CN110183147B - 一种环保道路用沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种环保道路用沥青混合料及其制备方法，由以下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料75～95份、陶土16～20份、异戊醇18～21份、矿渣25～30份、砂浆30～50份、橡胶粉10～20份、3‑甲基环己酮6～8份、石墨烯7～10份和芳烃油8～13份。本发明所述方法制备得到的环保道路用沥青混合料路用性能优良、具有优异的抗车辙性能和水稳定性能，石墨烯的添加使其不易软化、硬化和开裂，同时增加弹性和强度，橡胶粉能够在改善沥青混合料的弹性恢复力的同时，使其具备较好的抗压强度和抗拉强度；本发明使用的废旧沥青回收料、矿渣和砂浆等原材料来源广泛，成本低，生产过程环保节能，具有良好的经济、社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种环保道路用沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国交通基础设施事业的快速发展，大批公路工程项目相继开展，沥青路面材料由于行车舒适、安全性好已经成为道路铺装的主流材料。然而，随着高等级公路交通量增大，车速高、轴载日趋重型化，导致高等级公路路面形成各种严重的灾害，首先是高温车辙及变形问题，在沥青路面的早期损坏中尤其以高温车辙破坏最为突出；其次是沥青路面水损害破坏严重，路面水损害导致沥青层逐渐从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏，这大大缩短了道路的使用年限，导致该道路提前进入大修或改造期，造成了大量的经济损失。
为了改善沥青路面的性能，通常是在沥青中掺加橡胶、树脂、高分子化合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂制成沥青混合料，然而，现有的沥青混合料的制备需要开发不可再生矿产资源，随着矿产资源的开采，不仅会造成环境污染，资源短缺问题也日益突出；此外，每年需要翻修的沥青路面逐年递增，翻修过程中会产生大量的沥青废料，如果这些沥青废料被废弃，不仅造成资源浪费，还会严重污染环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种环保道路用沥青混合料及其制备方法，不仅提高了沥青路面的抗车辙性能和水稳定性能，同时解决了现有技术中沥青废料回收再利用的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料75～95份、陶土16～20份、异戊醇18～21份、矿渣25～30份、砂浆30～50份、橡胶粉10～20份、3-甲基环己酮6～8份、石墨烯7～10份和芳烃油8～13份。
优选的，上述环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料88.6份、陶土18.8份、异戊醇20.2份、矿渣28.5份、砂浆45.6份、橡胶粉16.4份、3-甲基环己酮7.5份、氧化石墨烯8.9份、芳烃油11.3份。
优选的，所述石墨烯采用氧化石墨烯或多层石墨烯中的至少一种。
优选的，所述橡胶粉的粒径为10～30目。
优选的，所述矿渣为高炉矿渣，含有以下重量百分比的各组份：氧化钙32～49％，二氧化硅32～41％，三氧化二铝6～17％，氧化镁2～13％，三氧化二铁0.2～4％，单质硫0.2～2％。
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份数称取各原料；
步骤二、将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，得到第一混合物；
步骤三、将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至165～175℃，在搅拌的条件下再向热熔缸中加入砂浆和橡胶粉后升温至185～200℃，并保温30～45分钟，得到第二混合物；
步骤四、将陶土、矿渣、石墨烯和芳烃油混合研磨均匀，然后在磁场中保持45～80秒，得到第三混合物；
步骤五、将步骤三所得的第二混合物在热熔缸中降温至120～135℃后，再加入步骤四所得的第三混合物并搅拌均匀，然后升温至175～188℃，再向其中加入步骤二所得的第一混合物并搅拌均匀，自然冷却至室温，至此，环保道路用沥青混合料制备完成。
优选的，上述环保道路用沥青混合料的制备方法，所述步骤二中，超声波的功率为110～145W、超声波的频率为18～22KHz。
优选的，上述环保道路用沥青混合料的制备方法，所述步骤三中，在所述废旧沥青回收料加入热熔缸前，将热熔缸预热至120～130℃。
优选的，上述环保道路用沥青混合料的制备方法，所述步骤四中，将陶土、矿渣、石墨烯和芳烃油在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为75～88:1、球磨温度45～60℃。
