一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料及其制备方法，该隔水钢渣集料是表面覆盖有复合隔水材料的普通转炉钢渣，隔水钢渣材料按重量份包括：硅橡胶乳液180～220份，碱性硅溶胶50～70份，粘结剂7～12份，分散剂1～3份，成膜助剂8～14份，催化剂2～4份，分散介质200～300份，交联剂25～38份；其制备方法首先制备复合隔水材料，然后通过喷洒复合隔水材料，利用化学粘结固化反应在钢渣集料表面生成高强度的隔水膜，得到隔水钢渣集料。本发明专利技术的隔水钢渣集料吸水率低、抗压强度高、耐磨且与沥青黏附性好，且制备工艺简单、高效。采用隔水钢渣集料替代天然粗骨料制备的钢渣沥青混合料具有良好的水稳定性。

A water-proof steel slag aggregate with strong adhesion to asphalt and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料及其制备方法
本专利技术涉及一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料及其制备方法，属于道路工程材料
和固体废弃物处理领域。
技术介绍
我国已经成为世界上高速公路里程最长的国家，但是公路网还需要不断完善，公路建设的任务依旧艰巨。公路建设工程量大，需要消耗大量的优质天然集料，导致天然集料匮乏，且过度的开采对环境破坏严重。因此，寻求优质天然骨料的替代材料是当前急需解决的重要难题。另一方面，我国年产钢渣超过1亿吨，但是钢渣综合利用率仅20％，剩余的大量钢渣无处安放，大多通过填埋或堆积处理。由于钢渣内含有重金属成分，填埋会污染土壤，造成不可逆转的环境破坏。堆积不仅占用城市用地，而且会产生有害颗粒，污染大气，威胁居民的健康。因此，实现钢渣的废物资源化利用，提高钢渣的利用率显得尤为重要。钢渣抗压强度高，表面粗糙，且具有耐磨、抗滑等优点。因此，它可以替代天然石料应用到道路建设中。已有研究表明，使用充分陈化的钢渣制备得到的沥青混凝土具有优良的高温稳定性和水稳定性。在我国目前优质集料短缺的情况下，将钢渣部分或完全代替天然集料应用到沥青混合料中具有巨大的发展潜能，既有利于炼钢工业的可持续发展，又利于避免优质石料的过度开采，保护自然环境。然而，未陈化的钢渣含有大量的游离氧化钙(f-CaO)和氧化镁，它们与水反应后生成氢氧化物，会产生明显的体积膨胀。这种钢渣如果直接应用在道路工程中，会引起沥青混合料膨胀，导致路面开裂。自然陈化常常需要耗费大量的时间，远远慢于钢渣的生产速度。因此，为了实现钢渣在沥青路面的大规模应用，必须寻找更高效的方法来解决钢渣的体积膨胀问题。按照钢渣改性处理阶段的不同，可将钢渣体积稳定化处理分为前处理和后处理。前处理主要是针对高温条件下熔融态的钢渣进行，利用高含SiO2、Al2O3的改质剂(比如：河砂、粉煤灰、煤矸石等材料)对热态钢渣进行改质，通过化学反应消除钢渣中游离态的活性成分。这种改性方法在钢渣生产工艺中改变钢渣的化学组成，从根本上降低钢渣中活性成分含量。后处理主要是针对冷却固态钢渣，根据钢渣改性原理的不同可以分为三种。一是促进钢渣尽可能的水化。钢渣的膨胀潜能在使用之前得到释放，从而缓解钢渣后期的体积膨胀，主要改性方式包括陈化处理、蒸压处理和蒸汽处理；陈化处理时最常用的方法，但是需要时间较长，不利用钢渣的大规模利用；蒸压处理和蒸汽处理能在较短时间内使钢渣达到体积稳定，但是处理工艺复杂，成本较高，也不利于钢渣的推广利用。二是钢渣的碳酸化处理。在高温高压条件下，利用CO2对钢渣进行预处理，在钢渣表面形成一层致密的CaCO3，与上述处理方式一样，处理工艺复杂，成本较高。三是通过无机材料(石灰、水泥、硅灰等)和有机硅树脂等有机材料对钢渣进行包裹，阻碍钢渣与水的接触，活性物质水化体积膨胀无法进行，但是水泥浆改性处理不便，且改性后的钢渣吸水率没有得到好的改善。有机硅树脂属于热固性塑料，脆性较大，需要在高温条件下才能完全固化，且常温下粘度较大，常需要配合有机溶剂稀释后使用，而这些溶剂常具有毒性，会污染环境，危害操作人员的健康
技术实现思路
技术问题：针对现有钢渣改性技术存在的问题，本专利技术提供了一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料及其制备方法，该方法对钢渣进行改性，得到改性后的隔水钢渣集料的吸水率低、抗压强度高、耐磨、与沥青黏附性强，且满足道路规范使用要求；其制备方法在常温常压下操作，所处理的钢渣不需要经过长时间的陈化，对设备及场地要求低，制备工艺简单、材料环保且生产效率高；使用隔水钢渣集料生产的钢渣沥青混合料具有良好的水稳定性。技术方案：本专利技术提供了一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，所述的隔水钢渣集料是表面覆盖有复合隔水材料的普通转炉钢渣，该复合隔水材料按照重量份包括以下组分：其中：所述的隔水钢渣集料的粒径分布范围是31.5mm～4.75mm，其中游离氧化钙f-CaO的含量小于5wt％。所述的硅橡胶乳液的固含量为50％～65％。所述的碱性硅溶胶所使用的硅质材料是二氧化硅，其固含量为25％～27％。所述的粘结剂为阳离子型SBS乳化沥青或阴离子型SBS乳化沥青中的一种。