CN109437669B - 一种沥青混合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青混合物及其制备方法。沥青混合物由包含以下重量的原料制成：骨料50～65wt%、集料17～35wt%、改性沥青11～19wt%、稳定剂1～5wt%和抗车辙剂1～5wt%；其制备方法为：按设定比例称取各组分原料，将称量好的改性沥青加热到180～190℃，备用；将骨料、集料、稳定剂和抗车辙剂混合均匀，得到混合料；将加热后的改性沥青加入到混合料内，在170～180℃下搅拌15～20min,即可得到沥青混合物。本发明的沥青混合物可用于沥青混合物道路建设，其具有减少路面开裂的优点；另外，本发明的制备方法具有步骤简单，操作方便的优点。

Description

一种沥青混合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种沥青混合物及其制备方法。

背景技术

在公路、街道、隧道等地方中，都需要用到路面材料，路面材料包括水泥混凝土、沥青等多种材料。这些材料各有优势和劣势，可以满足不同的道路路面材料的需要。沥青路面材料是其中一个非常重要的种类，有着较高的应用率。沥青路面业内人士俗称“黑道”，又称柔性路面，其优点为：(1)沥青路面由于车轮与路面两级减振，因此行车舒适性好、噪音小；(2)柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强；(3)沥青路面修复速度快，碾压后即可通车。

但是现实生活中经常会出现这样的情况：沥青路面出现裂缝或有车辙痕迹，裂缝：由于车辆严重超载，致使拉应力超过其疲劳强度断裂，或是沥青面层缩裂，冬季，沥青面层中的平均温度低于断裂温度，面层即发生断裂；车辙；这个很常见，在温度较高的季节，车辆的反复碾压，沥青产生塑性流动形成的，车辙达到一定深度，辙槽积水，容易发生事故。

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沥青混合物，其具有抗裂性和抗车辙性的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种沥青混合物的制备方法，其具有制备步骤简单，易于实施的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种沥青混合物，所述沥青混合物由包含以下重量的原料制成：骨料50～65wt％、集料17～35wt％、改性沥青11～19wt％、稳定剂1～5wt％和抗车辙剂1～5wt％；

所述改性沥青包括基质沥青和改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂、BRA改性剂、SBR改性剂、PE改性剂和EVA改性剂中的两种或多种；

所述骨料包括石英石、锂霞石和锂辉石中的一种或多种；

所述集料包括花岗岩、砂石和方解石中的一种或多种；

所述稳定剂包括聚酯纤维、植物纤维或硫磺中的任意一种。

通过采用上述技术方案，本发明中，采用骨料、集料、改性沥青、稳定剂和抗车辙剂为沥青混合物的原料，各原料相互配合，可减少沥青混合物铺设的路面的裂缝和车辙形变。

本发明中，所述改性沥青包括基质沥青和改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂、BRA改性剂、SBR改性剂、PE改性剂和EVA改性剂中的两种或多种；进一步优选，所述改性剂为SBS改性剂和BRA改性剂，所述SBS改性剂和BRA改性剂均占沥青混合物总量的2～4wt％。

改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混凝土的性能得以改善制成的沥青结合料。本发明中，用SBS改性剂、BRA改性剂、SBR改性剂、PE改性剂和EVA改性剂中的两种或多种对基质沥青进行改性，可较常规改性沥青具有更高的软化点，粘接性能更好、高温稳定性更好和低温形变好，且使得改性沥青具有良好的拉伸强度和良好的加工性能等特性，一定程度上还具有抗车辙性能。SBS是以苯乙烯、丁二烯为单体的三嵌段共聚物，兼有塑料和橡胶的特性，被称为“第三代合成橡胶”；BRA(布敦岩沥青)是石油经过长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触媒、细菌等的综合作用下生成的沥青类物质。用一定量的SBS改性剂和一定量的BRA改性剂对沥青进行改性，可提高沥青混合物的动稳定度，提高沥青混合物的低温抗裂性，提高沥青混合物的水稳定度和抗疲劳性能。

本发明中，所述骨料包括石英石、锂霞石和锂辉石中的一种或多种；进一步优选，所述骨料为石英石和锂霞石，所述石英石和锂霞石分别占沥青混合物总量的38～44wt％和12～21wt％；再进一步优选为，40～44wt％的石英石，12～19wt％的锂霞石。

石英、锂霞石和锂辉石等，它们是由硅氧四面体形成的架状结构，增加了改性沥青与集料接触的表面积，使得改性沥青与集料之间的粘合(界)面积而增大，由于吸附与毛细作用，改性沥青在高温下渗入空隙与裂缝之间，增加了集料与改性沥青之间的总内表面积，从而提高两者之间的粘接力，从而可减少沥青混凝土路面的开裂。且石英、锂霞石和锂辉石的温度膨胀性较低，不同温度膨胀性系数就低的材料复合，可减少沥青混合物之间的内应力，减少甚至阻止应力开裂，增强沥青混合路面的抗热抗冲击强度，从而减少沥青混合物路面的开裂。

