CN110156379B - 用于沥青混合料的添加剂、沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于沥青混合料的添加剂、沥青混合料及其制备方法。根据配比，将沥青与添加剂加热至160‑180℃，混合，搅拌5‑15min后，获得熔融态物料；将集料熔融态物料中，拌合2‑10min，获得沥青混合料；优选地，拌合期间，保持熔融态物料的温度为160‑180℃。纳米氧化物以本发明的添加剂的形式添加时，能改善纳米氧化物在沥青混合物中的分散性，从而改善沥青混合物中各组分分布的均匀性，进而提高铺筑的沥青路面的路用性能。
Description
技术领域
本发明涉及用于沥青混合料的添加剂、沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是一种由沥青、矿粉、粗细骨料以及粘结剂混合而成的路面建筑材料，通常用作道路施工和维护的材料。由于我国近几年道路工程的快速发展，对沥青混合料数量，特别是质量的要求也越来越高。但是，目前的一些地区，特别是天气恶劣的山区，沥青路面遭受环境以及荷载的共同作用，沥青路面存在变形、开裂等一系列病害。
针对上述问题，目前现有技术中普遍在沥青混合料中使用改性剂等一系列措施来努力改善性能以及延长沥青路面结构中沥青层的寿命。目前通常使用聚合物苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚合物加入沥青中，尽管某些沥青混合物的物理特性和性能有所提高，但使用SBS也有若干缺陷，包括SBS在沥青中的不相容性和分散性。
近几年，出现了纳米氧化物改性的沥青混合物。纳米材料由于其特殊的表面结构，可提高沥青混合料的强度、韧性，耐久性，以及提高沥青路面的使用寿命。目前的现有技术中，纳米氧化物已经被证实能够提高沥青混合料的韧性和耐久性。然而，现有的纳米材料具有许多不足，例如，分散均匀性；难以控制它们引入到沥青混合料中的状态；同时在混合过程中存在SBS改性剂结构被破坏的问题。因此，亟需发展一种易于处理和控制纳米材料在沥青混合料中均匀分布的方法，并能够达到预想的增加沥青路面强度的效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供用于沥青混合料的添加剂及其制备方法，以解决纳米氧化物在沥青混合料中分布效果不理想的问题；本发明的目的之二在于提供沥青混合料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
用于沥青混合料的添加剂，包括纳米氧化物和湖沥青。
进一步地，纳米氧化物和湖沥青的质量比为1-3：20-30，进一步为1.5-2.5:22-28，优选为2:25。
进一步地，所述纳米氧化物包括纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米氧化铝、纳米氧化钛中的至少一种。
进一步地，所述纳米氧化物为经过表面改性处理的纳米氧化物，即将纳米氧化物加入表面活性剂中，搅拌4-6min后，洗涤，干燥，即得表面改性处理的纳米氧化物。
如上所述的添加剂的制备方法，将纳米氧化物与熔融状态下的湖沥青混合，以3000-5000r/min的转速剪切20-40min，获得添加剂成品。
进一步地，将纳米氧化物与熔融状态下的湖沥青混合，以3500-4500r/min的转速剪切25-35min，获得添加剂成品。
基于同一发明构思，本发明还提供沥青混合料，按质量份计，其原料包括沥青3.1-5.4份、集料80.2-90.1份、添加剂0.7-4.5份；其中，所述添加剂为如上所述的添加剂或如上所述的制备方法制备获得的添加剂。
进一步地，按质量份计，其原料包括沥青3.5-5.0份、集料87-88份、添加剂0.8-1.4份。
进一步地，按质量份计，其原料还包括矿粉1.3-4.4份，用于填充沥青混合料的空隙，进一步提升混合料性能。
进一步地，所述沥青包括基质沥青、SBS改性沥青、SBR沥青中的至少一种。
集料可根据需要选择，不局限于碎石；进一步地，集料可分为粗集料和细集料，细集料粒度为2-5mm，粗集料粒度为10-20mm，具体地，也可采用粗集料和细集料的复配料，作为集料。
矿粉可以选自粒度为0.1mm以下研磨后的石灰粉。
如上所述的沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
S1、根据配比，将沥青与添加剂加热至160-180℃，混合，搅拌5-15min后，获得熔融态物料；
S2、将集料加入S1中的熔融态物料中，拌合2-10min，获得沥青混合料；优选地，拌合期间，保持熔融态物料的温度为160-180℃。
进一步地，S2中，拌合2-10min后，将矿粉加入熔融态物料中，继续拌合60-120s，获得沥青混合料。
