CN103951324A - 一种可卷曲纤维沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可卷曲纤维沥青混合料及其制备方法，所述可卷曲纤维沥青混合料包括原料：改性剂、沥青、矿料、纤维，其中所述原料的重量份配比为：改性剂0.6-3.5、沥青4.5-11.5、矿料86-95、纤维0.005-0.02。其制备方法为：在搅拌条件下，将改性剂与预热的集料混合，搅拌均匀，接着加入液态石油沥青，搅拌均匀，然后加入纤维，搅拌均匀，最后加入矿粉，搅拌均匀，即得。本发明制备方法简单，制备的可卷曲纤维沥青混合料具有良好的抗变形、抗开裂、抗疲劳性和耐高温性，可以预制成沥青路面铺装层后成卷存放，现场铺装时如铺开地毯一样铺设安装，从而快速完成施工并迅速开放交通。
Description
技术领域
本发明属于本发明属于道路工程领域，具体涉及一种可卷曲纤维沥青混合料及其制备方法。
背景技术
钢桥面铺装除了要满足普通路面对沥青混凝土的基本要求之外，还应具有与正交异性钢桥桥面的结构特点和使用条件相适应的技术性能，具体包括以下性能：(1)足够的强度及合理的厚度；(2)优良的变形协调性；(3)层间粘结性能；4)高温稳定性和抗裂性能；(5)耐久性能；(6)抗滑性和平整性。
目前常用的钢桥面铺装的材料主要有浇注式沥青混合料、改性SMA混合料、环氧沥青混合料三种，其中，浇注式沥青混合料高温性能较差，在有坡度的桥面不宜施工；改性SMA混合料的变形协调性较差，在钢桥面上施工碾压时，由于钢板会产生振动而导致不宜压实；环氧沥青混合料施工时对环境要求极为苛刻，应用中常达不到预期效果。
在道路工程中，95％以上采用的是沥青路面，而沥青路面的使用寿命在15年左右，由于交通荷载等原因，通常在通车使用后的3～5年就需要进行修补。传统的公路维修方法是“开膛破肚”式维修，这种维修存在维修时间长、造价高的缺陷，并且严重影响道路交通，加重道路的堵塞，影响人们的出行及安全。
与传统沥青路面维修过程中的热拌、运输、碾压和冷却等过程相比，实现路面的快速罩面修复和迅速开放交通，缓解施工作业引起的交通堵塞，缩短道路封闭的时间，减少路面维修给周围环境和施工人员带来的不利影响，是今后科研机构集中研究的一个方向。
工厂预制―现场安装工法是土木结构施工技术的重要发展趋势。在路面工程领域，应用较多的是砌块路面技术，如采用预制水泥混凝土块、条石、块石和砖等铺设路面，而沥青路面的预制现场安装技术由于难度大，作为预制沥青路面的沥青混合料的研究国内外相关研究很少。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的技术难题，提供一种可卷曲纤维沥青混合料及其制备方法，该可卷曲纤维沥青混合料有良好的抗变形、抗疲劳性和耐高温性，通过可卷曲纤维沥青混合料预制柔性的可卷放的沥青路面铺装层，施工时则在现场如铺开地毯一样铺设安装，从而快速完成施工并迅速开放交通。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种可卷曲纤维沥青混合料，包括原料：改性剂、沥青、矿料、纤维，其中所述原料的重量份配比为：改性剂0.6-3.5、沥青4.5-11.5、矿料86-95、纤维0.005-0.02。
其中，所述改性剂包括热塑性弹性体和流动改性剂，所述热塑性弹性体和流动改性剂的重量份配比为28-70:30-72。
特别是，所述所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)，和乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体(EVA)、聚烯烃共聚物弹性体(PO)三种中任一的混合物。
尤其是，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯性体为线型聚合物。
尤其是，所述乙烯-辛烯共聚物弹性体，和乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体、聚烯烃弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体三种中任一的重量份配比为100：18-45。
其中，所述流动改性剂包括树脂、蜡和软化剂，所述树脂、蜡和软化剂的重量份配比为25-55:4-12:8-30。
特别是，所述树脂为碳五石油树脂或碳九石油树脂，优选为碳九石油树脂；所述软化剂为环烷油、抽余油、橡胶油、桐油、蓖麻油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻油、葵花籽油、棕榈油中的一种或多种。
其中，所述沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级沥青。
其中，所述矿料由集料和矿粉组成。
特别是，所述集料包括粗集料和细集料。
其中，所述粗集料为玄武岩或灰绿岩，由4.75-16mm粒径级配组成；所述细集料为石灰岩，由0-2.36粒径级配组成；所述矿粉为石灰岩矿粉。
其中，根据矿料的最大公称粒径不同，矿料的级配如下：
公称最大粒径为4.75mm的矿料级配表
| 筛孔(mm) | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 75～100 | 40～58 | 34～54 | 20～42 | 13～27 | 6～18 | 5～11 |
公称最大粒径为9.5mm的矿料级配表
| 筛孔(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 90～100 | 28～75 | 20～58 | 14～44 | 12～32 | 9～23 | 6～16 | 4～13 |
公称最大粒径为13.2mm的矿料级配表
| 筛孔(mm) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 90～100 | 50～85 | 20～68 | 15～50 | 14～38 | 10～28 | 7～20 | 5～15 | 4～12 |
其中，所述纤维为聚酯纤维、木质素纤维或玄武岩纤维中的一种或多种。
