用钢渣作粗集料的沥青玛蹄脂碎石混合料

1、一种沥青玛蹄脂碎石混合料，由集料、矿粉、木质素纤维和 沥青结合料组成，集料包括粗集料和细集料，粗细集料和矿粉称为矿 料，其特征在于：所述粗集料采用钢渣，细集料采用机制砂，粗集料 的用量控制在矿料重量的68～80％，细集料和矿粉占矿料重量的20～ 32％，所述混合料的油石比为5.0％～5.3％，木质素纤维用量为混合料 用量的0.267％，所述油石比是指沥青结合料与矿料的质量比；矿料级 配范围与筛孔尺寸的对应关系为：
筛孔尺寸16mm，级配范围是90-100％；
筛孔尺寸13.2mm，级配范围是65-85％；
筛孔尺寸9.5mm，级配范围是45-65％；
筛孔尺寸4.75mm，级配范围是20-32％；
筛孔尺寸2.36mm，级配范围是15-24％；
筛孔尺寸1.18mm，级配范围是14-22％；
筛孔尺寸0.6mm，级配范围是12-18％；
筛孔尺寸0.3mm，级配范围是10-15％；
筛孔尺寸0.15mm，级配范围是9-14％；
筛孔尺寸0.075mm，级配范围是8-12％.
2、根据权利要求1所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于： 所述钢渣的物理力学性能指标为：
石料压碎值≤25％，   洛杉矶磨耗值≤30％，
吸水率≤2.0％，      视密度≥2.60g/cm3，
针片状含量≤15％，   软弱颗粒含量≤1％，
坚固性≤12％，       对沥青的粘附性≥4级。
3、根据权利要求1或2所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征 在于：所述混合料中粗集料钢渣的用量控制在矿料重量的75％。
4、根据权利要求3所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于： 所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后 得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。
5、根据权利要求1或2所述的沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征 在于：所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、 筛分后得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。

技术领域\n本发明涉及一种沥青玛蹄脂碎石混合料，尤其是一种用钢渣作粗 集料的沥青玛蹄脂碎石混合料，属于沥青混合料应用于公路路面以及 钢渣回收利用的技术领域。本发明还涉及沥青玛蹄脂碎石混合料的应 用。\n背景技术\n我国公路路面表面层普遍采用沥青混合料(AC)。近年来，在高 等级公路表面层中开始使用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)。沥青玛蹄 脂碎石混合料是由间断级配粗集料嵌挤成骨架，由沥青、木质素纤维、 矿粉和少量细集料形成的沥青玛蹄脂填充骨架间隙而形成的一种混 合料，属于一种密实—骨架结构。由于沥青玛蹄脂碎石混合料具有卓 越的抗车辙、抗滑性能、泌水及耐久性等特点，因而成为近年来高等 级公路路面表面层的理想结构形式。沥青玛蹄脂碎石混合料的特点 是：粗集料含量高，沥青结合料和矿粉含量高。粗集料含量占70％以 上，而且粗集料的相互嵌挤是混合料具有良好的高温稳定性、抗滑性 的前提，因而粗集料的质量对沥青玛蹄脂碎石混合料的性能影响至关 重要。这类混合料要求粗集料坚韧、粗糙、耐磨、有棱角并且与沥青 具有良好的粘附性。目前应用较多的粗集料主要是玄武岩和辉绿岩， 这两类石料可以满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的技术要求。\n但是，随着我国公路建设规模的不断扩大，对石料的需求量日益 增大，现有储量已经不能满足需求，许多地区的石料已经不能满足公 路建设的需要，因而极大地制约了公路的发展。远距离外运石料又使 得原材料成本增高，从而使公路造价提高。而且，大规模开采石料又 严重破坏了生态环境，造成的间接损失是无法挽回的。\n发明目的\n本发明的目的是采用炼钢厂的工业废料——钢渣代替玄武岩而 作为沥青混合料的粗集料，提供一种用钢渣作粗集料的沥青玛蹄脂碎 石混合料，以用于公路路面表面层，提高路用寿命，降低工程造价， 而且能够回收利用钢渣，减少钢渣粉尘对环境的污染。\n钢渣是炼钢厂的工业废料，一直大量堆积而无人问津。试验表明， 钢渣具有杰出的耐磨性，是抗滑性能最好的集料之一。\n钢渣用作沥青玛蹄脂碎石混合料的粗集料具有以下优点：\n1、从技术性能上讲，钢渣坚韧、粗糙、有棱角，而且与沥青具 有良好的粘附性。而且，钢渣中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+等大 量阳离子，它们与沥青中沥青酸等物质发生化学反应生成沥青酸盐， 在钢渣表面构成化学吸附层，可增加沥青与钢渣的粘结力，并使沥青 混合料具有良好的水稳性。