CN105693144A - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于沥青技术领域，提供了一种改性沥青及其制备方法。所述改性沥青混合料，包括如下重量份数的下列组分：碎石集料100份；沥青4-10份；电气石1-5份；层状硅酸盐0-1份；铁矿粉0-5份；偶联剂0-0.1份。所述改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：按照上述改性沥青混合料的配方称取各组分；将沥青进行第一加热处理后，与电气石、铁矿粉、层状硅酸盐进行混合处理，得到第一混合物料；将碎石集料进行第二加热处理后进行预拌合；将所述第一混合物料所述碎石集料中一同拌合处理，拌合处理过程中喷洒偶联剂。

Description

一种改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青技术领域，尤其涉及一种改性沥青及其制备方法。

背景技术

目前我国城市道路路面结构基本为沥青路面，沥青路面具有表面平整无接缝、行车振动小、噪音低、开放交通快、养护简便的优点，适宜于路面分期修建。然而，由于普通的沥青混凝土路面在高温下吸收的热量几乎全部以显热方式储存，致使路面温度上升快且高温持续时间长，从而引发高温病害，如高温作用下引发城市“热岛效应”及沥青路面结构承载能力下降，车辙病害频发。如何开发利用新型降温材料，降低沥青混凝土路面的温度，从而提高路面的抗车辙能力，增加路面使用年限，缓解城市热岛效应是今后城市道路面临的可持续发展问题。

为缓解城市“热岛效应”，降低高温车辙病害，目前主要采取的技术措施为改变沥青路面结构的“被动”式、在路表面涂抹降温材料的“主动”式、提高沥青混合料高温稳定性等。大量工程实例表明以上措施虽然有一定成效，但仍然存在很多问题，比如：传统的、被动的提高沥青混合料使用性能的措施，虽然能够延长路面使用质量及使用寿命，降低路面温度，但降温效果有限；降温涂料成本高、耐久性差、重复利用率低、施工工艺复杂、污染环境及影响路面使用性能等，上述措施并不能从根本上解决城市热岛效应及高温车辙病害问题。因此，亟需研发一种新型的具有路面降温功能的沥青混凝土，来能够有效降低路面温度，提高路面的抗车辙能力，增加路面使用年限，缓解城市热岛效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有节能减排的改性沥青混合料，旨在解决现有技术存在的上述问题。

本发明的另一目的在于提供一种改性沥青混合料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种改性沥青混合料，包括如下重量份数的下列组分：

以及，一种改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述改性沥青混合料的配方称取各组分；

将沥青进行第一加热处理后，与电气石、铁矿粉、层状硅酸盐进行混合处理，得到第一混合物料；

将碎石集料进行第二加热处理后进行预拌合；

将所述第一混合物料所述碎石集料中一同拌合处理，拌合处理过程中喷洒偶联剂。

本发明提供的改性沥青混合料，具有非常显著的节能减排功能，不仅能有效降低拌和、摊铺过程中沥青烟以及废气的释放量，还能够有效降低路面温度，提高路面的抗车辙能力，增加路面使用年限，缓解城市热岛效应，同时具有良好的路用性能，具有很好的经济效益和社会效益，符合绿色生态和可持续发展的特点。将本发明的沥青混合料按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)相关规程分别进行高温抗车辙、低温抗裂以及水稳定性试验，试验结果表明本发明沥青混合料的动稳定度、破坏应变、残留稳定度和冻融劈裂残留强度比均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的相关规定。

本发明提供的改性沥青混合料的制备方法，操作简单易控，易于实现产业化。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种改性沥青混合料，包括如下重量份数的下列组分：

具体的，所述碎石集料和沥青均属于沥青混合料的基础成分，具备基本的路用性能。其中，所述沥青选用普通基质沥青。作为一个具体实施例，以所述碎石集料的重量份数为100份计，所述沥青的含量可为4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等具体重量份数。

