牡蛎壳粉淡化海砂AC-20沥青混合料及其制备方法与流程

牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
砂子是又叫混凝土细骨料，是建筑项目必要的用料；打捞河砂用于建筑骨料生产是我国传统的方式，河砂往往含泥量比较多，需要洗选后烘干应用于干粉砂浆；在我国经济持续腾飞的今天，对于砂石骨料的的需求自然不断增加；河砂已不能满足我国快速发展的建筑要求。每年，我国基础设施建设需要数千亿吨的砂，造成“青山挂白、河水泛黄”的现象，严重影响我国的生态环境，为了保护环境和有限的砂资源，除了提高砂的价格、限制砂的开采量以外，还迫切需要使用其他材料代替砂资源。
[0003]
我国沿海地区有数亿吨的海砂，海砂，顾名思义就是海中的砂石。颗粒度较大的为砂，一般以厘米为单位；粒径较小的为沙，通常以毫米以单位；两者都是纯天然的，经海水冲刷、滚动、碰撞、打磨而成。海砂除了含有二氧化硅外，含有少量的氯离子、长石、钙、镁、云母等，作为仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，海砂有着众多用途，其中最主要的用途之一就是作为工程建设的原材料，尤其是大型建设的填海造陆环节。在建筑材料的应用上，由于海砂含有相对较高的盐分，盐分中氯离子会侵蚀钢筋，给工程带来安全隐患，因此限制了海砂的应用。2004年8月份，国家建设部出台了《关于严格建筑用海砂管理的意见》，其中规定：建筑工程中采用的海砂必须是经过专门的淡化处理，如果要使用在钢筋混凝土中，海砂的氯离子含量不应大于万分之六。
[0004]
海砂的资源丰富，价格低廉，极易获取，因此，很多建筑领域将原料前景放在海砂上。如能用海砂替代砂，不但可以有效缓解砂资源短缺的压力，还可以大幅度降低工程造价，具有重要的经济意义和环保意义。
[0005]
牡蛎是我国海水养殖的主要品种之一，近年来人们对牡蛎的消耗量不断增长，牡蛎养殖规模随之不断扩大，然而占牡蛎90%的大量的牡蛎壳则被当做垃圾处理，造成环境污染和资源浪费。牡蛎壳的主要成分为碳酸钙，占其质量90%以上，近年来，随着沿海各省牡蛎养殖规模的不断扩大，开发利用大量廉价的牡蛎壳资源倍受关注，因此，亟需提高其利用率和利用价值。我国石灰石矿粉需求量达数千万立方，导致石灰石矿粉价格达到100元/吨，牡蛎壳的化学成分与石灰石相近，若通过处理的牡蛎壳能替代石灰石矿粉，是牡蛎壳大规模、高值化利用的有效途径。
[0006]
综上，在建筑工程中，若能用海砂替代河砂，将将预处理后的牡蛎壳替代石灰石矿粉具有重要的经济意义和环保意义。因此，如何牡蛎壳进行处理后替代石灰石矿粉以及采用海砂替代河砂用于建筑材料中成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于针对上述现有技术中的存在的问题而提供的一种牡蛎壳粉淡
化海砂ac-20沥青混合料及其制备方法。该牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料采用大量的牡蛎壳粉和淡化海砂为原料，可解决牡蛎壳造成的环保及占有土地问题并能缓解日益短缺的石灰石矿粉、砂资源，具有取材便利、节能环保的特点，是一种新型的建筑材料，而且采用本发明方法制备得到的ac-20沥青混合料的路用性能满足规范要求。
[0008]
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，包括混合均匀的具有以下质量百分含量的各原料组分：牡蛎壳粉
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3.0%～3.8% ；沥青
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3.7%～4.3%；淡化海砂
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23.8%～26.6%；粒径为3mm-6mm的4#碎石
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6.4%～9.3% ；粒径为6mm-11mm的3#碎石
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15.2%～18.4%；粒径为11mm-16mm的2#碎石
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17.9%～20.5% ；粒径为16mm-22mm的1#碎石
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25.1%～29.6%。
[0009]
上述的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料中，所述的淡化海砂由海砂经除贝、水洗、干燥后，过4.75mm筛获得；优选粒径≤3mm的淡化海砂。值得说明的是，在确定上述淡化海砂的具体掺量时，具体需根据最终获的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的成型方法试验及路用性能的要求，来选定最佳的掺量。
[0010]
进一步地，所述的牡蛎壳粉为废弃的牡蛎壳经过颚式破碎机破碎、干燥、球磨机研磨过0.15mm筛获得，其cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%。所用牡蛎壳优选采用广西北海铁山港废弃的牡蛎壳（其cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%）；所用的球磨机优选行星牌球磨机。
[0011]
进一步地，所述的沥青为50#a级道路沥青，优选所用的50#a级道路沥青其针入度为53（0.1mm）、软化点50℃、15℃延度为116cm或者针入度为51（0.1mm）、软化点51℃、15℃延度为113cm。
[0012]
进一步地，所述的1#、2#、3#和4#碎石均为石灰岩碎石，优选地，所用的1#、2#、3#和4#石灰岩碎石的毛体积相对密度依次为2.705g/cm3、2.699g/cm3、2.688g/cm3和2.686g/cm3，其级配范围如下表1所示。或者所用的1#、2#、3#和4#石灰岩碎石，其毛体积相对密度依次为2.712g/cm3、2.701g/cm3、2.691g/cm3和2.683g/cm3，其级配范围见表4。
[0013]
