CN113511841A - 一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种掺加玄武岩絮状纤维的沥青混合料，以质量百分比计，所属混合料包括如下组分：SBS改性沥青占混合料比重的比例4.2～6.6％、玄武岩絮状纤维总掺量占混合料比重的比例0.3～0.45％；矿料占混合料总重的比例93～95.4％，所述矿料包括粗集料、细集料和矿粉，粗细集料材质为玄武岩。还提供了其制备方法，是通过在所制备沥青混合料中掺入玄武岩絮状纤维，有利于提高沥青混合料的油石比，提高沥青混合料的低温性能，有利于解决沥青路面车辙、裂缝等病害问题，对提高路面使用品质、延长沥青路面使用寿命有较大意义，而且综合性能好，经济效益优。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料。
背景技术
随着我国道路运输行业飞速发展，存在交通量大重载车辆多甚至超载超限的现象，同时受到服役环境等综合因素的影响，对沥青路面材料提出了更加高标准的性能要求，SMA沥青混合料以“三多一少”的结构特点使其具备优良的路用性能，在现代高等级道路得到广泛应用。
SMA沥青混合料以粗集料为主使其对高温的抗车辙能力强，由多量矿粉、多量沥青和少量细集料组成的沥青玛蹄脂粘结力提高，导致混合料低温抗裂和耐疲劳性能也有较多的改善，空隙率小不易渗水使得水稳定性较好，而纤维作为稳定剂掺入SMA混合料中是提高综合性能的有效方法,目前在我国SMA沥青混合料中木质素纤维使用最多。
木质素纤维能够较好地吸附沥青，较多的沥青玛蹄脂包裹在集料表面，可以显著提高沥青混合料的低温性能。但木质素纤维存在中空管吸油现象，有部分沥青被吸收到纤维内部,这部分被吸入的沥青既不增加沥青油膜厚度,也不提高路面强度，反而使沥青用量增加，成本提高；此外木质素纤维吸水性强,易造成混合料水稳定性差，影响其耐久性。
发明内容
本发明为了改善上述的技术问题，提供了一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料,是通过向沥青混合料中掺入短切玄武岩絮状纤维，可以提高高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害等性能。
一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料，以质量百分比计，所述混合料包括如下组分组成：SBS改性沥青4.2～6.6％、絮状玄武岩纤维0.3％～0.45％，矿料93％～95.4％。
进一步的，其中矿粉占矿料总质量的10％，1#粗集料、2#粗集料、细集料、矿粉，依次分别占矿粉总质量的42％，30％，18％，10％。
进一步的，纤维采用玄武岩絮状纤维。
进一步的，所述的沥青混合料采用SMA-13间断级配。
进一步的，粗集料、细集料和矿粉的整体级配范围均是采用SMA-13间断级配如下表1：
表1不同孔筛级配矿料的质量分数
| 筛孔尺寸(mm) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 上限 | 100 | 100 | 75 | 34 | 26 | 24 | 20 | 16 | 15 | 12 |
| 下限 | 100 | 90 | 50 | 20 | 15 | 14 | 12 | 10 | 9 | 8 |
上述掺加絮状玄武岩纤维沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量与备用：按比例称取SBS改性沥青、絮状玄武岩纤维、矿料，进行备用；再将称量好得SBS改性沥青在165士5℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
(2)预处理：在185土5℃下预先加热矿料中的1#粗集料、2#粗集料、细集料、矿粉5h以上；
(3)搅拌：将拌合锅加热至180士5℃，再将预加热后的粗集料、细集料和矿粉加入拌合锅内，再掺入絮状玄武岩纤维干拌25s，再加入步骤(1)保温备用的SBS改性沥青拌合90～95s，制得所述的沥青混合料。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
(1)本发明所掺加玄武岩絮状纤维的沥青混合料，可以提高沥青混合料的低温稳定性，与常规SMA-13沥青混合料相比破坏应变提高10％。
(2)本发明中采用絮状玄武岩纤维替代了常规的木质素纤维，利用玄武岩纤维的不易吸水，能有效提高混合料的水稳定性，与常规SMA-13沥青混合料相比浸水残留稳定度提高6％、冻融劈裂强度比提高7％。
