CN106380100A - 一种乳化沥青快硬剂、路用乳化沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种乳化沥青快硬剂、路用乳化沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乳化沥青混合料快硬剂，以重量百分比计，本发明包括以下组分：硫铝酸盐矿物48.15%~69.10%，二水石膏8.50%~12.20%，氧化硅纳米粉0.1%~0.4%，氧化铝纳米粉0.1%~0.4%，硫酸铝2.27%~3.25%，矿粉15.25%~40.28%。本发明还公开了一种路用乳化沥青混合料。本发明的路用乳化沥青混合料凝结硬化快、早期强度高，与掺由同配比的硅酸盐水泥、二水石膏、氧化硅纳米粉、氧化铝纳米粉、硫酸铝、矿粉制成的快硬剂的乳化沥青混合料在4h，1d，3d常温马歇尔强度分别提高200%、70%、10%。添加该快硬剂的乳化沥青混合料能用于路面快速修复。

Description

一种乳化沥青快硬剂、路用乳化沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种乳化沥青混合料快硬剂、路用乳化沥青混合料及其制备方法。
背景技术
乳化沥青混合料作为一种新兴的路面修补材料，能够减少能源消耗和环境污染，并且改善路面施工条件，但存在路面硬化慢且硬化强度不高的缺点。现阶段乳化沥青混合料路面从铺设至开放交通一般需要几周时间，路面硬化慢成为乳化沥青混合料在路面应用中的瓶颈。
目前，促进乳化沥青混合料早期硬化的最有效途径是掺加水泥固化剂。目前有研究水泥含量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响，发现添加水泥能提高混合料强度，但是随着水泥掺量増加，疲劳性能下降，低温抗裂性能呈先增加后降低的特征；也有人认为“四步”成型工艺是密级配水泥乳化沥青混合料的最佳成型方式，即先将粗细集料和乳化沥青拌合，再加入水泥和矿粉，然后加入水并拌合均匀，最后成型；更有人研究了水泥乳化沥青混合料的空隙特征，发现水泥掺量过大时，空隙率増大，混合料的拌合性下降；也有人研究了水泥、消石灰和矿渣粉3种外加材料对乳化沥青再生混合料路用性能的影响，表明水泥对其性能改善效果最佳。虽然国内外学者对常温沥青混合料的研究做了大量工作，但其硬化速度慢的缺点仍未完全克服，促进乳化沥青混合料快速硬化的课题仍然是研究的热点。
在路用乳化沥青混合料中，通过加入自制的乳化沥青快硬剂，使其达到凝结硬化快、早期强度高的目的，充分发挥其使用效果。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明所要解决的第一个技术问题是提供了一种乳化沥青混合料快硬剂。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供了一种乳化沥青混合料。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供了一种乳化沥青混合料快硬剂和乳化沥青混合料的制备方法。
为达上述目的，本发明采取了如下的技术方案：
一种乳化沥青混合料快硬剂，以重量百分比计，包括以下组分：硫铝酸盐矿物48.15％～69.10％，二水石膏8.50％～12.20％，纳米氧化硅0.1％～0.4％，纳米氧化铝0.1％～0.4％，硫酸铝2.27％～3.25％，矿粉15.25％～40.28％。
其中，上述硫铝酸盐矿物为实验室自制产品。以重量百分比计，所述硫铝酸盐矿物化学组成包括CaO30％～48％、Al2O335％～40％、SO310％～15％、SiO26％～10％、Fe2O31％～5％。将上述组分在1350℃～1400℃高温煅烧4小时，冷却后，研磨成比表面积为300m2/kg左右的粉末即为硫铝酸盐矿物。
其中，上述纳米氧化硅为市售纳米产品。粒径范围10nm～100nm，平均粒径50nm。
其中，上述纳米氧化铝为市售纳米产品。粒径范围30nm～150nm，平均粒径70nm。
其中，上述硫酸铝为市售市售工业硫酸铝。纯度≥95.0％。
其中，上述矿粉为市售钢厂炼钢副产物高炉矿渣磨细产品。S95及以上级别，技术指标均满足JIS A6206—1997《混凝土用基本粒径高炉矿渣》标准。
一种路用乳化沥青混合料，以重量百分比计，包括以下组分：集料84％～90％，阳离子乳化沥青3％～5.68％，快硬剂4％～6％，水3％～5.05％。
