CN112645641A - 一种耐老化沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种耐老化沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种耐老化沥青混凝土及其制备方法。一种耐老化沥青混凝土，按质量份数计，其原料主要包括70‑80份碎石，20‑30份石屑，5‑8份矿粉，1‑3份水泥，10‑15份改性沥青；其制备方法为：步骤一，按质量称取碎石、石屑、蒙脱土在烘干桶内进行搅拌烘干，得到干燥的混合料；步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将改性沥青加热，加入拌和缸中进行搅拌，制得沥青混合料；步骤三，将水泥、三萜皂甙、木质素磺酸钠放入拌和缸中进行搅拌；步骤四，再向拌和缸中加入矿粉，混合均匀后即可得到耐老化沥青混凝土。本申请的耐老化沥青混凝土可用于铺设路面，其具有优良的耐老化性能。

Description

一种耐老化沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种耐老化沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土俗称沥青砼，人工选配具有一定级配组成的矿料，碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等，与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。
沥青老化过程的实质是沥青中各组分化合物化学结构的变化，引起沥青中沥青质与软沥青质溶度参数的变化，导致沥青质与软沥青质溶度参数差值增大，因而相容性降低，最终表现为沥青路用性能降低。
导致沥青混合料老化的主要原因是，沥青混合料的施工温度、高温保持时间和与空气接触的条件等因素。随着交通量、交通荷载的不断增加，现代交通对沥青混凝土路面的性能要求越来越高。提高沥青的耐老化性能，延长沥青混凝土路面的使用寿命是其中极为重要的一环。
发明内容
为了提高沥青的耐老化性能，从而延长沥青混凝土路面的使用寿命，本申请提供一种耐老化沥青混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种耐老化沥青混凝土，采用如下的技术方案：
一种耐老化沥青混凝土，按质量份数计，原料主要包括如下组分：70-80份碎石，20-30份石屑，5-8份矿粉，1-3份水泥，10-15份改性沥青；所述改性沥青采用SBS改性沥青。
通过采用上述技术方案，由于SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，SBS中聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段呈两相结构，聚丁二烯为连续相，聚苯乙烯为分散相，使其具有2个玻璃化转变温度，第一个玻璃化转变温度(Tg1)为-88～-83℃，第二个玻璃化转变温度(Tg2)为90℃。
在Tg1～Tg2之间端基聚苯乙烯聚集在一起形成微区分散于聚丁二烯连续相之间，起到物理交联、固定链段、硫化增强及防冷流作用，具有硫化橡胶的高弹性和抗疲劳性能；当温度升至Tg2时，聚苯乙烯相软化和流动使得SBS具有树脂流动加工性。
这种两相分离结构使其能与沥青基质形成空间立体网络结构，从而有效地改善沥青的拉伸性能、弹性、沥青混合料的稳定性以及耐老化性能，从而延长沥青混凝土路面的使用寿命。
优选的，所述碎石分为三档，分别为2.36-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-16mm，且三者的用量比为(5-18)：(17-27)：(24-36)。
通过采用上述技术方案，不同粒径的碎石能够使得沥青混凝土在道路铺设时，整体不易发生开裂，并能保护良好的完整性。
优选的，所述原料中还添加有三萜皂甙，所述三萜皂甙的掺量为水泥质量的0.01-0.02％。
通过采用上述技术方案，三萜皂甙能够使沥青混凝土在搅拌过程中产生大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡而改善沥青混凝土和易性，提高沥青混凝土抗冻性和耐久性。
引入的大量微小气泡对水泥颗粒及骨料颗粒具有浮托、隔离及“滚珠”作用，起到了分散、润湿的双重作用，从而减少沥青混凝土的单位用量，改善其多种性能。
三萜皂甙的掺量＜0.01％时，三萜皂甙对沥青混凝土无法产生明显的改性效果，无法提高沥青混凝土的耐久性；三萜皂甙的掺量＞0.02％时，三萜皂甙在沥青混凝土的搅拌过程中产生过多的气泡，影响沥青混凝土的密实度。
优选的，所述原料中还添加有木质素磺酸钠，所述木质素磺酸钠的掺量为水泥质量的0.5-1.0％。
通过采用上述技术方案，掺入木质素磺酸钠后，由于减少了沥青混凝土加水量，使得沥青混凝土更加密实，外部有害介质不易轻易侵入到沥青混凝土的内部，因此，其抗碳化、抗冻性、抗渗性等耐久性均有改善。
木质素磺酸钠的掺量＜0.5％时，沥青混凝土的加水量几乎保持不变，沥青混凝土中含水量多，无法使得沥青混凝土非常密实；木质素磺酸钠的掺量＞1.0％时，会引起沥青混凝土中石子离析的现象，导致制得的沥青混凝土变脆，降低其耐老化性能。
优选的，所述原料中还添加有蒙脱土，所述蒙脱土的掺量为总质量的1.0-3.0％。
通过采用上述技术方案，蒙脱土能够增大沥青的软化点和粘度，减小针入度，降低延度；同时，蒙脱土的加入能够在一定程度上提高沥青的抗紫外光老化性能。
当蒙脱土的掺量＜3％时，随着蒙脱土的加入，沥青的软化点和粘度增大，针入度减小，延度降低，蒙脱土对沥青的高温性能有明显的改善作用。
老化后，随蒙脱土用量的增加，沥青的软化点增量及老化指数减小、残留针入度比增大、残留延度值增大，表明蒙脱土可以较好地改善沥青的耐老化性能，且改性沥青老化后的抗低温开裂性能提高。
