CN111747688A - 一种高稳定度沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种高稳定度沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种高稳定度沥青混合料及其制备方法，涉及沥青混合料技术领域。其技术要点是：该高稳定度沥青混合料，按重量份数计包括：改性沥青10‑15份；矿粉5‑10份；粗集料150‑200份；细集料15‑30份；所述改性沥青由基质沥青经过碳化稻壳粉和PPA复合改性得到。其制备方法为：S1，将粗集料、细集料和矿粉加入到烘干桶中，于1000‑1500rpm、120‑170℃下烘干至恒重；S2，将上述混合物倒入搅拌缸中，加入加热至150‑170℃的改性沥青，于600‑800r/min转速下搅拌30‑45min，即得。本申请得到的沥青混合料稳定度高、强度高、抗车辙性能好。

Description

一种高稳定度沥青混合料及其制备方法
技术领域
本申请涉及沥青混合料技术领域，更具体地说，它涉及一种高稳定度沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青路面由于其行驶舒适、施工便捷、工期短、建设速度快等优点，广泛应用于我国的公路建设，尤其高速公路建设。但是，随着经济社会不断发展。道路交通运输的压力与日俱增，超载现象严重；加之目前全球气温升高，沥青路面由于高温、重载和渠道交通，开始出现大量的高温永久变形病害，如车辙、推移、波浪、拥抱等，严重影响了行车舒适性和高速驾驶安全性，极大缩减了道路的使用寿命，对路面材料的高温抗变形能力和抗疲劳性能提出了巨大的挑战。
在授权公告号为CN105838091B的中国发明专利中公开了一种生物质重油和稻壳灰联合作为沥青改性剂的应用，其涉及到一种改性沥青，该改性沥青主要包括1质量份沥青，0.01质量份稻壳粉和0.2质量份生物质重油。上述发明将无机生物灰稻壳灰与有机生物油作为复合沥青改性剂，可以改变改性剂与沥青之间的界面效应，得到一种高温与低温性能均良好，且稳定耐久的改性沥青材料。
上述发明得到的改性沥青材料具有较好的高温稳定性和低温抗裂性，但是用在较多重型车辆通行的路面上，其强度和稳定度(抗车辙)性能还有所欠缺，且其稻壳灰用量较少，无法充分利用稻壳可持续资源。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请的目的一在于提供一种高稳定度沥青混合料，碳化稻壳粉用量较高，得到的沥青混合料稳定度高、强度高、抗车辙性能好。
本申请的目的二在于提供一种高稳定度沥青混合料的制备方法，其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一，本申请提供了如下技术方案：
一种高稳定度沥青混合料，按重量份数计包括：改性沥青10-15份；矿粉5-10份；粗集料150-200份；细集料15-30份；
所述改性沥青由基质沥青经过碳化稻壳粉和PPA复合改性得到。
通过采用上述技术方案，本发明采用碳化稻壳粉对基质沥青进行改性，并加入了PPA，利用PPA的极性和交联性，以提高碳化稻壳粉与沥青之间的相容性，从而可大幅度提高碳化稻壳粉的用量，以充分利用稻壳粉，得到的沥青混合料稳定度高、强度高，路用性能好。
进一步优选为，所述碳化稻壳粉的制备方法为：将稻壳置于体积浓度为10％的稀盐酸中沸煮1h，洗净、烘干后再置于高温炉中并在400-500℃的温度下碳化1h，再升温至590-610℃，灰化1h，然后加入助磨剂进行研磨，得到粒度为0.5μm的碳化稻壳粉。
通过采用上述技术方案，在稻壳粉碳化后，再对其进行灰化，可进一步提高稻壳粉中二氧化硅含量，并转变Si的晶体结构，提高稻壳粉的火山灰活性，这样改性后的沥青性能更好。
进一步优选为，所述助磨剂采用乙二醇。
通过采用上述技术方案，由于磨细稻壳粉表面能巨大，二次团聚倾向严重，通过加入助磨剂，对稻壳粉的分散解聚作用，提高了粉体的比表面积和火山灰活性，降低稻壳粉的孔隙率。
进一步优选为，所述基质沥青选自石油沥青、煤沥青、湖沥青中的一种。
通过采用上述技术方案，采用上述沥青，加入改性剂进行改性并乳化后得到的改性乳化沥青具有较好的储存稳定性和较长的使用寿命，制备得到的沥青混合料的抗裂、强度等路用性能好。
进一步优选为，所述矿粉级配范围为：
筛孔(mm)13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
透过率(％)100 97.4 63.3 48.5 34.4 26.6 12.3 8.4。
