CN112723780A - 一种沥青混合料路用多功能粒化纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，包括硬纤维0～90％、碱性矿物软纤维0～90％、重油3.0～3.5％、芳烃油1.5～3.5％、膨润土2.0～4.0％、硅藻土0.5～1.0％。本发明预先将硬纤维与碱性矿物软纤维分散开来；随后按比例称取原料，置入搅拌器中拌合；拌和好的原料需在闷料桶中静置；而后用造粒机将原料旋转挤压成多功能粒化纤维。本发明所得粒化纤维可充分发挥两种纤维独特优势，兼顾分散性良好前提下，显著提升沥青混合料路用性能及感应加热条件下沥青面层裂缝热自愈、融雪化冰效率等，实现路用纤维沥青混合料多功能化，为提高纤维在沥青混合料中的分散性及改善公路沥青路面使用品质及耐久性提供新路径。

Description

一种沥青混合料路用多功能粒化纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路沥青路面材料领域，具体来说涉及一种沥青混合料路用多功能粒化纤维及其制备方法。
背景技术
道路除冰一直是国内外交通养护部门重点关注的问题。冬季冰雪覆盖使路面摩擦系数降低、车载制动作用不足，导致冬季交通事故频发。常用的除冰方法主要有5种。(1)机械法，用铲雪车等机械手段除冰；(2)化学法，通过撒融雪盐来除冰；(3)自应力弹性铺装法，在路面内部添加高弹性材料，该材料会在车辆荷载作用下受力不均匀而产生变形，从而促使路面冰层破碎，有效抑制路面积雪结冰；(4)低冰点法，即将低冰点材料掺加到沥青混合料中，使其在渗透与毛细作用下逐渐析出，从而实现融冰化雪；(5)热力法，通过路面内部埋设导热管线或导热体，将外部能量转化为热能导入路面内部，并将内部热能传递到路面，进而融雪化冰。
机械法与化学法易对路表结构及附属设施造成破损，并且污染环境；自应力弹性铺装法、低冰点法以及热力法除冰存在冰层厚度和环境温度的限制、以及建设费用和耗能高等问题。基于此，通过添加导电材料的电磁感应加热除冰法逐渐受到重视。
另一方面，随着我国交通量的日益增长，路面承受的负荷越来越重，路面早期病害频发，因此，提升沥青路面性能势在必行。其中，路用纤维因在沥青混合料中具有增强、增韧、桥接、加筋等作用，一直是研究的热点之一。
钢丝绒纤维具有明显的导电与加热优势，被视为沥青感应加热的主流导电纤维材料，具有可实现沥青路面裂缝热自愈、融雪化冰等优良特性，应用前景广阔。但钢丝绒纤维易团聚，不利于实际工程应用。水镁石尾矿在我国储量丰富，水镁石纤维是由水镁石尾矿加工而来，是一种独特的天然碱性矿物纤维材料，在废弃资源回收利用和保护环境层面具有明显优势。相较于其它路用增强型纤维，水镁石纤维呈弱碱性，与沥青具有优良粘附性能，同时其抗老化性能优良，劈分性能好，抗拉强度较大；可显著改善沥青胶浆的高、低温流变特性，继而提升沥青混合料的整体路用性能。
鉴于此，提供一种既能改善沥青混合料路用性能、又可在感应加热条件下提高沥青路表融雪化冰及裂缝自愈效率，同时兼顾易制备、易存储、易分散的沥青混合料路用多功能粒化纤维，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种工艺简单，成本低廉，性能优异的沥青混合料路用多功能粒化纤维及其制备方法。本发明提供的粒化纤维能充分发挥两种纤维独特优势，兼顾分散性良好的前提下，显著提升沥青混合料路用性能及感应加热条件下沥青面层裂缝热自愈、融雪化冰效率，实现了路用纤维沥青混合料多功能化，为改善公路沥青路面使用品质及耐久性提供新路径。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，包括以下体积百分比原料：硬纤维0～90％、碱性矿物软纤维0～90％、重油3.0％～3.5％、芳烃油1.5％～3.5％、膨润土2.0％～4.0％、硅藻土0.5％～1.0％。
进一步，上述硬纤维和碱性矿物软纤维体积总和占比为90％～93％。
采用上述进一步方案的有益效果在于：可充分发挥两种纤维独特优势，实现性能叠加。
进一步，上述硬纤维和碱性矿物软纤维体的体积比优选为10：0、8：2、6：4、4：6、2：8、0：10。
更进一步，上述硬纤维为钢丝绒纤维。
更进一步，上述钢丝绒纤维为表面光滑致密的钢丝绒纤维，且其当量直径为70μm，密度为7.220g/cm3，单丝抗拉强度为820MPa。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明采用的钢丝绒纤维力学性能优异，导热性能良好且感应加热条件下升温快。
进一步，上述碱性矿物软纤维为水镁石纤维。
更进一步，上述水镁石纤维化学组成为：SiO2 1～3％、MgO 60～65％，Al2O30.27％、Fe2O3 0.6～1％、FeO 2～6％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、H2O28.1％；密度为2.400g/cm3。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明采用的水镁石纤维MgO含量高，呈弱碱性，能够与沥青具有优良粘附性能。
进一步，上述硬纤维和碱性矿物软纤维的平均长度均为5mm。
本发明还提供了上述沥青混合料路用多功能粒化纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硬纤维和碱性矿物软纤维分散；
(2)按上述体积百分比称取各原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到多功能粒化纤维。
进一步，上述步骤(3)中静置时间为10～15min。
采用上述进一步方案的有益效果在于：上述方案能够使纤维进一步分散，体系稳定。
进一步，上述步骤(4)多功能粒化纤维的直径为4mm、长度为0.8～1cm。
进一步，步骤(4)中造粒机参数优选为：轧辊转速：12-18rpm，成形压力：10MPa，主机功率：7.5kW。
本发明的有益效果在于：与单掺钢丝绒纤维/水镁石纤维和未粒化的纤维相比，本发明的多功能粒化纤维不仅实现了路用性能提升与融雪化冰效果的叠加，且有效减少了拌和所用时间，一定程度上提高纤维的增强效果，使其更易储存运输。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中钢丝绒纤维为表面光滑致密的钢丝绒纤维，且其当量直径为70μm，密度为7.220g/cm3，单丝抗拉强度为820MPa。
水镁石纤维化学组成为：SiO2 2％、MgO 64％，Al2O3 0.27％、Fe2O3 0.76％、FeO4.5％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、H2O 28.1％；密度为2.400g/cm3。
实施例1
