CN109265077A - 一种密级配沥青混凝土混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密级配沥青混凝土混合料及其制备方法，属于道路建筑材料领域，密级配沥青混凝土混合料，以重量份数计，包括集料100份、改性沥青4.3‑5.5份、填料1‑3份、炭黑3‑5份。该密级配沥青混凝土混合料，具有良好的承载力、良好的抗水损害性和持续的抗滑性能，耐久性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及道路建筑材料领域，更具体的说，它涉及一种密级配沥青混凝土混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土俗称沥青砼，经人工选配具有一定级配组成的矿料(例如碎石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下搅拌而成的混合料。按照混合料的密实程度不同，可分为密级配、半开级配和开级配等种类。其中，密级配碎石混合料经久耐用、强度高、整体性好，是修筑沥青路面的代表性材料。
密级配沥青混凝土(AC)混合料是密实级配原理设计，将各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料与沥青结合料搅拌而成，压实后剩余空隙率小于10％的沥青混合料。
沥青混凝土路面具有平整、美观、防眩光、易修补等特点，运用日益广泛。然而，沥青路面的抗滑性能随着道路运营时间的延长，集料被磨光而逐步降低，且对于沥青铺筑层来说，水损坏是一种典型的病害形式，尤其在施工时混合料温度离析，集料离析、压实不足均可造成铺装层局部渗水，当有载荷施加时，渗水被挤出，而当卸载时，水分又被吸入，泵吸作用造成强大的动水压力将将反复冲刷沥青混合料导致唧浆现象，随着泥浆、细集料进一步被带走，最终将形成坑槽，由此严重影响了车辆行驶的安全性。采用开级配磨耗层(OGFC)路面虽然起到一定的防滑、吸声降噪的作用，但是其承载力不足，耐久性差，同时必需使用高粘度沥青，成本较高，不利于推广使用，而且同样存在集料因磨光而导致抗滑性能不能持久的问题，同时，其表面开孔空隙较大，容易被杂物封堵且不易清理，存在降噪性能不能持久维持的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种密级配沥青混凝土混合料，其具有良好的承载力、良好的抗水损害性和持续的抗滑性能，耐久性好的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，以重量份数计，包括集料100份、改性沥青4.3-5.5份、填料1-3份、炭黑3-5份。
选用改性沥青可以提高基沥青的性能，使得制备的密级配沥青混凝土混合料具有耐久性以及良好的承载能力，炭黑与沥青的亲和性较好，本发明中加入炭黑，可明显改善改性沥青的高温稳定性，同时不影响低温性能，在密级配沥青混凝土混合料中，炭黑可完全分散于改性沥青膜中，起到增强的作用，增强密级配沥青混凝土混合料铺筑后，路面的抗车辙性能，另外，炭黑具有吸收紫外线的能力，提高改性沥青的耐老化性能，从而可提高路面的耐老化性能。
进一步地，所述改性沥青包括基质沥青100份，改性环氧树脂8-13份、乙烯-醋酸乙烯共聚物1-3份、固化剂0.5-2.5份、纳米二氧化硅1-5份、稳定剂0.1-0.3份、橡胶软化油1-5份；所述改性沥青采用如下方法制备:将基质沥青加热到145-155℃，加入改性环氧树脂和固化剂，高速剪切分散1-2小时，加入纳米二氧化硅，然后升温至155-160℃研磨，随后再加入橡胶软化油，控制温度在160-165℃搅拌2-3小时，降低温度至155-160℃后加入稳定剂再搅拌1-2小时，即得改性沥青。
本发明采用改性环氧树脂对基质沥青进行改性，可使环氧树脂与沥青的相容性较好，使其与沥青的混合更加均匀，形成的沥青混合料强度高、刚度大，具有良好的使用性；同时，本发明中加入纳米二氧化硅，纳米粒子的比表面积大，表面自由能大、分散性好，降低环氧树脂的微小颗粒表面的自由能，抑制环氧树脂微小颗粒的聚集，提高了环氧树脂与沥青界面的结合能力；乙烯-醋酸乙烯共聚物由于在乙烯支链上引入极性的醋酸基团组成的短支链，打乱了原有的结晶状态，并增加了聚合物链之间的短支链，降低了结晶的程度，增加了共聚物的极性，使之与沥青的相容性和存储稳定性增强，且乙烯-醋酸乙烯共聚物在改性沥青中可以形成一个刚性网络以抵抗变形，因此可提升沥青在高温下的抗车辙能力。
