CN110204253A - 一种改性沥青砼及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种改性沥青砼，包括骨料和聚合物改性沥青，骨料原料包括玄武岩石子、机制砂、石灰岩矿粉，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子30‑36％，机制砂62‑68％，石灰岩矿粉1.4‑2.6％；所述改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.5％‑8.5％。其中，玄武岩石子的粒径规格范围为2‑8mm，机制砂的粒径规格范围为不超过3mm，石灰岩矿粉的粒径规格范围为不超过0.6mm。所述改性沥青砼还可以包括纤维增强材料，并较佳地采用玻璃纤维和玄武岩纤维的组合物。上述改性沥青砼的制备方法，包括制备干燥混合料、SBS改性沥青的加热、混料、出料步骤，可在保证施工成本的基础上，最大程度地改善改性沥青砼材料的强度、耐久性、稳定性等路用性能。
Description
技术领域
本发明涉及工程复合材料技术领域，具体涉及一种改性沥青砼及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是制造沥青砼路面的材料，沥青砼路面由于具有成本低、行驶舒适、噪音小等优点，在高速公路、铁路、桥梁建设领域用量越来越大。目前沥青砼路面在使用中仍然存在的问题是强度和耐久性问题，由于路面质量与百姓生活直接相关，关乎国家或地方工程建设形象，因此，对施工方来说是很大的考验。目前施工厂家或者沥青混合料的专业研发和生产单位所重点关注的问题，第一仍然是沥青混合料的强度和耐耐久性问题，第二是成本问题。
在公开的中外专利文献中，针对沥青混合料的路用性能研究的有很多，为提高沥青砼强度和耐久性等，很多特殊的集料、填料或添加物被不同的生产单位或研究单位所验证，例如一些精加工矿物、橡胶类添加剂、金属或合金添加物等，但由于大部分材料成本较高或者获取较难，相关技术只能停留在理论研究方面，不能应用于大规模产业化利用。而且，这些材料本身也存在一些固有的缺陷，短期实验无法验证，但在路面使用过程中会逐渐显现，这就又成了影响施工质量的隐患。因此，改善沥青混合料的路用性能还是应当立足基础研究，以产业化利用为目的，从沥青混合料的设计方法、结构优化入手，通过改善骨料的原料状态、骨料间的搭配来提高沥青混合料的抗变形能力和在复杂自然环境和路况环境下的耐久性。
发明内容
本发明针对现有技术中的沥青混合料在使用中存在的一些不足，以产业中应用较广的改性沥青砼材料为改进基础，提供一种原理搭配合理、结构更优化的改性沥青砼材料，在保证施工成本的基础上，最大程度地改善改性沥青砼材料的强度、耐久性等路用性能。
本发明的技术方案如下：
一种改性沥青砼，包括骨料和聚合物改性沥青，骨料原料包括玄武岩石子、机制砂、石灰岩矿粉，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子30-36％，机制砂62-68％，石灰岩矿粉1.4-2.6％；所述改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.5％-8.5％。玄武岩具有较高的强度和环境耐受能力，玄武岩石子材料比较容易获取，一些工业副产品甚至可以直接当原料使用，这里选用玄武岩作为基础骨料之一，使得沥青砼产品的性价比得到了保证，机制砂是工业上大规模应用的原料，由于具有圆润的颗粒形状可以充分填充混合料空隙，弥补玄武岩石子尺度、粒度的不足。
上述改性沥青砼，所述玄武岩石子的粒径规格范围为2-8mm，所述机制砂的粒径规格范围为不超过3mm，所述石灰岩矿粉的粒径规格范围为不超过0.6mm。机制砂、玄武岩石子配合石灰岩矿粉填料可以使骨料原料在混制改性沥青砼前后都具有很高的分散性和压实度。
上述改性沥青砼中的骨料混合物9.5mm筛孔通过率为100％，4.75mm筛孔通过率为90％以上，2.36mm筛孔通过率为50％以上，0.3mm筛孔通过率为10％以上，孔隙率为4.0％以下。
在较佳的实施中，上述改性沥青砼，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子33％，机制砂65％，石灰岩矿粉2％，改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.9％-8.2％。
作为对上述改性沥青砼的进一步改进，按质量百分比计算，所述改性沥青砼还包括纤维增强材料，所述改性沥青砼中纤维增强材料的加入比例为所述骨料总重量的0.15-0.25％。
较佳的，所述纤维增强材料的纤维丝径为小于25μm，纤维长度为4-5mm。一般认为5mm以上的纤维短切长度更适于发挥增强作用，但纤维长度的增加也同时提高了沥青的粘滞性和混料时均匀分散的难度，实验证明纤维长度为4-5mm具有较高的混料可操作性，而其增强作用并不会受到明显影响。
