CN108947331A - 一种开级配木质素纤维沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开级配木质素纤维沥青混合料及其制备方法，该混合料包括：SBS改性沥青、木质素纤维和矿料；矿料由集料和矿粉组成，集料按照粒径10～15mm、5～10mm、≤3mm分为三组；该混合料的制备方法为：先将原料分别烘干至恒重；拌合温度下，将木质素纤维与粗细集料干拌30s，加入恒温SBS改性沥青湿拌3min，加入矿粉拌合90s，即得；本申请提供的开级配木质素纤维沥青混合料其路用性能得到较大改善，且操作简便，节约成本。

Description

一种开级配木质素纤维沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及路面铺设材料，特别是一种开级配木质素纤维沥青混合料及其制备方法。

背景技术

开级配沥青磨耗层（Open-Graded Asphalt Friction Course，以下简称OGFC）亦称排水性路面，OGFC是一种具有相互连通孔隙的开级配混合料，孔隙率一般达到20%～25%，具有优异的排水、防滑、降噪等环保功能，在欧洲和日本等国得到广泛的应用。但是由于该种混合料的孔隙率大，强度较小，耐久性较差，必须采用性能突出的沥青结合料；因此对沥青进行改性，提高开级配沥青混合料的路用性能成为当务之急。纤维改性剂因其对沥青具有显著的改性效果引起了科研工作者的广泛关注。同时为提高OGFC混合料的沥青含量和抗松散能力，在开级配混合料中添加纤维是一种有效的手段。纤维的掺入能有效提高OGFC沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力。

排水性路面因具有显著的排水、良好的抗滑性能和降低路面噪音的功能在国内外得到了广泛的应用。目前，国内已出台了两部有关开级配沥青混合料路用性能要求规范，但是关于开级配纤维沥青混合料路用性能要求规范至今没有出台。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种开级配木质素纤维沥青混合料，包括矿料、木质素纤维和SBS改性沥青，以质量百分比计，所述混合料包括如下组分：以质量百分比计，SBS改性沥青占混合料质量的4.1%～4.5%、木质素纤维占混合料质量0.10%～0.35%，余量为矿料；

所述矿料由集料和矿粉组成，其中，矿粉占矿料质量的2%,集料占矿料质量的98%；

所述集料按照粒径分为以下三组：第一组集料：10～15mm（含10mm和15mm，即10mm≤第一组集料粒径≤15mm）；第二组集料：5～10mm（含5mm不含10mm，即5mm≤第二组集料粒径＜10mm）；第三组集料：≤3mm；所述第一组集料占矿料质量的42%～48%，第二组集料占矿料质量的33%～40%，余下为第三组集料。集料中粒径为3～5mm（不含3mm，不含5mm）的集料丢弃。

进一步，本发明所述开级配木质素纤维沥青混合料中，所述矿粉占矿料质量的2%；所述第一组集料、第二组集料、第三组集料分别占矿料总质量的45%、38%、15%。

进一步，本发明所述开级配木质素纤维沥青混合料中，所述矿料和SBS改性沥青的油石比为4.5%。

进一步，本发明所述开级配木质素纤维沥青混合料中，集料与填料的整体级配范围如下：

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	95-93	70-66	29-21	15-10	12-7	10-6	8-5	6-4	5-3

进一步，本发明所述开级配木质素纤维沥青混合料中，所述集料为玄武岩；木质素纤维为絮状；所述矿粉粒度小于0.075mm，材质为石灰岩。

本发明所述开级配木质素纤维沥青混合料中，所述的沥青混合料采用OGFC-13骨架孔隙结构级配。

本发明同时提供了所述开级配木质素纤维沥青混合料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将三组集料和矿粉分别置于175℃烘箱中加热烘干至恒重（一般不少于6h），恒温备用；

（2）将SBS改性沥青置烘箱中加热至沥青混合料拌合温度（约175~185℃），恒温备用；

（3）将步骤（1）获得的三组集料混合，加入已预热至170~180℃的搅拌装置（如室内小型拌合锅）中，然后加入木质素纤维（无需预先加热至恒重）干拌30s，使纤维分散均匀；再加入步骤（2）获得的SBS改性沥青，湿拌3min；最后加入步骤（1）获得的矿粉，继续拌合90s，即获得所述开级配木质素纤维沥青混合料。