其中，上述集料有粗集料和细集料；所述集料为石灰岩碎石。技术指标均符合JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》的技术要求。
其中，上述乳化沥青为阳离子乳化沥青。各项指标均符合JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。
其中，上述水为自来水。
以上技术方案中，所述的乳化沥青混合料快硬剂和乳化沥青混合料的制备方法为：
1)按照上述的重量百分比称取硫铝酸盐矿物、二水石膏、氧化硅纳米粉、氧化铝纳米粉、硫酸铝和矿粉在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂，取出备用；
2)按照上述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌30～60s得到混合均匀的集料；
3)按照上述的重量百分比称取乳化沥青倒入步骤2)混合均匀的集料中，搅拌30～60s得到混合均匀的混合料；
4)按照上述的重量百分比称取步骤1)备好的乳化沥青快硬剂倒入步骤3)混合均匀的混合料中，搅拌150～180s得到混合均匀的乳化沥青混合料；
5)按照上述的重量百分比称取水倒入步骤4)混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌30～60s得到混合均匀的路用乳化沥青混合料。
本发明的路用乳化沥青混合料凝结硬化快、早期强度高，与掺由同配比的硅酸盐水泥、二水石膏、氧化硅纳米粉、氧化铝纳米粉、硫酸铝、矿粉制成的快硬剂的乳化沥青混合料在4h，1d，3d常温马歇尔强度分别提高200％、70％、10％。添加该快硬剂的乳化沥青混合料能用于路面快速修复。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明实施例中的纳米氧化硅为市售产品。粒径范围10nm～100nm，平均粒径50nm。纳米氧化铝为市售纳产品。粒径范围30nm～150nm，平均粒径70nm。
硫酸铝为市售市售工业硫酸铝。纯度≥95.0％。
矿粉为市售钢厂炼钢副产物高炉矿渣磨细产品。S95及以上级别，技术指标均满足JIS A6206—1997《混凝土用基本粒径高炉矿渣》标准。
集料有粗集料和细集料；集料为石灰岩碎石。技术指标均符合JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》的技术要求。
乳化沥青为阳离子乳化沥青。各项指标均符合JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。水为自来水。
实施例1
1、硫铝酸盐矿物的制备：
按重量百分比计，将48％的CaO、35％的Al2O3、10％的SO3、6％的SiO2、1％的Fe2O3在1400℃高温煅烧4小时，冷却后，研磨成比表面积为300m2/kg左右的粉末即为硫铝酸盐矿物。
2、乳化沥青快硬剂的制备
按重量百分比计，将48.15％的硫铝酸盐矿物，8.50％的二水石膏，0.4％的纳米氧化硅，0.4％的纳米氧化铝，2.27％的硫酸铝，40.28％的矿粉在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂。
3、路用乳化沥青混合料的制备
一种路用乳化沥青混合料，以重量百分比计，由以下组分制成：集料87.34％，乳化沥青3.49％，上述乳化沥青快硬剂5.68％，水3.49％。
该路用乳化沥青混合料的制备方法为：
1)按照上述的重量百分比称取硫铝酸盐矿物、二水石膏、纳米氧化硅、纳米氧化铝粉、硫酸铝和矿粉在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂，取出备用；
2)按照上述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌30s得到混合均匀的集料；
3)按照上述的重量百分比称取乳化沥青倒入步骤2)混合均匀的集料中，搅拌30s得到混合均匀的混合料；
4)按照上述的重量百分比称取步骤1)备好的乳化沥青快硬剂倒入步骤3)混合均匀的混合料中，搅拌150s得到混合均匀的乳化沥青混合料。