进一步地，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂与聚丙烯酸正丁酯，同步法合成而二者的互穿网络聚合物，同时添加邻苯二甲酸酐、偶氮二异丁腈，邻苯二甲酸二烯丙酯和硅烷偶联剂搅拌均匀即得改性环氧树脂；以重量份数计，包括环氧树脂100份、聚丙烯酸正丁酯20-25份、邻苯二甲酸酐20-30份、偶氮二异丁腈0.5-1份、邻苯二甲酸二烯丙酯1-3份、硅烷偶联剂2-5份。
本发明环氧树脂经聚丙烯酸正丁酯改性，制得二者的互穿网络聚合物，其在混凝土中可形成三维乱向分布的网状成托作用，使得密级配沥青混凝土在硬化初期形成的微裂纹在发展过程中受到阻挡，难以进一步发展，从而可提高混凝土的断裂韧性，提高密级配沥青混凝土的抗裂抗渗性能，具有良好的抗水损害性。
进一步地，所述环氧树脂的环氧当量为244-182，环氧值eq为0.41-0.55。
进一步地，所述集料包括以下重量份数的组分：
通过级配的设计，使其成合理均匀分布，采用密级配的方法，使得集料颗粒规则有序的排列，内部组织均匀，产品性能稳定，综合强度高，具有良好的抗裂、抗渗透能力。
进一步地，所述集料选自玄武岩。
石料选用玄武岩，其具有丰富的棱角，能保证一定的使用年限后，路面仍能有大量棱角外露，从而提供较为长久的抗滑、抗磨能力以及长久的吸噪能力。
进一步地，所述填料选为矿粉。
进一步地，所述矿粉为石灰岩矿粉，所述矿粉的表观密度为2.8g/cm3、含水量小于1％，粒度范围为0.037-0.048mm。
本发明的第二个目的在于提供一种密级配沥青混合料的制备方法，制得的密级配沥青混凝土混合料，具有良好的承载力、良好的抗水损害性和持续的抗滑性能，耐久性好的优点本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种密级配沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)加热改性沥青并保温；
(2)按级配比级配集料，加热集料搅拌均匀，并保温，然后加入炭黑，搅拌均匀得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入矿粉，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
进一步地，步骤(1)中改性沥青加热至155-160℃，步骤(2)中集料加热至160-165℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、选用改性沥青可以提高基沥青的性能，使得制备的密级配沥青混凝土混合料具有耐久性以及良好的承载能力，炭黑与沥青的亲和性较好，本发明中加入炭黑，可明显改善改性沥青的高温稳定性，同时不影响低温性能，在密级配沥青混凝土混合料中，炭黑可完全分散于改性沥青膜中，起到增强的作用，增强密级配沥青混凝土混合料铺筑后，路面的抗车辙性能，另外，炭黑具有吸收紫外线的能力，提高改性沥青的耐老化性能，从而可提高路面的耐老化性能。
第二、通过级配的设计，使其成合理均匀分布，采用密级配的方法，使得集料颗粒规则有序的排列，内部组织均匀，产品性能稳定，综合强度高，具有良好的抗裂、抗渗透能力。
第三、本发明采用改性环氧树脂对基质沥青进行改性，与乙烯-醋酸乙烯共聚物协同作用，使得密级配沥青混凝土具有良好的使用性以及高温下的抗车辙能力。
第四、本发明提供的密级配沥青混凝土混合料制作工艺简单，来源广泛，可广泛应用于水泥混凝土路面的铺筑，具有优良的路用性能、力学性能和良好的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
改性环氧树脂的制备例1
将环氧树脂100Kg与聚丙烯酸正丁酯20Kg通过同步法合成二者的互传网络聚合物，同时添加邻苯二甲酸酐20Kg、偶氮二异丁腈0.5Kg、邻苯二甲酸二烯丙酯1Kg和硅烷偶联剂2Kg搅拌均匀即得改性环氧树脂。
改性环氧树脂的制备例2
将环氧树脂100Kg与聚丙烯酸正丁酯22Kg通过同步法合成二者的互传网络聚合物，同时添加邻苯二甲酸酐25Kg、偶氮二异丁腈0.8Kg、邻苯二甲酸二烯丙酯2Kg和硅烷偶联剂3.5Kg搅拌均匀即得改性环氧树脂。
改性环氧树脂的制备例3
将环氧树脂100Kg与聚丙烯酸正丁酯25Kg通过同步法合成二者的互传网络聚合物，同时添加邻苯二甲酸酐30Kg、偶氮二异丁腈1Kg、邻苯二甲酸二烯丙酯3Kg和硅烷偶联剂5Kg搅拌均匀即得改性环氧树脂。