通过采用上述技术方案，矿粉在沥青混合料中起到填充作用，可减小沥青混凝土的空隙，有时称作填料，上述级配范围内的矿粉和沥青共同形成沥青胶浆，提高了沥青混凝土的强度和稳定性。
进一步优选为，所述粗集料选自玄武岩、辉绿岩和石灰岩中的一种，其粒径为4.75-9.25mm。
通过采用上述技术方案，石灰岩具有良好的加工性、磨光性和很好的胶结性能，可以与沥青起到良好的结合效果；掺入一定量的辉绿岩集料亦可增加沥青混合料的路用性能，且辉绿岩的价格较石灰岩低，可较大程度的降低成本；玄武岩多为为中性，且气孔多、质地坚硬；其在混合使用时，能够起到良好的配合效果，使沥青混合料整体的结构强度大大提高。同时，玄武岩的粒径比石灰岩的粒径大，且玄武岩和石灰岩均选用不同粒径大小的颗粒组成，使其相互之间不易形成较大的空隙，整体较为密实，使沥青混合料具有良好的稳定的结构强度。
进一步优选为，所述细集料选自石灰岩集料、辉绿岩集料和玄武岩集料中的一种，其粒径为0-2.35mm。
为实现上述目的二，本申请提供了如下技术方案：
一种高稳定度沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将粗集料、细集料和矿粉加入到烘干桶中，于1000-1500rpm、120-170℃下烘干至恒重；
S2，将上述混合物倒入搅拌缸中，加入加热至150-170℃的改性沥青，于600-800r/min转速下搅拌30-45min，即得。
综上所述，与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
(1)稻壳灰改性沥青相比较于石灰石矿粉沥青砂浆有更大的粘度和高温抗车辙性能，得到的沥青混合料稳定度高，沥青混凝土强度高，路用性能好；
(2)本申请在利用稻壳粉改性的基础上，采用稻壳粉与PPA共同作用于改性沥青，得到的沥青混合料的性能更好，路用性能更加优良；
(3)本申请中的稻壳粉为自制得到，在碳化后再进行灰化，充分激发其火山灰活性，既能实现废物利用和环境保护的目的，又能进一步提高沥青混合料的稳定度和沥青混凝土的强度和抗车辙性能。
附图说明
图1为本申请实施例1中高稳定度沥青混合料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请进行详细描述。
本申请中，矿粉级配范围为：
筛孔(mm)13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
透过率(％)100 97.4 63.3 48.5 34.4 26.6 12.3 8.4。
PPA为普通市售购得。
基质沥青采用普通市售购得的石油沥青，同样也可采用湖沥青和煤沥青替代。
粗集料采用粒径为4.75-9.25mm的玄武岩集料，同样也可采用辉绿岩集料和石灰岩集料替代。
细集料采用粒径为0-2.35mm的石灰岩集料，同样也可采用辉绿岩集料和玄武岩集料替代。
实施例1：一种高稳定度沥青混合料，各组分及其相应的重量份数如表1所示，如图1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将粗集料、细集料和矿粉加入到烘干桶中，于1000rpm、170℃下烘干至恒重；
S2，将上述混合物倒入搅拌缸中，加入加热至150℃的改性沥青，于800r/min转速下搅拌30min，即得。
本实施例中，改性沥青由如下制备方法获得：将10重量份基质沥青加热到135℃后加入0.8重量份的碳化稻壳粉，保温，在1000rpm条件下剪切10min，在4000rpm条件下剪切30min；然后加入0.03份PPA，并在135℃、4000r/min的条件下高速剪切1h，最后在140℃的烘箱中保持40min，得到改性沥青。
本实施例中，碳化稻壳粉由如下制备方法获得：将稻壳置于体积浓度为10％的稀盐酸中沸煮1h，洗净、烘干后再置于高温炉中并在400℃的温度下碳化1h，再升温至590℃，灰化1h，然后加入乙二醇助磨剂进行研磨，得到粒度为0.5μm的碳化稻壳粉。
实施例2-6：一种高稳定度沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
Figure BDA0002579845530000041
实施例7：一种高稳定度沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，改性沥青由如下制备方法获得：将10重量份基质沥青加热到140℃后加入1重量份的碳化稻壳粉，保温，在1000rpm条件下剪切15min，在4000rpm条件下剪切40min；然后加入0.05份PPA，并在140℃、4000r/min的条件下高速剪切1.5h，最后在140℃的烘箱中保持40min，得到改性沥青。
