CN112876138A - 一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及沥青混凝土制备技术的领域，具体公开了一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法。超薄罩面沥青混凝土由粘性集料和耐候沥青制成，所述粘性集料由矿料和硅烷偶联剂制成，所述矿料和硅烷偶联剂的重量比为(49‑99):1，所述耐候沥青由包括如下重量份的原料制成：沥青350‑400份，脂肪族酰胺类固化剂20‑40份，杂化纤维80‑95份，环氧树脂50‑200份；其制备方法为：先制得粘性集料；再将沥青、脂肪族酰胺类固化剂、杂化纤维和环氧树脂混合制得耐候沥青；然后将耐候沥青与粘性集料混合制得超薄罩面沥青混凝土。本申请采用杂化纤维和脂肪族酰胺类，制备的沥青混凝土获得了较好的低温抗裂性能和施工和易性；另外，本申请的制备方法有助于提高施工效率。

Description

一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及沥青混凝土制备技术的领域，更具体地说，它涉及一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
薄层沥青混凝土罩面技术是一种经济适用的沥青路面修补技术。薄层沥青混凝土罩面表面粗糙，可增加车轮的抗滑性、降低噪音和渗水性、减少雨天常见水雾、提高能见度，因此，薄层沥青混凝土可用于新建的沥青路面表面的抗滑磨耗层。
相关技术中公告号为CN109650781B的中国专利，公开了一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其由改性混合料和改性沥青组成；改性混合料按重量百分比包括改性集料92～96份、改性石灰岩矿粉4～8份；改性沥青按重量百分比包括新型温拌沥青改性剂0.32～0.41份、基质沥青3.70～3.90份；其中，改性集料由改性钢渣矿料和改性玄武岩矿料组成，改性钢渣矿料、改性玄武岩矿料、改性石灰岩矿粉集料分别采用硅烷偶联剂进行改性制得；新型温拌沥青改性剂由界面粘结剂、增韧材料、固化剂组成。在较高的温度下，硅烷偶联剂能够增进上述沥青混合料中各组分交联融合，从而有助于改善上述沥青混合料的高温稳定性。
针对上述中的相关技术，发明人认为在低温环境下，硅烷偶联剂的对沥青混合料中各组分的联接效果较弱，导致上述沥青混合料的低温抗裂性能不够好。
发明内容
为了改善沥青混合料的低温抗裂性能，本申请提供一种超薄罩面沥青混凝土及其制备方法。
本申请提供的一种超薄罩面沥青混凝土采用如下的技术方案：
一种超薄罩面沥青混凝土，由粘性集料和耐候沥青制成，所述粘性集料由矿料和硅烷偶联剂制成，所述矿料和硅烷偶联剂的重量比为(49-99):1，所述耐候沥青由包括如下重量份的原料制成：沥青350-400份，脂肪族酰胺类固化剂20-40份，杂化纤维80-95份，环氧树脂50-200份。
通过采用上述技术方案，由于采用杂化纤维，杂化纤维有助于增强沥青混凝土的抗弯拉强度、柔性和韧性，减少集料颗粒移动，从而改善沥青混凝土的低温抗裂性能，但是，杂化纤维会降低铺设过程中沥青混凝土的流动性，不利于铺设沥青混凝土；本申请采用脂肪族酰胺类固化剂，脂肪族酰胺类固化剂不仅有利于环氧树脂发生固化反应，而且，脂肪族酰胺类固化剂中的脂肪族酰胺类化合物，具有分散性能和润滑性能，有助于减小杂化纤维与集料的摩擦力，并且有助于杂化纤维分散在沥青混凝土中，从而可以减小杂化纤维对沥青混凝土流动性的影响；因此，由于采用杂化纤维和脂肪族酰胺类固化剂，有助于改善沥青混凝土的低温抗裂性能，且对沥青混凝土的流动性影响较小，使得本申请制备的沥青混凝土获得了较好的低温抗裂性能和施工和易性。
优选的，所述杂化纤维由木质素纤维和聚酯纤维组成，所述木质素纤维和聚酯纤维的重量比为4:(3-10)。
通过采用上述技术方案，木质素纤维的比表面积大，吸油性较强，可以提高沥青混凝土中沥青的用量，有助于增大沥青混凝土的膜厚，从而提高沥青混凝土的柔性和抗弯拉强度；聚酯纤维有助于进一步增强沥青混凝土的抗弯拉强度，而且，木质素与聚酯纤维组成的杂化纤维，可以减少集料颗粒移动，从而有利于增强沥青混凝土的韧性；因此，由于采用木质素纤维和聚酯纤维，可以减少沥青混凝土在低温下开裂，增强了沥青混凝土的低温抗裂性能；