本发明实施例中，所述电气石、层状硅酸盐、铁矿粉和偶联剂属于功能性成分。其中，所述电气石和层状硅酸盐的添加不仅使沥青混合料具备更优异的路用性能，而且能够提高混合料的减排率，达到节能减排之效，所述铁矿粉和偶联剂的添加是使得沥青混合料的全部成分能够混合均匀，各种成分之间能够结合的更加牢固，得到一个混合均匀的整体。

具体的，所述电气石具有压电性和热电性，能永久释放红外线和负离子，吸收尾气中有害气体并吸收温室气体CO₂。负离子粉主要有电气石粉、电气石负离子粉及蛋白石粉，电气石粉、电气石负离子粉是其中的两种，负离子粉不但具有恒久的空气负离子发生功能，而且因其热电性和压电性，还具有产生远红外线的功能，路面上的负离子对人体的中枢神经系统、血液循环系统及呼吸系统具有良好作用，还具有消除异味、杀菌消毒，清除汽车尾气中有毒有害气体的作用；与此同时，负离子粉辐射的远红外线波长在2-18um范围内，而适宜人体吸收的远红外线最佳波长为9.6um，因此，负离子粉还辐射的远红外线能够促进人体毛细血管扩张、增强血液循环、促进新陈代谢及增强淋巴循环，有利于减缓驾驶疲劳。作为优选实施例，所述电气石为电气石粉、电气石负离子粉中的至少一种。所述电气石粉和电气石负离子粉吸收能力更强，并且与其他组分混合得更加均匀。作为另一个优选实施例中，所述电气石的粒径的100-3000目，具体的，可优选100目、200目、325目、400目、600目、800目、1250目、2000目及3000目的负离子粉，上述目数的负离子粉颗粒微小，均匀分散于抗车辙剂时，负离子粉的总体外露表面积大，在外界作用于负离子粉表面时，容易产生负离子，采用这些目数的负离子粉有利于提高负离子的释放量。作为具体实施例，以所述碎石集料的重量份数为100份计，所述电气石的含量可为1份、2份、3份、4份、5份等具体重量份数。

常规硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称。本发明实施例中，所述层状硅酸盐矿物具平行于层的片状晶形和极完全的片状解理，硬度低，密度亦偏低。作为优选实施例，所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土、高岭土中的至少一种。其中，所述蒙脱石为膨润土的主要成分，膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，其中蒙脱石的百分含量在85-90％，膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的；所述硅藻土不含有害化学物质，除了具有不燃、隔音、防水、重量轻以及隔热等特点外，还有除湿、除臭、净化室内空气等作用，能够长时间消除异味和吸收、分解有害化学物质，是优良的环保型功能材料。作为具体实施例，以所述碎石集料的重量份数为100份计，所述层状硅酸盐矿物的含量可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份等具体重量份数。

本发明实施例所述沥青混合料中，所述铁矿粉具有良好的阻燃减排优势，可以减少沥青混合料生产过程中温室气体和有害气体的排放，并且在沥青混凝土AC、SMA等路面类型中均可以使用。作为具体实施例，以所述碎石集料的重量份数为100份计，所述铁矿粉的含量可为1份、2份、3份、4份、5份等具体重量份数。

作为优选实施例，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。作为具体实施例，以所述碎石集料的重量份数为100份计，所述偶联剂的含量可为0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份、0.1份等具体重量份数。

作为一个较佳实施例，所述改性沥青混合料，各组分的重量份数如下所示：

该优选的组分含量，可以更好地实现所述改性沥青混合料的性能。其中，可根据各组分的优选情况，形成多个新的实施例。

本发明实施例中，所述重量份数可以为克、两、斤、公斤、吨等重量计量单位。

本发明实施例提供的改性沥青混合料，具有非常显著的节能减排功能，不仅能有效降低拌和、摊铺过程中沥青烟以及废气的释放量，还能够有效降低路面温度，提高路面的抗车辙能力，增加路面使用年限，缓解城市热岛效应，同时具有良好的路用性能，具有很好的经济效益和社会效益，符合绿色生态和可持续发展的特点。将本发明实施例的沥青混合料按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)相关规程分别进行高温抗车辙、低温抗裂以及水稳定性试验，试验结果表明本发明沥青混合料的动稳定度、破坏应变、残留稳定度和冻融劈裂残留强度比均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的相关规定。