5)按照上述的重量百分比称取水倒入步骤4)混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌30～60s得到混合均匀的路用乳化沥青混合料。
经过试验测试，该路用乳化沥青混合料4h常温马歇尔稳定度分别为11.67kN；1d常温马歇尔稳定度分别为22.73kN；3d常温马歇尔稳定度分别为29.09kN；早期即具有较高的力学性能，流值与毛体积密度也在正常范围内。
实施例2
1、硫铝酸盐矿物的制备：
按重量百分比计，将CaO30％、Al2O340％、SO315％、SiO210％、Fe2O35％；在1350℃高温煅烧4小时，冷却后，研磨成比表面积为300m2/kg左右的粉末即为硫铝酸盐矿物。
2、乳化沥青快硬剂的制备
按重量百分比计，硫铝酸盐矿物55.19％，二水石膏9.74％，氧化硅纳米粉0.3％，氧化铝纳米粉0.3％，硫酸铝2.60％，矿粉31.87％；按照该重量百分比称取硫铝酸盐矿物、二水石膏、纳米氧化硅、纳米氧化铝粉、硫酸铝和矿粉在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂。
3、路用乳化沥青混合料的制备
一种路用乳化沥青混合料，以重量百分比计，由以下组分制成：集料84.22％，乳化沥青5.05％，乳化沥青快硬剂5.68％，水5.05％。
该路用乳化沥青混合料的制备方法为：按照上述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌60s得到混合均匀的集料；按照上述的重量百分比称取乳化沥青倒入混合均匀的集料中，搅拌60s得到混合均匀的混合料；按照上述的重量百分比称取乳化沥青快硬剂倒入混合均匀的混合料中，搅拌180s得到混合均匀的乳化沥青混合料；按照上述的重量百分比称取水倒入混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌60s得到混合均匀的路用乳化沥青混合料。
经过试验测试，该路用乳化沥青混合料4h常温马歇尔稳定度分别为14.83kN；1d常温马歇尔稳定度分别为22.68kN；3d常温马歇尔稳定度分别为26.67kN；早期即具有较高的力学性能，流值与毛体积密度也在正常范围内。
实施例3
1、硫铝酸盐矿物的制备：
按重量百分比计，将CaO39％、Al2O337.5％、SO312.5％、SiO28％、Fe2O33％；在1400℃高温煅烧4小时，冷却后，研磨成比表面积为300m2/kg左右的粉末即为硫铝酸盐矿物。
2、乳化沥青快硬剂的制备
按重量百分比计，将硫铝酸盐矿物62.18％，二水石膏10.97％，氧化硅纳米粉0.2％，氧化铝纳米粉0.2％，硫酸铝2.93％，矿粉23.52％；按照该重量百分比称取硫铝酸盐矿物、二水石膏、纳米氧化硅、纳米氧化铝粉、硫酸铝和矿粉在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂。
3、路用乳化沥青混合料的制备
一种路用乳化沥青混合料，以重量百分比计，由以下组分制成：集料85.34％，乳化沥青5.68％，乳化沥青快硬剂3.93％，水5.05％。
路用乳化沥青混合料的制备方法为：按照上述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌45s得到混合均匀的集料；按照上述的重量百分比称取乳化沥青倒入混合均匀的集料中，搅拌45s得到混合均匀的混合料；按照上述的重量百分比称取乳化沥青快硬剂倒入混合均匀的混合料中，搅拌165s得到混合均匀的乳化沥青混合料；按照上述的重量百分比称取水倒入混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌45s得到混合均匀的路用乳化沥青混合料。
经过试验测试，该路用乳化沥青混合料4h常温马歇尔稳定度分别为15.37kN；1d常温马歇尔稳定度分别为21.14kN；3d常温马歇尔稳定度分别为21.24kN；早期即具有较高的力学性能，流值与毛体积密度也在正常范围内。
实施例4
1、路用乳化沥青混合料快硬剂的制备
按重量百分比计，将实施例1制备的硫铝酸盐矿物69.10％，二水石膏12.20％，纳米氧化硅0.1％，纳米氧化铝0.1％，硫酸铝3.25％，矿粉15.25％在小磨中混合0.5小时得到乳化沥青快硬剂。
2、路用乳化沥青混合料的制备
一种路用乳化沥青混合料，以重量百分比计，由以下组分制成：集料86.65％，乳化沥青4.27％，路用乳化沥青混合料快硬剂4.81％，水4.27％。
