CN102351469A - 一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路路面铺设材料，属于道路材料制造领域，尤其涉及一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料及其制备方法。包括改性沥青、稳定剂和集料，所述的稳定剂采用硅类有机活性矿物，其中改性沥青的质量占集料质量的百分数为5.0%～6.0%；所述的稳定剂掺量为改性沥青质量的0.2%～0.4%。本发明混合料的配置方法包括如下步骤：1）将按改性沥青的质量占集料质量的百分数称量的改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热后，将稳定剂缓慢倒入改性沥青中配制成沥青混合物；2）按级配的准备好集料，加热并输送到拌合楼；3）将步骤1）中搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，经搅拌混合制备成沥青混合料。
Description
技术领域
本发明涉及道路路面铺设材料，属于道路材料制造领域，尤其涉及一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料及其制备方法。
背景技术
SMA沥青混合料于上世纪70年代在德国产生，便在全世界范围内迅速推广应用。SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料，这种沥青混合料是用丰富的结合料和具有很大粘度的沥青玛蹄脂胶浆填充在粗集料搭成的石-石嵌挤结构空隙中形成的。它具有很多普通沥青混凝土所不具备的优异性能，例如：良好的耐久性、水稳定性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好），抗高温、低温稳定性也很优异。因此，SMA沥青混合料路面的耐久性好，不需要太多的养护，经济效益和环境效益好。但是，SMA沥青混合料还是存在一些不足之处：1、由于很高的粘结剂含量和矿料间隙率，使得SMA在生产、运输和使用过程中容易出现析漏现象；2、由于木质纤维在沥青混合料中起到稳定作用，掺入木质纤维需要特殊的机械，同时，纤维的掺入添加了木质素纤维的SMA沥青混合料比常规AC混合料拌合时间长出10-15s，拌合温度高出5℃，更高的拌合温度和时间带来了一些问题，例如：大量能源的消耗、沥青的老化和压实困难等；3、由于木质纤维对沥青的吸收作用，所以，必须增加沥青用量来弥补吸收所造成的损失，从而增加了混合料的拌合时间和温度，提高了沥青混合料的应用成本；4、木质纤维的掺入会对沥青混合料的工作性产生一定的影响。因此，必须去找到一种有效且容易操作的混合料稳定办法，或是找到木质纤维的取代品。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料及其制备方法，将硅类天然矿物取代木质纤维掺入SMA沥青混合料中制备成新型的有机活性矿物断级配SMA13沥青混合料。
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料及其制备方法是采取以下技术方案实现的：一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料包括改性沥青、稳定剂和集料，所述的稳定剂采用硅类有机活性矿物，其中改性沥青的质量占集料质量的百分数（即油石比）为5.0%～6.0%，油石比是沥青用量的指标之一，它的用量高低直接影响路面质量，油石比大则路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果；所述的改性沥青选用市售的SBS改性沥青；所述的稳定剂掺量为改性沥青质量的0.2%～0.4%。所用集料在分别经过筛孔为16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075毫米筛子筛分时，其通过质量百分比即级配比为100%、90%~100%、50%~75%、20%~34%、15%~26%、14%~24%、12%~20%、10%~16%、9%~15%和8%~12%。
所述的硅类有机活性矿物采用市售的有机硅粉。
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料的配置方法包括如下步骤：
1）将按改性沥青的质量占集料质量的百分数为5.0%～6.0%，称量的改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内，配制成沥青混合物；所述的稳定剂掺量为改性沥青质量的0.2%～0.4%；
2）按级配准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将步骤1）中搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，经搅拌混合制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内，拌合5分钟后，便得到该硅类天然矿物的断级配沥青混合料。
所述的级配中的集料在分别经过筛孔为16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075毫米筛子筛分时，其通过质量百分比即级配比为100%、90%~100%、50%~75%、20%~34%、15%~26%、14%~24%、12%~20%、10%~16%、9%~15%和8%~12%。
一般SMA沥青混合料由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成，本发明稳定剂采用硅类有机活性矿物，替代传统纤维来作为SMA沥青混合料的稳定剂。本发明一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料与掺木质素纤维SMA沥青混合料的各项对比试验表明，在没有降低疲劳寿命的情况下，本发明具有更好的抗磨耗性能，更低的压实成型温度。同时，在飞散试验、浸水马歇尔试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能验证试验中，该类型混合料较常规SMA各项路用性能更优，并且，一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料减少了沥青的用量，有效地降低了成本。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料通过添加硅类有机活性矿物以取代木质素纤维在混合料中起稳定作用，同时，不影响沥青混合料的各项性能。为了，便于对比研究硅类天然矿物的断级配沥青混合料和普通SMA沥青混合料，采用三种混合料进行对比：
类型A: SMA沥青混合物内加入沥青用量0.3%的硅类有机活性矿物,油石比为5.5%，代替0.3%木质素纤维；
类型 B: SMA沥青混合物内加入沥青用量0.3%硅类有机活性矿物, 油石比为6.0%，代替0.3%木质素纤维；
类型 C: 常规SMA沥青混合物内加入沥青用量0.3%木质素纤维，油石比为6.1%。
三种沥青混合料采用相同级配，如表1-1所示。
表1-1沥青混合料级配
三种沥青混合料空隙率如表1-2所示。
表1-2 不同级配的三种混合料的空隙率
三种混合料的基本体积指标如下表1-3所示。
表1-3 SMA 体积指标