与现有技术相比，本发明制备的开级配木质素纤维沥青混合料具有较好的高温稳定性，抗拉、抗剪能力得到大大提高；用在道路上面层，能及时排走路面积水，提高路面的水稳定性和抗车辙的能力；有利于延长路面使用寿命和维修周期；与传统开级配沥青混合料相比，本发明提供的开级配木质素纤维沥青混合料在达到相同条件下提高混合料的水稳定性和高温稳定性并且降低成本，使用开级配木质素纤维沥青混合料代替传统开级配沥青混合料，实现提高性能的同时降低成本的目的，提高经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的一种开级配木质素纤维沥青混合料做进一步的说明。

实施例中所用粗集料（10-15 mm、5-10 mm），细集料（0-3 mm）均采用张家口玄武岩，矿粉采用石灰岩矿粉，均由北京市政路桥建材集团有限公司提供。

实施例中所用沥青为SBS改性沥青，由佛山高富中石油燃料沥青有限责任公司提供。

以下实施例中，矿料和SBS改性沥青的油石比是为4.5%。

除非特殊说明，下述实施例原料均为市售产品。

以实施例和对比例中，集料与填料的整体级配范围如下：

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	95-93	70-66	29-21	15-10	12-7	10-6	8-5	6-4	5-3

实施例1

本实施例中，集料按照粒径分为三组：第一组集料：10～15mm（含10mm和15mm）；第二组集料：5～10mm（含5mm，不含10mm）；第三组集料：≤3 mm；

原料：9043g集料（其中第一组集料4069g、第二组集料3436g、第三组集料1357g）、180.9g矿粉（粒度为0.075mm以下的石灰岩）、SBS改性沥青399g、木质素纤维9g。

制备方法如下：

1、将9043g集料和180.9g矿粉分别置于175℃烘箱中加热烘干至恒重（一般不少于6h）；

2、将SBS改性沥青置烘箱中加热至沥青混合料拌合温度（175~185℃），恒温备用；

3、将室内小型拌合锅提前预热至拌合温度175℃，将木质素纤维与步骤1加热过的集料干拌30s，使纤维分散均匀，不会聚集成束；干拌完后加入步骤2保温备用的SBS改性沥青湿拌3min，再加入步骤1加热的矿粉，继续拌合90s，制得开级配木质素纤维沥青混合料。

将本实施例获得的混合料制备成型车辙试件板，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0719规范要求车辙试件采用碾压成型的300 mm × 300 mm× 50 mm，试验温度为60 ℃，轮压为0.7 MPa。进行车辙实验，评价其高温性能，检测结果见表1。

实施例2

本实施例中，集料按照粒径分为三组：第一组集料：10～15mm（含10mm和15mm）；第二组集料：5～10mm（含5mm，不含10mm）；第三组集料：≤3 mm；

原料：5000g集料（其中第一组集料、第二组集料、第三组集料的质量分别为2250g、1900g、750g）、100g矿粉（粒度为0.075mm以下的石灰岩）、SBS改性沥青221g、木质素纤维5g。

制备方法如下：

1、将集料和矿粉分别置于175℃烘箱中加热烘干至恒重（一般不少于6h）；

2、将SBS改性沥青置烘箱中加热至沥青混合料拌合温度，恒温备用；

3、将室内小型拌合锅提前预热至拌合温度175℃，将木质素纤维与步骤1加热过的集料干拌30s，使纤维分散均匀，不会聚集成束；干拌完后加入上述保温备用的SBS改性沥青湿拌3min，加入步骤1已加热的矿粉，继续拌合90s，制得所述开级配木质素纤维沥青混合料。

将本实施例获得的混合料成型马歇尔试件，实验步骤及成型方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0702规范要求成型标准马歇尔试件，试件直径101.0±0.2 mm、高63.5±1.3 mm，进行性能测试，评价其水稳定性能，检测结果见表2。

实施例3 纤维对比试验

对比例1：除不添加纤维外，其他制备步骤同实施例1；将对比例1获得的混合料制备成型车辙试件板，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0719规范要求，在60℃、0.7MPa条件下进行车辙试验，评价其高温性能，检测结果如表1所示。

对比例2：除不添加纤维外，其他制备步骤同实施例2；将对比例2获得的混合料制备成型马歇尔试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0702规范要求，评价其水稳定性能，检测结果如表2所示。

