CN113480240B - 一种沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沥青混凝土及其制备方法，涉及建筑材料制备领域。所述的沥青混凝土包括以下重量份数的原料：粗集料400‑600份；矿粉20‑40份；助剂5‑10份；沥青10‑20份；所述的粗集料为碎石和煤渣的混合物。本发明通过合理控制助剂与矿粉的种类和配比，能够使沥青混凝土的粘结强度和温度稳定性明显提高，并且还在混凝土组分中添加了废旧塑料纤维，一方面解决了废旧塑料造成的环境污染，另一方面，在混凝土组分中加入废旧塑料纤维能够有效的增加沥青混凝土组分之间的粘结性能，使沥青混凝土具有更强的抗变形性能，改善沥青混凝土的抗高低温性能；通过控制沥青、助剂以及塑料纤维的质量比，能够明显提高沥青混凝土的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料制备领域，具体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材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。沥青混凝土具有不同的分类：(1)沥青混凝土按所用结合料不同，可分为石油沥青的和煤沥青的两大类；(2)按所用集料品种不同，可分为碎石的、砾石的、砂质的、矿渣的数类，以碎石采用最为普遍；(3)按混合料最大颗粒尺寸不同，可分为粗粒(35-40毫米以下)、中粒(20-25毫米以下)、细粒(10-15 毫米以下)、砂粒(5-7毫米以下)等数类；(4)按矿料的级配不同，可分为密级配、半开级配和开级配等数类，开级配混合料也称沥青碎石。其中热拌热铺的密级配碎石混合料经久耐用，强度高，整体性好，是修筑高级沥青路面的代表性材料，应用得最广；(5)按矿料的组成不同，可分为密实-悬浮结构(如AC-Ⅰ)、骨架-空隙结构(如OGFC)和密实-骨架结构(如SMA)。
但是，随着现代研究技术的进步，各种先进的材料研究手段逐渐在改性沥青的研究中获得应用，改性沥青的研究逐渐成为研究的重点和热点。常见的改性沥青有三种：
第一种是通过改善骨料级配来改善沥青混凝土的抗变形力学参数，如开级配磨耗层(OGFC)、多碎石沥青混凝土(SAC)、沥青玛蹄脂混凝土(SMA)等；
如中国专利申请201710471196.6中公开了一种透水性沥青混凝土道路，包括拱形放坡地基，拱形放坡地基表面设置有不透水层，不透水层上设置有找平并压实的素土层，素土层上方设置多级配碎石土，多级配碎石土的上方设置有砂砾铺设压实层，砂砾铺设压实层的上方设置有道路面层，括粗粒式沥青混凝土，粗粒式沥青混凝土铺设在砂砾铺设压实层的上方，粗粒式沥青混凝土的上方铺设沥青混合料；该申请具有快速排水，防止城市积水内涝。缓解解热岛效应的优点。
第二种是通过改善沥青胶浆的性能来提升沥青混凝土的粘聚力，增强骨料之间的粘结强度，提高抗剪切性能，从而提高其抵抗永久变形的能力并降低其对温度的敏感性，如常用的SBS改性沥青、SBR改性沥青、PE改性沥青；
如中国专利申请201610152718.1中公开了一种SBS改性、沥青混凝土的制备方法，包括：在加热条件下，将集料、SBS、沥青、硫磺和促进剂混合，搅拌均匀，即得；其中所述集料SBS、沥青、硫磺和促进剂的重量份之比为1000： 30-70：1-6：0.03-0.3：0.003-0.3。该发明制备SBS改性沥青混凝土的硫化交联时间短、生产周期短，制备的SBS改性沥青混凝土性能高。
第三种是通过在沥青混凝土中加入纤维、橡胶粉等加筋材料改善沥青混凝土中提抗变形能力，提升弹性性能，减小粘性流动所造成的永久变形。并且随着加筋材料的加入，沥青混凝土的低温抗裂性能得到一定改善。
如中国专利申请201711349397.5中公开了一种掺钢渣再生沥青混凝土，由下列原料制成：钢渣、废弃沥青混凝土、耐老化型再生剂、矿粉和新沥青；耐老化型再生剂包括基础油、相容助剂、烷基化抗氧剂、SBS改性剂、光吸收剂和稳定剂，制备得到的成品的高温性能，耐久性能，水稳定性能，抗二次老化性能优异。
以上三种改性技术对提高公路路面质量确实具有一定的成效，但是与基质沥青的造价相比，明显偏高，大规模使用收到了极大地限制，因此，需要开发一种经济实用的沥青混凝土，并与大力推广应用。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种经济实用的沥青混凝土及其制备方法，本发明在实施过程中通过对助剂的选择明显提高了沥青混凝土的综合力学性能。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种沥青混凝土，包括以下重量份数的原料：
优选地，所述的沥青混凝土，包括以下重量份数的原料：
再优选地，所述的沥青混凝土，包括以下重量份数的原料：
进一步优选地，所述的沥青混凝土，包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料选自碎石、卵石、煤渣和建筑废料中的一种或几种；
优选地，所述的粗集料为碎石和煤渣的混合物；
所述的碎石的粒径为10.5-18.6mm；所述的煤渣的粒径为5.5-9.0mm。
所述的矿粉为二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物；
所述的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的质量比为3-5：3-5:1-2:1-2；
优选地，所述的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的质量比为3-4： 4-5:1-1.5:1-1.5；