上述改性沥青砼，所述纤维增强材料为玻璃纤维和玄武岩纤维的组合物，其中，按质量百分比计算，所述玻璃纤维的含量为65-75％，所述玄武岩纤维的含量为25％-35％。玄武岩纤维是近几年出现的纤维增韧新材料，其温度耐受性、耐磨性较佳，曾有研究单位提出采用采用玄武岩纤维大规模代替沥青砼中的玻璃纤维，但玄武岩纤维的制作成本较高，与本申请采用的玄武岩石子不可同日而语，而且，玄武岩纤维少量采用时可以取得一定的效果，随着用量增加不会再呈比例提高，这是因为玄武岩纤维最突出的性能如对温度和腐蚀的耐受性可以借助沥青砼的骨料来补充，而工业中应用的很多玻璃纤维的理化稳定性也足以应付常规的路面环境，有的弹性模量也已经可以达到或接近玄武岩纤维的水平，因此，我们这里将纤维增强材料中玄武岩纤维含量限定在25％-35％，其余仍然选用最常用的玻璃纤维，取样分析可知，当玄武岩纤维含量占比达到35％时，因玄武岩纤维占比的继续增加而带来的力学性能增加趋势已不再明显。另外，在操作中也发现，当将本专利的纤维增强材料与改性沥青砼中的骨料共混时，不会对混合均匀性或筛网通过率造成很大影响，除了纤维规格的严格设计外，玄武岩纤维对整个纤维增韧材料的聚集也有一定抵御效果。
作为较佳的实施例，上述改性沥青砼中的聚合物改性沥青为SBS改性沥青。
上述改性沥青砼的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备干燥混合料：
按设计的重量百分比称取骨料原料混合料或者骨料原料和纤维增强材料的混合料，在高于室温的温度下进行烘干，得到干燥混合料；
步骤二，SBS改性沥青的加热：
使用加热容器将所需重量比例的SBS改性沥青加热到160℃以上；
步骤三，混料：
将步骤一种获得的干燥混合料和步骤二中获得的160℃以上的SBS改性沥青放入搅拌缸中进行充分搅拌混合；
步骤四，出料：
对步骤三中混合均匀的材料温度进行控制并出料，温度控制的范围为160～170℃。
本发明的有益效果在于：
本发明的改性沥青砼，以工业上大规模应用的机制砂为主要成分，以玄武岩石子为主要配料，以石灰岩矿粉为主要填料，原料搭配和粒度级配合理，玄武岩具有较高的强度和环境耐受能力，玄武岩石子材料比较容易获取，一些工业副产品甚至可以直接当原料使用，机制砂由于具有圆润的颗粒形状可以充分填充混合料空隙，弥补玄武岩石子尺度、粒度的不足，配合石灰岩矿粉填料可以使骨料原料在混制改性沥青砼前后都具有很高的分散性和压实度；玻璃纤维和玄武岩纤维的合理搭配使得混合料耐磨性和强度发挥到最佳的效果，通过纤维丝材规格的设计，确保了混料的分散均匀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和进一步的实施例对本发明作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一种改性沥青砼，包括骨料和聚合物改性沥青，骨料原料包括玄武岩石子、机制砂、石灰岩矿粉，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子30-36％，机制砂62-68％，石灰岩矿粉1.4-2.6％；所述改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.5％-8.5％。具体组成设计为：
实施例1
原材料及矿料组成
| 品种 | 规格 | 产地 | 掺配比例(％) |
| 玄武岩石子 | 3-8mm | 潍坊 | 33 |
| 机制砂 | 0-3mm | 潍坊 | 65 |
| 石灰岩矿粉 | <0.6mm | 青岛 | 2 |
| SBS改性沥青 | 市售 | 青岛 | 7.8-8.2 |
实施例2
原材料及矿料组成
| 品种 | 规格 | 产地 | 掺配比例(％) |
| 玄武岩石子 | 3-8mm | 潍坊 | 31 |
| 机制砂 | 0-3mm | 潍坊 | 67.5 |
| 石灰岩矿粉 | <0.6mm | 青岛 | 1.5 |
| SBS改性沥青 | 市售 | 青岛 | 6.9-7.8 |
实施例3
原材料及矿料组成
实施例1-3的骨料混合物级配范围
| 筛孔尺寸(mm) | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 0.3 |
| 级配范围(％) | 100 | 90-100 | 55-75 | 12-28 |
上述各实施例中改性沥青砼的制备方法，均包括以下步骤：
步骤一，制备干燥混合料：按设计的重量百分比称取骨料原料混合料，在高于室温的温度下进行烘干，得到干燥混合料；
步骤二，SBS改性沥青的加热：使用加热容器将所需重量比例的SBS改性沥青加热到160℃以上；
步骤三，混料：将步骤一种获得的干燥混合料和步骤二中获得的160℃以上的SBS改性沥青放入搅拌缸中进行充分搅拌混合；
步骤四，出料：对步骤三中混合均匀的材料温度进行控制并出料，温度控制的范围为160～170℃。
改性沥青砂的击实温度选择165℃。
实施例1-3的取样性能：
油石比(％)：与表格SBS改性沥青占比一致
