CN113698134A - 一种高强度沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度沥青混凝土，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉5‑15份、石油沥青30‑40份、筋骨草粉10‑20份、细骨料40‑60份、粗骨料100‑140份、矿粉35‑45份、偶联剂0.3‑0.5份。添加改性豆渣基碳粉，一方面，通过改善沥青的成膜性提高沥青和骨料之间的粘结强度和温度稳定性；另一方面，利用纳米硒化钼的高密度的短程扩散路径实现纳米硒化钼在豆渣碳粉多孔结构中的均匀分布，使混凝土路面保持合适的粗糙度，提高路面的耐磨性。添加筋骨草粉增加骨料之间的锁结力，使骨料、矿粉和沥青混合后可以形成密实、稳定的结构，不易出现裂缝，延长路面寿命。本发明还提供了一种高强度沥青混凝土的制备方法，制备得到的沥青混凝土强度高，耐磨性和耐候性得到显著改善。

Description

一种高强度沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种高强度沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土(bituminous concrete)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。我国的公路路面大多采用沥青混凝土，是现代道路路面结构的主要材料之一，尤其适合高速公路。沥青混凝土路面具有良好的力学性质，并且行车舒适、安全性高。

现有的沥青混凝土原料比较简单，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。

沥青混凝土的强度主要表现在两个方面。一是沥青与矿粉形成的胶结料的粘结力；另一是集料颗粒间的内摩阻力和锁结力。矿粉细颗粒(大多小于0.075毫米)的巨大表面积使沥青材料形成薄膜，从而提高了沥青材料的粘结强度和温度稳定性；而锁结力则主要在粗集料颗粒之间产生。选择沥青混凝土矿料级配时要兼顾两者，以达到加入适量沥青后混合料能形成密实、稳定、粗糙度适宜、经久耐磨的路面。但是使用传统沥青混凝土铺设的公路路面在受到低温和风化作用常常会出现裂缝，需要经常修补，导致路面的使用寿命降低，增加路面建设成本。因此有必要对沥青混凝土进行改进，提高其强度和耐腐蚀性，延长路面的使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高强度沥青混凝土，性能稳定，具有较好的强度和耐磨性，能有效延长路面的使用期限。

本发明的目的之二在于提供一种高强度耐磨混凝土的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种高强度沥青混凝土，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉5-15份、石油沥青30-40份、筋骨草粉10-20份、细骨料40-60份、粗骨料100-140份、矿粉35-45份、偶联剂0.3-0.5份。

进一步地，所述改性豆渣基碳通过以下方法制备得到：

(1)向豆渣粉中加入纳米硒化钼，进行第一阶段的煅烧；

(2)向步骤(1)经过第一阶段煅烧的混合物中加入活化剂，进行第二阶段煅烧；

(3)将步骤(2)中完成活化的产物酸洗后烘干至恒重，经粉碎后即得改性豆渣基碳粉。

进一步地，所述豆渣粉和纳米硒化钼的质量比为1:0.4-0.6。

进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)的煅烧在惰性气体保护下进行，第一阶段的煅烧温度为400-600℃，时间为80-100min，第二阶段的煅烧温度为800-1000℃，时间为150-180min。

进一步地，所述活化剂为氢氧化钾，豆渣粉和活化剂的质量比为1:4-6。

进一步地，所述细骨料的粒径为1-4mm，粗骨料的粒径为5-10mm，所述矿粉的粒径小于1mm。

进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

上述高强度沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青加热至160-170℃，在搅拌条件下加入改性豆渣基碳粉、充分搅拌混合均匀；

(2)将粗骨料和细骨料、矿粉、筋骨草粉、偶联剂混合，加热至140-150℃，搅拌混合均匀；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的物料混合均匀，即得产品。

进一步地，步骤(1)中在1500-2000r/min下搅拌30-40min，步骤(2)中在800-1000r/min下搅拌15-20min。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供一种高强度沥青混凝土，在该沥青混凝土中添加改性豆渣基碳粉，一方面，通过改善沥青的成膜性提高沥青和骨料之间的粘结强度和温度稳定性；另一方面，采用纳米硒化钼改性的豆渣基碳粉，利用纳米硒化钼的高密度的短程扩散路径实现纳米硒化钼在豆渣碳粉多孔结构中的均匀分布，使混凝土路面保持合适的粗糙度，提高路面的耐磨性，并且豆渣来源广泛，有助于降低成本。

2、本发明的沥青混凝土中还添加筋骨草粉，增加骨料之间的锁结力，使骨料、矿粉和沥青混合后可以形成密实、稳定的结构，用于路面铺设时抗冻抗风化能力得到明显改善，不易出现裂缝，延长路面寿命。

