一种化学改性赤泥替代矿粉的沥青混合料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种化学改性赤泥代替矿粉的沥青混合料及其制备方法，化学改性赤泥，由以下重量份的组分组成：赤泥80‑90份，赤泥改性剂10‑20份，化学溶剂0‑10份；所述赤泥改性剂为消石灰、粉煤灰、水泥、抗剥落剂中的一种或几种的混合物，所述化学溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合物，或，所述化学溶剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。采用化学改性的赤泥代替矿粉来制备沥青混合料，一方面缓解了赤泥大规模堆存引起的一系列社会、环境问题，另一方面又为沥青混合料生产开拓了质优价廉的替代材料，具有显著的经济效益和社会效益。

权利要求

1.一种利用化学改性赤泥作为填料的沥青混合料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：粗集料20-90份，细集料20-80份，沥青2-8份，填料2-8份，其中填料为化学改性赤泥；

所述化学改性赤泥由以下重量份的组分组成：赤泥80-85份，赤泥改性剂10-15份，化学溶剂2-5份；所述赤泥改性剂为消石灰、粉煤灰、水泥、抗剥落剂中的一种或几种的混合物，所述化学溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合物，或，所述化学溶剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物；

所述赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥或联合法赤泥中的一种或几种的混合物；

所述沥青为SBS改性沥青；

所述化学改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

1)将赤泥破碎、烘干、磨细，备用；

2)将化学溶剂、赤泥改性剂和赤泥按质量比为0-1:1-2:8-9与水混合均匀，水与化学溶剂、赤泥改性剂和赤泥质量和的质量比为5-10:1；

3)将步骤2)中得到的混合液过滤，并将固体部分烘干、粉碎，即得化学改性赤泥。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料，其特征在于：所述改性赤泥由以下重量份的组分组成：赤泥85～90份，赤泥改性剂15～20份，化学溶剂5～10份。

3.根据权利要求1所述的沥青混合料，其特征在于：步骤2)中，化学溶剂、赤泥改性剂、赤泥和水混匀的时间为10～15min。

4.权利要求1所述的沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将磨细的化学改性赤泥在160-180℃下预热备用；

2)将粗集料和细集料在160-180℃下混合搅拌设定时间后，加入沥青后再搅拌均匀；

3)将步骤1)中预热后的化学改性赤泥加入到步骤2)中的混合料中，搅拌设定时间后，即得路用沥青混合料。

说明书

一种化学改性赤泥替代矿粉的沥青混合料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及道路工程材料及其制备领域，提供了一种化学改性赤泥代替矿粉的沥青混合料及其制备方法。

背景技术

[0002] 赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般情况下每生产1吨氧化铝就会产生0.8～2.0吨赤泥。截止目前，中国年排出的赤泥量就达3000万吨，累积赤泥堆存量高达3.5亿吨，而其利用率仅为15％左右。赤泥堆存不但需要一定的基建费用，而且占用大量土地，污染环境，并使赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用，造成资源的二次浪费，因此，最大限度的减少赤泥堆存和危害，实现多渠道、大规模的资源化利用已迫在眉睫。

[0003] 如何对赤泥等大宗工业固体废物进行处理和综合利用是人们关注的焦点。在严峻的资源压力以及严格的环保要求下，道路工程材料领域中沥青混合料的制备成本越来越高，原材料的获取也愈加的困难。赤泥在其物理力学性质、颗粒组成等与道路沥青混合料中所用矿粉有着相似的性能，此前也有学者对赤泥在沥青混合料中的应用进行了研究。因此，利用赤泥开发新型道路材料，将其大规模应用于公路工程建设中，不仅可以保护环境，而且废渣处理量大、工业生产成本低，是目前实现大量消耗及无污染排放赤泥等大宗工业固体废物的有效途径。

[0004] 矿粉是粒径小于0.074毫米的矿质粒料，多用于沥青混凝土和沥青碎石路面，其作用是填充空隙，防止沥青流淌，增强沥青材料的粘结力和热稳定性。矿粉也要和沥青具有良好的亲和力(即粘着力)，能抵抗水的侵蚀作用。由于赤泥是生产铝过程中产生的废料，未经处理的赤泥碱性很高，并且不能像矿粉一样和沥青进行良好的亲和与相融，不能直接代替矿粉用于制备路用沥青混合料。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种化学改性赤泥代替矿粉的沥青混合料及其制备方法，采用化学改性的赤泥代替矿粉来制备沥青混合料，一方面缓解了赤泥大规模堆存引起的一系列社会、环境问题，另一方面又为沥青混合料生产开拓了质优价廉的替代材料，具有显著的经济效益和社会效益。

[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

[0007] 一种化学改性赤泥，由以下重量份的组分组成：赤泥80-90份，赤泥改性剂10-20份，化学溶剂2-10份；所述赤泥改性剂为消石灰、粉煤灰、水泥、抗剥落剂中的一种或几种的混合物，所述化学溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合物，或，所述化学溶剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。

[0008] 由于赤泥碱金属含量高，不能具备像石灰石矿粉一样的优良性能，通过利用赤泥改性剂，借助化学溶剂的作用，将赤泥与赤泥改性剂结合到一起，从而达到与矿粉相类似或比矿粉具有更加优良的性能。

