CN107382149A - 一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，在反应釜中加入沥青,改性木质素纤维，碳纤维，有机硅高沸物，然后加入集料，升温混合均匀，得到公路施工用沥青混凝土。

Description

一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及环保及资源的循环利用领域，包括生产有机硅单体(CH3)2SiCl2过程中产生的高沸物综合利用，尤其是一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法。

技术背景

纤维改性沥青混凝土是一种通过掺入纤维材料，改善沥青胶浆以及沥青混合料的综合性能，从而提高沥青路面使用品质的复合材料。相比于其它改性方法(如聚合物改性)，纤维改性沥青混凝土的突出特点是能阻止混凝土结构中裂缝的扩展(包括温缩裂缝和反射裂缝)并 减少车辙流动变形和疲劳破坏的出现，对于延长沥青路面的使用寿命具有显著作用，从而达到提高公路建设投资效益的目的，因此纤维改性沥青混凝土近年来得到了越来越多的研究和 应用。纤维的掺入能使沥青混合料的路用性能得到提高的关键在于纤维对沥青混凝土的稳定 与加筋作用，木质素纤维主要表现为依靠吸附稳定沥青来提高热稳定性，但对沥青混合料的 其它性能无明显改善作用，由于其较低廉的价格，该类纤维在实际工程中应用较广泛；而聚酯和聚丙烯腈等聚合物纤维除了具有一定的吸附稳定作用之外，其对沥青的桥接加筋作用更加明显，因此沥青混合料的各项路用性能均能得到很大程度的提高，当纤维量为0.3％时，矿物纤维、碳纤维和木质纤维沥青混凝土的动态稳定性分别提高了66％、 42％和24％。因此，纤维量的增加能够明显提高沥青混凝土的耐高温性。分析其原因，一方面是由于大量纵横交错的纤维变形和沥青砂浆粘结力共同产生的桥联合效应，这种效应能够防 止骨料的脱落，还能够承受温度应力以提高沥青的粘结力，进而提高了沥青混凝土的高温稳 定性；另一方面，纤维的直径一般不到20μm，每克纤维的表面积高达几平方米，并且它巨 大的表面积和沥青渗透所形成的界面在沥青混凝士作为一种复合材料的不同阶段缓冲压力， 改性沥青通过纤维和在界面形成的化学键来增加沥青的粘度，降低了沥青的温度敏感度，从而提高了沥青混凝土的高温稳定性。但由于碳纤维和聚丙烯腈纤维等聚合物纤维的价格昂贵因素，制约了该类纤维复合沥青混凝土在实际工程中的应用。

CN101215123A涉及一种多组分纤维复合沥青混凝土及其制备方法，该混凝土包含粗集料、细集料和矿粉填料及沥青，还包含多组分纤维材料，其掺入量为所述多组分纤维复合沥青混凝土质量的0.2～0.4％wt。该混凝土的制备方法是：先将集料加热至170℃和多组分纤维拌和，然后与150℃～170℃的沥青拌和，再加入矿粉填料拌和均匀后采用马歇尔击实法将多组分纤维复合沥青混凝土两面各击实75次，或者采用轮碾法成型，往返碾压15～18次，或者采用旋转压实法根据具体情况选择旋转压实次数成型。本发明对于多组分纤维复合沥青混凝土在高等级路面上的大规模推广应用、降低工程造价、提高路面的使用品质等方面具有重大的经济和社会效益。

CN103739238A公开了提出了一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料，其特征在于：材料成份为毯状矿物纤维与沥青；本发明还公开上述毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料的制备方法，在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的沥青基液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。

CN102745946B公开了一种沥青路面材料，它是以7～10份GA沥青，15～40份石灰石矿粉，60～80份碎石，0.1～5份纤维为原料制得，均以重量份计；所述纤维为玻璃纤维、矿物纤维、木质素纤维、碳纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、钢纤维中的一种或几种以任意配比组合，纤维长度为1～30mm。本发明沥青路面材料是一种自流平材料，其强度高，同时具有优异的高温抗重载能力、抗弯拉能力和抗裂性能，其疲劳性能和耐久性也得到大幅度提高，施工流动性好，空隙率小、不会产生水损害，使用寿命可达20年；其制备方法简便、制备成本低，在制备过程中没有有害气体的释放及有害残留物、操作安全；该沥青路面材料具有很高的推广应用价值。

