CN112608073A - 模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青制备及性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备及性能评价方法。选用粒径范围在16～26.5mm的粗骨料洗净烘干，在162～178℃的烘箱中加热4～5小时后与束状玄武岩纤维一起干拌85～95s；将干拌打散后的玄武岩纤维取出，称取一定质量分批加入到温度为162～178℃的沥青中，并使用电动搅拌器高速充分搅拌，制得玄武岩纤维沥青。通过动态剪切流变仪对玄武岩纤维沥青进行温度扫描试验，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子来评价其高温抗变形能力。本发明对玄武岩纤维与骨料进行预干拌，模拟玄武岩纤维沥青混合料的实际拌合过程，有助于研究工程实践中玄武岩纤维对沥青和沥青混合料路用性能的提升。

Description

模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青制备及性能评价方法

技术领域

本发明属于公路工程材料领域，具体涉及一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青制备及性能评价方法。

背景技术

当前时代在飞速发展，交通运输作为现代经济快速发展融合的依托，其发展的趋势也日益迅猛，建设交通强国也已经成为我国目前发展的重大策略，而道路运输作为目前主要运输方式之一，其重要性无可替代。沥青路面作为道路运输方式最主要的载体，国家对它的建设投入也不断增加，与此同时对它的性能的要求也越来越高。因此纤维沥青混合料得到了很大的推广，玄武岩纤维沥青混合料就是其中的一种。

当下已经有大量学者对玄武岩纤维沥青混合料性能进行了研究，随着玄武岩纤维对沥青混合料路用性能的提升作用已经成为普遍认知，学者们对玄武岩纤维作用的机理展开了深入探讨。然而，由于掺加的玄武岩纤维的质量占沥青混合料整体质量的比例过小，在沥青混合料层面探究玄武岩纤维在其中的作用机理比较困难。相比于沥青混合料，玄武岩纤维在沥青中的换算掺量大大增加。因此，通过研究玄武岩纤维与沥青混合之后的性能变化，有益于对玄武岩纤维增强沥青混合料路用性能的原理展开进一步的探讨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备方法及性能评价方法，将玄武岩纤维与骨料进行预干拌，并去除打散后的玄武岩纤维，通过模拟玄武岩纤维沥青混合料实际拌合过程来制备玄武岩纤维沥青，并通过动态剪切流变仪的温度扫描对其性能进行初步评价。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：选用粒径范围在16～26.5mm的粗骨料洗净烘干，在162～178℃的烘箱中加热4～5小时后与束状玄武岩纤维一起干拌85～95s，在拌合过程中将束状玄武岩纤维制备成散状玄武岩纤维；

步骤(2)：将步骤(1)中干拌打散后的玄武岩纤维取出，分批加入到温度为162～178℃的沥青中，并使用电动搅拌器充分搅拌，制得玄武岩纤维沥青。

进一步的，制备的玄武岩纤维沥青中纤维的掺量为沥青总质量的0.5％～6％，基质或改性沥青质量占玄武岩纤维沥青总质量的94.3％～99.5％，玄武岩纤维长度为3mm～12mm。

进一步的，所述步骤(1)包括如下步骤：

步骤(11)：取粗玄武岩骨料对其进行骨料筛分，筛分后取粒径范围在16～26.5mm之间的玄武岩骨料，用清水反复冲洗，洗去表面粉尘至水清澈，将洗净的玄武岩放入102～108℃的烘箱至烘干；

步骤(12)：将步骤(11)烘干后的玄武岩骨料放入162～178℃的烘箱中加热4～5小时；

步骤(13)：将拌锅升温至170～180℃，将一半步骤(12)加热后的玄武岩骨料倒入拌锅底层，再将玄武岩纤维均匀加入，将剩下的一半步骤(12)加热后的玄武岩骨料加入拌锅中，确保玄武岩纤维存在于骨料中层，启动拌锅，干拌85～95s。

