CN111606604A - 一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料制备方法，及该混合料自愈合实现方法。所述高自愈合性能沥青混合料由矿料、SBS改性沥青和玄武岩纤维制备而成，原材料所占质量分数为：矿料91.2%~94.8%，SBS改性沥青5.0%~5.2%，玄武岩纤维0.27%~0.5%，其中矿料包括粗细集料和矿粉；SBS改性沥青与矿料的油石比为5.0%；矿粉占矿料总质量的5%。本发明通过掺加玄武岩纤维制备高自愈合性能沥青混合料，添加玄武岩纤维有效增强了自愈合性能，玄武岩纤维沥青混合料自愈合性能相较于普通沥青混合料可提高34.8%，微波加热处理后自愈合性能可提高23.0%，当对损伤路面进行自愈合修复时，微波加热90s以上时，混合料温度超过130℃，升温速率可达0.62~0.67℃/s，完全满足沥青混合料自愈合的温度要求。

Description

一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料
技术领域
本发明属于沥青混合料自愈合性能评价领域，特别涉及一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料。
背景技术
近年来，随着《交通强国建设纲要》的颁布，建设交通强国成为我国目前发展的重大策略。开裂是沥青路面主要破坏形式之一，会随着时间的推移严重破坏路面承载力及缩短使用寿命，而目前道路养护方式一般针对发展到中后期的道路损伤，对于早期出现的微裂缝损伤，尚缺乏有效的养护手段。沥青材料具有一定的自愈合性能，利用该性能对沥青路面的微裂缝进行预防性养护，是当下所倡导的沥青路面裂缝修复技术，其中基于微波加热的沥青路面自愈合技术因其具有可多次重复应用、自愈合效果优良等突出优势而得到越来越多的研究和应用。此外，玄武岩纤维具有优异的增强增韧效果，将其应用于沥青混合料，能够大幅提高其高温性能、低温性能、抗疲劳开裂性能等，尤其可显著改善沥青混合料裂缝扩展情况，将单一、深裂缝转化为多条、浅裂缝。通过微波加热作用和在混合料中添加玄武岩纤维实现沥青混合料的快速自愈合。
目前大多数自愈合研究均通过微胶囊方法实现混合料自愈合，但是微胶囊方法成本高、价格昂贵、技术要求高。
发明内容
为了解决现有沥青混合料自愈合性能不足的问题，本发明提供了一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料及其制备方法。该方法通过对沥青混合料微波加热和掺加玄武岩纤维，实现沥青混合料性能的提高。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：
一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料，以质量百分数计，该沥青混合料包括94.4％～95.6％矿料(优选95～95.5％)、4.1％～6.0％SBS改性沥青(优选4.5～5.0％)，外掺混合料总质量0.3％～0.5％玄武岩纤维(优选0.4％)。
较佳的，矿料包括粗细集料和矿粉，矿粉占矿料总质量的5％。
具体的，粗细集料由1#、2#、3#料组成，其中各占矿料总质量的43％、27％、25％。
较佳的，沥青混合料采用Superpave-13级配。
具体的，粗细集料和矿粉的整体级配范围如下：
Figure BDA0002525538140000021
较佳的，采用沥青混合料制成的试件需达到7.0±0.5％的目标空隙率要求。
上述掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将SBS改性沥青在170±5℃烘箱内加热至熔融状态；
(2)将矿料中的粗细集料、矿粉加热至180±5℃，搅拌锅加热至185℃，保温待用；
(3)往搅拌锅中加入粗细集料拌和90s，再加入玄武岩纤维搅拌90s，加入SBS改性沥青搅拌90s，最后加入矿粉搅拌180s。
本发明还提供了基于上述沥青混合料的自愈合方法，采用该沥青混合料制成的沥青路面发生损伤时，通过微波加热实现损伤路面的快速自愈合。
与现有技术相比，本发明的优点是：第一：利用集料自身发热性能，使微波加热自愈合性能提高提升；第二：添加玄武岩纤维，不仅降低了成本，还改善自愈合性能方面。
附图说明
图1为Superpave-13设计级配曲线。
图2为荷载(P)与位移(u)曲线。
图3为韧性区长度和预切缝长度示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
本发明通过添加价格低廉的玄武岩纤维，并在沥青混合料修复过程中使用微波加热。充分利用玄武岩纤维提高混合料性能和微波加热下的良好反应实现沥青混合料自愈合，是一种优秀的、适用性高的增强沥青混合料自愈合性能的方法。
本发明所述试验采用江苏天龙玄武岩连续纤维高新科技有限公司生产的短切玄武岩纤维，其性能指标分别见表1。
表1玄武岩纤维性能指标及试验结果
Figure BDA0002525538140000031
采用Superpave设计方法对Superpave-13沥青混合料进行级配设计。设计级配见表2，设计级配曲线如图1所示。
图2为荷载(P)与位移(u)曲线。图3为韧性区长度和预切缝长度示意图。
表2 Superpave-13沥青混合料矿料筛分结果
Figure BDA0002525538140000032
表3混合料微波加热90s内温度数据采集表
Figure BDA0002525538140000033
表4混合料微波加热180s内温度数据采集表
Figure BDA0002525538140000034
经过180s的微波加热，混合料平均温度可以达到130℃以上。混合料升温较快，且在微波加热时长超过90s后，混合料升温速率逐渐稳定在0.62～0.67℃/s。
实施例1：
(1)将200gSBS改性沥青在170±5℃烘箱内加热至熔融状态；
(2)分别取1634g、1026g、950g的1#、2#、3#料和190g矿粉加热至180±5℃，搅拌锅加热至185℃，保温待用；取16g玄武岩纤维待用。
(3)往搅拌锅中加入粗细集料拌和90s，再加入玄武岩纤维搅拌90s，加入SBS改性沥青搅拌90s，最后加入矿粉搅拌180s。
本发明在制备过程中使用旋转压实仪成型试件，所述沥青混合料采用Superpave-13级配，所述油石比为5.0％。
实施例2：
(1)将225gSBS改性沥青在170±5℃烘箱内加热至熔融状态；
(2)分别取2053.25g、1289.25g、1193.75g的1#、2#、3#料和238.75g矿粉加热至180±5℃，搅拌锅加热至185℃，保温待用；取20g玄武岩纤维待用。
(3)往搅拌锅中加入粗细集料拌和90s，再加入玄武岩纤维搅拌90s，加入SBS改性沥青搅拌90s，最后加入矿粉搅拌180s。
本发明在制备过程中使用旋转压实仪成型试件，所述沥青混合料采用Superpave-13级配，所述油石比为4.5％。
对比例1：
(1)将200gSBS改性沥青在170±5℃烘箱内加热至熔融状态；
(2)分别取1634g、1026g、950g的1#、2#、3#料和190g矿粉加热至180±5℃，搅拌锅加热至185℃，保温待用；对比例1不掺加玄武岩纤维。
(3)往搅拌锅中加入粗细集料拌和90s，加入SBS改性沥青搅拌90s，最后加入矿粉搅拌180s。
本发明在制备过程中使用旋转压实仪成型试件，所述沥青混合料采用Superpave-13级配，所述油石比为5.0％。
对比例1用于和实施例1进行对比分析，掺加玄武岩纤维前后沥青混合料自愈合性能的比较见表5。
实施例2所得混合料进行微波加热前后自愈合性能的对比见表6。
表5掺玄武岩纤维前后沥青混合料断裂能Gf试验结果
混合料类型 掺玄武岩纤维沥青混合料 未掺玄武岩纤维沥青混合料
断裂能G<sub>f</sub>(J/m<sup>2</sup>) 6587.26 4885.29
表6微波加热前后沥青混合料断裂能Gf试验结果
混合料类型 微波处理玄武岩纤维沥青混合料 未微波处理玄武岩纤维沥青混合料
断裂能G<sub>f</sub>(J/m<sup>2</sup>) 4755.29 3866.23
。
可以发现，掺加玄武岩纤维后，玄武岩纤维沥青混合料断裂能Gf高于普通沥青混合料。掺加玄武岩纤维之后，断裂能提高了34.8％。同时，微波加热处理后，沥青混合料断裂能Gf也随着提高。微波处理后，断裂能提高了23.0％。综上，普通沥青混合料在掺加玄武岩纤维后并进行微波处理可以实现断裂能Gf的恢复与提高。