另外，木质素纤维的市价比聚酯纤维便宜，将木质素纤维和聚酯纤维按照4:(3-10)的重量比掺杂使用，既有助于增强沥青混凝土的低温抗裂性能，又有助于降低成本。
优选的，所述杂化纤维的长度为0.3-1.5mm。
通过采用上述技术方案，杂化纤维的长度过长，会对沥青混凝土铺设过程中的流动性产生不利影响，杂化纤维的长度过短，对沥青混凝土的低温抗裂性能的增强效果较弱，使用长度在0.3-1.5之间的杂化纤维，既能有效增强沥青混凝土的低温抗裂性能，又可以减小对沥青混凝土铺设过程中的流动性的影响。
优选的，所述脂肪族酰胺类固化剂由包括以下重量份的原料制成：脂肪酸10-20份，二乙烯三胺10-20份，二甲苯50-80份，2,6-二叔丁基酚5-8份。
通过采用上述技术方案，脂肪酸、二乙烯三胺和2,6-二叔丁基酚溶于二甲苯中，脂肪酸与二乙烯三胺发生脱水缩合反应，生成酰胺类化合物，2,6-二叔丁基酚发挥催化作用，该酰胺类化合物既能与环氧树脂发生固化反应，又具有分散性能和润滑性能，可以减少杂化纤维对沥青混凝土流动性的影响；而且该酰胺类化合物有助于沥青发生乳化反应，能够降低沥青与环氧树脂的拌和温度，从而有利于减少温室气体和沥青烟雾排放。
优选的，所述脂肪族酰胺类固化剂采用如下制备方法进行制备，包括以下步骤：
(1)按配比，将脂肪酸和2,6-二叔丁基酚溶于二甲苯中，在氮气保护下，升温至120-160℃，保温0.5-1h后，得到混合液；
(2)在70-90℃下，将二乙烯三胺加入反应液中，调节温度至150-170℃，保温反应2-4h后，得到反应液；
(3)除去反应液中的二乙烯三胺和2,6-二叔丁基酚，得到脂肪族酰胺类固化剂。
通过采用上述技术方案，在氮气保护下，可以减少安全隐患，在指定温度条件下反应，有助于提高反应速率和产品收率，除去过量的原料，有助于提高产品的品质。
优选的，所述硅烷偶联剂由包括如下重量份的原料制成：氨基丙基三甲氧基硅烷3-5份，无水乙醇92-96份，水1-3份。
通过采用上述技术方案，氨基丙基三甲氧基硅烷中含有带有氨基，该氨基能够与脂肪族酰胺类固化剂中的脂肪酸的羧基发生键合反应，由于脂肪酸含有疏水性的非极性基团，从而使得氨基丙基三甲氧基硅烷具有疏水性，有助于增强沥青混凝土的水稳定性，氨基丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和水按配比复配，有助于调节硅烷偶联剂的粘度。
优选的，所述矿料由包括如下重量份的原料组成：玄武岩碎石60-68份，混凝土碎渣30-35，石灰岩矿粉4-8份。
通过采用上述技术方案，玄武岩碎石和混凝土碎渣复配，既可以增强沥青混凝土的耐磨性和抗滑性能，又可以减少废弃混凝土垃圾污染环境，降低成本；石灰岩矿粉有助于耐候沥青与玄武岩碎石和混凝土碎渣粘结，从而改善沥青混凝土的体积稳定性和低温抗裂性能。
本申请提供一种超薄罩面沥青混凝土的制备方法采用如下的技术方案，包括以下步骤：
S1、按配比，将硅烷偶联剂与矿料混合均匀，得到粘性集料；
S2、在100-120℃下，将沥青、脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维混合均匀，得到A部分；
S3、在100-120℃下，将环氧树脂与A部分混合均匀，得到耐候沥青；
S4、在60-80℃下，将耐候沥青与粘性集料混合均匀，得到超薄罩面沥青混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请的制备方法的拌和温度较低，有助于减少温室气体和沥青烟雾排放，而且操作简单、便捷，有助于提高施工效率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用杂化纤维和脂肪族酰胺类固化剂，制备的沥青混凝土获得了较好的低温抗裂性能和施工和易性；
2、本申请中优选木质素纤维和聚酯纤维，可以减少沥青混凝土在低温下开裂，增强了沥青混凝土的低温抗裂性能；
3、本申请中优选脂肪酸、二乙烯三胺、二甲苯和2,6-二叔丁基酚，制备得到脂肪族酰胺类固化剂，可以减少杂化纤维对沥青混凝土流动性的影响，还有利助于减少温室气体和沥青烟雾排放；
4、本申请中优选氨基丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和水，有助于增强沥青混凝土的水稳定性；
5、本申请的方法，有助于减少温室气体和沥青烟雾排放，而且操作简单、便捷，有助于提高施工效率。
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。
