CN115466078A - 一种混掺玄武岩细集料的sma沥青混合料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料及制备方法，所述混合料包括以下按照重量份数计的组分：矿料100份，SBS改性沥青5.9‑6.2份，木质素纤维0.28‑0.50份；所述矿料包括以下按照重量份数计的组分：玄武岩粗集料60‑72份，玄武岩细集料18‑28份，石灰岩细集料14‑22份，石灰石矿粉10‑15份；其中，玄武岩细集料和石灰岩细集料为混合细集料，混合细集料中，玄武岩细集料的掺加比例为60‑90%，石灰岩细集料的掺加比例为10‑40%。本发明的目的在于提供一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料及制备方法，有效利用玄武岩资源，提高SMA沥青混合料路用性能。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料及制备方法。
背景技术
我国目前正处于“十四五”规划发展阶段，高速公路的发展是我国一项重要的基础设施工程，到目前为止我国公路网络已逐渐全面覆盖。公路建设每年消耗砂石料10亿吨，岩石的过度开采造成环境负荷大，优质天然集料面临供需矛盾。因此，提高矿料资源利用率，打破固有传统的矿料搭配选择，发掘优质的其他矿料资源，进行不同集料的综合应用是如今越来越迫切的需求。
目前沥青混合料中主要运用的是玄武岩粗集料和石灰岩细集料，而玄武岩粗集料开采过程中所产生的玄武岩细集料未能得到很好的利用。玄武岩细集料有硬度高、质地坚硬、耐磨性强的优点。
发明内容
本发明提供一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料及制备方法，该材料有效利用玄武岩资源，提高SMA沥青混合料路用性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，包括以下按照重量份数计的组分：
矿料100份
SBS改性沥青5.9-6.2份
木质素纤维0.28-0.50份；
所述矿料包括以下按照重量份数计的组分：
玄武岩粗集料60-72份
玄武岩细集料18-28份
石灰岩细集料14-22份
石灰石矿粉10-15份；
其中，玄武岩细集料和石灰岩细集料为混合细集料，混合细集料中，玄武岩细集料的掺加比例为60-90%，石灰岩细集料的掺加比例为10-40%。
作为本发明的进一步优选，所述玄武岩粗集料粒径为2.36-13.2mm，玄武岩细集料和石灰岩细集料的粒径为0.075-2.36mm，石灰石矿粉的粒径为小于0.075mm。
作为本发明的进一步优选，所述玄武岩细集料的亚甲蓝值不大于20g/kg，砂当量不小于68%。
作为本发明的进一步优选，所述矿料中玄武岩粗集料、混合细集料与石灰石矿粉的级配范围为：
16.0mm筛孔通过率为100%、13.2mm筛孔通过率为90-96%、4.75mm筛孔通过率为22-34%、2.36mm筛孔通过率为15-26%、1.18mm筛孔通过率为14-24%、0.6mm筛孔通过率为12-20%、0.3mm筛孔通过率为10-16%、0.15mm筛孔通过率为9-14%、0.075mm筛孔通过率为7-11%。
还提供了一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按照质量分数称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、对称取的矿料加热到145-155ºC，加热时间至少为5h；
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉加入拌合锅内，再掺入木质素纤维进行干拌30-45s；
步骤S4、向步骤S3干拌后的混合料中加入SBS改性沥青；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的混合料出锅再成型，制备成混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
作为本发明的进一步优选，步骤S1中烘箱以160-170ºC的将称取的SBS改性沥青加热至熔融状态。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中需预先将拌合锅加热至170-180ºC，再加入步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料。
作为本发明的进一步优选，步骤S4中加入SBS改性沥青后，拌合锅保持60r/min的速度搅拌90-100s，拌合温度在200-220ºC。
作为本发明的进一步优选，步骤S5中将步骤S4中拌合后的混合料在130-140ºC下出锅，在110-120ºC下成型。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，可以提高SMA沥青混合料的高温稳定性，与常规SMA沥青混合料相比动稳定度更高。
2、本发明制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，可以提高SMA沥青混合料的水稳定性，浸水残留稳定度和劈裂抗拉强度比均更高。
3、本发明制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，提高了玄武岩资源的利用率，拓展了不同类型集料的综合应用，具有一定的经济成本优势和适用于大规模推广应用。
具体实施方式
本申请提供一种优选实施方案，一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，包括以下按照重量份数计的组分：
矿料100份
SBS改性沥青5.9-6.2份
木质素纤维0.28-0.50份；
所述矿料包括以下按照重量份数计的组分：
玄武岩粗集料60-72份
玄武岩细集料18-28份
石灰岩细集料14-22份
石灰石矿粉10-15份。
本实施方案中上述玄武岩粗集料粒径为2.36-13.2mm，玄武岩细集料和石灰岩细集料的粒径为0.075-2.36mm，石灰石矿粉的粒径为小于0.075mm。上述玄武岩细集料的亚甲蓝值不大于20g/kg，砂当量不小于68%。
本实施方案中玄武岩细集料和石灰岩细集料为混合细集料，混合细集料中，玄武岩细集料的掺加比例为60-90%，石灰岩细集料的掺加比例为10-40%。
本实施方案在上述矿料中玄武岩粗集料、混合细集料与石灰石矿粉的级配范围为：
16.0mm筛孔通过率为100%、13.2mm筛孔通过率为90-96%、4.75mm筛孔通过率为22-34%、2.36mm筛孔通过率为15-26%、1.18mm筛孔通过率为14-24%、0.6mm筛孔通过率为12-20%、0.3mm筛孔通过率为10-16%、0.15mm筛孔通过率为9-14%、0.075mm筛孔通过率为7-11%。