进一步的，所述步骤(2)包括如下步骤：

步骤(21)：根据所制备的玄武岩纤维沥青的组成比例，称取打散后的玄武岩纤维和沥青，用电磁炉将沥青加热至完全流动状态；

步骤(22)：用镊子将玄武岩纤维分批次加入到呈完全流动状态的沥青中，待其完全浸没后，将电动搅拌器转速设定为500～800r/min，搅拌时间为20～25min，搅拌机搅拌期间沥青温度控制在162～178℃。

一种上述方法制备的玄武岩纤维沥青的性能评价方法，通过动态剪切流变仪对玄武岩纤维沥青进行温度扫描试验，温度范围为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子来评价其高温抗变形能力。

进一步的，包括如下步骤：

步骤(1)：将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合后，均匀涂抹在圆形玻璃板表面；

步骤(2)：将权利要求1-4任一项制备的玄武岩纤维沥青倒在涂有甘油和滑石粉混合物的圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取表面光滑处，用剪刀剪取直径为25mm的圆形试件；

步骤(3)：对剪出来的圆形试件进行DSR温度扫描，温度选用52～76℃，得出其对应的复数模量、相位角和车辙因子。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明所述的模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备及性能评价方法，能对玄武岩纤维进行干拌打散，再与沥青进行混合制备，与纤维和沥青直接混合相比，更符合实际生产使用中纤维与沥青结合的模式。

(2)本发明所述模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备及性能评价方法，用于玄武岩纤维沥青的试验成型，进行玄武岩纤维提升沥青性能的研究，玄武岩纤维沥青的试验结果更有利于反映出玄武岩纤维对沥青混合料性能改变的原理。

具体实施方式

下面结合实际案例对本发明所述的一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备及性能评价方法做进一步的说明。

本发明以质量百分比计算，以基质沥青为例，玄武岩纤维占沥青质量的0.5％～6％，基质沥青质量占玄武岩纤维沥青总质量的94.3％～99.5％。

实施例1

一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1007.6g粒径在16～26.5mm之间的玄武岩粗骨料，用清水洗净后置于102～108℃的烘箱中烘干。

(2)将烘干的玄武岩骨料在162～178℃的烘箱中加热4～5小时，并将拌锅升温至170～180℃。

(3)称取6mm玄武岩纤维3.1g，与骨料一起加入拌锅中搅拌85～95s，搅拌结束后用镊子将玄武岩纤维与骨料分离。

(4)称取基质沥青117.9g，在电磁炉上加热至162～178℃使沥青处于完全流动状态。

(5)称取打散后的玄武岩纤维0.6g，用镊子将玄武岩纤维分批次加入到基质沥青中，待玄武岩纤维完全浸没在基质沥青中后，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500～800r/min，搅拌时间定为20～25min，搅拌机搅拌期间基质沥青温度控制在162～178℃，制得所述玄武岩纤维沥青。

在圆形玻璃板上将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合，并均匀涂抹在玻璃板表面。将混合好的玄武岩纤维沥青倒在圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取玄武岩纤维沥青表面光滑处，用剪刀剪取直径约为25mm的圆形试件。

对圆形试件进行DSR温度扫描，温度范围选定为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子。

实施例1的DSR温度扫描试验数据见下表1。

表1 实施例1玄武岩纤维沥青温度扫描数据

实施例1的Fail Temperature为67.2℃。

实施例2

一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1003.9g粒径在16～26.5mm之间的玄武岩粗骨料，用清水洗净后置于102～108℃的烘箱中烘干。

(2)将烘干的玄武岩骨料在162～178℃的烘箱中加热4～5小时，并将拌锅升温至170～180℃。

(3)称取6mm玄武岩纤维3.3g，与骨料一起加入拌锅中搅拌85～95s，搅拌结束后用镊子将玄武岩纤维与骨料分离。

(4)称取基质沥青126.6g，在电磁炉上加热至162～178℃使沥青处于完全流动状态。

(5)称取打散后的玄武岩纤维2.5g，用镊子将玄武岩纤维分批次加入到基质沥青中，待玄武岩纤维完全浸没在基质沥青中后，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500～800r/min，搅拌时间定为20～25min，搅拌机搅拌期间基质沥青温度控制在162～178℃，制得所述玄武岩纤维沥青。

