CN111592322B - 一种高稳定性彩色沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高稳定性彩色沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高稳定性彩色沥青混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域，按照重量百分比计，该高稳定性彩色沥青混凝土的组成原料具体包括如下组分：酸性岩粗集料45～55%、细集料15～25%、脱色沥青6.5～8.5%、硅酸盐水泥4.0～5.0%、颜料1.5～3.5%、稳定剂0.5～2.5%、SBS改性剂0.5～2.5%、抗车辙剂0.25～0.35%、抗剥落剂0.3～0.4%、木质纤维0.3～0.4%、纳米二氧化硅1.0～2.0%、纳米二氧化钼1.0～2.0%、硅藻土2.5～3.5%、余量为软化水。本发明所得高稳定性彩色沥青混凝土密实度高，且具有良好的抗压强度和高稳定性。

Description

一种高稳定性彩色沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种高稳定性彩色沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
彩色沥青混凝土路面是指脱色沥青与各种颜色石料、色料和添加剂等材料在特定的温度下混合拌和，即可配制成各种色彩的沥青混合料，再经过摊铺、碾压而形成具有一定强度和路用性能的彩色沥青混凝土路面。
在公开号为CN102295445B的申请文件中公开了一种微波加热固化的乳化沥青混凝土材料及其制备方法，乳化沥青混凝土由下列原料及其质量百分比组成：玄武岩或石灰岩集料 79％～88％，石灰岩矿粉3％～6％，普通硅酸盐水泥1％～4％，微波加热破乳的乳化沥青8％～ 11％，上述原料质量百分比之和为100％；其制备方法先将集料、矿粉和水泥在常温条件下拌和1min，加入微波加热破乳的专用乳化沥青并将混合料拌和2min，摊开并预压至50％压实度，微波加热到50℃以上破乳排水，继续加热至100℃以上，终压，制得混凝土材料。该发明采用微波加热后破乳排水并终压固化，乳化沥青破乳时间可控，乳化沥青混凝土的路用性能大幅提高。
但上述技术方案中的再生混凝土存在以下缺陷：普通硅酸盐水泥孔隙率较大，普通硅酸盐水泥与石灰岩矿粉等集料进行简单拌和，由此制成的混凝土拌合物的密实度低，抗压强度较差，不利于延长混凝土的使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种高稳定性彩色沥青混凝土，所得混凝土密实度高，且具有良好的抗压强度。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种高稳定性彩色沥青混凝土，按照重量百分比计，该高稳定性彩色沥青混凝土的组成原料具体包括如下组分：酸性岩粗集料45～55％、细集料15～25％、脱色沥青6.5～8.5％、硅酸盐水泥4.0～5.0％、颜料 1.5～3.5％、稳定剂0.5～2.5％、SBS改性剂0.5～2.5％、抗车辙剂0.25～0.35％、抗剥落剂 0.3～0.4％、木质纤维0.3～0.4％、纳米二氧化硅1.0～2.0％、纳米二氧化钼1.0～2.0％、硅藻土2.5～3.5％、余量为软化水。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅、纳米二氧化钼共同发挥了“纳米诱导水化”作用，诱导硅酸盐水泥水化生成更多的水化物，在硅酸盐水泥矿物表面生成了大量的C-S-H 凝胶且生长良好，并形成簇状密集体，减少了硅酸盐水泥中总孔隙率，有利于增强沥青的抗压强度。另外，部分纳米颗粒起到填充细化孔隙的作用，填充到水泥水化物孔隙中，增加硅酸盐水泥内部密实性，进一步起到了良好的增强抗压强度的作用。抗剥落剂是一种表面活性剂，它可以使脱色沥青在矿料表面的接触角变小，脱色沥青在矿料表面的铺展程度得以增加，因而使得脱色沥青在矿料表面铺展过程中的所有外力降低，在搅拌过程中更易于均匀分布在矿料表面并进入到孔隙中，从而增强了混凝土的密实度，有利于增强混凝土的抗压强度和稳定性。硅藻土和木质纤维复合并用于改性脱色沥青，硅藻土复合木质纤维表面有大量的微孔及裂缝，能够吸收原来脱色沥青中的轻油分，直径较小的复合木质纤维在脱色沥青基体内是三维空间随机均匀分布的，在脱色沥青内形成了纵横交错的纤维空间网络，这些纵横交错的木质纤维所吸附的结构沥青形成了结构沥青网，结构沥青网与复合木质纤维、脱色沥青基体之间形成机械的“锚合”作用，使得硅藻土复合木质纤维改性沥青的高温性能和低温性能均有所提高，有利于提升沥青混合料的稳定性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按照重量百分比计，该高稳定性彩色沥青混凝土的组成原料具体包括如下组分：酸性岩粗集料50％、细集料20％、脱色沥青7.5％、硅酸盐水泥4.5％、颜料2％、稳定剂1.5％、SBS改性剂1.5％、抗车辙剂0.3％、抗剥落剂0.35％、木质纤维0.35％、纳米二氧化硅1.5％、纳米二氧化钼1.5％、硅藻土3％、软化水6％。