本实施例中所使用的原料均可通过市售获得。其中玄武岩碎石的粒径为1-10mm；混凝土碎渣的粒径为5-12mm；石灰岩矿粉的细度为80-200目；氨基丙基三甲氧基硅烷购自青岛恒达众诚科技有限公司；脂肪酸购自诺辰国际贸易(上海)有限公司；2,6-二叔丁基酚购自北京极易化工有限公司；二乙烯三胺购自南通润丰石油化工有限公司；沥青为购自衡水泽浩橡胶化工有限公司的90#石油沥青；环氧树脂购自廊坊涂鑫防腐材料有限公司；酸酐类固化剂为购自南通润丰石油化工有限公司的MHHPA。
硅烷偶联剂的制备例
制备例1-3
如表一所示，制备例1-3的主要区别在于原料的配比不同。
以下以制备例1为例进行说明。
一种硅烷偶联剂，采用如下步骤制备：按配比，把氨基丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和水加入共混机中，在180r/min下搅拌10分钟，得到硅烷偶联剂。
表一
Figure BDA0002913353450000051
粘性集料的制备例
制备例4-10
如表二所示，制备例4-10的主要区别在于原料的配比不同。
以下以制备例4为例进行说明。
一种粘性集料，采用如下步骤进行制备：按配比，将矿料加入共混机中，在140r/min下，搅拌15min；再把硅烷偶联剂喷在矿料上，搅拌20min后，得到粘性集料。
表二
Figure BDA0002913353450000052
Figure BDA0002913353450000061
脂肪族酰胺类固化剂的制备例
制备例11-13
如表三所示，制备例11-13的主要区别在于原料的配比不同。
以下以制备例11为例进行说明。
一种脂肪族酰胺类固化剂采用如下步骤进行制备：
(1)按配比，将脂肪酸、2,6-二叔丁基酚和二甲苯加入四颈瓶中，向四颈瓶中通氮气，将四颈瓶加热至140℃，在140℃下保温0.75h后，得到混合液；
(2)将反应液降温至80℃，把二乙烯三胺加入反应液中，再把四颈瓶加热至160℃，在160℃下反应3h后，得到反应液；
(3)将反应液进行减压蒸馏，除去混合液中的二乙烯三胺和2,6-二叔丁基酚，得到脂肪族酰胺类固化剂。
表三
原料 制备例11 制备例12 制备例13
脂肪酸/kg 10 20 15
2,6-二叔丁基酚/kg 20 10 15
二甲苯/kg 80 50 65
二乙烯三胺/kg 8 5 6.5
耐候沥青的制备例
制备例14-20
如表四所示，制备例14-20的主要区别在于原料的配比不同。
以下以制备例14为例进行说明。
一种耐候沥青采用如下步骤进行制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青。
表四
Figure BDA0002913353450000071
实施例
实施例1-13
如表五所示，实施例1-13的主要区别在于原料不同。
以下以实施例1为例进行说明。
一种超薄罩面沥青混凝土采用如下步骤进行制备：
S1、按配比，将硅烷偶联剂与矿料按照制备例4-10的步骤，制得粘性集料；
S2、在100℃下，将沥青、脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维按照制备例14-20的步骤，制得A部分；
S3、在100℃下，将环氧树脂与A部分按照制备例14-20的步骤，制得耐候沥青；
S4、在70℃下，将耐候沥青与粘性集料加入反应器中，在160r/min下，搅拌均匀，得到超薄罩面沥青混凝土。
表五
Figure BDA0002913353450000072
Figure BDA0002913353450000081
Figure BDA0002913353450000091
对比例
对比例1
选用70#基质沥青，硅烷偶联剂为KH-550。新型温拌沥青改性剂的制备方法为：
(1)按质量百分比取：聚乙烯蜡8％、聚二甲基硅有和含氢硅油(比例1：1)90％、乙二胺2％；
(2)将聚乙烯蜡、聚二甲基硅有和含氢硅油装入拌合设备中进行拌和，形成复合材料；
上述复合材料与乙二胺共同组成新型温拌沥青改性剂。在使用时再进行混合；沥青混合料的制备方法为：
S1、取硅烷偶联剂、乙二醇、水按重量比9:2.5:1，混匀得偶联剂混合液；
S2、按比例取钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉；另取占钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉总重0.7％的偶联剂混合液喷涂表面，混匀得改性集料；