随着有机硅工业的迅速发展，氯硅烷单体的产量越来越大。在生产中，除目标产物二甲基二氯硅烷外，还含有高沸物和低沸物等。其中沸点超过70℃的部分称为高沸物，国内约占粗产物总量7%-8%。由于高沸物难以用简单的方法处理，所以到目前为止，造成严重的环保问题和安全隐患，又浪费资源。高沸物的处理问题成为制约有机硅工业发展的一个严重障碍。因此，对高沸物进行开发利用具有重要意义。

现有技术所生产的纤维吸水性的大小，对沥青混合料的水稳性有一定的影响。若纤维吸水性大，一方面易受水侵蚀而变质，另一方面水分侵入会使纤维沥青界面产生楔入侵蚀与湿胀，从而降低混合料的抗水害性能。木质素纤维吸水后体积明显膨胀，另外，吸水性大的纤维存放时易吸水结团，导致纤维的拌和与分散性降低，因此不易仓储。由于纤维材料的加入将会增加沥青混合料的成本，因此在沥青混凝土路面结构中一般只应用于上面层。而在实际使用过程中，沥青路面上面层的主要受力方式为行车过程中所产生的剪切力。因此沥青混合料抗剪切性能的是至关重要的。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，制备工艺简单易操作。

一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其制备步骤包括：

(1)木质素纤维的改性

按重量份计，先对木质素纤维进行干燥和粉碎预处理；然后将100份木质素纤维，1-5份ACR树脂乳液，0.01-0.1份邻菲咯啉合铕，1-5份均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，0.01-0.1份3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，0.01-0.1份聚氨酯预聚体，50-100份石油醚混合；接着放入捏合机中捏合0.5-4小时，捏合过程中回收石油醚，捏合温度为 80℃～150℃。捏合结束后，得到改性木质素纤维；

（2）公路施工用沥青混凝土的制备

按重量份计，在反应釜中加入10-30份沥青,0.1-1份改性木质素纤维，0.01-0.1份碳纤维，有机硅高沸物3-7份，在90-140℃混合2-6小时，然后加入70-90份的集料，继续在90-140℃混合30-100分钟，得到公路施工用沥青混凝土。

所述集料包括天然集料，工业废渣集料。

所述的木质素纤维，碳纤维， ACR树脂乳液，邻菲咯啉合铕(，均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，聚氨酯预聚体，石油醚，有机硅高沸物，均为市售产品。

本发明的产品具有以下有益效果：

（1）改性木质素纤维吸水性能降低，存放时不易吸水结团，易仓储。

（2）将稀土元素引入到改性木质素纤维中，使纤维沥青界面不易产生楔入侵蚀与湿胀，提高了抗剪切性能。

（3）对有机硅高沸物进行了开发利用，有利于环境保护。

具体实施方式

以下实例仅仅是进一步说明本发明，并不是限制本发明保护的范围。

实施例1

一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其制备步骤包括：

（1）木质素纤维的改性

按重量份计，先对木质素纤维进行干燥和粉碎预处理；然后将100份木质素纤维，2份ACR树脂乳液，0.03份邻菲咯啉合铕，1-5份均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，0.04份3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，0.03份聚氨酯预聚体，77份石油醚混合；接着放入捏合机中捏合2小时，捏合过程中回收石油醚，捏合温度为 110℃。捏合结束后，得到改性木质素纤维；

（2）公路施工用沥青混凝土的制备

按重量份计，在反应釜中加入20份沥青,0.19份改性木质素纤维，0.03份碳纤维，有机硅高沸物5份，在90℃混合5小时，然后加入80份的集料，继续在100℃混合110分钟，得到公路施工用沥青混凝土，编号M-1。

