CN113277778A - 一种沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及沥青混凝土领域，更具体地说，它涉及一种沥青混凝土及其制备方法。一种沥青混凝土包括包括如下重量份数的组分：改性SBS沥青7‑13份；粉煤灰0.5‑0.7份；玄武岩纤维0.9‑1.3份；石灰岩20‑35份；钢渣6‑12份；抗车辙剂0.1‑0.3份；钢渣的制备方法为：将废弃钢渣块去除磁性杂质，筛分，收集粒径大于5mm的钢渣；锤击粒径大于5mm的钢渣，去除磁性杂质，筛分收集粒径大于5mm的钢渣；水洗收集粒径大于5mm的钢渣，分别筛分成粒径为5‑10mm、10‑12mm、12‑16mm的钢渣。本申请的沥青混凝土中的石灰岩、粉煤灰和玄武岩纤维具有协同作用，其具有提高混凝土的耐久性优点。

Description

一种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领域，更具体地说，它涉及一种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，在严格控制条件下拌制而成的混合料。
目前，沥青混凝土广泛用于路面铺设。在沥青混凝土中，沥青作为胶凝材料将骨料以及其他的外掺料进行包覆粘结；加热时，沥青呈现为高黏度的液态，将骨料以及外掺料加入至沥青中进行搅拌均匀，在铺设路面时，随着温度的降低，沥青和骨料相互粘结并逐渐固化，形成具备一定强度的路面。
沥青混凝土在使用过程中，往往随着汽车轮胎与路面的间断性摩擦，容易使沥青混凝土的表面因频繁的温度变化容易出现老化，进而使沥青混凝土的表面容易变得坑坑洼洼，使沥青混凝土整体的使用寿命大大降低。
发明内容
为了提高混凝土的耐久性，本申请提供一种沥青混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种沥青混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：
一种沥青混凝土，包括如下重量份数的组分：
改性SBS沥青7-13份；
粉煤灰0.5-0.7份；
玄武岩纤维0.9-1.3份；
石灰岩20-35份；
钢渣6-12份；
其中，钢渣的制备方法为：
A1,将废弃钢渣块去除磁性杂质，筛分，收集粒径大于5mm的钢渣；
A2,锤击粒径大于5mm的钢渣，去除磁性杂质，筛分收集粒径大于5mm的钢渣；
A3,水洗收集粒径大于5mm的钢渣，分别筛分成粒径为5-10mm、10-12mm、12-16mm的钢渣；
所述石灰岩的粒径范围为0-3mm和3-5mm。
通过采用上述技术方案，钢渣为粗集料，石灰岩作为细集料，钢渣经过多级破碎、筛分和去除磁性杂质处理后，钢渣的颗粒形状均匀，棱角性较好。将改性SBS沥青添加到粉煤灰、玄武岩纤维、钢渣、石灰岩中，处理后的钢渣、玄武岩纤维和一定粒径范围的石灰岩具有协同作用，可有效吸收砂浆基体应力，降低钢渣、玄武岩纤维和石灰岩之间的空隙，使其起到加筋效果而降低砂浆流变，增大沥青与集料、粉煤灰和玄武岩纤维的粘聚力，可显著提高沥青混凝土的耐高温稳定性，从而提高混合料的高温抗车辙性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述石灰岩由的粒径范围为0-3mm和3-5mm的石灰岩按重量比为1:(1.1-1.4)混合组成。
通过采用上述技术方案，石灰岩的粒径按上述条件混合时，能够与钢渣、玄武岩纤维具有良好的结合性，增大沥青与集料、粉煤灰和玄武岩纤维的粘聚力，既能保证沥青混凝土的整体结构强度，也能提高混合料的高温稳定性能，改善混凝土的抗车辙性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述5-10mm、10-12mm、12-16mm的钢渣按重量比为1:(0.8-1.0):(1.2-1.4)混合组成。
通过采用上述技术方案，不同粒径大小的钢渣按不同比例配合成粗集料，能够与各组分原料之间具有良好的填充性，有利于与SBS改性沥青能够快速相融混合，增大沥青与集料、粉煤灰和玄武岩纤维的粘聚力，从而提高沥青混凝土的高温稳定性能，从而改善混凝土的抗车辙性能，提高混凝土的耐久性。
优选的，所述抗车辙剂为JJ-KC-1与JL-PM01A中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，抗车辙剂与玄武岩纤维具有协同作用，使得沥青混合料中能够形成纤维—集料三维网状结构，增大集料之间的摩擦力，提高高温条件下纤维和沥青间的抗拉拔能力，更好地发挥玄武岩纤维的加筋作用，减小了荷载作用下沥青混合料的剪切流动变形和自由沥青的比例，增加了沥青胶浆的粘聚力，从而提高混合料的高温稳定性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述抗车辙剂由JJ-KC-1与JL-PM01A按重量比为1:(1.0-1.4)混合组成。