(3)本发明中制备沥青混合料，属于BF SMA-13沥青混合料，通过添加的玄武岩纤维在SMA中，一方面起到了吸附沥青，稳定马蹄脂的作用，另一方面也起到了桥连搭接的加筋作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料做进一步说明。
玄武岩，是生产"铸石"的好原料。"铸石"是将玄武岩经过熔化铸造、结晶处理，退火而成的材料。它比合金钢坚硬而耐磨，比铅和橡胶抗腐蚀。玄武岩还在一种铸钢先进工艺中，起到"润滑剂"的作用，可以处长铸膜寿命。同时，玄武岩还可以抽成玻璃丝，比一般玻璃丝布抗碱性强，耐高温性能好。
玄武岩是修理公路、铁路、机场跑道所用石料中最好的材料，具有抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性玄武石，玄武石具有耐磨、吃水量少、导电性能差、抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性等优点，并被国际认可，是发展铁路运输及公路运输最好的基石。
本发明中通过对不同的岩石进行测量压碎值、针片状、磨耗值、磨光值等，得到表2与表3的数据，其中表2中数值表示为是对比其他作为集料的矿石时，玄武岩矿石的优势，具体数据见下表2和表3。
表2玄武岩与石灰岩的对比
| 品种及产地 | 针片状 | 压碎值 |
| 石灰岩1号 | 15.9 | 14.1 |
| 石灰岩2号 | 10.9 | 18.5 |
| 玄武岩1号 | 9.3 | 9.9 |
| 玄武岩1号 | 7.7 | 9.3 |
表3典型岩石的磨光值
通过表2和表3可得，玄武岩的性能均高于石灰岩，最终将其作为本发明的技术方案中的主要成分之一。
为了准确进行选择沥青混合料的辅材，下面进行了采用玄武岩纤维和木质素纤维的单项对比试验，通过其他条件不变的情况下，获得唯一变量下的沥青混合料马歇尔试验，结果分析件表4。
表4 SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果分析
在传统的SMA级配中采用木质素纤维，木质素纤维仅仅起稳定马蹄脂的作用。通过试验结果可知，由于玄武岩纤维的吸附沥青的能力不如木质素纤维，故使用玄武岩纤维的SMA的最佳油石比较普通的SMA低了0.1，然而玄武岩纤维SMA的密度和空隙率并没有太大变化，二者的马歇尔稳定度也相差不多。
从反映沥青用量多少的析漏试验和飞散试验的结果来看，油石比6.0％的玄武岩纤维SMA析漏损失为0.3％，飞散损失为7.15％，而油石比为6.1％的普通SMA析漏损失为只有0.1，飞散损失为7.46％，这也说明6.0％的油石比对于玄武岩纤维SMA来说不能是算低的。
同时，也可以说明，玄武岩纤维在SMA中，一方面起到了吸附沥青，稳定马蹄脂的作用，另一方面也起到了桥连搭接的加筋作用。
实施例1
先将SBS改性沥青在160℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。预先将粗集料、细集料和矿粉(其中1#粗集料：2#粗集料：细集料：矿粉占矿料总质量的配比为40.0:33.0:16.5:10.5)，与沥青混合料总质量的3‰的絮状玄武岩纤维在185℃条件下加热5h以上。将粗集料、细集料、矿粉与絮状玄武岩纤维在拌和锅内拌和25s，再将步骤一种保温备用的SBS改性沥青(占沥青混合料总质量百分比4.5％)加入，继续拌和90～95s，制备成所述的掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料。
实施例2
先将SBS改性沥青，在165℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。预先将粗集料、细集料和矿粉(其中1#粗集料：2#粗集料：细集料：矿粉占矿料总质量的配比为42.0:30.0:18.0:10.0)与沥青混合料总质量的4‰的絮状玄武岩纤维在180℃条件下加热5h以上。将粗集料、细集料、矿粉与絮状玄武岩纤维在拌和锅内拌和25s，再将步骤一种保温备用的SBS改性沥青(占沥青混合料总质量百分比5.0％)加入，继续拌和90～95s，制备成所述的掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料。
实施例3