本发明中，所述集料包括花岗岩、砂石和方解石中的一种或多种；进一步优选，所述集料为花岗岩和砂石，所述花岗岩和砂石分别占沥青混合物总量的7～13wt％和10～22wt％；再进一步优选为，8～11wt％的花岗岩和13～22wt％的砂石。

花岗岩、砂石和方解石表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好，且与沥青粘附性好，花岗岩、砂石和方解石表面存在着各种形状、各种取向、各种大小的空隙和微裂缝，改性沥青在高温下渗入空隙与微裂缝之间，增加了集料与改性沥青之间的总内表面积，从而提高两者之间的粘接力，从而可减少沥青混凝土路面的开裂。

本发明中，所述稳定剂包括聚酯纤维、植物纤维或硫磺中的任意一种。进一步优选，稳定剂为聚酯纤维；聚酯纤维占沥青混合物总量的1～5wt％。

在沥青混合物中加入聚酯纤维、植物纤维或硫磺中的任意一种，可在一定程度上改善沥青混合物的疲劳开裂性能。聚酯纤维的表面积很大，当其充分分散到沥青混合物中后，相互搭接的聚酯纤维吸附改性沥青中的轻质组分，增大成膜厚度，使得结合料的粘度剂粘聚力增大，软化点提高。另一方面，聚酯纤维以多向分布，由于其相互“桥接”，在混合物中形成分散均匀的三维聚酯纤维，从而增大对集料的约束力，且可以承受较大的拉应力，且聚酯纤维具有一定的延展性，在受到外界重复荷载时，这些网状结构可以吸收并消散发生重复形变的能量，约束并阻止裂纹进一步矿大。

本发明中，加入占沥青混合物总量的1～5wt％的抗车辙剂。

抗车辙剂指以预防沥青路面车辙病害为主要应用目的沥青改性剂。抗车辙剂在施工过程中由于高温的作用而软化,这些微粒在碾压过程中热成型,相当于具有高粘附性的单一粒径细集料填充嵌挤到了集料骨架中的空隙,增加了沥青混合物结构的骨架作用,加强了混合料之间的相互作用力,使混合料之间更加紧密,降低了成型路面的渗透性.同时增加了沥青混合物承受荷载的能力；与聚酯纤维配合，在集料骨架内搭桥交联而形成网状，具有加筋作用,加强了沥青矿粉胶结料体系相互作用和整体性。抗车辙剂颗粒与沥青形成胶结材料，使沥青性能得到改善，提高了沥青的软化点，降低了对温度的敏感性，增加了沥青与矿料的粘附能力。抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分弹性恢复的功能,因而降低了成型沥青路面的永久变形。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将骨料粉碎成规格为1～10mm的细骨料和规格为10～20mm的粗骨料，将集料粉碎成规格为5～15mm的集料；

步骤二:按设定比例称取各组分原料，将称量好的改性沥青加热到180～190℃，备用；

步骤三:将步骤一中的粗骨料、细骨料和集料混合均匀，并向里面加入稳定剂和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在170～180℃下搅拌15～20min,即可得到沥青混合物。

改性沥青的制备包括如下步骤：

按设定比例称取基质沥青、SBS改性剂和BRA改性剂，将基质沥青加热到170～180℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在180～190℃下加热30～40min，即可制得改性沥青。

通过采用上述技术方案，改性沥青高温时以液相渗入集料空隙之间，但温度降低后改性沥青在空隙中发生胶凝硬化，在锲入与锚固作用下，增强了改性沥青与集料之间的机械结合力，从而可减少沥青混凝土路面开裂。且在制备生产的过程中，严格控制各原料的比例，配制出性能优良的沥青混合物，控制沥青用量，保证沥青混合物性能优良，可有效减少沥青混合物制成的路面的开裂。控制加热的温度和控制改性沥青制备时的温度等也可有能在一定程度上减少裂缝。且生产沥青混凝土的步骤简单，操作方便，易于实施。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

一、可改善沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性；

二、改善沥青混凝土的水稳定性；

三、提高沥青混凝土的抗疲劳性；

四、减少沥青混凝土路面的开裂。

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。

实施例

实施例1

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取7kg基质沥青、2kg SBS改性剂和3kg BRA改性剂，将基质沥青加热到170℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在180℃下加热30min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为1mm的细骨料和规格为10mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为5mm的集料；