表1 车辙试验性能测试结果

表2水稳定性能检测结果

从表1、2中可以看出，木质素纤维的掺入使沥青混合料的变形率减小、动稳定度增加。表明木质素纤维的掺入可以提高沥青混合料的高温稳定性。木质素纤维可以吸附沥青并以细长形状分散于沥青胶浆和集料之间，对集料颗粒产生阻碍和约束作用。这一作用可以降低沥青的流动性，增强沥青对集料颗粒的握裹力，减少颗粒之间相对滑移，从而提高了沥青混合料防剥离、耐磨损能力；增强了沥青混合料的高温抗剪切性能、抗车辙变形能力，保证了沥青路面的整体性。木质素纤维的掺入使沥青混合料的马歇尔残留稳定度增加，表明木质素纤维可以提高沥青混合料的抗水损害能力，其水稳定性得到改善。

以上混合料的性能试验表明：木质素纤维的掺入使形成的开级配木质素纤维沥青混合料能满足路用性能指标的要求。

实施例4对比试验

对比例制备方法如下：

（1）将SBS改性沥青置烘箱中加热至沥青混合料拌和温度（约185℃），恒温备用；

（2）将集料和矿粉分别置于175℃烘箱中加热烘干至恒重（一般不少于6h）；

（3）将室内小型拌合锅提前预热至拌合温度（约170~180℃）；

（4）将加热的集料置于拌合机中拌合15s，然后加入木质素纤维干拌90s，干拌完后加入SBS改性沥青，开动拌合机湿拌90s；暂停拌合，加入已预热的矿粉，继续拌合90s，制得对比例开级配木质素纤维沥青混合料。

以上述制备方法，分别按照实施例1和实施例2的原料配比，获得：

1、对比例3（实施例1原料配比）混合料并制备成型车辙试件板，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0719规范要求，在60℃、0.7MPa条件下进行车辙试验，评价其高温性能，检测结果如表3所示。

2、对比例4（实施例2原料配比）混合料并成型马歇尔试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0702规范要求，评价其水稳定性能，检测结果如表4所示。

表3开级配木质素纤维沥青混合料性能测试结果

表4检测结果

从表3和表4中可以看出，开级配木质素纤维沥青混合料制备方法改进后，沥青混合料的动稳定度、马歇尔残留稳定度均增加，表明开级配木质素纤维沥青混合料制备方法改进后，混合料的高温稳定性、水稳定性得到改善。

以上混合料的性能试验表明：制备方法改进后形成的开级配木质素纤维沥青混合料能满足路用性能指标的要求。

上面以实施例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡是基于本发明所做的任何改动或变形均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，该混合料包括如下组分：以质量百分比计，SBS改性沥青占4.1%～4.5%、木质素纤维占0.10%～0.35%、余量为矿料；

所述矿料由集料和矿粉组成，所述矿粉占矿料质量的2%；

所述集料按照粒径分为以下三组：第一组集料：10～15mm；第二组集料：5～10mm；第三组集料：≤3 mm；所述第一组集料占矿料质量42%～48%，第二组集料占矿料质量33%～40%，余量为第三组集料。

2.根据权利要求1所述开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，所述第一组集料、第二组集料分别占矿料质量的45%和38%。

3.根据权利要求1所述的开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，所述矿料和SBS改性沥青的油石比为4.5%。

4.根据权利要求1所述的开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，集料与填料的整体级配范围如下：

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 95-93 70-66 29-21 15-10 12-7 10-6 8-5 6-4 5-3

根据权利要求1-5任一所述开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，所述集料为玄武岩。

5.根据权利要求1-5任一所述开级配木质素纤维沥青混合料，其特征在于，所述矿粉粒度小于0.075mm，材质为石灰岩。

6.根据权利要求1-5任一所述开级配木质素纤维沥青混合料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将三组集料和矿粉分别置于175℃烘箱中加热烘干至恒重；

（2）将SBS改性沥青置烘箱中加热至沥青混合料拌合温度，恒温备用；

（3）将步骤（1）获得的三组集料混合，加入已预热至170~180℃的搅拌装置中，然后加入木质素纤维干拌30s，再加入步骤（2）获得的SBS改性沥青，湿拌3min；最后加入步骤（1）获得的矿粉，继续拌合90s，即获得所述开级配木质素纤维沥青混合料。