Claims (9)

1.一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料，其特征在于，以质量百分数计，该沥青混合料包括94.4％～95.6％矿料、4.1％～6.0％SBS改性沥青，外掺混合料总质量0.3％～0.5％玄武岩纤维。
2.一种掺玄武岩纤维高自愈合性能沥青混合料，其特征在于，以质量百分数计，该沥青混合料包括95～95.5％矿料、4.5～5.0％SBS改性沥青，外掺混合料总质量0.4％玄武岩纤维。
3.如权利要求1或2所述的混合料，其特征在于，矿料包括粗细集料和矿粉，矿粉占矿料总质量的5％。
4.如权利要求3所述的混合料，其特征在于，粗细集料由1#、2#、3#料组成，其中各占矿料总质量的43％、27％、25％。
5.如权利要求1或2所述的混合料，其特征在于，沥青混合料采用Superpave-13级配。
6.如权利要求3所述的混合料，其特征在于，粗细集料和矿粉的整体级配范围如下：
Figure FDA0002525538130000011
7.如权利要求3所述的混合料，其特征在于，采用沥青混合料制成的试件满足7.0±0.5％的目标空隙率要求。
8.如权利要求1或2所述的混合料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将SBS改性沥青在170±5℃烘箱内加热至熔融状态；
(2)将矿料中的粗细集料、矿粉加热至180±5℃，搅拌锅加热至185℃，保温待用；
(3)往搅拌锅中加入粗细集料拌和90s，再加入玄武岩纤维搅拌90s，加入SBS改性沥青搅拌90s，最后加入矿粉搅拌180s。
9.基于权利要求1或2所述的混合料的自愈合方法，其特征在于，采用该混合料制成的沥青路面发生损伤时，采用微波加热实现损伤路面的快速自愈合。
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