3％掺量的纳米蒙脱土改性剂显著提高了老化后沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度、抗水损害性能和抗压抗拉强度；在同样的温度条件下，沥青混合料的间接拉伸破坏时间随加载速率的增大而急剧减小，抗拉强度增大；在同样的应变加载速率下，沥青混合料的间接拉伸强度随温度的升高而明显降低。
第二方面，本申请提供一种耐老化沥青混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐老化沥青混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一，按质量称取碎石、石屑、蒙脱土在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-120℃，时间为20-30min，搅拌速度为800-1200rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将改性沥青加热至160-180℃，在20-30s内均匀的加入拌和缸中进行搅拌，搅拌速度为900-1200rpm；
步骤三，将水泥、三萜皂甙、木质素磺酸钠放入拌和缸中进行搅拌；
步骤四，再向拌和缸中加入矿粉，混合均匀后即可得到耐老化沥青混凝土。
通过采用上述技术方案，将碎石、石屑、蒙脱土在烘干桶内进行烘干混合，能够避免其相互之间因为水分而粘结在一起，使制得的沥青混凝土具有良好的品质。
优选的，步骤三中，拌和缸内温度维持在170-180℃，搅拌速度为800-1200rpm，时间为25-30min。
通过采用上述技术方案，使得拌和缸中水泥、三萜皂甙、木质素磺酸钠充分混合，且与其他原料混合均匀。
优选的，步骤二的沥青混合料出厂正常温度控制在145-165℃。
通过采用上述技术方案，145-165℃的出厂温度保证了沥青混合料的性能，过低与过高的出厂温度都会影响沥青混凝土的性能。当沥青混合料的出厂温度过低时，沥青的粘性下降，沥青混合料不容易压实；当沥青混合料的出厂温度过高时，沥青会发生老化，从而影响沥青混凝土的耐久性。
优选的，步骤四的耐老化沥青混凝土出料温度为170-180℃。
通过采用上述技术方案，出料温度过低，沥青没有对石料进行包裹，沥青料不均匀造成局部发黄，使制得的沥青混凝土不具备良好的耐久性，将其铺设于公路上容易开裂；出料温度过高，摊铺过程中一经碾压，碎石表面就会有发黄现象。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请的改性沥青采用SBS改性沥青，SBS中聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段的两相结构使其与沥青基质形成空间立体网络结构，提高了沥青混凝土的耐老化性能，从而延长了沥青混凝土路面的使用寿命；
2、本申请中优选采用在远离中添加三萜皂甙，由于三萜皂甙能够使混凝土在搅拌过程中产生大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡而改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性；
3、本申请中优选采用在原料中加入三萜皂甙，使得沥青混凝土在搅拌过程中能够产生微小气泡而改善沥青混凝土和易性，提高沥青混凝土抗冻性和耐久性；
4、本申请中优选采用在原料中加入木质素磺酸钠，减少了沥青混凝土的加水量，使得制备出来的沥青混凝土更加密实；
5、本申请中优选采用在原料中加入蒙脱土，在一定程度上提高沥青的抗紫外光老化性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的水泥采用宁波舜江水泥有限公司生产的P.042.5水泥，碎石采用余姚宏业石场加工的玄武岩碎石，余姚宏业石场加工的凝灰岩石屑，矿粉采用长兴生产的干燥无结块矿粉，SBS改性沥青选自埃索SBSI-D改性沥青；
蒙脱土选自上海麦克林生化科技有限公司的蒙脱土K-10，木质素磺酸钠选自上海麦克林生化科技有限公司，三萜皂甙选自上海麦克林生化科技有限公司的皂素。
实施例1
一种耐老化沥青混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一，称取75kg碎石、25kg石屑、1.2kg蒙脱土在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在100℃，时间为25min，搅拌速度为1000rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将12kg改性沥青加热至170℃，在25s内均匀的加入拌和缸中进行搅拌，搅拌速度为1000rpm，制得沥青混合料，沥青混合料出厂正常温度控制在155℃；
步骤三，将2kg水泥、0.2g三萜皂甙、20g木质素磺酸钠放入拌和缸中进行搅拌，拌和缸内温度维持在175℃，搅拌速度为1000rpm，时间为25min；
步骤四，再向拌和缸中加入6kg矿粉，混合均匀后即可得到耐老化沥青混凝土，耐老化沥青混凝土出料温度为175℃。
实施例2-5
实施例2-5的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于如表1所示：
表1实施例1-5中耐老化沥青混凝土的原料组成和用量
Figure BDA0002853181090000041
Figure BDA0002853181090000051
表2实施例1-5中耐老化沥青混凝土的各参数
Figure BDA0002853181090000052
实施例6
实施例6的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于不添加三萜皂甙。
实施例7