通过采用上述技术方案，JJ-KC-1和JL-PM01A在高温下软化,复配的抗车辙剂颗粒溶解于沥青中，形成各种形状的粗纤维，增大了沥青的稠度,且纤维状JL-PM01A包裹着石灰岩嵌挤于钢渣之间,通过填隙、加筋作用,牵制着钢渣颗粒的移动,从而提高混合料的高温稳定性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述沥青混凝土的原料，还包括0.9-1.3份的木质素纤维。
通过采用上述技术方案，木质素纤维的表面粗糙，表面积大，与玄武岩纤维具有协同作用，能有效吸附钢渣、石灰岩表面的沥青，增大沥青与集料、粉煤灰和玄武岩纤维的粘聚力，提高混凝土的抗拉强度，改善混凝土的抗车辙性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述玄武岩纤维和木质素纤维的长度为4-8mm,木质素纤维的直径为0.01-0.03mm、木质素纤维的直径为0.05-0.15mm。
通过采用上述技术方案，将上述规格的纤维加入沥青混凝土的原料中，能有效提高沥青混凝土的抗弯折流变性能，进一步提高混凝土的抗拉强度，改善混凝土的抗车辙性能，从而提高混凝土的耐久性。
第二方面，本申请提供一种沥青混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：在170-180℃，将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维在搅拌转速为1000-1400rpm下，搅拌混合30-50min，将抗车辙剂加入将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维中，搅拌10-15s，得到混合物A；
S2：沥青加热至130-170℃，在搅拌转速为下1200-1500rpm，将沥青加入混合物A中，搅拌混合15-25s，再加入粉煤灰，在搅拌转速为下1200-1500rpm，搅拌混合，出料。
通过采用上述技术方案，在上述条件下搅拌混合，各原料之间分散性好，提高沥青与集料、粉煤灰、玄武岩纤维、抗车辙剂的粘聚力，从而提高沥青混凝土的高温稳定性能，从而改善混凝土的抗车辙性能，提高混凝土的耐久性。
优选的，当所述原料中添加有0.9-1.3份的木质素纤维时，将木质素纤维加入S1中，与石灰岩、钢渣、玄武岩纤维在相同条件下搅拌混合。
通过采用上述技术方案，提高沥青与集料、粉煤灰、玄武岩纤维、抗车辙剂、木质素纤维的粘聚力，从而提高沥青混凝土的高温稳定性能，提高混凝土的耐久性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请中钢渣经过加工制备后，钢渣、玄武岩纤维和一定粒径范围的石灰岩具有协同作用，增大沥青与集料、粉煤灰、玄武岩纤维的粘聚力，改善混凝土的抗车辙性能，从而提高混凝土的耐久性；
2、本申请中不同粒径大小的钢渣按不同比例配合成粗集料，能够与各组分原料之间具有良好的填充性，增大沥青与集料、粉煤灰和玄武岩纤维的粘聚力，提高沥青混凝土的高温稳定性能，改善混凝土的抗车辙性能，提高混凝土的耐久性。
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。
本申请各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售。
改性SBS沥青型号为SBS，采自山东路路广道路材料有限公司；
粉煤灰型号为kt-02，采自灵寿县凯特云母厂；
玄武岩纤维密度为2.60-2.80g/m3，断裂强度>1050MPa，采自山东森泓工程材料有限公司；
石灰岩含泥量0％，表观密度2.715kg/m3，采自山东展飞建筑材料有限公司；
钢渣采自宜兴福圣达建材有限公司；
木质素纤维型号0007，采自廊坊晨坤化工建材有限公司；
KLW-003的货号为HYD-003采自深圳市恒悦达建筑材料有限公司
JL-PM01A型号为高温度抗车辙剂，采自深圳市锦隆化工科技有限公司；JJ-KC-1牌号为JJ-KC-1，采自泰安巨匠工程材料有限公司；
滚筒磁选机型号为BTCX-5000，采自山东百特新能源科技有限公司；
振动筛分机型号为GS-1555，采自郑州天泽环保科技有限公司；
鄂式破碎机品牌是康桥，采自河南康桥机械设备有限公司；
圆锥破碎机型号为900，采自郑州赛鼎机械设备有限公司；
超声波清洗机型号为HR-Q7200，采自济宁丰鑫超声设备有限公司；
烘干机采自巩义市锦华机械制造有限公司；
搅拌机型号为TLB 1.0-30，采自济宁恒沃矿山机械设备有限公司。
原料的制备例
制备例1：一种钢渣，其制备步骤为：
A1,将20Kg废弃钢渣块加入滚筒磁选机中，去除磁性杂质，然后用振动筛分机筛分，收集粒径大于5mm的钢渣；
A2,鄂式破碎机锤击粒径大于5mm的钢渣，滚筒磁选机选铁后，用圆锥破碎机进行再次破碎，振动筛分机筛分收集粒径大于5mm的钢渣；
A3,将粒径大于5mm的钢渣放至超声波清洗机中，超声清洗频率为7200Hz，超声波清洗1h，并不断搅拌，清洗完成后，静置15min，将悬浮在超声波清洗机上方的悬浮物去除，收集粒径大于5mm的钢渣，将收集的钢渣转移至烘干机中，在200℃，转速为9r/min下烘干钢渣，得到钢渣的水分含量小于5％的钢渣，用振动筛分机分别筛分成粒径为5-10mm、10-12mm、12-16mm的钢渣。
实施例
实施例1