3、本发明还提供了一种高强度沥青混凝土的制备方法，先将沥青和改性豆渣基碳粉混合，提高沥青的成膜性，再将其和剩余原料的混合物搅拌混合均匀，制备得到的沥青混凝土强度高，耐磨性和耐候性得到显著改善。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种高强度沥青混凝土，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉10份、石油沥青35份、筋骨草粉15份、细骨料50份、粗骨料120份、矿粉40份、硅烷偶联剂KH570 0.4份；

上述细骨料的粒径为1-4mm，粗骨料的粒径为5-10mm，矿粉的粒径小于1mm。

上述改性豆渣基碳通过以下方法制备得到：

(1)向豆渣粉中加入纳米硒化钼，渣粉和纳米硒化钼的质量比为1:0.4，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第一阶段的煅烧，煅烧温度为400℃，时间为100min；

(2)向步(1)经过第一阶段煅烧的混合物中加入活化剂，氢氧化钾，豆渣粉和活化剂的质量比为1:4，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第二阶段的煅烧，煅烧温度为800℃，时间为180min；

(3)将步骤(2)中完成活化的产物用稀盐酸洗涤3h，再水洗至中性后烘干至恒重，经粉碎即得改性豆渣基碳粉。

一种高强度沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青在搅拌釜中加热至160℃，在搅拌条件下加入改性豆渣基碳粉、1500r/min下搅拌40min，混合均匀；

(2)将粗骨料和细骨料、矿粉、筋骨草粉、偶联剂在混料机中混合，加热至140℃，在800r/min下搅20min，混合均匀；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的物料混合均匀，即得产品。

实施例2

一种高强度沥青混凝土，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉5份、石油沥青30份、筋骨草粉10份、细骨料40份、粗骨料100份、矿粉35份、硅烷偶联剂KH560 0.3份；

上述细骨料的粒径为1-4mm，粗骨料的粒径为5-10mm，矿粉的粒径小于1mm。

上述改性豆渣基碳通过以下方法制备得到：

(1)向豆渣粉中加入纳米硒化钼，渣粉和纳米硒化钼的质量比为1:0.5，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第一阶段的煅烧，煅烧温度为500℃，时间为90min；

(2)向步(1)经过第一阶段煅烧的混合物中加入活化剂，氢氧化钾，豆渣粉和活化剂的质量比为1:5，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第二阶段的煅烧，煅烧温度为900℃，时间为170min；

(3)将步骤(2)中完成活化的产物用稀盐酸洗涤4h，再水洗至中性后烘干至恒重，经粉碎即得改性豆渣基碳粉。

一种高强度沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青在搅拌釜中加热至165℃，在搅拌条件下加入改性豆渣基碳粉、1800r/min下搅拌35min，混合均匀；

(2)将粗骨料和细骨料、矿粉、筋骨草粉、偶联剂在混料机中混合，加热至145℃，在900r/min下搅拌18min，混合均匀；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的物料混合均匀，即得产品。

实施例3

一种高强度沥青混凝土，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉15份、石油沥青40份、筋骨草粉20份、细骨料60份、粗骨料140份、矿粉45份、硅烷偶联剂KH550 0.5份；

上述细骨料的粒径为1-4mm，粗骨料的粒径为5-10mm，矿粉的粒径小于1mm。

上述改性豆渣基碳通过以下方法制备得到：

(1)向豆渣粉中加入纳米硒化钼，渣粉和纳米硒化钼的质量比为1:0.6，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第一阶段的煅烧，煅烧温度为600℃，时间为80min；

(2)向步(1)经过第一阶段煅烧的混合物中加入活化剂，氢氧化钾，豆渣粉和活化剂的质量比为1:6，在惰性气体保护下在煅烧炉中进行第二阶段的煅烧，煅烧温度为1000℃，时间为150min；

(3)将步骤(2)中完成活化的产物用稀盐酸洗涤5h，再水洗至中性后烘干至恒重，经粉碎即得改性豆渣基碳粉。

一种高强度沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青在搅拌釜中加热至170℃，在搅拌条件下加入改性豆渣基碳粉、2000r/min下搅拌30min，混合均匀；

(2)将粗骨料和细骨料、矿粉、筋骨草粉、偶联剂在混料机中混合，加热至150℃，在1000r/min下搅拌15min，混合均匀；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的物料混合均匀，即得产品。