改性沥青的制备例1
将100Kg的基质沥青加热到145℃，加入改性环氧树脂制备例1提供的改性环氧树脂8Kg和固化剂0.5Kg，高速剪切分散1小时，加入纳米二氧化硅1Kg，然后升温至155℃研磨，随后再加入橡胶软化油1Kg，控制温度在160℃搅拌2小时，降低温度至155℃后加入0.1Kg的稳定剂再搅拌2小时，即得改性沥青。
改性沥青的制备例2
将100Kg的基质沥青加热到150℃，加入改性环氧树脂制备例2提供的改性环氧树脂10Kg和固化剂1.5Kg，高速剪切分散1.5小时，加入纳米二氧化硅3Kg，然后升温至158℃研磨，随后再加入橡胶软化油3Kg，控制温度在163℃搅拌2.5小时，降低温度至157℃后加入0.2Kg的稳定剂再搅拌1.5小时，即得改性沥青。
改性沥青的制备例3
将100Kg的基质沥青加热到155℃，加入改性环氧树脂制备例3提供的改性环氧树脂13Kg和固化剂2.5Kg，高速剪切分散2小时，加入纳米二氧化硅5Kg，然后升温至160℃研磨，随后再加入橡胶软化油5Kg，控制温度在165℃搅拌3小时，降低温度至160℃后加入0.3Kg的稳定剂再搅拌1小时，即得改性沥青。
集料级配：
| 集料规格/mm | 16 | ≥13.2 | ≥9.5 | ≥4.75 | ≥2.36 | ≥1.18 | ≥0.6 | ≥0.3 | ≥0.15 | ≥0.075 | <0.075 |
| 质量份数 | 0-10 | 8-10 | 12-15 | 18-25 | 11-15 | 5-10 | 5-12 | 3-10 | 2-5 | 1-3 | 余量 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率/％ | 90-100 | 80-90 | 65-78 | 40-60 | 25-49 | 20-39 | 15-27 | 12-17 | 10-12 | 7-9 |
实施例1
(1)取改性沥青制备例1中的改性沥青4.3Kg，加热至155℃并保温；
(2)配备集料：按照以下配比进行集料级配，集料为玄武岩。
| 集料规格/mm | 16 | ≥13.2 | ≥9.5 | ≥4.75 | ≥2.36 | ≥1.18 | ≥0.6 | ≥0.3 | ≥0.15 | ≥0.075 | <0.075 |
| 质量/Kg | 10 | 10 | 15 | 25 | 15 | 10 | 12 | 10 | 5 | 3 | 5 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率/％ | 90 | 80 | 65 | 40 | 25 | 20 | 15 | 12 | 10 | 7 |
集料级配完成后进行混合加热，加热温度至160℃，保温，加入炭黑3Kg，搅拌均匀，得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入石灰岩矿粉1Kg，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
实施例2
(1)取改性沥青制备例2中的改性沥青4.9Kg，加热至157℃并保温；
(2)配备集料：按照以下配比进行集料级配，集料为玄武岩。
| 集料规格/mm | 16 | ≥13.2 | ≥9.5 | ≥4.75 | ≥2.36 | ≥1.18 | ≥0.6 | ≥0.3 | ≥0.15 | ≥0.075 | <0.075 |
| 质量/Kg | 5 | 9 | 13 | 20 | 13 | 8 | 10 | 6 | 4 | 2 | 3 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率/％ | 95 | 86 | 73 | 53 | 40 | 32 | 22 | 12 | 8 | 6 |
集料级配完成后进行混合加热，加热温度至164℃，保温，加入炭黑4Kg，搅拌均匀，得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入石灰岩矿粉2Kg，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
实施例3
(1)取改性沥青制备例2中的改性沥青5.5Kg，加热至160℃并保温；
(2)配备集料：按照以下配比进行集料级配，集料为玄武岩。