实施例2

一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其制备步骤包括：

（1）木质素纤维的改性

按重量份计，先对木质素纤维进行干燥和粉碎预处理；然后将100份木质素纤维，1份ACR树脂乳液，0.01份邻菲咯啉合铕，1-5份均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，0.01份3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，0.01份聚氨酯预聚体，50份石油醚混合；接着放入捏合机中捏合0.5小时，捏合过程中回收石油醚，捏合温度为 80℃，捏合结束后，得到改性木质素纤维；

（2）公路施工用沥青混凝土的制备

按重量份计，在反应釜中加入10份沥青,1份改性木质素纤维，0.01份碳纤维，有机硅高沸物3份，在90℃混合6小时，然后加入90份的集料，继续在90℃混合100分钟，得到公路施工用沥青混凝土，编号M-2。

实施例3

一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其制备步骤包括：

(2)木质素纤维的改性

按重量份计，先对木质素纤维进行干燥和粉碎预处理；然后将100份木质素纤维，5份ACR树脂乳液，0.1份邻菲咯啉合铕，5份均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，0.1份3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，0.1份聚氨酯预聚体，100份石油醚混合；接着放入捏合机中捏合0.5小时，捏合过程中回收石油醚，捏合温度为 150℃。捏合结束后，得到改性木质素纤维；

（2）公路施工用沥青混凝土的制备

按重量份计，在反应釜中加入30份沥青,0.1份改性木质素纤维，0.1份碳纤维，有机硅高沸物7份，在140℃混合2小时，然后加入70份的集料，继续在140℃混合30分钟，得到公路施工用沥青混凝土。编号M-3。

对比例1

不加入ACR树脂乳液，其他反应条件同实施例1，编号M-4。

对比例2

不加入邻菲咯啉合铕，其他反应条件同实施例1，编号M-5。

对比例3

不加入均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺，其他反应条件同实施例1。编号M-6。

对比例4

不加入3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，其他反应条件同实施例1，编号M-7。

对比例5

不加入聚氨酯预聚体，其他反应条件同实施例1，编号M-8。

对比例6

不加入有机硅高沸物，其他反应条件同实施例1，编号M-9。

对比例7

使用未改性木质素纤维作为空白样，编号M-10。

实施例4

试验方法：取实施例1-3以及对比例1-7中制得的改性木质素纤维，以及对比例9中的未改性木质素纤维各三份，放入烧杯中，用感量为0．001g的天平准确称量纤维的质量和烧杯的质量。然后将纤维连同烧杯一起置于温度为20℃，相对湿度为90％的保湿箱中，经过5d后，分别测出纤维的吸湿情况，结果见表1所示。

同时使用UTM．25万能试验机检测公路施工用沥青混凝土平均抗剪切强度，结果见表1所示。

表1：不同工艺做出的改性木质素纤维样品吸湿率，平均抗剪切强的比较

编号	吸湿率%	平均抗剪切强度 KPa
			M-1	10.6	24.5
M-2	10.7	23.1
			M-3	9.8	23.3
M-4	22.6	20.5
			M-5	15.3	20.8
M-6	14.9	21.1
			M-7	16.6	21.8
M-8	15.1	21.5
			M-9	15.8	21.7
M-10	30.1	15.8

Claims (3)

1.一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

按重量份计，在反应釜中加入10-30份沥青,0.1-1份改性木质素纤维，0.01-0.1份碳纤维，有机硅高沸物3-7份，在90-140℃混合2-6小时，然后加入70-90份的集料，继续在90-140℃混合30-100分钟，得到公路施工用沥青混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其特征在于：所采改性木质素纤维的制备方法包括以下步骤：

按重量份计，先对木质素纤维进行干燥和粉碎预处理；然后将100份木质素纤维，1-5份ACR树脂乳液，0.01-0.1份邻菲咯啉合铕，1-5份均苯四甲酸二酐接枝聚醚酰亚胺 ，0.01-0.1份3-氟-2-羧酸甲酯噻吩，0.01-0.1份聚氨酯预聚体，50-100份石油醚混合；接着放入捏合机中捏合0.5-4小时，捏合过程中回收石油醚，捏合温度为 80℃～150℃。

3.捏合结束后，得到改性木质素纤维；

根据权利要求1所述的一种公路施工用沥青混凝土及其制备方法，其特征在于：所述集料包括天然集料，工业废渣集料。