对比例1

对比例1提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：省去改性豆渣基碳粉，其余均和实施例1相同。

对比例2

对比例2提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：将改性豆渣基碳粉替换为等量的豆渣基碳粉和纳米硒化钼分别加入，其中豆渣基碳粉的制备过程和实施例1的区别为不添加纳米硒化钼，其余均和实施例1相同。

对比例3

对比例3提供一种高强度沥青混凝土，和对比例2的区别为：省去纳米硒化钼，其余均和实施例1相同。

对比例4

对比例4提供一种高强度沥青混凝土，和对比例2的区别为：省去豆渣基碳粉，其余均和实施例1相同。

对比例5

对比例5提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：将纳米硒化钼替换为普通硒化钼粉末，其余均和实施例1相同。

对比例6

对比例6提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：将纳米硒化钼替换为纳米二硫化钼，其余均和实施例1相同。

对比例7

对比例7提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：省去筋骨草粉，其余均和实施例1相同。

对比例8

对比例8提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：在沥青混凝土的制备过程中，将步骤(1)中的改性豆渣基碳粉调整到步骤(2)中加入，其余均和实施例1相同。

对比例9

对比例9提供一种高强度沥青混凝土，和实施例1的区别为：在沥青混凝土的制备过程中，将步骤(2)中的筋骨草粉调整到步骤(1)中加入至沥青中，其余均和实施例1相同。

参考JTJE20-2011对实施例1至3，对比例1至9的沥青混凝土进行性能测试，结果如表1所示。

表1

由表1可以看出实施例1至3中沥青混凝土在抗弯强度、冻融劈裂强度比、动稳定度、肯塔堡飞散损失率等性能上要优于对比例1至9。

对比例1至6中分别省去改性豆渣基碳粉，或者改变改性豆渣基碳粉的添加形式以及改性用原料等，制备得到沥青混凝土在各项性能上不及实施例1，这是说明本发明添加的改性豆渣基碳粉有助于提高沥青混凝土的强度以及稳定性。

对比例7中省去了筋骨草，由表1可以看出对沥青混凝土的肯塔堡飞散损失率影响较大，这是因为筋骨草粉可以增加骨料之间的锁结力，使骨料、矿粉和沥青混合后可以形成密实、稳定的结构，降低肯塔堡飞散损失率，提高材料的耐磨性。

对比例8和对比例9中调整了在沥青混凝土的制备过程中改性豆渣基碳粉和筋骨草的加入时机，制备得到的混凝土的性能也有不同程度的下降，这说明本发明通过限定上述成分的添加时机先将沥青和改性豆渣基碳粉混合，提高沥青的成膜性，再将其和筋骨草等剩余原料的混合物搅拌混合均匀，制备得到的沥青混凝土强度高，耐磨性和耐候性得到显著改善，不易开裂。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种高强度沥青混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料组成：改性豆渣基碳粉5-15份、石油沥青30-40份、筋骨草粉10-20份、细骨料40-60份、粗骨料100-140份、矿粉35-45份、偶联剂0.3-0.5份。

2.根据权利要求1所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述改性豆渣基碳通过以下方法制备得到：

(1)向豆渣粉中加入纳米硒化钼，进行第一阶段的煅烧；

(2)向步骤(1)经过第一阶段煅烧的混合物中加入活化剂，进行第二阶段煅烧；

(3)将步骤(2)中完成活化的产物酸洗后烘干至恒重，经粉碎后即得改性豆渣基碳粉。

3.根据权利要求2所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述豆渣粉和纳米硒化钼的质量比为1:0.4-0.6。

4.根据权利要求2所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)的煅烧在惰性气体保护下进行，第一阶段的煅烧温度为400-600℃，时间为80-100min，第二阶段的煅烧温度为800-1000℃，时间为150-180min。

5.根据权利要求2所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述活化剂为氢氧化钾，豆渣粉和活化剂的质量比为1:4-6。

6.根据权利要求2所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述细骨料的粒径为1-4mm，粗骨料的粒径为5-10mm，所述矿粉的粒径小于1mm。

7.根据权利要求1所述高强度沥青混凝土，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

8.如权利要求1至7任一项所述高强度沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将沥青加热至160-170℃，在搅拌条件下加入改性豆渣基碳粉、充分搅拌混合均匀；

(2)将粗骨料和细骨料、矿粉、筋骨草粉、偶联剂混合，加热至140-150℃，搅拌混合均匀；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的物料混合均匀，即得产品。

9.根据权利要求8所述高强度沥青混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在1500-2000r/min下搅拌30-40min，步骤(2)中在800-1000r/min下搅拌15-20min。