一种沥青混凝土，各组分及其相应的重量如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1：在170℃，搅拌转速为1000rpm下，将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维加入搅拌机中，搅拌混合30min，将抗车辙剂加入搅拌机中，与石灰岩、钢渣、玄武岩纤维搅拌混合10s，得到混合物A；
S2：将沥青加入搅拌机中热至130℃，在搅拌转速为下1200rpm，将沥青加入混合物A中，搅拌混合15s，再加入粉煤灰，在搅拌转速为下1200rpm，搅拌混合30min，出料。
其中，玄武岩纤维的长度为3mm,直径为0.005mm。
实施例2-6
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003133915990000051
实施例7-11
一种沥青混凝土，与实施例3的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表2所示。
表2实施例3、7-11中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003133915990000061
实施例12-15
一种沥青混凝土，与实施例8的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表3所示。
表3实施例8、12-15中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003133915990000062
Figure BDA0003133915990000071
实施例16-21
一种沥青混凝土，与实施例13的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表4所示。
表4实施例13、16-21中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003133915990000072
Figure BDA0003133915990000081
实施例22-26
一种沥青混凝土，与实施例18的不同之处在于，在沥青混凝土的制备过程S1中，将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维加入搅拌机中时，还加入木质素纤维，各组分及其相应的重量如表5所示。
表5实施例18、22-26中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003133915990000082
Figure BDA0003133915990000091
实施例27
一种沥青混凝土，与实施例23的不同之处在于，玄武岩纤维长度为4mm,直径为0.01mm，木质素纤维的直径为4mm、木质素纤维的直径为0.05mm。
实施例28
一种沥青混凝土，与实施例23的不同之处在于，玄武岩纤维长度为6mm,直径为0.02mm，木质素纤维的直径为6mm、木质素纤维的直径为0.1mm。
实施例29
一种沥青混凝土，与实施例23的不同之处在于，玄武岩纤维长度为8mm,直径为0.03mm，木质素纤维的直径为8mm、木质素纤维的直径为0.15mm。
实施例30
一种沥青混凝土，与实施例23的不同之处在于，玄武岩纤维长度为10mm,直径为0.05mm，木质素纤维的直径为10mm、木质素纤维的直径为0.20mm。
实施例31
一种沥青混凝土，与实施例23的不同之处在于，玄武岩纤维长度为10mm,直径为0.05mm，木质素纤维的直径为2mm、木质素纤维的直径为0.02mm。
实施例32
一种沥青混凝土，与实施例28的不同之处在于，沥青混凝土的制备过程S1中，石灰岩、钢渣、玄武岩纤维、木质素纤维在搅拌机中，温度为175℃℃，搅拌转速为1200rpm，搅拌混合时间为40min，加入抗车辙剂搅拌时间为12.5s；S2中，沥青加热温度为150℃，将沥青加入混合物A中，搅拌转速为1300rpm，搅拌混合时间为20s，加入粉煤灰搅拌转速为下1350rpm，搅拌混合时间为40min。
实施例33
一种沥青混凝土，与实施例28的不同之处在于，沥青混凝土的制备过程S1中，石灰岩、钢渣、玄武岩纤维、木质素纤维在搅拌机中，温度为180℃，搅拌转速为1400rpm，搅拌混合时间为50min，加入抗车辙剂搅拌时间为15s；S2中，沥青加热温度为170℃，将沥青加入混合物A中，搅拌转速为1500rpm，搅拌混合时间为25s，加入粉煤灰搅拌转速为下1500rpm，搅拌混合时间为50min。
对比例
对比例1
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料中的钢渣由等量的石灰岩代替。
对比例2
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料中的玄武岩纤维由等量的玻璃纤维代替。
对比例3
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料中石灰岩的粒径为5mm。
对比例4