优选地，加入集料或矿粉前，对集料或矿粉进行预热处理。
本发明中的沥青混合料中，添加剂分散在沥青材料中。纳米氧化物由于其表面具有较大的表面能，容易团聚，不易均匀的分散在沥青，尤其是SBS沥青中，极大的降低了纳米氧化物在沥青中的改善作用，本发明中的添加剂为纳米氧化物与湖沥青的混合物，该混合物在一般的常温范围内是固态，固性的，能很好地保护纳米氧化物在湖沥青中均匀分散的结构不受破坏，纳米氧化物在分散至沥青材料中之前的状态都保持原始有序的状态，而不是无序、团聚的状态。在后期制备道路铺筑用的沥青混合料时，通过有效的控制加热工序，直接将添加剂加入沥青中，由于湖沥青是一种天然沥青，与沥青不存在相容性较差的问题，省去了对SBS改性沥青等沥青再次剪切的操作，极大的降低了剪切作用对SBS改性沥青内部网状结构的破坏，且纳米氧化物又能均匀的分散在沥青中，达到沥青混合料路用性能增强的效果。
具体实施方式
为更好地说明本发明的原理及方案，对本发明技术方案涉及的各种物质以及制备步骤中各种参数做出以下详细解释。更具体的技术方案，可参见实施例方案。
一般而言，本发明的沥青混合料是指应用沥青道路铺筑用的沥青混合料，也称为沥青混凝土。本发明的沥青混合料，可广泛用于建筑结构中，例如，路面结构，机场跑道和公路，桥面覆盖，地板，预制沥青产品。本发明的沥青混合料也可以用于修复或改造现有的产品，例如，修复机场路面，桥面，停车区，巷道等，包括坑槽修补及灌缝。本发明的沥青混合料的原料一般包含一定粒度的细、粗集料，以及沥青。
本发明在制备沥青混合料产品时，选择的沥青原料为SBS改性沥青、SBR改性沥青等。制备沥青混合料时，使用的设备可以为沥青拌合机、滚筒式混料机，或者直接在运输车辆的混料斗中进行混合；加热设备可选择程序可控的微波加热。
本发明的添加剂，是本发明沥青混合料实现性能提高的重要物质。
集料可选择石灰岩，但不局限于碎石；集料分为粗集料和细集料，细集料粒度为2-5mm，粗集料粒度为10-20mm。
矿粉可以选自粒度为0.1mm以下研磨后的石灰粉。
下面将参考实施例详细说明本发明技术方案的构成，不过并不限于下列实施方式。
实施例1
配置下列组成的原料：SBS改性沥青4.6wt％，集料86.9wt％，矿粉4.3wt％，添加剂(纳米氧化锌与湖沥青组成，质量比为2:25)4.2wt％。沥青混合料的具体制备步骤为：1)、加入沥青与添加剂升温至160-180℃，搅拌10分钟；2)、控制温度在160-180℃，将集料加入步骤1)的沥青混合物中，拌合5分钟；然后再加入矿粉，拌后90s，得到高性能的沥青混合料。
其中，所述添加剂的制备方法包括如下步骤：将纳米氧化锌加入表面活性剂(脂肪醇醚硫酸钠)中，进行搅拌10分钟，洗涤，干燥后得到表面改性后的纳米氧化物，将该纳米氧化物置于熔融状态下的湖沥青中，高速剪切30min,转速4000r/min，最终得到添加剂。
实施例2
配置下列组成的原料：SBS改性沥青5.1wt％，集料87.7wt％，矿粉4.3wt％，添加剂(纳米氧化钛与湖沥青组成，质量比为2:25)2.9wt％。沥青混合料的具体制备步骤为：1)、加入沥青与添加剂升温至160-180℃，搅拌约10分钟；2)、控制温度在160-180℃，将集料加入步骤1)的沥青混合物中，拌合约5分钟；然后再加入矿粉，拌后90s，得到高性能的沥青混合料。
其中，所述添加剂的制备方法包括如下步骤：将纳米氧化钛加入表面活性剂(脂肪醇醚硫酸钠)中，进行搅拌10分钟，洗涤，干燥后得到表面改性后的纳米氧化物，将该纳米氧化物置于熔融状态下的湖沥青中，高速剪切30min,转速4000r/min，最终得到添加剂。
实施例3
配置下列组成的原料：SBS改性沥青4.0wt％，集料87.3wt％，矿粉4.5wt％，添加剂(纳米氧化铈与湖沥青组成)3.5wt％。沥青混合料的具体制备步骤为：1)、加入沥青与添加剂升温至160-180℃，搅拌约10分钟；2)、控制温度在160-180℃，将集料加入步骤1)的沥青混合物中，拌合约5分钟；然后再加入矿粉，拌后90s，得到高性能的沥青混合料。
其中，所述添加剂的制备方法包括如下步骤：将纳米氧化铈加入表面活性剂(脂肪醇醚硫酸钠)中，进行搅拌10分钟，洗涤，干燥后得到表面改性后的纳米氧化物，将该纳米氧化物置于熔融状态下的湖沥青中，高速剪切30min,转速4000r/min，最终得到添加剂。
实施例4
配置下列组成的原料：SBS改性沥青5.2wt％，集料87.7wt％，矿粉3.0wt％，添加剂(纳米氧化铝与湖沥青组成，质量比为2:25)4.1wt％。沥青混合料的具体制备步骤为：1)、加入沥青与添加剂升温至160-180℃，搅拌约10分钟；2)、控制温度在160-180℃，将集料加入步骤1)的沥青混合物中，拌合约5分钟；然后再加入矿粉，拌后90s，得到高性能的沥青混合料。