本发明的另一目的在于提供一种上述的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的制备方法，所述的制备方法为：按所述质量百分含量取各原料组分（牡蛎壳粉3.0%～3.8% ；沥青3.7%～4.3%；淡化海砂23.8%～26.6%；粒径为3mm-6mm的4#碎石 6.4%～9.3% ；粒径为6mm-11mm的3#碎石15.2%～18.4%；粒径为11mm-16mm的2#碎石 17.9%～20.5% 以及粒径为16mm-22mm的1#碎石 25.1%～29.6%）备用；将牡蛎壳粉、淡化海砂、粒径为3mm-6mm的4#碎石、粒径为6mm-11mm的3#碎石、粒径为11mm-16mm的2#碎石以及粒径为16mm-22mm的1#碎石混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料；然后向混合物料中添加165℃的沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料。
[0014]
本发明制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能满足规范要求，其各项指标，均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求。
[0015]
本发明的有益效果为：（1）本发明通过研究发现：将海砂通过除贝、水洗、干燥处理后过4.75mm筛替代现有技术中的天然砂资源，可有效缓解天然砂的资源短缺的压力、大幅度降低材料价格、保护自然环境，是保证社会可持续发展的有效措施之一。
[0016]
（2）本发明通过研究发现： 采用废弃的牡蛎壳，经过颚式破碎机破碎、干燥、球磨机研磨，过0.15mm筛得到的cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%的牡蛎壳粉与本发明所用的其他原料进行制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的性能满足规范要求。本发明所用的牡蛎壳优选采用广西北海铁山港废弃的牡蛎壳，该牡蛎壳中cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%，符合要求。本发明利用牡蛎壳粉替代现有技术中的石灰石矿粉，一方面大量消耗了废弃牡蛎壳，可解决牡蛎壳占地并污染环境的问题，提升牡蛎壳的利用价值，另一方面可缓解石灰石矿粉短缺的现状，同时降低所制备的ac-20沥青混合料的生产成本。本发明中用于制作牡蛎壳粉所用的废弃牡蛎壳的化学成分是确定的，且经过了破碎、干燥、研磨、过筛处理，在本发明中能够完全替代矿粉使用。
[0017]
（3）本发明制备的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料具有取材便利、节能环保的特点，是一种新型的建筑材料；该材料可以大量利用牡蛎壳和海砂，可解决废弃牡蛎壳造成
的环保及占有土地问题并缓解日益短缺的石灰石矿粉、河砂资源，稳定河砂市场，且扩大了牡蛎壳和海砂的应用范围，具有深远的影响和广阔的应用前景。
[0018]
（4）通过实际工程证明，本发明制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能满足规范要求，每立方米牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的材料费为同配比ac-20沥青混合料的材料费的89.9～90.6%，能降低ac-20沥青混合料的材料费用，降低生产成本。本发明制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的各项指标，均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求。
具体实施方式
[0019]
以下，将通过具体的实施例来说明本发明牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料及其制备方法和应用性能，但本领域技术人员将理解的是，下述实施例仅是本发明的具体示例，不同于限制其全部技术方案。本发明提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
[0020]
实施例1一种牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的制备方法，首先，按下述工艺生产淡化海砂：将购买的海砂集中堆放；将集中堆放的海砂依次水洗、干燥、过4.75mm筛得到所需粒径范围的淡化海砂；淡化海砂的毛体积相对密度分别为2.685g/cm3；所获得的海砂通过下列筛孔的质量百分数如表2所示。
[0021]
然后，采用表3所列的牡蛎壳粉，其中牡蛎壳粉的毛体积相对密度为2.708g/cm3。所述的牡蛎壳粉为广北海铁山港废弃的牡蛎壳（其cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%），经过颚式破碎机破碎、干燥、行星牌球磨机研磨，过0.15mm筛获得。
[0022]
所用的沥青为50#a级道路沥青，针入度为53（0.1mm）、软化点50℃、15℃延度为116cm。
[0023]
所用的1#、2#、3#和4#碎石均为石灰岩碎石，毛体积相对密度依次为2.705g/cm3、
2.699g/cm3、2.688g/cm3和2.686g/cm3；其级配范围见表1。
[0024]
最后，按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.2%:24.8%:7.4%:16.2%:18.9%:25.5%的比例，将这几种原料组分混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料；为了验证所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能，先通过马歇尔击实试验确定最佳油石比，向上述制得的混合物料中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量4.0%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5）。
[0025]
实施例2 实施例2所用的各原料的性能与实施例1所述一致，实施例2与实施例1的不同之处在于：本实施例按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.8%:26.6%:6.4%:15.2%:18.6%:25.1%的比例，将这几种原料组分混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料。
[0026]
为了验证所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能，通过马歇尔击实试验确定最佳油石比，向上述制得的混合物料中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量4.3%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5）。