特别是，所述纤维为聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的混合物，其中，所述聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维的重量份配比为：10-45：20-55：0-35。
本发明另一方面提供一种可卷曲纤维沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
1)在搅拌条件下，将改性剂与预热的集料混合，搅拌均匀，制成第一混合物料；
2)向第一混合物料中加入液态沥青，搅拌均匀，制成第二混合物料；
3)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制成第三混合物料；
4)向第三混合物料中加入矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，步骤1)搅拌的温度为160-210℃，搅拌时间为20-60s；步骤2)-4)搅拌的温度为160-210℃，搅拌时间为20-90s。
本发明方法具有如下优点：
1、本发明的可卷曲纤维沥青混合料具有良好的抗变形性、抗疲劳性、耐高温性，其中，最大荷载量可以达到4194N，动稳定度高达5116次/mm。
2、本发明制备的可卷曲纤维沥青混合料在保证沥青混合料基本路用性能的前提下，改善其弯曲性能，使其可以卷曲成卷，从而可以预制成柔性的可卷曲存放的沥青混凝土路面铺装层，既为沥青混合料现场安装技术提供了可操作性，又可提供较现场施工更为可靠的质量保障。
3、采用本发明的纤维沥青混合料预制成铺装层后，可以成卷存放，铺装时像铺开地毯一样铺设安装，大大节省施工时间，铺装后不需要长时间养护，可以迅速开放交通，缓解施工作业引起的交通堵塞，减少路面铺装给周围环境和施工人员带来的不利影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1制备改性剂
1)按如下重量配比备料：
SBS 55 POE 11 C9石油树脂 26.2
沙索蜡 4.2 橡胶油 8.6
2)将上述原料混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼，然后挤出造粒，得到粒径＜3mm的颗粒物，即为改性剂。
其中，所述熔融温度为120-160℃。
本实施例中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物弹性体选择岳阳石化的SBS1301；乙烯-辛烯共聚物弹性体选择美国杜邦POE7467；树脂选择兰州石化的碳九石油树脂；蜡选择选择广州市旺高化工有限公司的工业级沙索蜡；软化剂选择克拉玛依炼油厂的K6H环烷基橡胶油。
实施例2制备改性剂
1)按如下重量配比备料：
SBS 35 EVA 15 C5石油树脂32.8
蜡 9.4 还烷油 13.8
2)将上述原料混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼，然后挤出造粒，得到粒径＜3mm的颗粒物，即为改性剂。
其中，所述熔融温度为120-160℃。
实施例3制备改性剂
1)按如下重量配比备料：
SBS 47 PO 12.5 C5石油树脂 39.6
蜡 7 蓖麻油 13.92)将上述原料混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼，然后挤出造粒，得到粒径＜3mm的颗粒物，即为改性剂。
其中，所述熔融温度为120-160℃。
实施例4制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 1.842 矿料 92
液态石油沥青6.15 纤维0.008
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂；所述矿料的粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为9.5，级配如下：
| 筛孔(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 92 | 56 | 34 | 23 | 19 | 13 | 9 | 6 |
所述纤维选择聚酯纤维。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至170℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为50s。
3)向第一混合物料中加入加热至165℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为70s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为80s。
5)向第三混合物料中加入加热至170℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为65s。
实施例5制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 1.24 矿料 90
液态石油沥青 8.75 纤维 0.01
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂；所述矿料的粗集料为辉绿岩，细集料为石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为4.75，级配如下：
| 筛孔(mm) | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 76 | 48 | 50 | 38 | 25 | 15 | 10 |
所述纤维选择木质素纤维。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至175℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为45s。
