渣棱角较好，具有强度高、耐磨等特性，将钢渣应用到沥青路面中，其混合料具有良好的路用性能，既抗滑又耐磨，可以改善沥青路面的耐久性和安全性。因而钢渣被视为一种十分有利用价值的道路建设材料，一方面沥青混凝土除包含粘结剂沥青和少量无机或有机添加剂外，其余全部为矿质石料，钢渣的高产量正好迎合了道路建设对集料的极大需求。其次，钢渣作为一种工业废弃物应用到沥青混合料，在钢渣得到资源化利用的同时，原材料的成本也得到一定程度的减少；另一方面提高钢渣在道路工程中的利用率可以有效避免天然石料的过度开采，有利于生态自然环境的保护，推动道路工程建设的可持续发展。

钢渣在沥青路面中的利用率一直比较低，主要是因为钢渣含有一定量的游离态氧化钙和氧化镁，其遇水水化发生体积膨胀，在后期造成沥青路面的随机开裂，因此水损害是钢渣沥青混合料的主要病害问题，也是限制钢渣在道路工程大规模应用的问题所在。为了提高钢渣沥青混凝土的水稳定性，在将钢渣应用到沥青混合料之前，必须对其进行适当的预处理，目前主要的预处理方式包括陈化处理、蒸压处理、蒸汽处理和碳酸化处理，陈化处理周期长，效率低，远低于钢渣的生产效率，其他处理方式操作复杂且处理成本较高，限制了钢渣的大规模利用。此外也有人采用有机硅树脂对钢渣进行表面处理，但是其脆性较大，且需要在高温条件下才能完全固化和毒性溶剂对其稀释，操作不便。

发明内容