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为90％、0％、3.0％、3.0％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
实施例2
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为72％、18％、3.0％、3.0％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
实施例3
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为54％、36％、3.5％、2.5％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
实施例4
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为36％、54％、3.5％、2.5％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
实施例5
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为18％、72％、3.5％、2.5％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)称取的原料加入搅拌器中搅拌均匀后，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
实施例6
一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，
(1)将平均长度均为5mm钢丝绒纤维和水镁石纤维分散；
(2)按钢丝绒纤维、水镁石纤维、重油、芳烃油、膨润土、硅藻土的体积比为0％、90％、3.0％、3.0％、3.0％、1.0％称取原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置10～15min；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到直径为4mm、长度为0.8～1cm的多功能粒化纤维。
试验例
根据实施例1～6的多功能粒化纤维制备了6种沥青混合料，级配为AC-13,纤维的占比约为沥青混合料质量比的0.45％，油石比分别为4.39％，4.42％，4.45％，4.49％，4.54％，4.45％。然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)测定其高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性。其中，对照组级配为AC-13，油石比为4.37％，未掺纤维。
另外，测定了多功能粒化纤维沥青混合料(含钢丝绒纤维)的平均升温速率，用于表征除冰性能，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002917472720000071
由表1可知，钢丝绒纤维/水镁石复合纤维的加入显著提高了沥青混合料的动稳定度(次/mm)、最大弯拉应变(με)、冻融劈裂强度比(％)；说明其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性明显改善。这是因为钢丝绒纤维为一种硬纤维，水镁石纤维为一种软纤维，水镁石纤维的加入能改善钢丝绒纤维的分散性。另外，水镁石纤维为碱性纤维，起到吸附和稳定沥青的作用，二者混掺“刚柔并济”，可在混合料内部相互搭接，形成良好的三维空间网络结构，提高了混合料的性能。钢丝绒纤维具有升热快等特点，可使沥青路面具有裂缝热自愈、融雪化冰等特性。对钢丝绒纤维/水镁石纤维复合纤维进行造粒不仅实现了路用性能提升与融雪化冰的叠加；且粒化纤维与沥青混合料的拌和、储存、运输性能较未造粒之前显著改善。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，包括以下体积百分比原料：硬纤维0～90％、碱性矿物软纤维0～90％、重油3.0％～3.5％、芳烃油1.5％～3.5％、膨润土2.0％～4.0％、硅藻土0.5％～1.0％。
2.根据权利要求1所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述硬纤维和碱性矿物软纤维体积总和占比为90％～93％。
3.根据权利要求1或2所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述硬纤维为钢丝绒纤维。
4.根据权利要求3所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述钢丝绒纤维为表面光滑致密的钢丝绒纤维，且其当量直径为70μm，密度为7.220g/cm3，单丝抗拉强度为820MPa。
5.根据权利要求1或2所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述碱性矿物软纤维为水镁石纤维。
6.根据权利要求5所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述水镁石纤维化学组成为：SiO21％～3％、MgO 60％～65％，Al2O30.27％、Fe2O30.6％～1％、FeO 2％～6％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、H2O28.1％；密度为2.400g/cm3。
7.根据权利要求1所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维，其特征在于，所述硬纤维和碱性矿物软纤维的平均长度均为5mm。
8.一种沥青混合料路用多功能粒化纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硬纤维和碱性矿物软纤维分散；
(2)按权利要求1～7任一项所述体积百分比称取各原料；
(3)将称取的原料放入搅拌器中搅拌均匀，混匀的原料需在闷料桶中静置；
(4)将静置后的原料用造粒机旋转挤压，得到多功能粒化纤维。
9.根据权利要求8所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述静置时间为10～15min。
10.根据权利要求8所述一种沥青混合料路用多功能粒化纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述多功能粒化纤维的直径为4mm、长度为0.8～1cm。
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