在圆形玻璃板上将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合，并均匀涂抹在玻璃板表面。将混合好的玄武岩纤维沥青倒在圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取玄武岩纤维沥青表面光滑处，用剪刀剪取直径约为25mm的圆形试件。

对圆形试件进行DSR温度扫描，温度范围选定为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子。

实施例2的DSR温度扫描试验数据见下表2。

表2 实施例2玄武岩纤维沥青温度扫描数据

实施例2的Fail Temperature为68.5℃。

实施例3

一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取2001.6g粒径在16～26.5mm之间的玄武岩粗骨料，用清水洗净后置于102～108℃的烘箱中烘干。

(2)将烘干的玄武岩骨料在162～178℃的烘箱中加热4～5小时，并将拌锅升温至170～180℃。

(3)称取6mm玄武岩纤维6.1g，与骨料一起加入拌锅中搅拌85～95s，搅拌结束后用镊子将玄武岩纤维与骨料分离。

(4)称取基质沥青102.9g，在电磁炉上加热至162～178℃使沥青处于完全流动状态。

(5)称取打散后的玄武岩纤维3.1g，用镊子将玄武岩纤维分批次加入到基质沥青中，待玄武岩纤维完全浸没在基质沥青中后，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500～800r/min，搅拌时间定为20～25min，搅拌机搅拌期间基质沥青温度控制在162～178℃，制得所述玄武岩纤维沥青。

在圆形玻璃板上将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合，并均匀涂抹在玻璃板表面。将混合好的玄武岩纤维沥青倒在圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取玄武岩纤维沥青表面光滑处，用剪刀剪取直径约为25mm的圆形试件。

对圆形试件进行DSR温度扫描，温度范围选定为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子。

实施例3的DSR温度扫描试验数据见下表3。

表3 实施例3玄武岩纤维沥青温度扫描数据

实施例3的Fail Temperature为72.9℃。

实施例4

一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取2502.8g粒径在16～26.5mm之间的玄武岩粗骨料，用清水洗净后置于102～108℃的烘箱中烘干。

(2)将烘干的玄武岩骨料在162～178℃的烘箱中加热4～5小时，并将拌锅升温至170～180℃。

(3)称取6mm玄武岩纤维7.6g，与骨料一起加入拌锅中搅拌85～95s，搅拌结束后用镊子将玄武岩纤维与骨料分离。

(4)称取基质沥青103.2g，在电磁炉上加热至162～178℃使沥青处于完全流动状态。

(5)称取打散后的玄武岩纤维6.2g，用镊子将玄武岩纤维分批次加入到基质沥青中，待玄武岩纤维完全浸没在基质沥青中后，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500～800r/min，搅拌时间定为20～25min，搅拌机搅拌期间基质沥青温度控制在162～178℃，制得所述玄武岩纤维沥青。

在圆形玻璃板上将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合，并均匀涂抹在玻璃板表面。将混合好的玄武岩纤维沥青倒在圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取玄武岩纤维沥青表面光滑处，用剪刀剪取直径约为25mm的圆形试件。

对圆形试件进行DSR温度扫描，温度范围选定为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子。

实施例4的DSR温度扫描试验数据见下表4。

表4 实施例4玄武岩纤维沥青温度扫描数据

实施例4的Fail Temperature为75.9℃。

对比例1

不掺玄武岩纤维的基质沥青对比试样制作，步骤如下：

称取基质沥青102.1g，在电磁炉上加热至162～178℃使沥青处于完全流动状态，将电动搅拌器转速设定为500～800r/min，搅拌时间为20～25min，搅拌机搅拌期间基质沥青温度控制在162～178℃。

在圆形玻璃板上将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合，并均匀涂抹在玻璃板表面。将基质沥青倒在圆形玻璃板上，待其冷却凝固后，取基质沥青表面光滑处，用剪刀剪取直径约为25mm的圆形试件。