3)向第一混合物料中加入加热至175℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为80s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为80s。
5)向第三混合物料中加入加热至175℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为75s。
实施例6制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 1.794 矿料 88
液态石油沥青 10.2 纤维 0.006
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂；所述矿料的粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2，级配如下：
| 筛孔(mm) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 95 | 76.5 | 53 | 37 | 26.5 | 19 | 14 | 10 | 6 |
所述纤维选择玄武岩纤维。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至180℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为60s。
3)向第一混合物料中加入加热至175℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为90s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为90s。
5)向第三混合物料中加入加热至180℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为80s。
实施例7制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 3.288 矿料 89
液态石油沥青 7.7 纤维 0.012
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂，所述矿料与实施例4相同：所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的混合物，其中，所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的重量份配比为10:55:35。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至185℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为50s。
3)向第一混合物料中加入加热至165℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为60s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为60s。
5)向第三混合物料中加入加热至185℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为60s。
实施例8制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 2.785 矿料91
液态石油沥青 6.2 纤维0.015
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂，所述矿料与实施例4相同：所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的混合物，其中，所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的重量份配比为45:20:30。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至160℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为60s。
3)向第一混合物料中加入加热至160℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为90s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为90s。
5)向第三混合物料中加入加热至160℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为90s。
实施例9制备可卷曲纤维沥青混合料
1)按照如下重量配比备料：
改性剂 0.692 矿料 93
液态石油沥青6.3 纤维 0.008
其中，所述改性剂为实施例1制备的改性剂，所述矿料与实施例4相同：所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的混合物，其中，所述纤维选择聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的重量份配比为20:35:0.1。
2)在搅拌条件下，将改性剂与加热至210℃的集料混合，搅拌均匀，制得第一混合物料；
其中，搅拌时间为20s。
3)向第一混合物料中加入加热至210℃的液态石油沥青，搅拌均匀，制得第二混合物料；
其中，搅拌时间为20s。
4)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制得第三混合物料；
其中，搅拌时间为20s。
5)向第三混合物料中加入加热至210℃的矿粉，搅拌均匀，即得。
其中，搅拌时间为20s。
试验例1小梁弯曲性能测试
将道路工程中常用的70#基质沥青混合料和本发明实施例4-7制备的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的《T0715-2011沥青混合料弯曲试验》的方法制备成试件，进行小梁弯曲性能测试，测试结果见表1。
表1小梁弯曲性能测试结果