以及，本发明实施例还提供了一种改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

S01.按照上述改性沥青混合料的配方称取各组分；

S02.将沥青进行第一加热处理后，与电气石、铁矿粉、层状硅酸盐进行混合处理，得到第一混合物料；

S03.将碎石集料进行第二加热处理后进行预拌合；

S04.将所述第一混合物料所述碎石集料中一同拌合处理，拌合处理过程中喷洒偶联剂。

具体的，上述步骤S01中，所述改性沥青混合料的配方及其优选情况，如上述所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。

上述步骤S02中，所述沥青需在一定的温度下才呈熔融状态，因此，需要将加热后所得到的熔融状态的沥青才可以与其他组分混合均匀。所述第一加热处理的温度由所述沥青的软化点决定，由于工程用沥青软化点不能太低或太高，否则夏季融化，冬季脆裂且不易施工，因此作为优选实施例，所述第一加热处理为将所述沥青加热至140-160℃。

本发明具体实施例中，所述混合处理的方法可为：通过匀速搅拌10min，并采用高速剪切仪以1000-2000rpm的转速搅拌20-30min，得到混合均匀的第一混合物料。

上述步骤S03中，由于所述碎石集料的混匀与否影响着沥青混合料的整体的路用性能，因此，需要在较高的温度下将其与其他组分混合均匀，才能保证所得的沥青混合料具有节能减排效果，同时也具备优异的路用性能。作为优选实施例，所述第二加热处理为将所述碎石集料加热至170-200℃。所述预拌合可在拌合锅中进行，时间可为2-3min。

上述步骤S04中，将步骤S02中所述第一混合物料加入步骤S03中所述拌合锅内的碎石集料一同拌和2-3min，并在拌和过程中向拌和锅内喷洒所述偶联剂，得到具有节能减排功能的改性沥青混合料。

本发明实施例提供的改性沥青混合料的制备方法，操作简单易控，易于实现产业化。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青4kg，电气石1kg，层状硅酸盐100g，偶联剂20g，铁矿粉1kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石粉(其细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例的节能减排改性沥青混合料的制备方法包括以下步骤：

S11.按照上述改性沥青混合料的配方称取各组分；

S12.将沥青加热至140-160℃，再将电气石、铁矿粉和层状硅酸盐加入到加热后的沥青中匀速搅拌10min，并采用高速剪切仪以1000-2000rpm的转速搅拌20-30min，得到混合均匀的混合料；

S13.将碎石集料加热至170-200℃，再投入拌合锅中拌和2-3min；

S14.将步骤一中所述的混合料加入步骤二中所述拌合锅内的碎石集料一同拌和2-3min，并在拌和过程中向拌和锅内喷洒偶联剂，得到具有节能减排功能的改性沥青混合料。

实施例2

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青5kg，电气石2kg，层状硅酸盐150g，偶联剂30g，铁矿粉1kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉(其负离子释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为硅藻土；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种节能减排改性沥青混合料及其制备方法与实施例2基本相同，其不同之处在于：所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉(二者的质量比为1：1，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为硅藻土和蒙脱石(二者的质量比为1：1)；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

实施例4

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青6kg，电气石2kg，层状硅酸盐200g，偶联剂30g，铁矿粉1.5kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例5

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青6.5kg，电气石2.5kg，层状硅酸盐200g，偶联剂30g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例6

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青7kg，电气石3kg，层状硅酸盐250g，偶联剂35g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例7