对圆形试件进行DSR温度扫描，温度范围选定为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子。

对比例1的DSR温度扫描试验数据见下表5。

表5 对比例1玄武岩纤维沥青温度扫描数据

对比例1的Fail Temperature为67.2℃。

由实施例1-4和对比例1可知，相同温度下，玄武岩纤维掺量小于0.5％时，玄武岩纤维对于基质沥青的复数模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ和Fail Temperature的改变极小或基本不改变。随着玄武岩纤维掺量的增加至基质沥青质量的2％，相同温度下玄武岩纤维沥青的复数模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ和Fail Temperature均出现了小幅度的改善。当玄武岩纤维掺量增加至基质沥青质量的3％，在相同温度下玄武岩纤维沥青的复数模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ和Fail Temperature均出现了大幅度的改善，说明此掺量下玄武岩纤维对沥青的高温抗变形性能的提升效果显著。当玄武岩纤维产量继续增加至基质沥青质量的6％时，与掺量为3％时的性能提升差距不大。

以上所述仅为本发明的较为优选的实施例，并为对本发明作任何限制，凡在本发明的精神、技术内容和原则之内所做的任何修改、等同替换，仅对以上实施例进行简单的修改的，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟实际拌合过程的玄武岩纤维沥青制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：选用粒径范围在16～26.5mm的粗骨料洗净烘干，在162～178℃的烘箱中加热4～5小时后与束状玄武岩纤维一起干拌85～95s，在拌合过程中将束状玄武岩纤维制备成散状玄武岩纤维；

步骤(2)：将步骤(1)中干拌打散后的玄武岩纤维取出，分批加入到温度为162～178℃的沥青中，并使用电动搅拌器充分搅拌，制得玄武岩纤维沥青。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备的玄武岩纤维沥青中纤维的掺量为沥青总质量的0.5％～6％，基质或改性沥青质量占玄武岩纤维沥青总质量的94.3％～99.5％，玄武岩纤维长度为3mm～12mm。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下步骤：

步骤(11)：取粗玄武岩骨料对其进行骨料筛分，筛分后取粒径范围在16～26.5mm之间的玄武岩骨料，用清水反复冲洗，洗去表面粉尘至水清澈，将洗净的玄武岩放入102～108℃的烘箱至烘干；

步骤(12)：将步骤(11)烘干后的玄武岩骨料放入162～178℃的烘箱中加热4～5小时；

步骤(13)：将拌锅升温至170～180℃，将一半步骤(12)加热后的玄武岩骨料倒入拌锅底层，再将玄武岩纤维均匀加入，将剩下的一半步骤(12)加热后的玄武岩骨料加入拌锅中，确保玄武岩纤维存在于骨料中层，启动拌锅，干拌85～95s。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤：

步骤(21)：根据所制备的玄武岩纤维沥青的组成比例，称取打散后的玄武岩纤维和沥青，用电磁炉将沥青加热至完全流动状态；

步骤(22)：用镊子将玄武岩纤维分批次加入到呈完全流动状态的沥青中，待其完全浸没后，将电动搅拌器转速设定为500～800r/min，搅拌时间为20～25min，搅拌机搅拌期间沥青温度控制在162～178℃。

5.一种权利要求1-4任一项制备的玄武岩纤维沥青的性能评价方法，其特征在于，通过动态剪切流变仪对玄武岩纤维沥青进行温度扫描试验，温度范围为52～76℃，按6℃的间距设置4个温度梯度，得出不同温度下玄武岩纤维沥青对应的复数模量、相位角和车辙因子来评价其高温抗变形能力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：将甘油与滑石粉按照2：1比例进行混合后，均匀涂抹在圆形玻璃板表面；

步骤(2)：将权利要求1-4任一项制备的玄武岩纤维沥青倒在涂有甘油和滑石粉混合物的圆形玻璃板上，待沥青冷却凝固后，取表面光滑处，用剪刀剪取直径为25mm的圆形试件；

步骤(3)：对剪出来的圆形试件进行DSR温度扫描，温度选用52～76℃，得出其对应的复数模量、相位角和车辙因子。