下面对三种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表1-4所示
表1-4 三种混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表1-5所示：
表1-5 三种混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表1-6为试验结果。
表1-6肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表1-7所示。
表1-7 三种混合料冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表1-8。
表1-8 三种混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表1-9、表1-10和表1-11所示。
表1-9 类型A混合料低温小梁试验结果
表1-10 类型B混合料低温小梁试验结果
表1-11 类型C混合料低温小梁试验结果
实施例2
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中稳定剂的掺量为沥青质量的0.2%，油石比为5.5%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为5.5%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.2%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表2-1所示。
表2-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表2-2所示
表2-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表2-3所示：
表2-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表2-4试验结果。
表2-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表2-5所示。
表2-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表2-6。
表2-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表2-7所示。
表2-7混合料低温小梁试验结果
实施例3
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.4%，油石比为5.5%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为5.5%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.4%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
沥青混合料的体积指标如表3-1所示。
表3-1 SMA 体积指标
下面对该种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表3-2所示
表3-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表3-3所示：
表3-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表3-4试验结果。
表3-4肯塔堡飞散试验结果
| 肯塔堡飞散试验 | 空隙率（%） | 飞散损失 |
| 试件1 | 3.9 | 1.90 |
| 试件2 | 4.0 | 1.85 |
| 试件3 | 4.1 | 1.80 |
| 试件4 | 3.8 | 1.76 |
| 平均值 | 3.9 | 1.82 |
冻融劈裂试验结果如表3-5所示。
表3-5 混合料冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表3-6。
表3-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表3-7所示。
表3-7 低温小梁试验结果
实施例4
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.4%，油石比为5.0%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为5.0%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.4%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表4-1所示。
表4-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表4-2所示
表4-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表4-3所示：
表4-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表4-4试验结果。
表4-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表4-5所示。
表4-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表4-6。
表4-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表4-7所示。
表4-7混合料低温小梁试验结果
实施例5
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.2%，油石比为6.0%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为6.0%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.2%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表5-1所示。
表5-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表5-2所示
表5-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表5-3所示：
表5-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表5-4试验结果。
表5-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表5-5所示。
表5-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表5-6。
表5-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表5-7所示。
表5-7混合料低温小梁试验结果
实施例6