所述的分散剂为二甲基硅油、成膜助剂为乙酸乙酯、催化剂为二月桂酸二丁基锡、分散介质为蒸馏水。所述的交联剂按照重量份包括以下组分：1～3份正硅酸乙酯、5～10份硅烷偶联剂和20～30份的醇类水溶液；其中醇类水溶液为乙醇水溶液或者丙醇水溶液，乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的重量比为19：1～9：1，丙醇水溶液中丙醇与蒸馏水的重量比为19：1～9：1。所述的隔水钢渣集料的吸水率小于1.7％。本专利技术还提供了一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)按比例将硅橡胶乳液、碱性硅溶胶、粘结剂、分散剂、成膜助剂和催化剂加到分散介质中，以400～600rpm的转速搅拌15～25min得到混合液；2)按比例将正硅酸乙酯和硅烷偶联剂加入到醇类水溶液中，以200～300rpm的转速搅拌5～15min，得到交联剂；3)按比例将交联剂加入到混合液中，以150～300rpm的转速搅拌5～10min，即可得到复合隔水材料；4)将步骤3)得到的复合隔水材料喷洒于钢渣表面，使复合隔水材料均匀包裹在钢渣集料表面，在室温条件下固化2～5h后，得到隔水钢渣集料。其中：所述的钢渣集料在改性前是经过水洗并烘干预处理的；步骤4)所述将得到的复合隔水材料喷洒于钢渣表面中，复合隔水材料的占钢渣质量的1％～5％。本专利技术制备的复合隔水材料中的硅氧基能与钢渣表面的活性基团通过化学粘结反应并固化形成高强度的隔水膜；其次，表面呈碱性的隔水钢渣集料与酸性沥青之间可以形成强烈的界面酸碱作用，增强沥青与钢渣的粘附性；最后，改性钢渣表面在经过水性材料改性后，仍然保留了粗糙的纹理，增大了沥青与钢渣表面的接触面积，通过它们之间的机械螯合作用使隔水膜和沥青膜牢固的黏附在钢渣表面；在钢渣表面形成由隔水层和沥青层组成的双层疏水效应层，抑制钢渣的水化体积膨胀并增强膜层的耐久性。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术提供的隔水钢渣集料表面覆盖有复合隔水材料，有效隔离钢渣中活性成分与水分接触，抑制膨胀效果好，可以放宽钢渣中游离态氧化钙的含量；(2)本专利技术提供的隔水钢渣集料与沥青的粘附性强，隔水层的耐久性好，不容易从钢渣表面脱附，增强了抵抗水损害的能力；(3)本专利技术提供的隔水钢渣集料的制备工艺简单，常温下施工，改性时间短，沥青拌合时，该钢渣集料通过酸碱界面作用和机械螯合作用，提高了与沥青的粘附强度，使沥青膜牢固的粘附在钢渣集料表面，这利于抑制钢渣的体积膨胀并增强隔水膜的耐久性；(4)不需要特殊设备，成本低，降低了钢渣对沥青的吸收，减少沥青用量，节约成本；(5)环保，使用水性材料，且实现废弃物资源化利用，提高了钢渣的利用率；(6)本专利技术提供的隔水钢渣集料制备的沥青混合料水稳定性能优良，满足规范要求；(7)本专利技术提供的隔水钢渣集料表面覆盖的复合隔水材料具有低温柔韧性，提高了沥青混合料的低温抗裂性；(8)钢渣经过改性处理得到的隔水钢渣集料仍能保持其表面粗糙性，强度高。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料的制备方法，包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的隔水钢渣集料是表面覆盖有复合隔水材料的普通转炉钢渣，该复合隔水材料按照重量份包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的隔水钢渣集料是表面覆盖有复合隔水材料的普通转炉钢渣，该复合隔水材料按照重量份包括以下组分：2.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的隔水钢渣集料的粒径分布范围是31.5mm～4.75mm，其中游离氧化钙f-CaO的含量小于5wt％。3.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的硅橡胶乳液的固含量为50％～65％。4.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的碱性硅溶胶所使用的硅质材料是二氧化硅，其固含量为25％～27％。5.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的粘结剂为阳离子型SBS乳化沥青或阴离子型SBS乳化沥青中的一种。6.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的分散剂为二甲基硅油，成膜助剂为乙酸乙酯，催化剂为二月桂酸二丁基锡、分散介质为蒸馏水。7.如权利要求1所述的一种与沥青粘附性强的隔水钢渣集料，其特征在于：所述的交联剂按照重量份包括以下组分：1～3份正硅酸乙酯、5～10份硅烷偶联剂和20～30份的醇类水溶液；其中醇类水溶液为乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王声乐，江磊，董从雷，顾兴宇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32