步骤二:称取38kg石英石(19kg粗+19kg细)、12kg锂霞石(6kg粗+6kg细)、10kg花岗岩、18kg砂石、12kg改性沥青、5kg聚酯纤维和5kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到180℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入聚酯纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在170℃下搅拌15min,即可得到沥青混合物。

实施例2

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取9kg基质沥青、3kg SBS改性剂和3kg BRA改性剂，将基质沥青加热到172℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在182℃下加热32min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为2mm的细骨料和规格为12mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为7mm的集料；

步骤二:称取40kg石英石(27kg粗+13kg细)、19kg锂霞石(13kg粗+6kg细)、8kg花岗岩、13kg砂石、15kg改性沥青、1kg聚酯纤维和4kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到182℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入聚酯纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在172℃下搅拌16min,即可得到沥青混合物。

实施例3

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取7kg基质沥青、2kg SBS改性剂和2kg BRA改性剂，将基质沥青加热到174℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在184℃下加热34min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为4mm的细骨料和规格为14mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为9mm的集料；

步骤二:称取44kg石英石(36kg粗+8kg细)、21kg锂霞石(15kg粗+6kg细)、7kg花岗岩、10kg砂石、11kg改性沥青、4kg聚酯纤维和3kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到184℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入聚酯纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在174℃下搅拌17min,即可得到沥青混合物。

实施例4

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取10kg基质沥青、2kg SBS改性剂和3kg BRA改性剂，将基质沥青加热到176℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在186℃下加热36min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为6mm的细骨料和规格为16mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为11mm的集料；

步骤二:称取42kg石英石(32kg粗+10kg细)、14kg锂霞石(11kg粗+3kg细)、8kg花岗岩、17kg砂石、15kg改性沥青、2kg聚酯纤维和2kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到186℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入聚酯纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在176℃下搅拌18min,即可得到沥青混合物。

实施例5

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取8kg基质沥青、4kg SBS改性剂和4kg BRA改性剂，将基质沥青加热到178℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在188℃下加热38min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为8mm的细骨料和规格为18mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为13mm的集料；

步骤二:称取38kg石英石(25kg粗+13kg细)、15kg锂霞石(10kg粗+5kg细)、13kg花岗岩、14kg砂石、16kg改性沥青、3kg木质纤维和1kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到188℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入木质纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在178℃下搅拌19min,即可得到沥青混合物。

实施例6

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取11kg基质沥青、4kg SBS改性剂和4kg BRA改性剂，将基质沥青加热到180℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在190℃下加热40min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为10mm的细骨料和规格为20mm的粗骨料，将花岗岩和砂石分别粉碎成规格为15mm的集料；

步骤二:称取41kg石英石(31kg粗+10kg细)、16kg锂霞石(12kg粗+4kg细)、11kg花岗岩、10kg砂石、19kg改性沥青、1kg硫磺和2kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到190℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和砂石混合均匀，并向里面加入硫磺和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在180℃下搅拌20min,即可得到沥青混合物。

实施例7

改性沥青的制备包括如下步骤：

称取7kg基质沥青、3kg SBS改性剂和3kg BRA改性剂，将基质沥青加热到175℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在185℃下加热35min，即可制得改性沥青。

一种沥青混合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一:将石英石和锂霞石分别粉碎成规格为5mm的细骨料和规格为15mm的粗骨料，将花岗岩和方解石分别粉碎成规格为10mm的集料；

步骤二:称取39kg石英石(29kg粗+10kg细)、12kg锂霞石(9kg粗+3kg细)、9kg花岗岩、22kg方解石、13kg改性沥青、2kg聚酯纤维和3kg抗车辙剂，将称量好的改性沥青加热到185℃，备用；

步骤三:将步骤一中的石英石、锂霞石、花岗岩和方解石混合均匀，并向里面加入聚酯纤维和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤二中的混合料内，在175℃下搅拌17min,即可得到沥青混合物。

对比例

以实施例4作为参照组

对比例1

对比例1与实施4的区别在于对比例1中没有使用SBS改性剂，其它均与实施例4保持一致。

对比例2

对比例2与实施4的区别在于对比例2中没有使用BRA改性剂，其它均与实施例4保持一致。

对比例3

对比例3与实施4的区别在于对比例3中没有使用聚酯纤维，其它均与实施例4保持一致。

对比例4

对比例4与实施4的区别在于对比例4中用一般市面上售卖的碎石骨料代替石英石、锂霞石、花岗岩和砂石，其它均与实施例4保持一致。

性能检测试验

1、根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40～2004)，对实施例1～7和对比例1～4中的沥青混合物进行基本性能检测，检测结果表1所示。