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青5.5kg，电气石2.5kg，层状硅酸盐300g，偶联剂35g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例8

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青5kg，电气石2.5kg，层状硅酸盐200g，偶联剂30g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为硅烷酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

实施例9

一种具有节能减排功能的改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青4.5kg，电气石2.5kg，层状硅酸盐200g，偶联剂30g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述电气石为电气石负离子粉和电气石粉，(二者的质量比为1：1-2，其中电气石细度可以为100目、200目、325目、400目、800目或2000目等，电气石负离子粉的释放量为2000ions、4000ions、5000ions等)；所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土和高岭土中的至少两种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例节能减排改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。

对比实施例

一种改性沥青混合料，由以下原料制成：碎石集料100kg，沥青7kg，偶联剂35g，铁矿粉2.0kg；所述沥青为普通基质沥青；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例的改性沥青混合料的制备方法包括以下步骤：

S101.按照上述改性沥青混合料的配方称取各组分；

S102.将沥青加热至140-160℃，再将铁矿粉加入到加热后的沥青中匀速搅拌10min，并采用高速剪切仪以1000-2000rpm的转速搅拌20-30min，得到混合均匀的混合料；

S103.将碎石集料加热至170-200℃，再投入拌合锅中拌和2-3min；

S104.将步骤一中所述的混合料加入步骤二中所述拌合锅内的碎石集料一同拌和2-3min，并在拌和过程中向拌和锅内喷洒偶联剂，得到改性沥青混合料。

性能测试：

一、路用性能测试

对上述实施例1-9的具有节能减排改性沥青混合料与对比例沥青混合料按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)相关规程分别进行高温抗车辙、低温抗裂以及水稳定性试验。试验结果见下表1。

表1

从表1可以看出，本实施例的沥青混合料动稳定度、破坏应变、残留稳定度和冻融劈裂残留强度比均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的相关规定。

二、减排率测定

对本发明实施例1-9的具有节能减排改性沥青混合料与对比例沥青混合料的节能减排改性沥青混合料的沥青烟浓度进行测试，测试温度分别为160℃和180℃，并计算本发明的节能减排改性沥青混合料与普通基质沥青的沥青烟浓度相比的减排率，结果见表2。其中，减排率的计算方法为：

减排率＝(普通基质沥青混合料的沥青烟浓度-沥青混合料的沥青烟浓度)/普通基质沥青混合料的沥青烟浓度×100％

表2

综上所述，本发明实施例的沥青混合料具有非常显著的节能减排功能，能有效降低拌合与摊铺过程中产生的沥青烟以及废气的排放，还具有优良的路用性能，该沥青混合料的各项路用性能指标均符合规范要求，因此具有很好的经济效益和社会效益，符合绿色生态和可持续发展的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性沥青混合料，其特征在于，包括如下重量份数的下列组分：

2.如权利要求1所述的改性沥青混合料，其特征在于，各组分的重量份数如下所示：

3.如权利要求1或2所述的改性沥青混合料，其特征在于，所述电气石为电气石粉、电气石负离子粉中的至少一种。

4.如权利要求3所述的改性沥青混合料，其特征在于，所述电气石的粒径的100-3000目。

5.如权利要求1或2所述的改性沥青混合料，其特征在于，所述层状硅酸盐为蒙脱石、硅藻土、膨润土、高岭土中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的改性沥青混合料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

7.一种改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1-6任一所述改性沥青混合料的配方称取各组分；

将沥青进行第一加热处理后，与电气石、铁矿粉、层状硅酸盐进行混合处理，得到第一混合物料；

将碎石集料进行第二加热处理后进行预拌合；

将所述第一混合物料所述碎石集料中一同拌合处理，拌合处理过程中喷洒偶联剂。

8.如权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述第一加热处理为将所述沥青加热至140-160℃。

9.如权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述第二加热处理为将所述碎石集料加热至170-200℃。