再优选地，所述的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的质量比为4：5:1.5:1。
所述的助剂选自高岭土、硅藻土、贝壳粉和陶瓷粉中的一种或几种；
优选地，所述的助剂选自高岭土、贝壳粉和陶瓷粉中的一种或几种；
再优选地，所述的助剂选自高岭土和贝壳粉；
所述的高岭土和贝壳粉的质量比为2-5:1；优选为3-4:1，再优选为4:1。
所述的沥青为基质沥青。
在一些优选的实施方案中，所述的沥青混凝土还含有废旧塑料纤维，所述的废旧塑料纤维的的添加量为2-5份。
所述的废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为30-50mm；优选地，所述的废旧塑料纤维的直径为0.55-0.60mm，长度为35-45mm。
所述的助剂、沥青与废旧塑料纤维的质量比为1-5:2-10:1；优选为2-4:5-8:1；进一步优选为3:6:1。
本发明在实施过程中使用高岭土和贝壳粉的混合物作为助剂，能够明显提高沥青混凝土的抗剪切强度，因为高岭土和贝壳粉中含有微孔结构因此具有较好的吸附性能，能够吸附沥青中多余的油料组分，从而可以提高沥青混凝土的稳定性，可以减少高温条件下沥青油料组分的析出。
另外，本发明还在混凝土组分中添加了废旧塑料纤维，随着环保意识的提高，废旧塑料造成的环境污染比较严重，因此本发明将废旧塑料处理后用于沥青混凝土，一方面解决了废旧塑料造成的环境污染，另一方面，在混凝土组分中加入废旧塑料纤维能够有效的增加沥青混凝土组分之间的粘结性能，使沥青混凝土具有更强的抗变形性能，改善沥青混凝土的抗高低温性能。
本发明通过控制沥青、助剂以及塑料纤维的质量比，能够明显提高沥青混凝土的力学性能。
本发明还提供了上述沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中进行搅拌，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌，得到所述的沥青混凝土；
上述步骤(1)所述的将助剂和沥青混合之前需要对助剂和沥青进行加热保温处理，所述的加热温度为130-150℃；保温时间为20-30min；
步骤(1)中所述的搅拌速度为600-800r/min，搅拌时间为15-30min；优选地，所述的搅拌速度为680r/min，搅拌时间为25min。
上述步骤(2)中所述的搅拌时间总长为2-3h。
若组分中不含有废旧塑料纤维，步骤(2)中直接将配方用量的粗集料和矿粉加入混合料中继续搅拌，得到所述的沥青混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明实施过程中使用高岭土和贝壳粉的混合物作为助剂，能够明显提高沥青混凝土的抗剪切强度；
(2)本发明使用二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物配置成矿粉，能够沥青混凝土的粘结强度和温度稳定性明显提高；
(3)本发明还在混凝土组分中添加了废旧塑料纤维，随着环保意识的提高，废旧塑料造成的环境污染比较严重，因此本发明将废旧塑料处理后用于沥青混凝土，一方面解决了废旧塑料造成的环境污染，另一方面，在混凝土组分中加入废旧塑料纤维能够有效的增加沥青混凝土组分之间的粘结性能，使沥青混凝土具有更强的抗变形性能，改善沥青混凝土的抗高低温性能。
(4)本发明通过控制沥青、助剂以及塑料纤维的质量比，能够明显提高沥青混凝土的力学性能。
(5)本发明提供的制备方法操作简单，适合工业化生产。
具体实施方式
本发明中提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所解释的所有特征可与任意方法形式并用，说明书中揭示的各个特征，可被任何可提供相同、均等或相似目的的取代性特征取代。因此除有特殊说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中为注明具体条件的实施方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非特殊说明，否则所有的百分比和分数按重量计。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟知的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的优选实施方法与材料仅做示范作用。
实施例1一种沥青混凝土及其制备方法
包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为粒径为10.5-18.6mm的碎石和粒径为5.5-9.0mm的煤渣；
所述的矿粉为质量比为3:3:1:1得二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物。
所述的助剂为质量比为2:1高岭土和贝壳粉。
制备方法：
(1)首先将助剂和沥青分别加热到130℃，保温30min，然后将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中以600r/min搅拌速度搅拌30min，得到混合料；
(2)将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌2h，得到所述的沥青混凝土。
实施例2一种沥青混凝土及其制备方法
包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为粒径为10.5-18.6mm的碎石和粒径为5.5-9.0mm的煤渣；
所述的矿粉为质量比为3:3:1:1得二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物。