因而，钢渣用作混合料的粗集料性能优良。\n2、从经济角度看，钢渣价格便宜，大规模应用可以降低原材料 费用，从而降低公路造价。而且钢渣存量充足，可以大大缓解原材料 供应不足的现状。\n3、从环境方面分析，钢渣大量堆积占用大面积场地，同时，钢 渣粉尘污染已经成为影响环境的主要因素之一。合理有效地利用钢渣 可以解决这些问题，并可产生巨大的社会效益。\n发明内容\n本发明的技术方案是：沥青玛蹄脂碎石混合料，由集料、矿粉、 木质素纤维和沥青结合料组成，集料包括粗集料和细集料，粗细集料 和矿粉称为矿料，其特征在于：所述粗集料采用钢渣，细集料采用机 制砂，粗集料的用量控制在矿料重量的68～80％，细集料和矿粉占矿 料重量的20～32％，所述混合料的油石比为5.0％～5.3％，木质素纤维 用量为混合料用量的0.267％，所述油石比是指沥青结合料与矿料的质 量比；矿料级配范围与筛孔尺寸的对应关系为：\n筛孔尺寸16mm，级配范围是90-100％；\n筛孔尺寸13.2mm，级配范围是65-85％；\n筛孔尺寸9.5mm，级配范围是45-65％；\n筛孔尺寸4.75mm，级配范围是20-32％；\n筛孔尺寸2.36mm，级配范围是15-24％；\n筛孔尺寸1.18mm，级配范围是14-22％；\n筛孔尺寸0.6mm，级配范围是12-18％；\n筛孔尺寸0.3mm，级配范围是10-15％；\n筛孔尺寸0.15mm，级配范围是9-14％；\n筛孔尺寸0.075mm，级配范围是8-12％。\n所述钢渣的物理力学性能指标为：\n石料压碎值≤25％，     洛杉矶磨耗值≤30％，\n吸水率≤2.0％，      视密度≥2.60g/cm3，\n针片状含量≤15％，   软弱颗粒含量≤1％，\n坚固性≤12％，       对沥青的粘附性≥4级。\n所述混合料中粗集料钢渣的用量控制在矿料重量的75％。\n所述钢渣是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛 分后得到的材料，钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。\n本发明的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)，由集料、矿粉、木质素 纤维和沥青结合材料组成，集料包括粗集料和细集料，所述粗集料采 用钢渣，细集料采用机制砂。粗、细集料和矿粉称为矿料。所述钢渣 应是将炼钢厂排出的废渣存放一年以上，再经过筛选、筛分后得到的 性质稳定的材料。钢渣中游离氧化钙的含量控制在2％以下。钢渣的 技术性能应满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的力学指标要求，见 表1。\n表1沥青玛蹄脂碎石混合料对粗集料的力学指标要求     指标     技术要求     石料压碎值(％)     不大于25     洛杉矶磨耗值(％)     不大于30     吸水率(％)     不大于2.0     视密度(g/cm3)     不小于2.60     针片状含量(％)     不大于15     软弱颗粒含量(％)     不大于1     坚固性(％)     不大于12     对沥青的粘附性     不小于4级\n粗、细集料的配合比例应根据各自的级配情况而定。一般情况下， SMA-16中，4.75mm以上粗集料采用钢渣，其用量应控制在矿料重量 的68～80％，尽量控制在75％左右，细集料和矿粉站20～32％。油石 比(即沥青结合料与矿料的质量比)为5.0％～5.3％，木质素纤维用 量为混合料用量的0.267％。\n具体实施方式\n下面对本发明的具体实施例进行进一步详细的说明。\nSMA-16沥青玛蹄脂碎石混合料中粗集料采用首钢钢渣，细集料 和矿粉采用石灰岩。首钢钢渣的主要性质指标见表2，与之相比较， 表3列出张家口玄武岩的主要性质指标。\n表2钢渣主要性质指标表     筛孔     (mm)     毛体积     密度     (g/cm3)     吸水     率     (％)   软石含量   (％)   针片状含   量   (％)     压碎值     (％)   洛杉矶磨耗   (％)     坚固性     (％)   粘附性     16     3.21     1.18   无   10.8     14.4   16     4.7   4级     13.2     3.201     1.26     9.5     3.234     1.24     4.75     3.127     1.90\n从表中可见，钢渣各项性能均能满足沥青玛蹄脂碎石混合料对粗 集料的技术要求，钢渣中游离氧化钙的含量为0.54％，小于2％，其稳 定性满足要求。