优选的，上述环保道路用沥青混合料的制备方法，所述步骤四中，磁场强度为1860～2150高斯。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明环保道路用沥青混合料，以废旧沥青回收料、矿渣、砂浆为主要原料，来源广泛，有效降低了制备成本，同时可以解决沥青路面翻修过程中会产生大量的沥青废料的处理及回收再利用问题，形成减少环境污染、废弃物再利用和延长沥青道路寿命的三赢局面；
2.本发明环保道路用沥青混合料，具有优异的抗车辙性能和水稳定性能，其材料中加入了石墨烯，石墨烯具有很好的导热效果，能够使制备得到的沥青混合料不易在高温下软化，也不会在天气寒冷时硬化和开裂；石墨烯还能增加沥青混合料的弹性和强度，进而减少沥青道路的磨损，提升沥青路面的使用寿命；
3、本发明环保道路用沥青混合料中还加入了橡胶粉，且本发明中添加的粒径为10～30目的橡胶粉能够在改善沥青混合料的弹性恢复力的同时，使其具备较好的抗压强度和抗拉强度。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例中所使用的矿渣为高炉矿渣，含有以下重量百分比的各组份：氧化钙32～49％，二氧化硅32～41％，三氧化二铝6～17％，氧化镁2～13％，三氧化二铁0.2～4％，单质硫0.2～2％。
实施例1
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料75份、陶土16份、异戊醇18.8份、矿渣25份、砂浆34份、橡胶粉12份、3-甲基环己酮6.6份、氧化石墨烯7份、甲苯8.6份。所用陶土粒径为1mm，矿渣粒径为3mm，砂浆的粒径为0.15mm，橡胶粉粒径为10目；
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照实施例1的重量份数称取各原料；
(2)将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，超声波的功率为125W，超声波的频率为19KHz，得到第一混合物；
(3)将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至168℃，再向热熔缸中在搅拌的条件下加入砂浆和橡胶粉，加入完毕后升温至192℃并且保温36分钟，得到第二混合物；
(4)将陶土、矿渣、氧化石墨烯和甲苯在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为82:1，球磨温度为57℃，然后在1940高斯的磁场中保持75秒，得到第三混合物；
(5)将第二混合物在热熔缸中降温至128℃，将第三混合物加入第二混合物中并且搅拌均匀，然后升温至183℃，再向其中加入第一混合物并且搅拌均匀，自然冷却至室温，即得到环保道路用沥青混合料。
实施例2
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料82.3份、陶土17.2份、异戊醇19.4份、矿渣26.8份、砂浆39.5份、橡胶粉14.4份、3-甲基环己酮6.9份、多层石墨烯7.8份、二甲苯9.5份。所用陶土粒径为2mm，矿渣粒径为1mm，砂浆的粒径为0.20mm，橡胶粉的粒径为20目。
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照实施例2的重量份数称取各原料；
(2)将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，超声波的功率为133W，超声波的频率为22KHz，得到第一混合物；
(3)将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至126℃，再向热熔缸中在搅拌的条件下加入砂浆和橡胶粉，加入完毕后升温至170℃并且保温42分钟，得到第二混合物；
(4)将陶土、矿渣、多层石墨烯和二甲苯在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为75:1，球磨温度为45℃，然后在1940高斯的磁场中保持60秒，得到第三混合物；
(5)将第二混合物在热熔缸中降温至127℃，将第三混合物加入第二混合物中并且搅拌均匀，然后升温至177℃，再向其中加入第一混合物并且搅拌均匀，自然冷却至室温，即得到环保道路用沥青混合料。
实施例3
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料88.6份、陶土18.8份、异戊醇20.2份、矿渣28.5份、砂浆45.6份、橡胶粉16.4份、3-甲基环己酮7.5份、氧化石墨烯8.9份、乙苯11.3份。所用陶土粒径为3mm，矿渣粒径为2mm，砂浆的粒径为0.25mm，橡胶粉的粒径为30目。
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照实施例3的重量份数称取各原料；