S3、按比例取改性集料和改性石灰岩矿粉混匀，备用；
S4、按比例取新型温拌沥青改性剂、基质沥青，在100～120℃下混匀得改性沥青；
S5、将改性沥青加热到80～100℃喷入到步骤S4所得混合物中，搅拌33秒，制得成品。
对比例2
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青。
对比例3
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青。
对比例4
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青；其中，杂化纤维中的木质素纤维的用量为58.3kg，聚酯纤维的用量为29.2kg。
对比例5
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青；其中，杂化纤维中的木质素纤维的用量为21.9kg，聚酯纤维的用量为65.6kg。
对比例6
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青；其中，杂化纤维中的木质素纤维和聚酯纤维的长度均为0.1-0.3mm。
对比例7
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的耐候沥青按如下方法制备：按配比，将沥青加热至100℃后加入反应器中，再把脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维加入反应器中，在100℃下，以160r/min的搅拌速度，搅拌30min，得到A部分；再把环氧树脂加入反应器中，继续搅拌30min，得到耐候沥青；其中，杂化纤维中的木质素纤维和聚酯纤维的长度均为1.6-2.0mm。
对比例8
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的硅烷偶联剂用等量的A-1861环氧硅烷偶联剂代替。
对比例9
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的脂肪族胺类固化剂用等量的酸酐类固化剂代替。
对比例10
本对比例与实施例12的不同之处在于，原料中的脂肪族胺类固化剂采用如下步骤进行制备：
(1)按配比，将脂肪酸、催化剂和二甲苯加入四颈瓶中，向四颈瓶中通氮气，将四颈瓶加热至100℃，在140℃下保温0.3h后，得到混合液；
(2)将反应液降温至60℃，把二乙烯三胺加入反应液中，再把四颈瓶加热至140℃，在140℃下反应1h后，得到反应液；
(3)将反应液进行减压蒸馏，除去混合液中的二乙烯三胺和催化剂，得到脂肪族酰胺类固化剂。
性能检测试验
针对本申请实施例1-13和对比例1-10提供的沥青混凝土样品，进行如下的性能检测，检测数据见表六。
其中，用-10℃间接拉伸试验(劈裂试验)来评价沥青混凝土样品的低温抗裂性能，将沥青混凝土样品制成马歇尔试件，在常温条件下养生14天，进行-10℃间接拉伸试验测试；
根据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定，测试沥青混凝土样品的运动粘度和和动稳定度(DS)，对沥青混凝土样品的施工和易性和高温稳定性进行评价；
采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验测试沥青混凝土样品的残留稳定度MS0和冻融劈裂强度比TSN，对沥青混凝土样品的水稳定性进行评价；
按试验方法T0961-1995对车辙板的构造深度进行检测，按试验方法T0964-2008对车辙板的摆值BPN进行测定，温度修正后，换算成标准温度20℃时的摆值，根据构造深度和摆值，评价沥青混凝土样品的抗滑性。
表六
Figure BDA0002913353450000121
Figure BDA0002913353450000131
结合实施例1-13和对比例1并结合表六可以看出，实施例1-13制备的沥青混凝土样品在-10℃下的劈裂抗拉强度，均大于对比例1的沥青混凝土样品在-10℃下的劈裂抗拉强度，这说明，相对于对比例1的沥青混凝土样品，实施例1-13制备的沥青混凝土样品的低温抗裂性能更好；而且实施例1-13制备的沥青混凝土样品的运动粘度，与对比例1的沥青混凝土样品的运动粘度相差不大，这说明，相对于对比例1的沥青混凝土样品，实施例1-13制备的沥青混凝土样品的施工和易性改变不大。