通过采用上述技术方案，该高稳定性彩色沥青混凝土在此配比下，具有抗压强度高、稳定性强、密实度高、水稳定性强等优点。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述酸性岩粗集料为岩浆岩或花岗岩中的一种。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述所述抗剥落剂为AST-3。
通过采用上述技术方案，AST-3具有特殊的端基结构，一端为非极性的碳氢链伸入脱色沥青中，另一端为带整点的胺基碱中性基团，它可与酸性矿料表面负电中心作用，在脱色沥青与酸性矿料表面之间起到了桥梁作用，将脱色沥青与酸性矿料拉在一起，使得脱色沥青与酸性矿料的粘附性提高，有利于增强彩色沥青混凝土的抗压强度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述抗车辙剂为路孚8000。
通过采用上述技术方案，路孚8000是一种储存性能稳定的沥青混凝土添加剂，具有卓越的融合能力，它极大地改善了脱色沥青胶体的结构，使得沥青混凝土的高稳定性和低温抗裂性均得以提高。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚。
通过采用上述技术方案，选用羟丙基甲基纤维素醚作为稳定剂，有利于增强沥青混凝土的抗收缩性和抗龟裂性能。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种高稳定性彩色沥青混凝土的制备方法，该制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取酸性岩粗集料、细集料、脱色沥青、硅藻土、颜料、SBS改性剂、木质纤维，并加入配方量一半的软化水，在155-160℃的条件下，以220-250r/min的转速搅拌均匀，备用；
(2)按比例称取纳米二氧化硅、纳米二氧化钼、水泥，加入配方量1/4的软化水，在常温条件下搅拌均匀，备用；
(3)按比例称取稳定剂、抗车辙剂、抗剥落剂和剩余的软化水，与步骤(1)、(2)所得混合物料一起复掺，随后以220-250r/min的转速搅拌均匀，即得高稳定性彩色沥青混凝土。
通过采用上述技术方案，由上述方法制得的高稳定性彩色沥青混凝土密实度高、热稳定性好、水稳定性强、抗压强度高。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(3)中，搅拌时的温度为165-170℃。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明中，纳米二氧化硅、纳米二氧化钼共同发挥了“纳米诱导水化”作用，诱导硅酸盐水泥水化生成更多的水化物，在硅酸盐水泥矿物表面生成了大量的C-S-H凝胶且生长良好，并形成簇状密集体，减少了硅酸盐水泥中总孔隙率，有利于增强沥青的抗压强度。另外，部分纳米颗粒起到填充细化孔隙的作用，填充到水泥水化物孔隙中，增加硅酸盐水泥内部密实性，进一步起到了良好的增强抗压强度的作用；
2.本发明中，AST-3具有特殊的端基结构，一端为非极性的碳氢链伸入脱色沥青中，另一端为带整点的胺基碱中性基团，它可与酸性矿料表面负电中心作用，在脱色沥青与酸性矿料表面之间起到了桥梁作用，将脱色沥青与酸性矿料拉在一起，使得脱色沥青与酸性矿料的粘附性提高，有利于增强彩色沥青混凝土的抗压强度；
3.本发明中，路孚8000是一种储存性能稳定的沥青混凝土添加剂，具有卓越的融合能力，它极大地改善了脱色沥青胶体的结构，使得沥青混凝土的高稳定性和低温抗裂性均得以提高。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
表1 实施例1-3中一种高稳定性彩色沥青混凝土的各组成成分含量
Figure BDA0002522576230000041
实施例1
