CN106866035A - 一种改性彩色沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性彩色沥青混凝土，是由矿料、部分替代矿料的无机颜料、浅色胶结料、偶联剂组成，其中所述矿料的集料表面有通过喷洒偶联剂溶液形成的偶联层；所述改性彩色沥青混凝土中以重量份计，矿料100份，浅色胶结料3～7份，偶联剂0.01～0.05份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为2～5份。本发明的改性彩色沥青混凝土制备时首先利用偶联剂对集料表面进行改性形成偶联层，然后加热条件下加入浅色胶结料和替代部分矿料的无机颜料混合搅拌制得。实验证实，本发明的改性彩色沥青混凝土的高温稳定性、水稳性和低温性能明显改善，可进一步拓展彩色沥青的应用范围。

Description

一种改性彩色沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性彩色沥青混凝土及其制备方法，属于道路材料技术领域。

背景技术

彩色沥青路面是指将浅色胶结料、集料、颜料和添加剂在特定温度下拌合，再经过摊铺、碾压形成具有一定强度和使用功能的路面。彩色沥青路面具有与周围环境相协调、美化城市、缓解驾驶疲劳、促进行车安全、降低路面噪音、缓解“热岛效应”等优点。采用现代石油化工产品，可人工制备与石油沥青相当的彩色沥青胶结料，通过添加某种颜料，使其呈现某种色彩。

彩色沥青胶结料主要由聚合物、树脂、软化剂和其他外加剂混合制备而成，力学性能与流变性能与普通道路石油沥青接近。对普通石油沥青路面而言，沥青与集料的相容性差是影响路面质量的关键因素之一，目前改善沥青与集料粘附性主要采用消石灰或生石灰粉为填料、沥青中掺加抗剥落剂或改性剂以及将粗集料用石灰浆处理后使用等方法。彩色沥青路面在使用过程中，因胶结料与集料的相容性差，导致粘结力不足而造成的水损害和使用性能方面的问题同样存在，目前国内该方面的研究报道较少。专利申请CN105906233A公开了一种高性能彩色透水沥青混凝土及其制备方法，它由符合级配要求的矿料、无色胶结材料和颜料混合制成，其中无色胶结材料由基础油、石油树脂、聚合物和偶联剂按一定比例混合后制成。专利申请CN103980722A公开了一种提高彩色沥青路面色彩稳定性的方法，在彩色沥青胶结料中加入一定比例的偶联剂，以提高彩色沥青路面色彩稳定性。专利申请CN103265922A公开了一种冷施工彩色树脂混凝土的胶结材料，由作为基材的复合环氧树脂及增韧剂、偶联剂和抗老化剂改性而成。上述报道涉及将偶联剂作为增强组分对彩色沥青胶结料进行改性，即通过在胶结料中添加偶联剂提高彩色沥青路面的性能或实现彩色沥青路面的功能化。虽然偶联剂有改善彩色沥青胶结料与集料相容性的效果，但一方面由于偶联剂在胶结料中的含量较低(以重量比计，为胶结料的1％左右)，与集料拌合后偶联剂在混凝土中的含量更低(以重量比计，为混合料的0.05％左右)，另一方面由于胶结料对偶联剂的“包埋”作用，因此利用在胶结料中掺加偶联剂的方法改善胶结料与集料的界面性能很难达到预期效果。如何充分发挥偶联剂作用，提高彩色沥青胶结料与集料的相容性，对于获得高性能彩色沥青混凝土具有现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改性彩色沥青混凝土及其制备方法。

本发明所述的改性彩色沥青混凝土，由矿料、部分替代矿料的无机颜料、浅色胶结料、偶联剂组成，其特征在于：所述矿料的集料表面有通过喷洒偶联剂溶液形成的偶联层，其中所述偶联剂为硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或几种，所述矿料级配类型为AC-13型，所述浅色胶结料的组成为糠醛抽出油、石油树脂和聚合物添加剂，由熔融混合搅拌法制得，其中糠醛抽出油、石油树脂与聚合物添加剂之间的重量份配比为40-50:40-50:5-20；所述改性彩色沥青混凝土中以重量份计，矿料100份，浅色胶结料3～7份，偶联剂0.01～0.05份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为2～5份。