结合实施例1-3和对比例1并结合表六可以看出，实施例1-3制备的沥青混凝土样品均具有较好的高温稳定性，而且均比对比例1制备的沥青混凝土样品的高温稳定性好，这说明加入杂化纤维不会对沥青混凝土样品的高温稳定性产生不利影响。
结合实施例3-7和对比例8并结合表六可以看出，实施例3-7制备的沥青混凝土样品的水稳定性，均比对比例8制备的沥青混凝土样品的水稳定性好，这说明硅烷偶联剂中含有氨基丙基三甲氧基硅烷，有助于增强沥青混凝土的水稳定性。
结合实施例7-9和对比例2-3，并结合表六可以看出，实施例7-9制备的沥青混凝土样品的低温抗裂性能和施工和易性，均比对比例2制备的沥青混凝土样品的低温抗裂性能和施工和易性好，对比例3成型不好，未能检测到有效数据，这说明加入杂化纤维和脂肪族酰胺类固化剂，有助于增强沥青混凝土的低温抗裂性能和施工和易性。
结合实施例9-13和对比例4-7，并结合表六可以看出，实施例9-13均具有较好的低温抗裂性能和施工和易性，而且，相比于实施例12，对比例4-7的低温抗裂性能和施工和易性均较差，这说明，在实施例9-13的杂化纤维的参数条件下，有助于增强沥青混凝土的低温抗裂性能和施工和易性。
结合实施例12和对比例9-10，并结合表六可以看出，实施例12均比对比例2-3制备的沥青混凝土样品的低温抗裂性能和施工和易性好，这说明使用本申请的方法制备的脂肪族胺类固化剂的效果更好。
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 (8)

1.一种超薄罩面沥青混凝土，其特征在于，由粘性集料和耐候沥青制成，所述粘性集料由矿料和硅烷偶联剂制成，所述矿料和硅烷偶联剂的重量比为(49-99):1，所述耐候沥青由包括如下重量份的原料制成：沥青350-400份，脂肪族酰胺类固化剂20-40份，杂化纤维80-95份，环氧树脂50-200份。
2.根据权利要求1所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述杂化纤维由木质素纤维和聚酯纤维组成，所述木质素纤维和聚酯纤维的重量比为4:(3-10)。
3.根据权利要求1所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述杂化纤维的长度为0.3-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述脂肪族酰胺类固化剂由包括以下重量份的原料制成：脂肪酸10-20份，二乙烯三胺10-20份，二甲苯50-80份，2,6-二叔丁基酚5-8份。
5.根据权利要求4所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述脂肪族酰胺类固化剂采用如下制备方法进行制备，包括以下步骤：
（1）按配比，将脂肪酸和2,6-二叔丁基酚溶于二甲苯中，在氮气保护下，升温至120-160℃，保温0.5-1h后，得到混合液；
（2）在70-90℃下，将二乙烯三胺加入反应液中，调节温度至150-170℃，保温反应2-4h后，得到反应液；
（3）除去反应液中的二乙烯三胺和2,6-二叔丁基酚，得到脂肪族酰胺类固化剂。
6.根据权利要求4所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂由包括如下重量份的原料制成：氨基丙基三甲氧基硅烷3-5份，无水乙醇92-96份，水1-3份。
7.根据权利要求1所述的超薄罩面沥青混凝土，其特征在于：所述矿料由包括如下重量份的原料组成：玄武岩碎石60-68份，混凝土碎渣30-35，石灰岩矿粉4-8份。
8.权利要求1-7任一项所述的超薄罩面沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按配比，将硅烷偶联剂与矿料混合均匀，得到粘性集料；
S2、在100-120℃下，将沥青、脂肪族酰胺类固化剂和杂化纤维混合均匀，得到A部分；
S3、在100-120℃下，将环氧树脂与A部分混合均匀，得到耐候沥青；
S4、在60-80℃下，将耐候沥青与粘性集料混合均匀，得到超薄罩面沥青混凝土。
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