先将SBS改性沥青在170℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。预先将粗细集料和矿粉(其中1#料：2#料：细集料：矿粉占总质量的配比为45.0:30.0:16:9.0)与总质量的4.5‰的絮状玄武岩纤维在190℃条件下加热5h以上。将粗细集料、矿粉与絮状玄武岩纤维在拌和锅内拌和25s，再将步骤一种保温备用的SBS改性沥青(占总质量百分比5.6％)加入，继续拌和90～95s，制备成所述的掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料。
对比例1
先将SBS改性沥青在165士5℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。预先将粗细集料和矿粉(其中1#料：2#料：细集料：矿粉占总质量的配比为40.0:33.0:16.5:10.5)与总质量的3‰的木质素纤维在185±5℃条件下加热5h以上。将粗细集料、矿粉与木质素纤维在拌和锅内拌和25s，再将步骤一种保温备用的SBS改性沥青(占总质量百分比4.5％)加入，继续拌和90～95s，制备成沥青混合料。
对比例2
先将SBS改性沥青在165士5℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。预先将粗细集料和矿粉(其中1#料：2#料：细集料：矿粉占总质量的配比为42.0:30.0:18.0:10.0)与总质量的4‰的木质素纤维在185±5℃条件下加热5h以上。将粗细集料、矿粉与木质素纤维在拌和锅内拌和25s，再将步骤一种保温备用的SBS改性沥青(占总质量百分比5.0％)加入，继续拌和90～95s，制备成沥青混合料。
本发明实施例1-3所述沥青混合料与对比例1-2所述其他类型沥青混合料的水稳定性、抗低温性能见表5.
表5不同类型沥青混合料路用性能试验结果
从表5中可以看出：本发明的絮状玄武岩纤维沥青混合料较对比例的高温抗车辙性能、低温抗裂性能及抗水损害性能均有较大幅度提高，表现出较优异的路用性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料，其特征在于，以质量百分比计，所述混合料包括如下组分组成：SBS改性沥青4.2～6.6％、絮状玄武岩纤维0.3％～0.45％，矿料93％～95.4％；矿料包括1#粗集料、2#粗集料、细集料和矿粉，其中矿粉占矿料总质量的9-11％，1#粗集料、2#粗集料、细集料在矿料中质量占比为40-45％、30-35％、15-20％；所述1#粗集料为平均直径11-16mm玄武岩；所述2#粗集料为直径6-11mm的玄武岩；所述细集料为平均直径4-6mm的玄武岩；所述矿粉为平均直径0.075mm以下磨细的玄武岩。
2.如权利要求1所述掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料，其特征在于，其中矿粉占矿料总质量的10％，1#粗集料、2#粗集料、细集料、矿粉，依次分别占矿粉总质量的42％，30％，18％，10％。
3.如权利要求1所述掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料，其特征在于，絮状玄武岩纤维平均长度为1-12mm，平均直径为2-9μm、密度为2.5-2.8g/cm3。
4.如权利要求1所述掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料，其特征在于，絮状玄武岩纤维渣球中直径为0.15mm含量＜20％、冲气筛0.15mm，质量通过率为＜60％。
5.权利要求1所述掺加玄武岩絮状纤维的沥青混合料，其特征在于，絮状玄武岩纤维的吸油率为自身质量的3-6倍。
6.一种如权利要求1-5任一所述的沥青混合料的制备方法,其特征在于，包括如下步骤:
(1)称量与备用：按比例称取SBS改性沥青、絮状玄武岩纤维、矿料，进行备用；再将称量好得SBS改性沥青在165士5℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
(2)预处理：在185土5℃下预先加热矿料中的1#粗集料、2#粗集料、细集料、矿粉5h以上；
(3)搅拌：将拌合锅加热至180士5℃，再将预加热后的粗集料、细集料和矿粉加入拌合锅内，再掺入絮状玄武岩纤维干拌25s，再加入步骤(1)保温备用的SBS改性沥青拌合90～95s，制得所述的沥青混合料。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于，步骤(3)中沥青混合料采用SMA-13间断级配，粗集料、细集料、矿粉均采用SMA-13间断级配的方式搅拌。
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