表1沥青混合物进行基本性能检测表

从表1可以看出，从对比例1～2与实施例4(或实施例1～7)中的数据可知:用一定量的SBS改性剂和一定量的BRA改性剂对沥青进行改性，SBS改性剂和BRA改性剂相互配合，可提高改性沥青的针入度，提高改性沥青的软化点，改善改性沥青的饱和度，从而使得沥青混合物具有更大的马歇尔稳定度，从而提高沥青混合物的低温抗裂性、水稳定度和抗疲劳性能；从对比例4与实施例4(或实施例1～7)中的数据可知：与一般市面上售卖的碎石骨料相比，使用本发明中的骨料(包括石英石、锂霞石和锂辉石中的一种或多种)和集料(花岗岩、砂石和方解石中的一种或多种)所制得的沥青混合物的空隙率高，增加了沥青混合物承受荷载的能力，增加沥青混合物具的马歇尔稳定度；本发明的骨料、集料与聚酯纤维配合，加强了沥青混合物体系相互作用和整体性，增强了沥青混合物的粘附性，增强了沥青混合物路面的坑裂性和抗车辙性。

2、高温稳定性检验

按照规定方法(T 0719)对实施例1～7和对比例1～4所制得的沥青混合物样品进行车辙试验，3次实验取平均值，试验结果如表25所示。

表2高温稳定性检验结果统计表

从表2可以看出，用一定量的SBS改性剂和一定量的BRA改性剂对沥青进行改性，SBS改性剂和BRA改性剂相互配合，可提高改性沥青的性能，且在沥青混合物中加入一定量的聚酯纤维、骨料(包括石英石、锂霞石和锂辉石中的一种或多种)和集料(花岗岩、砂石和方解石中的一种或多种)，本发明的骨料、集料与聚酯纤维配合，加强了沥青混合物体系相互作用和整体性，增强了沥青混合物路面的高温稳定性，从而改善路面的抗裂性和抗车辙性。

3、水稳定性检验

按照规定方法(T 0790)对实施例1～7和对比例1～4所制得的沥青混合物样品进行浸水马歇尔试验，按照规定方法(T 0729)对实施例1～7和对比例1～4所制得的沥青混合物样品进行冻融劈裂试验，检测各样品的水稳定性，试验项目和结果如表4所示。

表3水稳定性检验试验表

从表3可以看出，用一定量的SBS改性剂和一定量的BRA改性剂对沥青进行改性，SBS改性剂和BRA改性剂相互配合，可提高改性沥青的性能，且在沥青混合物中加入一定量的聚酯纤维、骨料和集料，本发明的骨料、集料与聚酯纤维配合，加强了沥青混合物体系相互作用和整体性，增强了沥青混合物路面的水稳定性，从而改善路面的抗裂性和抗车辙性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种沥青混合物，其特征在于，所述沥青混合物由包含以下重量的原料制成：

骨料50～65wt%、集料17～35wt%、改性沥青11～19wt%、稳定剂1～5wt%和抗车辙剂1～5wt%；

所述改性沥青包括基质沥青和改性剂，所述改性剂为SBS改性剂和BRA改性剂；所述SBS改性剂和BRA改性剂均占沥青混合物总量的2～4wt%；

所述改性沥青的制备包括如下步骤：

按设定比例称取基质沥青、SBS改性剂和BRA改性剂，将基质沥青加热到170～180℃，然后将SBS改性剂和BRA改性剂在搅拌下缓慢加入到基质沥青内，在180～190℃下加热30～40min，即可制得改性沥青；

所述骨料为石英石和锂霞石，所述石英石和锂霞石分别占沥青混合物总量的38～44wt%和12～21wt%，所述骨料粉碎成规格为1～10mm的细骨料和规格为10～20mm的粗骨料；

所述集料为花岗岩和砂石，所述花岗岩和砂石分别占沥青混合物总量的7～13wt%和10～22wt%，集料粉碎成规格为5～15mm的集料；

所述稳定剂包括聚酯纤维、植物纤维或硫磺中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合物，其特征在于，所述稳定剂为聚酯纤维。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种沥青混合物，其特征在于，所述沥青混合物由包含以下重量的原料制成：石英石40～44wt%、锂霞石12～19wt%、花岗岩8～11wt%、砂石13～22wt%、改性沥青13～19wt%、聚酯纤维1～5wt%和抗车辙剂1～5wt%。

4.权利要求1～3任一项所述的一种沥青混合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一:将骨料粉碎成规格为1～10mm的细骨料和规格为10～20mm的粗骨料，将集料粉碎成规格为5～15mm的集料;

步骤二:按设定比例称取各组分原料，将称量好的改性沥青加热到180～190℃，备用；

步骤三:将步骤一中的粗骨料、细骨料和集料混合均匀，并向里面加入稳定剂和抗车辙剂，混合均匀，得到混合料；

步骤四:将步骤二中加热后的改性沥青加入到步骤三中的混合料内，在170～180℃下搅拌15～20min,即可得到沥青混合物。