[0009] 化学溶剂起到耦合联接的作用，可以将将赤泥与赤泥改性剂进行耦合连接，使其有效分散在沥青中，从而形成更加稳定的结构。

[0010] 当化学溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇中的一种或几种时，得到的化学改性赤泥为水溶性化学改性赤泥，当化学溶剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种时，得到的化学改性赤泥为油溶性化学改性赤泥。

[0011] 优选的，所述赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥或联合法赤泥中的一种或几种的混合物。

[0012] 对赤泥进行烘干磨细处理，粒度满足《公路沥青路面施工技术规范》一中对填料的要求,且外观无团粒结块。

[0013] 优选的，所述化学改性赤泥，由以下重量份的组分组成：赤泥80-85份，赤泥改性剂10-15份，化学溶剂2-5份。

[0014] 优选的，所述化学改性赤泥，由以下重量份的组分组成：赤泥85-90份，赤泥改性剂15-20份，化学溶剂5-10份。

[0015] 所述化学改性赤泥的制备方法，包括如下步骤：

[0016] 1)将赤泥破碎、烘干、磨细，备用；

[0017] 2)将化学溶剂、赤泥改性剂和赤泥按质量比为0-1:1-2:8-9与水混合均匀，水与化学溶剂、赤泥改性剂和赤泥质量和的质量比为5-10:1；

[0018] 3)将步骤2)中得到的混合液过滤，并将固体部分烘干、粉碎，即得化学改性赤泥。

[0019] 优选的，步骤2)中，化学溶剂、赤泥改性剂、赤泥和水混匀的时间为10～15min。

[0020] 优选的，步骤1)和步骤3)中，烘干的温度为105℃。

[0021] 一种利用所述化学改性赤泥作为填料的沥青混合料，由以下重量份的组分组成：粗集料20-90份，细集料20-80份，沥青2-8份，填料2-8份，其中填料为化学改性赤泥。

[0022] 优选的，所述沥青混合料由以下重量份的组分组成：集料70-110份，沥青4-6份，填料2-6份。

[0023] 所述沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

[0024] 1)将磨细的化学改性赤泥在160-180℃下预热备用；

[0025] 2)将粗集料和细集料在160-180℃下混合搅拌设定时间后，加入沥青后再搅拌均匀；

[0026] 3)将步骤1)中预热后的化学改性赤泥加入到步骤2)中的混合料中，搅拌设定时间后，即得路用沥青混合料。

[0027] 优选的，步骤2)中，混合搅拌的时间为25-35s，步骤3)中，搅拌的时间为55-65s。

[0028] 步骤1)和步骤2)中的预热是因为在此温度下沥青混合料比较容易被拌和，在此温度下预热主要是防止加入改性赤泥以后使得混合料搅拌温度降低，造成填料分布不均。

[0029] 本发明的有益效果是：

[0030] (1)利用赤泥开发新型道路材料，将其大规模应用于公路工程建设中，不仅可以保护环境，而且可以大量处理废渣，降低施工成本与工业生产成本。

[0031] (2)本发明制备方法及所需设备简单，易操作，工艺参数便于控制，原料及仪器设备使用成本低等。

[0032] (3)本发明中化学改性赤泥配方与制备工艺中，采用的化学溶剂可以起到一个偶合联接的作用,它可以将两种性质不同的物质有效相连或亲合，使其有效分散在有机高分子材料基体中，从而形成更加稳定的结构。

具体实施方式

[0033] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0034] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0035] 一种化学改性赤泥，由如下重量份的原料组成：所述赤泥80～90份，赤泥改性剂10～20份，化学溶剂0～10份。

[0036] 在一些实施例中，赤泥80～85份，赤泥改性剂10～15份，化学溶剂0～5份。

[0037] 在一些实施例中，赤泥85～90份，赤泥改性剂15～20份，化学溶剂5～10份。

[0038] 在一些实施例中，所述的赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业污染性废弃物。对赤泥进行烘干磨细处理,粒度满足《公路沥青路面施工技术规范》一中对填料的要求，且外观无团粒结块。

[0039] 在一些实施例中，所述的赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥、联合法赤泥中一种或几种的混合物。

[0040] 在一些实施例中，所述赤泥改性剂为消石灰、粉煤灰、水泥、抗剥落剂中的一种或几种的混合物。

[0041] 在一些实施例中，所述化学溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种；

[0042] 在一些实施例中，所述化学溶剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

[0043] 本发明还提供了一种用于代替矿粉的油溶或水溶改性赤泥的制备方法，包括：

[0044] 1)将赤泥进行常规破碎以后，105℃条件下进行烘干并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，备用；

[0045] 2)将化学溶剂0-1份、赤泥改性剂1-2份、赤泥8-9份，依次加入到一定量的水中以800-900rpm的转速搅拌至形成均匀水溶液，溶液中水的质量与化学溶剂、赤泥改性剂、赤泥三者质量和的比例为5-10：1；