该路用乳化沥青混合料的制备方法为：按照上述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌50s得到混合均匀的集料；按照上述的重量百分比称取乳化沥青倒入混合均匀的集料中，搅拌55s得到混合均匀的混合料；按照上述的重量百分比称取备好的乳化沥青快硬剂倒入混合均匀的混合料中，搅拌160s得到混合均匀的乳化沥青混合料；按照上述的重量百分比称取水倒入混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌45s得到混合均匀的路用乳化沥青混合料。
经过试验测试，该路用乳化沥青混合料4h常温马歇尔稳定度分别为16.12kN；1d常温马歇尔稳定度分别为22.76kN；3d常温马歇尔稳定度分别为26.83kN；早期即具有较高的力学性能，流值与毛体积密度也在正常范围内。
上述的实施例1～4与掺由同配比的硅酸盐水泥、氧化硅纳米粉、氧化铝纳米粉、硫酸铝、矿粉制成的快硬剂的乳化沥青混合料在4h，1d，3d常温马歇尔强度分别提高200％、70％、10％。
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 (10)

1.一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，以重量百分比计，包括以下组分：硫铝酸盐矿物48.15%~69.10%，二水石膏8.50%~12.20%，纳米氧化硅0.1%~0.4%，纳米氧化铝0.1%~0.4%，硫酸铝2.27%~3.25%，矿粉15.25%~40.28%。
2.根据权利要求1所述的一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，以重量百分比计，所述硫铝酸盐矿物化学组成包括CaO30%~48%、Al2O335%~40%、SO310%~15%、SiO26%~10%、Fe2O31%~5%。
3.根据权利要求1所述的一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，所述二水石膏为市售产品，二级及以上品位。
4.根据权利要求1所述的一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，所述纳米氧化硅为市售产品，粒径范围10nm~100nm；所述纳米氧化铝为市售产品，粒径范围30nm~150nm。
5.根据权利要求1所述的一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，所述硫酸铝为市售工业硫酸铝，纯度≥95.0%。
6.根据权利要求1所述的一种乳化沥青混合料快硬剂，其特征在于，所述矿粉为市售高炉矿渣磨细产品，S95及以上级别。
7.权利要求1～6任一项所述的一种乳化沥青混合料快硬剂在制备路用乳化沥青混合料中的应用。
8.根据权利要求7所述的一种路用乳化沥青混合料，其特征在于，该路用乳化沥青混合料按照重量百分比计，由以下组分制成：集料84%~90%，阳离子乳化沥青3%~5.68%，乳化沥青混合料快硬剂4%~6%，水3%~5.05%。
9.根据权利要求8 所述的一种路用乳化沥青混合料，其特征在于，所述集料为石灰岩碎石，所述乳化沥青为市售阳离子乳化沥青。
10.权利要求8所述的一种路用乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照权利要求1所述的重量百分比称取硫铝酸盐矿物、二水石膏、纳米氧化硅、纳米氧化铝、硫酸铝和矿粉在小磨中混合0.5小时得到权利要求1所述的乳化沥青快硬剂，取出备用；
2）按照权利要求8所述的重量百分比称取集料倒入搅拌锅中，搅拌30~60s得到混合均匀的集料；
3）按照权利要求8所述的重量百分比称取乳化沥青倒入步骤2）混合均匀的集料中，搅拌30~60s得到混合均匀的混合料；
4）按照权利要求8所述的重量百分比称取步骤1）备好的乳化沥青快硬剂倒入步骤3）混合均匀的混合料中，搅拌150~180s得到混合均匀的乳化沥青混合料；
5）按照权利要求8所述的重量百分比称取水倒入步骤4）混合均匀的乳化沥青混合料中，搅拌30~60s得到路用乳化沥青混合料。
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