(2)将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，超声波的功率为136W，超声波的频率为18KHz，得到第一混合物；
(3)将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至175℃，再向热熔缸中在搅拌的条件下加入砂浆和橡胶粉，加入完毕后升温至194℃并且保温40分钟，得到第二混合物；
(4)将陶土、矿渣、氧化石墨烯和乙苯在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为88:1，球磨温度为60℃，然后在2070高斯的磁场中保持65秒，得到第三混合物；
(5)将第二混合物在热熔缸中降温至132℃，将第三混合物加入第二混合物中并且搅拌均匀，然后升温至184℃，再向其中加入第一混合物并且搅拌均匀，自然冷却至室温，即得到环保道路用沥青混合料。
实施例4
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料93份、陶土19.5份、异戊醇20.5份、矿渣29.4份、砂浆48份、橡胶粉17.9份、3-甲基环己酮7.7份、多层石墨烯9.5份和二甲苯12.4份。所用陶土粒径为2mm，矿渣粒径为1mm，砂浆的粒径为0.25mm，橡胶粉粒径为30目；
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照实施例4的重量份数称取各原料；
(2)将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，超声波的功率为140W，超声波的频率为21KHz，得到第一混合物；
(3)将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至169℃，再向热熔缸中在搅拌的条件下加入砂浆和橡胶粉，加入完毕后升温至198℃并且保温38分钟，得到第二混合物；
(4)将陶土、矿渣、多层石墨烯和二甲苯在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为78:1，球磨温度为55℃，然后在2100高斯的磁场中保持72秒，得到第三混合物；
(5)将第二混合物在热熔缸中降温至127℃，将第三混合物加入第二混合物中并且搅拌均匀，然后升温至182℃，再向其中加入第一混合物并且搅拌均匀，自然冷却至室温，即得到环保道路用沥青混合料。
实施例5
一种环保道路用沥青混合料，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料95份、陶土20份、异戊醇21份、矿渣30份、砂浆50份、橡胶粉20份、3-甲基环己酮8份、氧化石墨烯10份、甲苯13份。所用陶土粒径为1mm，矿渣粒径为3mm，砂浆的粒径为0.15mm，橡胶粉粒径为25目；
上述环保道路用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照实施例5的重量份数称取各原料；
(2)将3-甲基环己酮加入异戊醇中在超声波条件下分散均匀，超声波的功率为125W，超声波的频率为19KHz，得到第一混合物；
(3)将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至168℃，再向热熔缸中在搅拌的条件下加入砂浆和橡胶粉，加入完毕后升温至192℃并且保温36分钟，得到第二混合物；
(4)将陶土、矿渣、氧化石墨烯和甲苯在球磨机中球磨均匀，球磨机的球料比为82:1，球磨温度为57℃，然后在1940高斯的磁场中保持75秒，得到第三混合物；
(5)将第二混合物在热熔缸中降温至128℃，将第三混合物加入第二混合物中并且搅拌均匀，然后升温至183℃，再向其中加入第一混合物并且搅拌均匀，自然冷却至室温，即得到环保道路用沥青混合料。
对比例1
采用现有沥青混合料作为对比例，其中，现有沥青购买自深圳市嘉盛威化工科技有限公司，型号为70#，其为冷拌冷铺的固体沥青，针入度为50mm，延度为30cm，软化点为70℃，闪点为210℃。
将实施例1-4所得的环保道路用沥青混合料和对比例1的现有沥青混合料进行性能检测，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)标准中的测试方法测试软化点、稳定度、动稳定度和冻融劈裂抗拉强度，具体性能测试结果见表1所示。
表1不同实施例所得水泥稳定煤矸石混合料的路用性能试验数据对比表
| 软化点 | 稳定度 | 动稳定度 | 冻融劈裂抗拉强度比 | |
| 实施例1 | 70.7℃ | 13.26kN | 1395次/mm | 88.5％ |
| 实施例2 | 72.1℃ | 12.67kN | 1434次/mm | 86.7％ |
| 实施例3 | 73.4℃ | 13.45kN | 1472次/mm | 89.4％ |