相对密度：2.44-2.49
空隙率(％)：3.8-4.1
稳定度(KN)：9.22-11.50
流值(0.1mm)：30.4-31.0
动稳定度(次/mm)：3267-3410
实施例4
原材料及矿料组成
实施例5
原材料及矿料组成
实施例6
原材料及矿料组成
实施例4-6的骨料混合物级配范围
上述各实施例中改性沥青砼的制备方法，均包括以下步骤：
步骤一，制备干燥混合料：按设计的重量百分比称取骨料原料和纤维增强材料的混合料，在高于室温的温度下进行烘干，得到干燥混合料；
步骤二，SBS改性沥青的加热：使用加热容器将所需重量比例的SBS改性沥青加热到160℃以上；
步骤三，混料：将步骤一种获得的干燥混合料和步骤二中获得的160℃以上的SBS改性沥青放入搅拌缸中进行充分搅拌混合；
步骤四，出料：对步骤三中混合均匀的材料温度进行控制并出料，温度控制的范围为160～170℃。
改性沥青砂的击实温度选择165℃。
实施例4-6的取样性能：
油石比：与表格SBS改性沥青占比一致
相对密度：2.43-2.49
空隙率：3.8-4.1
稳定度：11.35-14.10
流值(0.1mm)：30.1-30.8
动稳定度(次/mm)：3765-3850
其中：实施例4的稳定度和动稳定度数值优于实施例1-3但小于实施例4-6的均值，实施例5与实施例6稳定度偏差率<5％，动稳定度偏差率<6％。
根据本申请各实施例制作的改性沥青砼，不仅强度高、耐久性优良，而且，外观性能也较常规沥青砂较佳，对环境尤其是光照环境的抵抗能力突出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种改性沥青砼，包括骨料和聚合物改性沥青，其特征在于，骨料原料包括玄武岩石子、机制砂、石灰岩矿粉，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子30-36％，机制砂62-68％，石灰岩矿粉1.4-2.6％；所述改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.5％-8.5％。
2.根据权利要求1所述的一种改性沥青砼，其特征在于，所述玄武岩石子的粒径规格范围为2-8mm，所述机制砂的粒径规格范围为不超过3mm，所述石灰岩矿粉的粒径规格范围为不超过0.6mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种改性沥青砼，其特征在于，按质量百分比计算，各原料在骨料中所占的比例为玄武岩石子33％，机制砂65％，石灰岩矿粉2％，改性沥青砼中聚合物改性沥青的加入比例为所述骨料总重量的6.9％-8.2％。
4.根据权利要求1或2所述的一种改性沥青砼，其特征在于，按质量百分比计算，所述改性沥青砼还包括纤维增强材料，所述改性沥青砼中纤维增强材料的加入比例为所述骨料总重量的0.15-0.25％，所述纤维增强材料的纤维丝径为小于25μm，纤维长度为4-5mm。
5.根据权利要求4所述的一种改性沥青砼，其特征在于，所述纤维增强材料为玻璃纤维和玄武岩纤维的组合物，其中，按质量百分比计算，所述玻璃纤维的含量为65-75％，所述玄武岩纤维的含量为25％-35％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种改性沥青砼，其特征在于，所述改性沥青砼的骨料混合料9.5mm筛孔通过率为100％，4.75mm筛孔通过率为90％以上，2.36mm筛孔通过率为50％以上，0.3mm筛孔通过率为10％以上，孔隙率为4.0％以下。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种改性沥青砼，其特征在于，所述聚合物改性沥青为SBS改性沥青。
8.权利要求1-7任一项所述的改性沥青砼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备干燥混合料：
按设计的重量百分比称取骨料原料混合料或者骨料原料和纤维增强材料的混合料，在高于室温的温度下进行烘干，得到干燥混合料；
步骤二，SBS改性沥青的加热：
使用加热容器将所需重量比例的SBS改性沥青加热到160℃以上；
步骤三，混料：
将步骤一种获得的干燥混合料和步骤二中获得的160℃以上的SBS改性沥青放入搅拌缸中进行充分搅拌混合；
步骤四，出料：
对步骤三中混合均匀的材料温度进行控制并出料，温度控制的范围为160～170℃。
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| CN112521056A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-19 | 南通市交通建设工程有限公司 | 一种抗渗水型沥青混凝土超薄耐磨面层及其施工方法 |
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