上述的改性彩色沥青混凝土中：以重量份计，优选的实施方式是：矿料100份，浅色胶结料4～6份，偶联剂0.02～0.04份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为2.5～4份。

上述的改性彩色沥青混凝土中：以重量份计，最优选的实施方式是：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为3～3.5份。

本发明所述改性彩色沥青混凝土的制备方法，步骤是：

(1)以体积比计，按乙醇与水的比例为7:3制备醇水混合溶液，将偶联剂溶于醇水混合溶液中，配成0.5wt％～1wt％的偶联剂溶液，搅拌水解1～2小时；

(2)在常温下，将偶联剂溶液喷洒于矿料的集料表面，并将其混合搅拌均匀；

(3)将步骤(2)得到的集料加热到170～180℃，搅拌60±10s后将预热到160～180℃的浅色胶结料加入其中再拌合90±10s；

(4)以100重量份的矿料计，取矿料用量2～5份的无机颜料替代相应重量的矿料，并将其与1～2份普通矿粉混合拌匀后加入步骤(3)制得的混合物中，搅拌90±10s，即得到改性彩色沥青混凝土。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、在偶联剂使用上，改变将偶联剂添加到胶结料中的传统做法，首先利用偶联剂对集料表面进行改性，通过在石料表面形成偶联层，进一步改善胶结料与集料的相容性。

2、偶联层改善了石料表面特性，增强了油石界面的粘结力，有利于提高彩色沥青混合料的高温稳定性和低温性能稳定性。

3、偶联层的存在，使得水分难以浸入沥青与石料的界面，有利于提高彩色沥青混合料的水稳性。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步理解本发明，但下述实施例并不是对本发明保护内容的限定。

实施例1：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份(单位：千克)的原料制成：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)，所述浅色胶结料的组成为糠醛抽出油、石油树脂和聚合物添加剂，由熔融混合搅拌法制得，其中糠醛抽出油、石油树脂与聚合物添加剂之间的重量份(单位：千克)配比为45:45:15。

部分替代矿料的无机颜料选红色氧化铁颜料，其用量是：以100重量份的矿料计，红色氧化铁颜料替代矿料的量为3份。具体操作是：以红色氧化铁颜料替代相应重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

表1AC-13型级配组成

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)以体积比计，按乙醇与水的比例为7:3制备醇水混合溶液，将偶联剂KH550溶于醇水混合溶液中，配成1wt％的KH550溶液，搅拌水解1小时；

(2)在常温下，将KH550溶液喷洒于矿料的集料表面，并将其混合搅拌均匀；

(3)将步骤(2)得到的集料加热到170～180℃，搅拌60s后将预热到160～180℃的浅色胶结料加入其中再拌合90s；

(4)以100重量份的矿料计，取矿料用量3份的红色氧化铁颜料替代相应重量的矿料，并将红色氧化铁颜料与1份普通矿粉混合拌匀后加入步骤(3)制得的混合物中，搅拌90s，即得到改性彩色沥青混凝土。

实施例2：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为2.5份、普通矿粉1.5份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法同实施例1。

实施例3：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料4.5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法同实施例1。

实施例4：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料4.5份，偶联剂0.02份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法同实施例1。

实施例5：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料4.5份，偶联剂0.02份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以黄色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法同实施例1。

实施例6：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料4.5份，偶联剂0.02份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法同实施例1。

实施例7：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法，除步骤(1)中以重量比计，乙醇与水的比例为8:2外，其他步骤同实施例1。

实施例8：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法，除步骤(1)中配成0.5wt％的KH550溶液外，其他步骤同实施例1。