| 编号 | 最大荷载/N | 跨中扰度/mm |
| 70#基质沥青混合料 | 1643 | 1.7 |
| 实例4混合料 | 2721 | 6.9 |
| 实例5混合料 | 3371 | 7.4 |
| 实例6混合料 | 4194 | 9.2 |
| 实例7混合料 | 3946 | 8.6 |
| 实例8混合料 | 2933 | 7.1 |
| 实例9混合料 | 2436 | 6.6 |
试验例2沥青混合料车辙试验
将道路工程中常用的70#基质沥青混合料和本发明实施例4-7制备的沥青混合料按照按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的《T0719-2011沥青混合料车辙试验》的方法制备成试件，进行沥青混合料车辙试验，测试结果见表2。
表2沥青混合料车辙试验结果
| 编号 | 动稳定度(次/mm) |
| 70#基质沥青混合料 | 1696 |
| 实例4混合料 | 4769 |
| 实例5混合料 | 3462 |
| 实例6混合料 | 2573 |
| 实例7混合料 | 2849 |
| 实例8混合料 | 3971 |
| 实例9混合料 | 5116 |
试验例3马歇尔性能测试
将道路工程中常用的70#基质沥青混合料和本发明实施例4-7制备的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的《T0709-2011沥青混合料马歇尔稳定度试验》的方法制备成马歇尔试件，将试件在160℃下成型，接着在150℃下养护2h后，进行马歇尔性能测试，测试结果见表3。
表3马歇尔性能测试结果
| 编号 | 空隙率/％ | 稳定度/kN | 流值/0.1mm |
| 70#基质沥青混合料 | 2.3 | 8.4 | 43 |
| 实例4混合料 | 2.8 | 18.3 | 32 |
| 实例5混合料 | 1.9 | 16.1 | 41 |
| 实例6混合料 | 1.6 | 15.6 | 49 |
| 实例7混合料 | 1.8 | 16.6 | 42 |
| 实例8混合料 | 2.1 | 17.3 | 38 |
| 实例9混合料 | 2.8 | 19.2 | 31 |
表1-3的测定结果表明：与70#基质沥青混合料相比，本发明制备的可卷曲纤维沥青混合料的性能显著提高：最大荷载可以达到4194N；动稳定度达到5116次/mm；马歇尔稳定度达到19.2kN。本发明制备的可卷曲纤维沥青混合料具有良好的抗疲劳性、耐高温性、抗变形性。
Claims (10)
1.一种可卷曲纤维沥青混合料，其特征在于，包括原料：改性剂、沥青、矿料、纤维，其中所述原料的重量份配比为：改性剂0.6-3.5、沥青4.5-11.5、矿料86-95、纤维0.005-0.02。
2.如权利要求1所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述改性剂包括热塑性弹性体和流动改性剂，其中，所述热塑性弹性体和流动改性剂的重量之比为28-70:30-72。
3.如权利要求2所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体，和乙烯-辛烯共聚物弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体、聚烯烃共聚物弹性体三种中任一的混合物。
4.如权利要求2所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述流动改性剂包括树脂、蜡、软化剂，所述树脂、蜡、软化剂的重量份配比为25-55:4-12:8-30。
5.如权利要求4所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述树脂为碳五石油树脂或碳九石油树脂；所述软化剂为环烷油、抽余油、橡胶油、桐油、蓖麻油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻油、葵花籽油、棕榈油中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述矿料由集料和矿粉组成，
其中，所述集料包括粗集料和细集料；
其中，所述粗集料为玄武岩或灰绿岩；所述细集料为石灰岩；所述矿粉为石灰岩矿粉。
7.如权利要求1所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述纤维为聚酯纤维、木质素纤维或玄武岩纤维中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的纤维沥青混合料，其特征在于，所述纤维为聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维的混合物，其中，所述聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维的重量份配比为：10-45：20-55：0-35。
9.一种制备如权利要求1所述的纤维沥青混合料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在搅拌条件下，将改性剂与预热的集料混合，搅拌均匀，制成第一混合物料；
2)向第一混合物料中加入液态沥青，搅拌均匀，制成第二混合物料；
3)向第二混合物料中加入纤维，搅拌均匀，制成第三混合物料；
4)向第三混合物料中加入矿粉，搅拌均匀，即得。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤1)搅拌的温度为160-210℃，搅拌时间为20-60s；步骤2)-4)搅拌的温度为160-210℃，搅拌时间为20-90s。
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| CN201410164659.0A CN103951324A (zh) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | 一种可卷曲纤维沥青混合料及其制备方法 |
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