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料中的钢渣由等量的石灰岩代替，原料中的玄武岩纤维由等量的玻璃纤维代替。
对比例5
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料石灰岩的粒径为5mm，原料中的钢渣由等量的石灰岩代替。
对比例6
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料石灰岩的粒径为5mm，原料中的玄武岩纤维由等量的玻璃纤维代替。
对比例7
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料石灰岩的粒径为5mm，原料中的钢渣由等量的石灰岩代替，原料中的玄武岩纤维由等量的玻璃纤维代替。
对比例8
一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，原料中的钢渣采自宜兴福圣达建材有限公司，未经过制备处理。
性能检测试验
分别取实施例1-33和对比例1-8制得的沥青混凝土作为测试对象，参照中华人民共和国行业标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0719-2011《沥青混合料车辙试验》，测试沥青混凝土在60℃下的动稳定度；
参照中华人民共和国行业标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0716-2011《沥青混合料劈裂试验》，测试沥青混凝土在-10℃的最大弯拉应变，其中，最大弯拉应变是指沥青混凝土抵抗变形的能力，单位为×10-6。
测试结果计入下列表6。
表6性能测试结果
Figure BDA0003133915990000111
Figure BDA0003133915990000121
Figure BDA0003133915990000131
由表6中测试数据可以看出：本申请实施例1-33制得的沥青混凝土，动稳定度大于或等于5500次/mm，最大弯拉应变大于或等于3620，符合《GB/T 29050-2012道路用抗车辙剂沥青混凝土》和GB/T38948-2020《沥青混合料低温抗裂性能评价方法》的要求。其中，实施例32制得的沥青混凝土的抗车辙性能和低温抗裂性能最优。
从表6可知，实施例1和对比例1-7的区别在于，钢渣、玄武岩纤维的组分不同，以及石灰岩的粒径不同。结合表6数据分析可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；对比例1-7制得的沥青混凝土，动稳定度小于等于4032次/mm，最大弯拉应变等于3530×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，由钢渣、玄武岩纤维和粒径为0-3mm、3-5mm的石灰岩复配后，使得沥青混凝土具有良好的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和对比例8的区别在于，钢渣是否经过制备。结合表6数据可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；对比例8制得的沥青混凝土，动稳定度等于4000次/mm，最大弯拉应变等于3500×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，经过制备后的钢渣与玄武岩纤维和粒径为0-3mm、3-5mm的石灰岩复配后，使得沥青混凝土具有良好的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和实施例7-11的区别在于，石灰岩粒径的重量比例不同。结合表6数据可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；实施例7-11制得的沥青混凝土，动稳定度大于等于5500次/mm，最大弯拉应变大于或等于3624×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，0-3mm、3-5mm粒径的石灰岩按重量比为1:(1.1-1.4)混合组成时，使得沥青混凝土具有良好的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和实施例12-15的区别在于，钢渣粒径的重量分数比例不同。结合表6数据可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；实施例12-15制得的沥青混凝土，动稳定度大于等于5585次/mm，最大弯拉应变大于或等于3675×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，5-10mm、10-12mm、12-16mm粒径的钢渣按重量比为1:(0.8-1.0):(1.2-1.4)混合组成时，可提高沥青混凝土的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和实施例16-21的区别在于，抗车辙剂的含量及其组分不同。