一种高稳定性彩色沥青混凝土，其原料配比见表1所示，该高稳定性彩色沥青混凝土的制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取酸性岩粗集料、细集料、脱色沥青、硅藻土、颜料、SBS改性剂、木质纤维，并加入配方量一半的软化水，在157.5℃的条件下，以235r/min的转速搅拌均匀，备用；
(2)按比例称取纳米二氧化硅、纳米二氧化钼、水泥，加入配方量1/4的软化水，在常温条件下搅拌均匀，备用；
(3)按比例称取稳定剂、抗车辙剂、抗剥落剂和剩余的软化水，与步骤(1)、(2)所得混合物料一起复掺，随后在167.5℃的条件下，以235r/min的转速搅拌均匀，即得高稳定性彩色沥青混凝土。
实施例2
一种高稳定性彩色沥青混凝土，其原料配比见表1所示，该高稳定性彩色沥青混凝土的制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取酸性岩粗集料、细集料、脱色沥青、硅藻土、颜料、SBS改性剂、木质纤维，并加入配方量一半的软化水，在160℃的条件下，以225r/min的转速搅拌均匀，备用；
(2)按比例称取纳米二氧化硅、纳米二氧化钼、水泥，加入配方量1/4的软化水，在常温条件下搅拌均匀，备用；
(3)按比例称取稳定剂、抗车辙剂、抗剥落剂和剩余的软化水，与步骤(1)、(2)所得混合物料一起复掺，随后在170℃的条件下，以225r/min的转速搅拌均匀，即得高稳定性彩色沥青混凝土。
实施例3
一种高稳定性彩色沥青混凝土，其原料配比见表1所示，该高稳定性彩色沥青混凝土的制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取酸性岩粗集料、细集料、脱色沥青、硅藻土、颜料、SBS改性剂、木质纤维，并加入配方量一半的软化水，在155℃的条件下，以250r/min的转速搅拌均匀，备用；
(2)按比例称取纳米二氧化硅、纳米二氧化钼、水泥，加入配方量1/4的软化水，在常温条件下搅拌均匀，备用；
(3)按比例称取稳定剂、抗车辙剂、抗剥落剂和剩余的软化水，与步骤(1)、(2)所得混合物料一起复掺，随后在165℃的条件下，以250r/min的转速搅拌均匀，即得高稳定性彩色沥青混凝土。
实施例4
本实施例与实施例1之间的区别在于，岩浆岩替换为花岗岩。
实施例5
本实施例与实施例1之间的区别在于，天然砂替换为机制砂。
对比例1
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加纳米二氧化硅。
对比例2
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加纳米二氧化钼。
对比例3
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加路孚8000。
对比例4
本对比例与实施例1之间的区别在于，路孚8000的重量百分比为0.15％。
对比例5
本对比例与实施例1之间的区别在于，路孚8000的重量百分比为0.20％。
对比例6
本对比例与实施例1之间的区别在于，路孚8000的重量百分比为0.40％。
对比例7
本对比例与实施例1之间的区别在于，路孚8000的重量百分比为0.45％。
对比例8
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加AST-3。
对比例9
本对比例与实施例1之间的区别在于，用Berol胺替换AST-3。
对比例10
本对比例与实施例1之间的区别在于，用PA-1替换AST-3。
对比例11
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加硅藻土。
对比例12
本对比例与实施例1之间的区别在于，未添加木质纤维。
性能检测
对实施例1-5和对比例1-12得到的高稳定性彩色沥青混凝土，进行下述性能检测，检测结果如表2所示。
采用GBT29050-2012《道路用抗车辙剂沥青混凝土》，对混凝土的马歇尔残留稳定度进行检测。
采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，对混凝土的劈裂强度进行检测。
采用GBT29050-2012《道路用抗车辙剂沥青混凝土》，对混凝土的冻融劈裂强度比进行检测。
采用GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，对混凝土的抗压强度进行检测。