所述的助剂为质量比为2:1高岭土和贝壳粉。
废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为30mm。
制备方法：
(1)首先将助剂和沥青分别加热到130℃，保温30min，然后将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中以600r/min搅拌速度搅拌30min，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌 1h，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌1h，得到所述的沥青混凝土。
实施例3一种沥青混凝土及其制备方法
包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为粒径为10.5-18.6mm的碎石和粒径为5.5-9.0mm的煤渣；
所述的矿粉为质量比为5：5:2:2的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物。
所述的助剂为质量比为5:1高岭土和贝壳粉。
废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为35mm。
制备方法：
(1)首先将助剂和沥青分别加热到150℃，保温20min，然后将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中以800r/min搅拌速度搅拌15min，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌 1.5h，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌1.5h，得到所述的沥青混凝土。
实施例4一种沥青混凝土及其制备方法
包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为粒径为10.5-18.6mm的碎石和粒径为5.5-9.0mm的煤渣；
所述的矿粉为质量比为3：4:1:1.5的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物。
所述的助剂为质量比为3:1高岭土和贝壳粉。
废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为40mm。
制备方法：
(1)首先将助剂和沥青分别加热到140℃，保温25min，然后将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中以700r/min搅拌速度搅拌20min，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌 1h，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌2h，得到所述的沥青混凝土。
实施例5一种沥青混凝土及其制备方法
包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为粒径为10.5-18.6mm的碎石和粒径为5.5-9.0mm的煤渣；
所述的矿粉为质量比为4：5:1.5:1的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物。
所述的助剂为质量比为4:1高岭土和贝壳粉。
废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为40mm。
制备方法：
(1)首先将助剂和沥青分别加热到140℃，保温25min，然后将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中以680r/min搅拌速度搅拌25min，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌 1h，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌2h，得到所述的沥青混凝土。
对比例1
与实施例5的区别在于：
所述的碎石的粒径为25.5-30.8mm；所述的煤渣的粒径为10.2-15.3mm；其他步骤与操作实施例5相同。
对比例2
与实施例5的区别在于：
所述的粉料中二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的质量比为1:1:1:1，其他步骤与操作实施例5相同。
对比例3
与实施例5的区别在于：
所述的助剂仅为高岭土，其他步骤与操作实施例5相同。
对比例4
与实施例5的区别在于：
所述的助剂仅为贝壳粉，其他步骤与操作实施例5相同。
对比例5
与实施例5的区别在于：
所述的助剂为质量比1:1的高岭土和贝壳粉，其他步骤与操作实施例5相同。
为了更好的证明本发明提供的沥青混凝土具有较好的性能，尤其是具有良好的抗剪切强度、稳定性、粘结强度、抗高低温性能和力学性能，进行了一下相关试验(本发明中采用的测试方法借鉴现有技术(CN112521055A)中公开的方法)。
1、针入值、软化点、稳定度测试
测试方法：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011) 中的规定对实施例1-5以及对比例1-5中制备的样品进行性能测试，测试结果见下表1。
表1