实施例8：一种高稳定度沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，碳化稻壳粉由如下制备方法获得：将稻壳置于体积浓度为10％的稀盐酸中沸煮1h，洗净、烘干后再置于高温炉中并在500℃的温度下碳化1h，再升温至610℃，灰化1h，然后加入乙二醇助磨剂进行研磨，得到粒度为0.5μm的碳化稻壳粉。
对比例1：一种沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，采用普通市售购得的SBS改性沥青替代碳化稻壳粉改性沥青。
对比例2：一种沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，改性沥青仅采用基质沥青和碳化稻壳粉改性制得，即未加入PPA。
对比例3：一种沥青混合料，与实施例1的不同之处在于，碳化稻壳粉研磨时未加入乙二醇。
性能测试
分别对实施例1-8和对比例1-3制得的沥青混合料进行性能测试，测试结果计入下表2中。
由表2中测试数据可以看出，实施例1-8中制备的沥青混合料的稳定度和变形值均优于对比例1-3。且实施例1-8中的车辙测试结果均大于4740次/mm以上，远高于技术指标要求的不下于3000次/mm。说明本发明自制的碳化稻壳粉和PPA混合对基质沥青进行改性后，得到的沥青混合料具有稳定度高和路用性能好的优点。
表2性能测试结果
马歇尔稳定度(60℃)/KN 流值(mm) 车辙(次/mm)
实施例1 9.46 3.3 4748
实施例2 9.44 3.2 4753
实施例3 9.35 3.2 4758
实施例4 9.61 3.2 4749
实施例5 9.58 3.2 4753
实施例6 9.60 3.4 4750
实施例7 9.45 3.2 4760
实施例8 9.56 3.4 4761
对比例1 8.64 4.3 4506
对比例2 7.79 4.6 4460
对比例3 9.06 3.9 4633
以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种高稳定度沥青混合料，其特征在于，按重量份数计包括：改性沥青10-15份；矿粉5-10份；粗集料150-200份；细集料15-30份；
所述改性沥青由10重量份的基质沥青经过0.8-1重量份的碳化稻壳粉和0.03-0.05重量份的PPA复合改性得到。
2.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述碳化稻壳粉的制备方法为：将稻壳置于体积浓度为10%的稀盐酸中沸煮1h，洗净、烘干后再置于高温炉中并在400-500℃的温度下碳化1h，再升温至590-610℃，灰化1h，然后加入助磨剂进行研磨，得到粒度为0.5μm的碳化稻壳粉。
3.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述助磨剂采用乙二醇。
4.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青选自石油沥青、煤沥青、湖沥青中的一种。
5.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述矿粉级配范围为：
筛孔（mm）13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
透过率（%）100 97.4 63.3 48.5 34.4 26.6 12.3 8.4。
6.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述粗集料选自玄武岩、辉绿岩和石灰岩中的一种，其粒径为4.75-9.25mm。
7.根据权利要求1所述的高稳定度沥青混合料，其特征在于，所述细集料选自石灰岩集料、辉绿岩集料和玄武岩集料中的一种，其粒径为0-2.35mm。
8.一种权利要求1-7任一所述的高稳定度沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将粗集料、细集料和矿粉加入到烘干桶中，于1000-1500rpm、120-170℃下烘干至恒重；
S2，将上述混合物倒入搅拌缸中，加入加热至150-170℃的改性沥青，于600-800r/min转速下搅拌30-45min，即得。
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