实施例9：

本实施例改性彩色沥青混凝土由以下重量份的原料制成：矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述矿料的级配类型为AC-13型(见表1)。以红色氧化铁颜料替代等重量的矿粉，其中颜料替代的矿粉为3份、普通矿粉1份(合计为4份)。

本实施例改性彩色沥青混凝土的制备方法，除步骤(1)中搅拌水解2小时外，其他步骤同实施例1。

对比例1：

本对比例改性彩色沥青混凝土的原料组成与实施例1相同。

本对比例改性彩色沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)将浅色胶结料加热到160～180℃，搅拌下加入偶联剂KH550，得到改性胶结料；

(2)将集料加热到170～180℃，搅拌60s后将步骤(1)得到的改性胶结料加入其中再拌合90s；

(3)将红色氧化铁颜料与普通矿粉的混合物加入，搅拌90s，即可得到所述彩色沥青混凝土。

对比例2：

本对比例改性彩色沥青混凝土的原料组成与实施例2相同。

本对比例改性彩色沥青混凝土的制备方法与对比例1相同。

本发明的改性彩色沥青混凝土实施例1-9和对比例1-2按照JTG E-2011《公路工程沥青及沥青混凝土试验规程》进行高温抗车辙试验、低温抗裂试验和水稳性试验，试验结果见表2。

表2本发明实施例和对比例的改性彩色沥青混凝土试验测试结果

由表2的试验数据可看出，本发明改性彩色沥青混凝土的动稳定度、破坏应变、残留稳定度和冻融劈裂残留强度比(实施例1-9)均高于对比例(1-2)，表明在混凝土组成相同或相似的情况下，采用偶联剂对矿料表面进行预处理得到的混凝土路用性能(高温稳定性、低温性能和水稳性等)优于将偶联剂先掺加于胶结料再与集料混合的方法。

Claims (4)

1.一种改性彩色沥青混凝土，由矿料、部分替代矿料的无机颜料、浅色胶结料、偶联剂组成，其特征在于：所述矿料的集料表面有通过喷洒偶联剂溶液形成的偶联层，其中所述偶联剂为硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或几种，所述矿料级配类型为AC-13型，所述浅色胶结料的组成为糠醛抽出油、石油树脂和聚合物添加剂，由熔融混合搅拌法制得，其中糠醛抽出油、石油树脂与聚合物添加剂之间的重量份配比为40-50:40-50:5-20；所述改性彩色沥青混凝土中以重量份计，矿料100份，浅色胶结料3～7份，偶联剂0.01～0.05份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为2～5份。

2.根据权利要求1所述的改性彩色沥青混凝土，其特征在于：所述改性彩色沥青混凝土中以重量份计，矿料100份，浅色胶结料4～6份，偶联剂0.02～0.04份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为2.5～4份。

3.根据权利要求2所述的改性彩色沥青混凝土，其特征在于：所述改性彩色沥青混凝土中以重量份计，矿料100份，浅色胶结料5份，偶联剂0.03份，所述部分替代矿料的无机颜料用量是：以100重量份的矿料计，无机颜料替代矿料的量为3～3.5份。

4.权利要求1所述改性彩色沥青混凝土的制备方法，步骤是：

(1)以体积比计，按乙醇与水的比例为7:3制备醇水混合溶液，将偶联剂溶于醇水混合溶液中，配成0.5wt％～1wt％的偶联剂溶液，搅拌水解1～2小时；

(2)在常温下，将偶联剂溶液喷洒于矿料的集料表面，并将其混合搅拌均匀；

(3)将步骤(2)得到的集料加热到170～180℃，搅拌60±10s后将预热到160～180℃的浅色胶结料加入其中再拌合90±10s；

(4)以100重量份的矿料计，取矿料用量2～5份的无机颜料替代相应重量的矿料，并将其与1～2份普通矿粉混合拌匀后加入步骤(3)制得的混合物中，搅拌90±10s，即得到改性彩色沥青混凝土。