[0046] 3)将水溶液倒入抽滤瓶中进行抽滤，抽滤完成后将滤渣连同滤纸一起置于105℃条件的烘箱中烘3h。

[0047] 4)将滤渣连同滤纸一起取出，去掉滤纸后，将改性后的赤泥进行破碎并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，得到所述的油溶改性赤泥。

[0048] 一种利用赤泥作为填料的沥青混合料，包括粗集料、细集料、沥青和填料，以重量份为单位，各组分的重量配比分别为:粗集料20-90份，细集料20-80份，沥青2-8份，填料2-8份，其中填料为化学改性的赤泥

[0049] 上面所述的沥青混合料的制备方法，其具体步骤如下:

[0050] (1)将磨细改性后的赤泥在105℃烘干后作为沥青混合料的填料备用，使用时将填料在160-180℃下预热备用；

[0051] (2)将粗集料和细集料在160-180℃下混合搅拌30s，然后按照配合比加入所述重量份的道路沥青再搅拌均匀；

[0052] (3)将预热后的填料加入到步骤(2)中所制备的混合料中搅拌60s，即得路用沥青混合料。

[0053] 下面结合实施例对本发明进一步说明，实施所用原料均采用市售分析纯试剂。

[0054] 实施例1

[0055] 本发明实施例的改性赤泥的各原料组成和质量百分数配比如下：烧结法赤泥80％，消石灰15％，钛酸酯偶联剂5％。

[0056] 制备方法如下：

[0057] (1)将烧结法赤泥进行常规破碎以后，105℃条件下进行烘干并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，备用；

[0058] (2)将钛酸酯偶联剂、消石灰、烧结法赤泥依次加入到一定量的水中形成均匀水溶液，溶液中水的质量与钛酸酯偶联剂、消石灰、烧结法赤泥三者质量和的比例为10：1；

[0059] (3)将水溶液倒入抽滤瓶中进行抽滤，抽滤完成后将滤渣连同滤纸一起置于105℃条件的烘箱中烘3h。

[0060] (4)将滤渣连同滤纸一起取出，去掉滤纸后，将改性后的赤泥进行破碎并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，得到所述的水溶改性赤泥。

[0061] 按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的AC-13型级配，粗细集料采用玄武岩，沥青采用SBS改性沥青，本发明实施例的代替矿粉的改性赤泥掺量为6％，油石比为5％。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)标准中的试验方法测试动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比，性能测试结果见表1。

[0062] 实施例2

[0063] 本发明实施例的改性赤泥的各原料组成和质量百分数配比如下：烧结法赤泥80％，消石灰15％，异丙醇5％。

[0064] 制备方法如下：

[0065] (1)将烧结法赤泥进行常规破碎以后，105℃条件下进行烘干并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，备用；

[0066] (2)将异丙醇、消石灰、烧结法赤泥依次加入到一定量的水中形成均匀水溶液，溶液中水的质量与钛酸酯偶联剂、消石灰、烧结法赤泥三者质量和的比例为10：1；

[0067] (3)将水溶液倒入抽滤瓶中进行抽滤，抽滤完成后将滤渣连同滤纸一起置于105℃条件的烘箱中烘3h。

[0068] (4)将滤渣连同滤纸一起取出，去掉滤纸后，将改性后的赤泥进行破碎并磨细至《公路沥青路面施工技术规范》中对填料所要求的粒径，得到所述的油溶改性赤泥。

[0069] 按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的AC-13型级配，粗细集料采用玄武岩，沥青采用SBS改性沥青，本发明实施例的代替矿粉的改性赤泥掺量为6％，油石比为5％。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)标准中的试验方法测试动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比，性能测试结果见表1。

[0070] 实施例3

[0071] 按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的AC-13型级配，粗细集料采用玄武岩，沥青采用SBS改性沥青，矿粉掺量为6％，油石比为5％。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)标准中的试验方法测试动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比，性能测试结果见表1。

[0072] 实施例4

[0073] 与实施例1的区别为，将消石灰替换为粉煤灰，其它与实施例1相同。制备的沥青混合料的动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比等性能如表1所示。

[0074] 实施例5

[0075] 与实施例1的区别为，将消石灰替换为水泥，其它与实施例1相同。制备的沥青混合料的动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比等性能如表1所示。

[0076] 实施例6

[0077] 与实施例1的区别为，将钛酸酯偶联剂替换为水，其它与实施例1相同。制备的沥青混合料的动态稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比等性能如表1所示。

[0078] 表1实施例1-实施例6性能测试结果

[0079]项目 AC-13 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
动态稳定度(次/mm) 2785 5985 4968 5675 4960 5750 2950
低温破坏应变(με) 2500 3686 2860 3250 3175 4037 2598
冻融劈裂强度比(％) 82.5 92.1 86.5 87 83.5 91.5 84

[0080] 由以上性能测试结果可以看出，本发明实施例化学改性赤泥替代矿粉的沥青混合料的动态稳定度、低温破坏应变、冻融劈裂强度比均均能满足甚至超过《公路沥青路面施工技术规范》中的相关技术要求，说明本发明提供的方法制备的沥青混合料路用性能优良，值得推广与使用。

[0081] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。