[0027]
实施例3 实施例3所用的各原料的性能与实施例1所述一致，实施例3与实施例1的不同之处在于：本实施例按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.0%:23.8%:6.4%:15.2%:19.5%:28.4%的比例，将这几种原料组分混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料。
[0028]
为了验证所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能，通过马歇尔击实试验确定的最佳沥青含量（3.7%），向上述制得的混合物料中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量3.7%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5）。
[0029]
实施例4 实施例4所用的各原料的性能与实施例1所述一致，实施例4与实施例1的不同之处在于：本实施例按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.4%:23.8%:6.4%:15.2%:17.9%:29.4%的比例，将这几种原料组分混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料。
[0030]
为了验证所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能，通过马歇尔击实试验确定的最佳沥青含量，向上述制得的混合物料中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量3.9%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5）。
[0031]
实施例5
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实施例5所用的各原料的性能与实施例1所述一致，实施例5与实施例1的不同之处在于：本实施例按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.5%:23.8%:6.4%:15.2%:17.9%:29.1%的比例，将这几种原料组分混合均匀，并加热到175℃，制得混合物料。
[0032]
为了验证所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能，通过马歇尔击实试验确定的最佳沥青含量，向上述制得的混合物料中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量4.1%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合，制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5）。
[0033]
实施例6本实施例为沿海地区工程，设计标准为高速公路。
[0034]
本实施例同样按照实施例1所述的工艺加工海砂，以获得淡化海砂；所获得的淡化海砂通过下列筛孔的质量百分数如表4所示。
[0035]
采用牡蛎壳粉（其cao含量≥96.9%、na2o含量≥0.56%）；沥青为50#a级道路沥青[针入度为51（0.1mm）、软化点51℃、15℃延度为113cm]；采用的1#、2#、3#和4#碎石均为石灰岩碎石，毛体积相对密度依次为2.712g/cm3、2.701g/cm3、2.691g/cm3和2.683g/cm3(其级配范围见表4)。
[0036]
制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料中面层。在本工程中，牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料中面层采用下列配比：按照质量百分含量比：牡蛎壳粉:淡化海砂:4#碎石:3#碎石:2#碎石:1#碎石为3.3%:24.7%:6.7%:16.3%:18.2%:26.6%的比例，通过马歇尔击实试验，将这几种原料组分混合均匀，并加热到165℃，其最大理论密度为2.44 g/cm3，最佳沥青用量为4.2%，向其中添加所制备牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料质量4.2%、温度为165℃的50#a级道路沥青进行拌合；制得牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料，测定该ac-20沥青混合料的路用性能指标，结果均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求（测定结果见表5），试验路段实测弯沉值为3
×
10-2 mm～6
×
10-2 mm（bzz-100）。
[0037]
从表5可见，采用本发明技术方案制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的路用性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2017》的要求。
[0038]
已知：沥青价格3000元/吨；牡蛎壳粉价格：20元/吨，石灰石矿粉价格：100元/吨，河砂：85元/吨，海砂：25元/吨，碎石50元/吨。ac-20沥青混合料的密度为 2430kg/m3。与实施例1-6相同配比的ac-20沥青混合料的材料费对比如表6所示。
[0039]
由表6可知：本发明实施例1到实施例6制备得到的牡蛎壳粉淡化海砂ac-20沥青混合料的材料费依次为：390.8元/m3、410.8元/m3、370.1元/m3、384.1元/m3、398.4元/m3和405.2元/m3；与各实施例相同配比的ac-20沥青混合料的材料费分别为：433.2元/m3、457.0元/m3、410.6元/m3、425.4元/m3、439.9元/m3和447.6元/m3；实施例材料费/同配比ac-20沥青混合料的材料费的百分比依次为：90.2%、89.9%、90.1%、90.3%、90.6%和90.5%。因此，每立方米实施例的材料费为同配比ac-20沥青混合料的材料费的89.9～90.6%。可见，采用本发明的技术方案能大幅度降低ac-20沥青混合料的材料费用，降低生产成本。
[0040]
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。