采用JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，对混凝土的粘结性进行检测。
表2 实施例1-5和对比例1-12中高稳定性彩色沥青混凝土的性能检测结果
Figure BDA0002522576230000071
结合表2：
对比例1-2与实施例1相比可知，未添加纳米二氧化硅或纳米二氧化钼，都对沥青混凝土的抗压强度产生较大的影响。由此可见，纳米二氧化硅、纳米二氧化钼复掺，沥青混凝土的抗压强度显著提高，复掺比单掺效果好。
对比例3与实施例1相比可知，未添加路孚8000，使得沥青混凝土的稳定性明显降低。
对比例4-7与实施例1相比可知，在混合料中添加0.25-0.35％的抗车辙剂后，沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度和冻融劈裂强度比均有显著提高，当抗车辙剂的含量大于 0.35％时，马歇尔残留稳定度的变化趋于平缓，劈裂强度和冻融劈裂强度比均出现拐点。
对比例8与实施例1相比可知，未添加AST-3，使得沥青混凝土粘结性能明显下降。
对比例9-10与实施例1相比可知，选用AST-3作抗车辙剂，比选用Berol胺或PA-1作抗车辙剂，更能增强沥青混凝土的粘结性能。
对比例11-12与实施例1相比可知，未添加硅藻土或木质纤维，都使得沥青混凝土的稳定性降低。
综上所述，纳米二氧化硅、纳米二氧化钼复掺，沥青混合料的抗压强度显著提高，复掺比单掺效果好。纳米二氧化硅、纳米二氧化钼共同发挥了“纳米诱导水化”作用，诱导硅酸盐水泥水化生成更多的水化物，在硅酸盐水泥矿物表面生成了大量的C-S-H凝胶且生长良好，并形成簇状密集体，减少了硅酸盐水泥中总孔隙率，有利于增强沥青的抗压强度。抗车辙剂AST-3的重量百分比在0.25-0.35％时，沥青混凝土的马歇尔稳定度、劈裂强度和冻融劈裂强度比均为最优。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，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 (5)

1.一种高稳定性彩色沥青混凝土，其特征在于，按照重量百分比计，该高稳定性彩色沥青混凝土的组成原料具体包括如下组分：酸性岩粗集料45～55%、细集料15～25%、脱色沥青6.5～8.5%、硅酸盐水泥4.0～5.0%、颜料1.5～3.5%、稳定剂0.5～2.5%、SBS改性剂0.5～2.5%、抗车辙剂0.25～0.35%、抗剥落剂0.3～0.4%、木质纤维0.3～0.4%、纳米二氧化硅1.0～2.0%、纳米二氧化钼1.0～2.0%、硅藻土2.5～3.5%、余量为软化水；所述酸性岩粗集料为岩浆岩或花岗岩中的一种；所述抗剥落剂为AST-3；所述抗车辙剂为路孚8000。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性彩色沥青混凝土，其特征在于，按照重量百分比计，该高稳定性彩色沥青混凝土的组成原料具体包括如下组分：酸性岩粗集料50%、细集料20%、脱色沥青7.5%、硅酸盐水泥4.5%、颜料2%、稳定剂1.5%、SBS改性剂1.5%、抗车辙剂0.3%、抗剥落剂0.35%、木质纤维0.35%、纳米二氧化硅1.5%、纳米二氧化钼1.5%、硅藻土3%、软化水6%。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性彩色沥青混凝土，其特征在于：所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种高稳定性彩色沥青混凝土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下几个步骤：
（1）按比例称取酸性岩粗集料、细集料、脱色沥青、硅藻土、颜料、SBS改性剂、木质纤维，并加入配方量一半的软化水，在155-160℃的条件下，以220-250r/min的转速搅拌均匀，备用；
（2）按比例称取纳米二氧化硅、纳米二氧化钼、水泥，加入配方量1/4的软化水，在常温条件下搅拌均匀，备用；
（3）按比例称取稳定剂、抗车辙剂、抗剥落剂和剩余的软化水，与步骤（1）、（2）所得混合物料一起复掺，随后以220-250r/min的转速搅拌均匀，即得高稳定性彩色沥青混凝土。
5.根据权利要求4所述的一种高稳定性彩色沥青混凝土，其特征在于：所述步骤（3）中，搅拌时的温度为165-170℃。
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