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.4%，油石比为6.0%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为6.0%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.4%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表6-1所示。
表6-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表6-2所示
表6-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表6-3所示：
表6-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表6-4试验结果。
表6-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表6-5所示。
表6-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表6-6。
表6-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表6-7所示。
表6-7混合料低温小梁试验结果
实施例7
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.2%，油石比为5.0%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为5.0%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.2%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表7-1所示。
表7-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表7-2所示
表7-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表7-3所示：
表7-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表7-4试验结果。
表7-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表7-5所示。
表7-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表7-6。
表7-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表7-7所示。
表7-7混合料低温小梁试验结果
实施例8
一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其中硅类有机活性矿物的掺量为0.3%，油石比为5.0%。
其配置方法包括如下步骤：
1）将按油石比（改性沥青的质量占集料质量的百分数）为5.0%称量的SBS改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照0.3%质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内；
2）按级配的准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内。拌合5分钟后，便得到该沥青混合料。
此时该种沥青混合料的基本体积指标如表8-1所示。
表8-1 混合料体积指标
对这种沥青混合料进行了浸水马歇尔试验、飞散试验、车辙试验、低温小梁试验等各项性能试验。
浸水马歇尔试验结果如表8-2所示
表8-2 混合料浸水马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验是检测SMA沥青混合料析漏性质的关键试验。通常随沥青含量增高会显示一定的趋势，试验结果见表8-3所示：
表8-3 混合料析漏试验结果
肯塔堡飞散试验是由西班牙提出用来评价沥青混合料表面层抗磨耗性能。事实证明这项试验可以很好的评价混合料路用性能之间的相互关系。在肯塔堡飞散试验中，每种类型混合料进行四组试验。表8-4试验结果。
表8-4肯塔堡飞散试验结果
冻融劈裂试验结果如表8-5所示。
表8-5 冻融劈裂试验结果
车辙试验结果见表8-6。
表8-6 混合料车辙试验结果
低温小梁弯曲试验结果如下表8-7所示。
表8-7混合料低温小梁试验结果
Claims (6)
1.一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其特征在于包括改性沥青、稳定剂和集料，所述的稳定剂采用硅类有机活性矿物，其中改性沥青的质量占集料质量的百分数为5.0%～6.0%；所述的稳定剂掺量为改性沥青质量的0.2%～0.4%。
2.根据权利要求1所述的一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其特征在于所述的改性沥青选用SBS改性沥青。
3.根据权利要求1所述的一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其特征在于所述的硅类有机活性矿物采用有机硅粉。
4.根据权利要求1所述的一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料，其特征在于所用集料在分别经过筛孔为16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075毫米筛子筛分时，其通过质量百分比即级配比为100%、90%~100%、50%~75%、20%~34%、15%~26%、14%~24%、12%~20%、10%~16%、9%~15%和8%~12%。
5.权利要求1所述的一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料的配置方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将按改性沥青的质量占集料质量的百分数为5.0%～6.0%，称量的改性沥青放入小型沥青拌合装置中加热至165~170℃后，将按照质量配比称量的稳定剂缓慢倒入改性沥青中，同时不停搅拌5-10分钟，并且将温度保持在165~170℃的范围内，配制成沥青混合物；所述的稳定剂掺量为改性沥青质量的0.2%～0.4%；
2）按级配准备好集料，加热至165~170℃并输送到拌合楼中；
3）将步骤1）中搅拌好的沥青混合物按混合料的配比泵送至拌合楼中，经搅拌混合制备成沥青混合料，在此过程温度也必须保持在165~170℃的范围内，拌合5分钟后，便得到该硅类天然矿物的断级配沥青混合料。
6.根据权利要求5所述的一种硅类天然矿物的断级配沥青混合料的配置方法，其特征在于所述的级配中的集料在分别经过筛孔为16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075毫米筛子筛分时，其通过质量百分比即级配比为100%、90%~100%、50%~75%、20%~34%、15%~26%、14%~24%、12%~20%、10%~16%、9%~15%和8%~12%。
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