结合表6数据可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；实施例16-21制得的沥青混凝土，动稳定度大于等于5615次/mm，最大弯拉应变大于或等于3690×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，抗车辙剂由JJ-KC-1与JL-PM01A按重量比为1:(1.0-1.4)混合组成时，使得沥青混凝土具有良好的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和实施例22-26的区别在于，木质素纤维的含量及其组分不同。结合表6数据分析可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；实施例22-26制得的沥青混凝土，动稳定度大于等于5640次/mm，最大弯拉应变大于或等于3720×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土总原料的制备过程中，添加重量分数为0.9-1.3份的木质素纤维，使本申请制得的沥青混凝土具有良好的抗车辙性能和低温抗裂性能。
从表6可知，实施例1和实施例27-31的区别在于，玄武岩纤维、木质素纤维的长度和直径不同。结合表6数据分析可以看出，实施例1制得的沥青混凝土，动稳定度等于5510次/mm，最大弯拉应变等于3624×10-6；实施例12-15制得的沥青混凝土，动稳定度大于等于5645次/mm，最大弯拉应变大于或等于3725×10-6。由此表明，在本申请沥青混凝土的制备过程中，玄武岩纤维和木质素纤维维的长度为4-8mm,玄武岩纤维的直径为0.01-0.03mm、木质素纤维的直径为0.05-0.15mm时，使本申请制得的沥青混凝土的抗车辙性能和低温抗裂性能更好。
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 (9)

1.一种沥青混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
改性SBS沥青 7-13份；
粉煤灰 0.5-0.7份；
玄武岩纤维 0.9-1.3份；
石灰岩 20-35份；
钢渣 6-12份；
抗车辙剂 0.1-0.3份；
其中，钢渣的制备方法为：
A1,将废弃钢渣块去除磁性杂质，筛分，收集粒径大于5mm的钢渣；
A2,锤击粒径大于5mm的钢渣，去除磁性杂质，筛分收集粒径大于5mm的钢渣；
A3,水洗收集粒径大于5mm的钢渣，分别筛分成粒径为5-10mm、10-12mm、12-16mm的钢渣；
所述石灰岩的粒径范围为0-3mm和3-5mm。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述0-3mm、3-5mm粒径的石灰岩按重量比为1:(1.1-1.4)混合组成。
3.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述5-10mm、10-12mm、12-16mm粒径的钢渣按重量比为1:(0.8-1.0):(1.2-1.4)混合组成。
4.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述抗车辙剂为JJ-KC-1、JL-PM01A中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的沥青混凝土，其特征在于，所述抗车辙剂由JJ-KC-1与JL-PM01A按重量比为1:(1.0-1.4)混合组成。
6.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述沥青混凝土的原料，还包括0.9-1.3份的木质素纤维。
7.根据权利要求6所述的沥青混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维和木质素纤维的长度为4-8mm,玄武岩纤维的直径为0.01-0.03mm、木质素纤维的直径为0.05-0.15mm。
8.权利要求1-5任一所述的一种沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在170-180℃，将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维在搅拌转速为1000-1400rpm下，搅拌混合30-50min，将抗车辙剂加入将石灰岩、钢渣、玄武岩纤维中，搅拌10-15s，得到混合物A；
S2：沥青加热至130-170℃，在搅拌转速为下1200-1500rpm，将沥青加入混合物A中，搅拌混合15-25s，再加入粉煤灰，在搅拌转速为下1200-1500rpm，搅拌混合，出料。
9.根据权利要求8所述的一种沥青混凝土的制备方法，其特征在于，当所述原料中添加有0.9-1.3份的木质素纤维时，将木质素纤维加入S1中，与石灰岩、钢渣、玄武岩纤维在相同条件下搅拌混合。
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