实施例7的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于三萜皂甙的掺量为水泥质量的0.1％。
实施例8
实施例8的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于木质素磺酸钠的掺量为水泥质量的2.0％。
实施例9
实施例9的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于不添加蒙脱土。
对比例1
对比例1的耐老化沥青混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于将改性沥青替换成普通沥青。
性能检测试验老化试验：采用氙灯耐候老化试验箱，氙灯耐候老化试验箱能够模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下存在的破坏性光波；
将熔化后的改性沥青(质量50g)，倒入平底圆盘中(直径φ140mm×9.5mm)，膜厚约为3.2mm，将平底圆盘置于氙灯耐候老化试验箱内；
老化条件为：老化时间为5h，黑板温度为63℃，灯源距离试样25cm，氙灯波长为290nm-800nm，辐射强度为550W/m2。
试验方法
针入度、软化点：采用《JTJ052-2000-公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验。
表3实施例1-9和对比例1的测试结果
Figure BDA0002853181090000061
结合实施例1-5并结合表3可以看出，本申请制备得到的沥青混凝土，经老化试验后，其质量基本无变化，具有优异的耐老化性能。
结合实施例1和实施例6-7并结合表3可以看出，三萜皂甙的添加对针入度以及软化点基本无影响，但是三萜皂甙的加入能够在一定程度上提高沥青混凝土的耐老化性能。
当三萜皂甙的掺量＞0.02％时，三萜皂甙的掺量过多，经老化试验后其质量变化较实施例1较大，说明三萜皂甙的掺量过多会降低沥青混凝土的耐老化性能。
结合实施例1和实施例8并结合表3可以看出，木质素磺酸钠的添加，对针入度以及软化点基本无影响，但木质素磺酸钠的添加能够减少沥青混凝土加水量，使得沥青混凝土更加密实，从而提高沥青混凝土的耐老化性能。
结合实施例1和实施例9并结合表3可以看出，实施例9不添加蒙脱土，其测试结果与实施例1相比，针入度增大，软化点减小，说明蒙脱土能够增大沥青的软化点，减小针入度，同时蒙脱土可以较好地改善沥青的耐老化性能。
结合实施例1和对比例1并结合表3可以看出，对比例1采用普通沥青，其测试结果与实施例1相比，针入度增大，软化点减小。同时根据老化试验的结果可以看出，对比例1经老化试验后质量变化较大，说明本申请使用的改性沥青相较于普通沥青而言，其耐老化性能更佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种耐老化沥青混凝土，其特征在于，按质量份数计，原料主要包括如下组分：70-80份碎石，20-30份石屑，5-8份矿粉，1-3份水泥，10-15份改性沥青；所述改性沥青采用SBS改性沥青。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化沥青混凝土，其特征在于：所述碎石分为三档，分别为2.36-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-16mm，且三者的用量比为（5-18）：（17-27）：（24-36）。
3.根据权利要求1所述的一种耐老化沥青混凝土，其特征在于：所述原料中还添加有三萜皂甙，所述三萜皂甙的掺量为水泥质量的0.01-0.02%。
4.根据权利要求1所述的一种耐老化沥青混凝土，其特征在于：所述原料中还添加有木质素磺酸钠，所述木质素磺酸钠的掺量为水泥质量的0.5-1.0%。
5.根据权利要求1所述的一种耐老化沥青混凝土，其特征在于：所述原料中还添加有蒙脱土，所述蒙脱土的掺量为总质量的1.0-3.0%。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种耐老化沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤一，按质量称取碎石、石屑、蒙脱土在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-120℃，时间为20-30min，搅拌速度为800-1200rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将改性沥青加热至160-180℃，在20-30s内均匀的加入拌和缸中进行搅拌，搅拌速度为900-1200rpm，制得沥青混合料；
步骤三，将水泥、三萜皂甙、木质素磺酸钠放入拌和缸中进行搅拌；
步骤四，再向拌和缸中加入矿粉，混合均匀后即可得到耐老化沥青混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种耐老化沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤三中，拌和缸内温度维持在170-180℃，搅拌速度为800-1200rpm，时间为25-30min。
8.根据权利要求6所述的一种耐老化沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤二的沥青混合料出厂正常温度控制在145-165℃。
9.根据权利要求6所述的一种耐老化沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤四的耐老化沥青混凝土出料温度为170-180℃。
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