其中，所述添加剂的制备方法包括如下步骤：将纳米氧化铝加入表面活性剂(脂肪醇醚硫酸钠)中，进行搅拌10分钟，洗涤，干燥后得到表面改性后的纳米氧化物，将该纳米氧化物置于熔融状态下的湖沥青中，高速剪切30min,转速4000r/min，最终得到添加剂。
实施例5
配置下列组成的原料：SBS沥青5.0wt％，集料86.0wt％，矿粉4.5wt％，添加剂(纳米氧化锌、纳米氧化钛与湖沥青组成，质量比为2:25)4.5wt％。沥青混合料的具体制备步骤为：1)、加入沥青与添加剂升温至160-180℃，搅拌约10分钟；2)、控制温度在160-180℃，将集料加入步骤1)的沥青混合物中，拌合约5分钟；然后再加入矿粉，拌后90s，得到高性能的沥青混合料。
其中，所述添加剂的制备方法包括如下步骤：将纳米氧化物(质量之比1：1)加入表面活性剂(脂肪醇醚硫酸钠)中，进行搅拌10分钟，洗涤，干燥后得到表面改性后的纳米氧化物，将该纳米氧化物置于熔融状态下的湖沥青中，高速剪切30min,转速4000r/min，最终得到添加剂。
<对比实施例>
本发明还具体设计了如下对比实施来验证本发明的效果。
对比例1
将添加剂直接替换成纳米氧化锌，其它原料与制备工艺与实施例1完全相同。
对比例2
将添加剂直接替换成纳米氧化钛，其它原料与制备工艺与实施例2完全相同。
对比例3
将添加剂直接替换成纳米氧化铝，其它原料与制备工艺与实施例4完全相同。
对比例3
将添加剂直接替换成纳米氧化锌与纳米氧化钛，其它原料与制备工艺与实施例5完全相同。
<性能测试>
对本发明的实施例及对比例得到的沥青混合料进行相关的性能测试，结果如表1。
表1
| 样品 | 动稳定度次/mm | 弯曲应变/με | 冻融劈裂强度比/％ | 残留稳定度/％ |
| 实施例1 | 7030 | 3657 | 92.3 | 93.0 |
| 实施例2 | 6490 | 3122 | 90.9 | 92.5 |
| 实施例3 | 5853 | 3348 | 89.6 | 91.3 |
| 实施例4 | 5933 | 3325 | 89.7 | 91.9 |
| 实施例5 | 7000 | 3612 | 92.4 | 92.3 |
| 对比例1 | 4583 | 2998 | 82.1 | 81.2 |
| 对比例2 | 4495 | 2954 | 82.3 | 81.6 |
| 对比例3 | 4685 | 2916 | 81.5 | 80.9 |
| 对比例4 | 4571 | 2921 | 81.9 | 80.7 |
表1数据可知，本发明得到高性能的沥青混合料的路用性能均大于《公路沥青路面施工技术规范》中相关规定的要求。
弯曲应变以及冻融劈裂强度比可以反映沥青混合料的低温性能。与常规的沥青混合料相比，本发明方法得到沥青混合料的在韧性以及低温抗冻裂方面的性能更加突出。
纳米氧化物以本发明的添加剂的形式添加时，能改善纳米氧化物在沥青混合物中的分散性，从而改善沥青混合物中各组分分布的均匀性，进而提高铺筑的沥青路面的路用性能。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据配比，将沥青与添加剂加热至160-180℃，混合，搅拌5-15min后，获得熔融态物料；
S2、将集料加入S1中的熔融态物料中，拌合2-10min，获得沥青混合料；拌合期间，保持熔融态物料的温度为160-180℃；
其中，所述添加剂包括纳米氧化物和湖沥青；
所述纳米氧化物和湖沥青的质量比为1.5-2.5:22-28；
所述纳米氧化物包括纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米氧化铝、纳米氧化钛中的至少一种；
所述纳米氧化物为经过表面改性处理的纳米氧化物，即将纳米氧化物加入表面活性剂中，搅拌4-6min后，洗涤，干燥，即得表面改性处理的纳米氧化物；所述的添加剂的制备方法为：将纳米氧化物与熔融状态下的湖沥青混合，以3000-5000r/min的转速剪切20-40min，获得添加剂成品；
所述沥青混合料包括沥青3.1-5.4份、集料80.2-90.1份、添加剂0.7-4.5份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，拌合2-10min后，将矿粉加入熔融态物料中，继续拌合60-120s，获得沥青混合料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述矿粉的质量分数为1.3-4.4份。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述沥青包括基质沥青、SBS改性沥青、SBR沥青中的至少一种。
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