\n表3玄武岩主要性质指标表     筛孔     (mm)   毛体积   密度   (g/cm3)   吸水   率   (％)   软石含量   (％)   针片状含   量   (％)     压碎值     (％)   洛杉矶磨耗   (％)     坚固性     (％)   粘附性     16   2.808   1.37   无   6.7     12.8   13.8     1.0   4级     13.2   2.812   1.37     9.5   2.820   1.45     4.75   2.817   1.57\n从上述表2、3钢渣与玄武石的技术指标看，钢渣密度比玄武岩 大。压碎值、磨耗反映集料的抗压强度，钢渣的试验值比玄武岩略大， 说明钢渣抗压强度比玄武岩略低。\n本发明沥青玛蹄脂碎石混合料的矿料合成级配见表4。\n表4矿料合成级配表     筛孔(mm)   钢渣通过率(％)   玄武岩通过率(％)     级配范围(％)     16   95   95     90～100     13.2   75   75     65～85     9.5   55   55     45～65     4.75   25   26     20～32     2.36   19.5   19.5     15～24     1.18     18     18     14～22     0.6     15     15     12～18     0.3     12.5     12.5     10～15     0.15     11.5     11.5     9～14     0.075     10     10     8～12\n为了比较钢渣与玄武岩作SMA粗集料的性能差异，针对两种集料 的SMA进行性能对比试验，试验的内容分别是SMA的高温稳定性及水 稳性。高温稳定性检验的试验为马歇尔及车辙试验，评价指标为马歇 尔稳定度和动稳定度。水稳性检验的试验为浸水马氏试验及冻融劈裂 试验，评价指标为残留马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比。两组试验中， 除粗集料分别采用钢渣和玄武岩外，其余试验条件相同。沥青结合材 料采用盘锦90#重交通沥青，改性沥青采用SBS改性，掺量5％，纤维 采用德国JR木质素纤维，纤维用量0.267％。试验结果见表5、表6、 表7。\n表5不同粗集料的SMA-16混合料车辙试验结果   粗集料种类   结合料种类     油石比     (％)     动稳定度     (次/mm)     规范要求     (次/mm)   玄武岩   改性沥青     5.9     5538     ＞3000   非改性沥青     5.6     2453     ＞1500   钢渣   改性沥青     5.3     5559     ＞3000   非改性沥青     5.0     2400     ＞1500\n表6不同粗集料的SMA-16混合料马歇尔试验结果   粗集料种   类   结合料种类     油石比     (％)     稳定度     (KN)   规范要求   (KN)     流值     (mm)   规范要求   (mm)   玄武岩   改性沥青     5.9     8.59   ＞6.0     2.70   2～5   非改性沥青     5.6     8.25   ＞5.5     3.32   2～4   钢渣   改性沥青     5.3     12.41   ＞6.0     3.94   2～5   非改性沥青     5.0     8.20   ＞5.5     3.89   2～4\n表7沥青玛蹄脂碎石混合料水稳性及活性检验   混合料   钢渣沥青混合料   玄武岩沥青混合料     规范要求   体积膨胀率   0.6％   0.5％     不大于1％   浸水马歇尔稳定度比   90.0％   88.6％     不小于80％   冻融劈裂强度比   (TSR)   91.5％   86.7％     不小于75％\n根据表5和表6，从钢渣和玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合料的动稳 定度与马歇尔稳定度的试验结果看，两种集料的动稳定度相差不大， 马歇尔稳定度也保持在同一水平，而且均大于规范要求，说明两种集 料用于沥青玛蹄脂碎石混合料对混合料的高温稳定性影响效果相差 不大。从水稳性角度看，钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料的残留马歇尔稳 定度和冻融劈裂强度比均大于玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合料，说明钢 渣沥青玛蹄脂碎石混合料的水稳性优于玄武岩沥青玛蹄脂碎石混合 料。\n本发明所述钢渣的物理、化学和力学等性能均符合做高等级公路 路用集料的技术指标，是一种可用于高等级公路的优良集料。所述钢 渣沥青玛蹄脂碎石混合料的各项性能指标均能达到规范要求，且具有 良好的体积稳定性和较高的力学性能，可用于高等级公路、城市道路 沥青路面的表面层中，此类材料路用性能优良、对环境无害而且价格 便宜，因而具有广泛的应用前景。