| 集料规格/mm | 16 | ≥13.2 | ≥9.5 | ≥4.75 | ≥2.36 | ≥1.18 | ≥0.6 | ≥0.3 | ≥0.15 | ≥0.075 | <0.075 |
| 质量/Kg | 0 | 8 | 12 | 18 | 11 | 5 | 5 | 3 | 2 | 1 | 4 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率/％ | 100 | 90 | 78 | 60 | 49 | 39 | 27 | 17 | 12 | 9 |
集料级配完成后进行混合加热，加热温度至165℃，保温，加入炭黑5Kg，搅拌均匀，得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入石灰岩矿粉3Kg，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
对比例1
实施例2
(1)取基质沥青4.9Kg，加热至157℃并保温；
(2)配备集料：按照以下配比进行集料级配，集料为玄武岩。
| 集料规格/mm | 16 | ≥13.2 | ≥9.5 | ≥4.75 | ≥2.36 | ≥1.18 | ≥0.6 | ≥0.3 | ≥0.15 | ≥0.075 | <0.075 |
| 质量/Kg | 5 | 9 | 13 | 20 | 13 | 8 | 10 | 6 | 4 | 2 | 3 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率/％ | 95 | 86 | 73 | 53 | 40 | 32 | 22 | 12 | 8 | 6 |
集料级配完成后进行混合加热，加热温度至164℃，保温，加入炭黑4Kg，搅拌均匀，得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入石灰岩矿粉2Kg，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
对比例2
(1)取改性沥青制备例2中的改性沥青5.5Kg，加热至160℃并保温；
(2)配备集料：按照以下配比进行集料级配，集料为玄武岩。
| 集料规格/mm | 11 | ≥5.5 | ≥3 | ≥1.18 | ≥0.3 | ≥0.075 |
| 质量/Kg | 10 | 25 | 15 | 10 | 15 | 8 |
将实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为以下筛分要求：
| 筛孔尺寸/mm | 11 | 5.5 | 3 | 1.18 | 0.3 | 0.075 |
| 通过率/％ | 100 | 90 | 50 | 40 | 15 | 7 |
集料级配完成后进行混合加热，加热温度至165℃，保温，加入炭黑5Kg，搅拌均匀，得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入石灰岩矿粉3Kg，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
对本发明提供的改性沥青以及基质沥青进行常规性能测试，根据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定进行基本性能试验。具体测试结果见表1。
表1高粘改性沥青以及基质沥青的性能
由表1可知，本发明制得的改性沥青的针入度较小，表明，改性沥青的稠度较大，粘度较大，软化点达到90℃以上，表明高温性能优良，高温不漏析。
根据《公路沥青路名施工技术规范》(JTGF40-2004),对实施例1-3以及对比例1-2所提供的密级配沥青混凝土混合料进行各项性能测试，测试结果如表2所示。
表2性能测试结果
注：高温稳定性-车辙试验动稳定度；低温抗裂性-低温弯曲试验破坏应变。
从表2可以看出，本发明密级配沥青混凝土混合料具有较高的高温的稳定性和低温抗裂性，同时，相比较其它沥青混凝土混合料而言，高温性能得到大幅度提升，可以提升道路的高温稳定性；且由稳定性测试结果可以看出，本发明密级配沥青混凝土混合料水稳定性远远满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中水稳定性MS大于80％和TSR大于75％的耐久性能的要求，能够满足气候条件的变化，减少裂缝的产生，提高路面的抗车辙能力以及耐久性。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中BPN系数大于55％，抗滑性能明显提升。