| 实施例4 | 69.5℃ | 12.89kN | 1368次/mm | 86.3％ |
| 实施例5 | 70.1℃ | 13.3kN | 1388次/mm | 88.2％ |
| 对比例1 | 60.8℃ | 9.24kN | 1021次/mm | 74.6％ |
从表1中可以看出，实施例1-4的产品在软化点、稳定度、动稳定度和冻融劈裂抗拉强度指标均高于对比例现有沥青混合料。表明本发明沥青混合料的路用性能优越，具有优异的抗车辙性能和抗水损坏性能。本发明的主原料是废旧沥青回收料、陶土、矿渣和砂浆，利用这些废弃原料配合其他原料，辅以合适的工艺，得到本发明的产品，实现资源的再利用，符合节能环保的要求。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更以及材料的等同替代，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (8)
1.一种环保道路用沥青混合料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料75～95份、陶土16～20份、异戊醇18～21份、矿渣25～30份、砂浆30～50份、橡胶粉10～20份、3-甲基环己酮6～8份、石墨烯7～10份和芳烃油8～13份；所述石墨烯采用氧化石墨烯或多层石墨烯中的至少一种；所述橡胶粉的粒径为10～30目；所述矿渣为高炉矿渣；
所述环保道路用沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份数称取各原料；
步骤二、将3-甲基环己酮加入异戊醇中，在超声波条件下分散均匀，得到第一混合物；
步骤三、将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至165～175℃，在搅拌条件下再向热熔缸中加入砂浆和橡胶粉，升温至185～200℃并保温30～45分钟，得到第二混合物；
步骤四、将陶土、矿渣、石墨烯和芳烃油混合并研磨均匀，然后在磁场中保持45～80秒，得到第三混合物；
步骤五、将步骤三所得的第二混合物在热熔缸中降温至120～135℃后，再加入步骤四所得的第三混合物并搅拌均匀，然后升温至175～188℃，再向其中加入步骤二所得第一混合物并搅拌均匀，自然冷却至室温，至此，环保道路用沥青混合料制备完成。
2.根据权利要求1所述的环保道路用沥青混合料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：废旧沥青回收料88.6份、陶土18.8份、异戊醇20.2份、矿渣28.5份、砂浆45.6份、橡胶粉16.4份、3-甲基环己酮7.5份、石墨烯8.9份、芳烃油11.3份。
3.根据权利要求1所述的环保道路用沥青混合料，其特征在于，所述矿渣含有以下重量百分比的各组份：氧化钙32～49%，二氧化硅32～41%，三氧化二铝6～17%，氧化镁2～13%，三氧化二铁0.2～4%，单质硫0.2～2%。
4.一种如权利要求1所述的环保道路用沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按照权利要求1的重量份数称取各原料；
步骤二、将3-甲基环己酮加入异戊醇中，在超声波条件下分散均匀，得到第一混合物；
步骤三、将废旧沥青回收料加入热熔缸中，加热至165～175℃，在搅拌条件下再向热熔缸中加入砂浆和橡胶粉，升温至185～200℃并保温30～45分钟，得到第二混合物；
步骤四、将陶土、矿渣、石墨烯和芳烃油混合并研磨均匀，然后在磁场中保持45～80秒，得到第三混合物；
步骤五、将步骤三所得的第二混合物在热熔缸中降温至120～135℃后，再加入步骤四所得的第三混合物并搅拌均匀，然后升温至175～188℃，再向其中加入步骤二所得第一混合物并搅拌均匀，自然冷却至室温，至此，环保道路用沥青混合料制备完成。
5.根据权利要求4所述的环保道路用沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，超声波的功率为110～145W、超声波的频率为18～22KHz。
6.根据权利要求4所述的环保道路用沥青混合料的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，在所述废旧沥青回收料加入热熔缸前，将热熔缸预热至120～130℃。
7.根据权利要求4所述的环保道路用沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，将陶土、矿渣、石墨烯和芳烃油在球磨机中球磨均匀，所述球磨机的球料比为75～88:1、球磨温度45～60℃。
8.根据权利要求4所述的环保道路用沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，磁场的强度为1860～2150高斯。
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