根据上表1的检测数据可以实施例1和实施例2相比的区别在于在组分中添加了废旧塑料纤维，实施例2制备的沥青混凝土的针入度、软化点温度和马歇尔稳定性均明显提高，说明塑料纤维的可以提高沥青混凝土的性能，从而提高了沥青混凝土的抗剪切性能，减少沥青混凝土的断裂；实施例3-5中改变各组分之间的含量以及配比，会在一定程度上影响沥青混凝土的性能，尤其是实施例5中控制各组分的配比为最优配比，得到的沥青混凝土的性能最优；对比例1中改变粗骨料的粒径不在本发明保护范围内时，对沥青混凝土的性能有所影响但是影响不大，对比例2中改变矿粉组分的质量比会明显影响沥青混凝土的性能，尤其是软化点和马歇尔稳定性；对比例3-5改变助剂的种类会对沥青性能的稳定性和针入度产生明显影响。
2、沥青混凝土车辙试验(高温稳定性检验)
试验方法：按照规定方法(T 0719-2011)对样品和对比样品进行车辙试验，将沥青混凝土制成板块试样尺寸长300mm、宽300mm、厚50-10mm的板块状试件在试验温度60℃下，用轮压为0.7Mpa的实新轮胎进行试验。试验轮在板块试样上行走220-250mm，往返碾压速度42次/min，进行3次碾压实验，取平均值作为试验数据，试验结果如表2所示
表2
| 车辙稳定度数(平均值次mm) | |
| 实施例1 | 7758 |
| 实施例2 | 7816 |
| 实施例3 | 7856 |
| 实施例4 | 7862 |
| 实施例5 | 8025 |
| 对比例1 | 7845 |
| 对比例2 | 7254 |
| 对比例3 | 7329 |
| 对比例4 | 7296 |
| 对比例5 | 7469 |
根据上表2的检测数可以看出本发明实施例2相对于实施例1中加入废旧塑料纤维后对沥青混凝土的高温稳定性具有一定程度的影响，但是影响不大，由此可知废旧塑料纤维对沥青混凝土的高温稳定性影响比较小；实施例3-4相较于实施例2改变了各组分的含量，高温稳定性相差不大；而实施例5中各组分的含量均是最优的配比，得到的沥青混凝土的高温稳定性明显提高，说明各组分的含量在最优时得到的沥青混凝土的高温稳定性最高；对比例1改变粗骨料的粒径，对高温稳定性有影响，但是影响不大，对比例2中改变了矿粉组分的配比对高温稳定性产生明显影响，对比例3-5改变助剂的种类也会明显影响沥青混凝土的高温稳定性，这是因为混凝土制备过程中矿粉以及助剂的种类会影响其与沥青复配，从而影响沥青混凝土的高温稳定性。
3、抗压强度测试
测试方法：根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的记载检测沥青混凝土的28d抗压强度(MPa)，具体见下表3。
表3
| 抗弯拉强度(MPa) | |
| 实施例1 | 19.2 |
| 实施例2 | 21.5 |
| 实施例3 | 21.9 |
| 实施例4 | 21.8 |
| 实施例5 | 22.6 |
| 对比例1 | 21.5 |
| 对比例2 | 21.2 |
| 对比例3 | 19.6 |
| 对比例4 | 19.8 |
| 对比例5 | 20.6 |
根据上表3检测数可以看出本发明实施例2相对于实施例1中加入废旧塑料纤维后对沥青混凝土的抗压强度明显提高，说明塑料纤维的添加可以提高沥青混凝土的力学性能；实施例3-4相较于实施例2改变了各组分的含量，抗压强度相差不大；而实施例5中各组分的含量均是最优的配比，得到的沥青混凝土的抗压强度明显提高，说明各组分的含量在最优时得到的沥青混凝土的力学性能最高；对比例1改变粗骨料的粒径，对力学性能具有较大影响，对比例2中改变了矿粉组分的配比也会对沥青混凝土的力学性能产生明显影响，对比例3-5改变助剂的种类也会明显影响沥青混凝土的力学性能，这是因为混凝土制备过程中矿粉以及助剂的种类会影响其与沥青复配，从而影响沥青混凝土的力学性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种沥青混凝土，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为碎石和煤渣的混合物；
所述的碎石的粒径为10.5-18.6mm；所述的煤渣的粒径为5.5-9.0mm；
所述的矿粉为质量比3-5: 3-5:1-2:1-2的二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的混合物；
所述的助剂为质量比为2-5:1的高岭土和贝壳粉；
所述的废旧塑料纤维的直径为0.50-0.65mm，长度为30-50mm；
所述的助剂、沥青与废旧塑料纤维的质量比为1-5:2-10:1。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为碎石和煤渣的混合物；
所述的碎石的粒径为10.5-18.6mm；所述的煤渣的粒径为5.5-9.0mm。
3.根据权利要求2所述的沥青混凝土，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
所述的粗集料为碎石和煤渣的混合物；
所述的碎石的粒径为10.5-18.6mm；所述的煤渣的粒径为5.5-9.0mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将配方用量的助剂和沥青加入高速剪切搅拌器中进行搅拌，得到混合料；
(2)将配方用量的废旧塑料纤维加入步骤(1)得到的混合料中进行搅拌，得到预混料；然后将配方用量的粗集料和矿粉加入预混料中继续搅拌，得到所述的沥青混凝土；
步骤(1)所述的将助剂和沥青混合之前需要对助剂和沥青进行加热保温处理，所述的加热温度为130-150℃；保温时间为20-30min；
步骤(1)中所述的搅拌速度为600-800r/min，搅拌时间为15-30min；
步骤(2)中所述的搅拌时间总长为2-3h。
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