综上所述，选用改性沥青可以提高基沥青的性能，使得制备的密级配沥青混凝土混合料具有耐久性以及良好的承载能力，炭黑与沥青的亲和性较好，本发明中加入炭黑，可明显改善改性沥青的高温稳定性，同时不影响低温性能，在密级配沥青混凝土混合料中，炭黑可完全分散于改性沥青膜中，起到增强的作用，增强密级配沥青混凝土混合料铺筑后，路面的抗车辙性能，另外，炭黑具有吸收紫外线的能力，提高改性沥青的耐老化性能，从而可提高路面的耐老化性能。
通过级配的设计，使其成合理均匀分布，采用密级配的方法，使得集料颗粒规则有序的排列，内部组织均匀，产品性能稳定，综合强度高，具有良好的抗裂、抗渗透能力。
本发明采用改性环氧树脂对基质沥青进行改性，与乙烯-醋酸乙烯共聚物协同作用，使得密级配沥青混凝土具有良好的使用性以及高温下的抗车辙能力。
本发明提供的密级配沥青混凝土混合料制作工艺简单，来源广泛，可广泛应用于水泥混凝土路面的铺筑，具有优良的路用性能、力学性能和良好的耐久性。
Claims (10)
1.一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，以重量份数计，包括集料100份、改性沥青4.3-5.5份、填料1-3份、炭黑3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述改性沥青包括基质沥青100份，改性环氧树脂8-13份、乙烯-醋酸乙烯共聚物1-3份、固化剂0.5-2.5份、纳米二氧化硅1-5份、稳定剂0.1-0.3份、橡胶软化油1-5份；所述改性沥青采用如下方法制备:将基质沥青加热到145-155℃，加入改性环氧树脂和固化剂，高速剪切分散1-2小时，加入纳米二氧化硅，然后升温至155-160℃研磨，随后再加入橡胶软化油，控制温度在160-165℃搅拌2-3小时，降低温度至155-160℃后加入稳定剂再搅拌1-2小时，即得改性沥青。
3.根据权利要求2所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂与聚丙烯酸正丁酯，同步法合成而二者的互穿网络聚合物，同时添加邻苯二甲酸酐、偶氮二异丁腈，邻苯二甲酸二烯丙酯和硅烷偶联剂搅拌均匀即得改性环氧树脂；以重量份数计，包括环氧树脂100份、聚丙烯酸正丁酯20-25份、邻苯二甲酸酐20-30份、偶氮二异丁腈0.5-1份、邻苯二甲酸二烯丙酯1-3份、硅烷偶联剂2-5份。
4.根据权利要求3所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述环氧树脂的环氧当量为244-182，环氧值eq为0.41-0.55。
5.根据权利要求1所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述集料包括以下重量份数的组分：
6.根据权利要求5所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述集料选自玄武岩。
7.根据权利要求1所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述填料选为矿粉。
8.根据权利要求7所述的一种密级配沥青混凝土混合料，其特征在于，所述矿粉为石灰岩矿粉，所述矿粉的表观密度为2.8g/cm3、含水量小于1％，粒度范围为0.037-0.048mm。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的一种密级配沥青混凝土混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加热改性沥青并保温；
(2)按级配比级配集料，加热集料搅拌均匀，并保温，然后加入炭黑，搅拌均匀得混合料A；
(3)将步骤(1)中的改性沥青喷洒至步骤(2)得到的混合料A中，进行搅拌，然后加入矿粉，搅拌均匀得密级配沥青混凝土混合料。
10.根据权利要求9所述的一种密级配沥青混凝土混合料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中改性沥青加热至155-160℃，步骤(2)中集料加热至160-165℃。
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