本申请还提供了一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按照质量分数称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
优选地，烘箱以160-170ºC的将称取的SBS改性沥青加热至熔融状态。
步骤S2、对称取的矿料加热到145-155ºC，加热时间至少为5h；
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉加入拌合锅内，再掺入木质素纤维进行干拌30-45s；
具体地，需预先将拌合锅加热至170-180ºC，再加入步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料。
步骤S4、向步骤S3干拌后的混合料中加入SBS改性沥青，拌合锅保持60r/min的速度搅拌90-100s，拌合温度在200-220ºC；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的混合料在130-140ºC下出锅，在110-120ºC下成型，制备成混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
实施例1
步骤S1、确定需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量，再按照上述混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料中各组分的质量分数，称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置160ºC烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、将步骤S1中称取的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉在150ºC条件下加热5h以上；
具体地，矿料中各组分比例如下：玄武岩粗集料：玄武岩细集料：石灰岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：20：5：10。
进一步地，玄武岩细集料占混合细集料（混合细集料=玄武岩细集料+石灰岩细集料）总量的80%，石灰岩细集料占混合细集料总量的20%。
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉与，占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量0.3%的木质素纤维在拌合锅内拌合40s；
步骤S4、向步骤S3拌合后的混合料中加入步骤S1中保温备用的SBS改性沥青（占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量百分比6.0%），继续拌合95s，拌合温度在200ºC；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的沥青混合料在140ºC下出锅，在120ºC下成型，制备成所需的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
实施例2
步骤S1、确定需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量，再按照上述混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料中各组分的质量分数，称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置160ºC烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、将步骤S1中称取的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉在150ºC条件下加热5h以上；
具体地，矿料中各组分比例如下：玄武岩粗集料：玄武岩细集料：石灰岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：15：10：10。
进一步地，玄武岩细集料占混合细集料（混合细集料=玄武岩细集料+石灰岩细集料）总量的60%，石灰岩细集料占混合细集料总量的40%。
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉与，占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量0.3%的木质素纤维在拌合锅内拌合40s；
步骤S4、向步骤S3拌合后的混合料中加入步骤S1中保温备用的SBS改性沥青（占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量百分比6.0%），继续拌合95s，拌合温度在200ºC；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的沥青混合料在140ºC下出锅，在120ºC下成型，制备成所需的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
实施例3
步骤S1、确定需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量，再按照上述混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料中各组分的质量分数，称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置160ºC烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、将步骤S1中称取的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉在150ºC条件下加热5h以上；
具体地，矿料中各组分比例如下：玄武岩粗集料：玄武岩细集料：石灰岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：10：15：10。
进一步地，玄武岩细集料占混合细集料（混合细集料=玄武岩细集料+石灰岩细集料）总量的40%，石灰岩细集料占混合细集料总量的60%。
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉与，占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量0.3%的木质素纤维在拌合锅内拌合40s；
步骤S4、向步骤S3拌合后的混合料中加入步骤S1中保温备用的SBS改性沥青（占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量百分比6.0%），继续拌合95s，拌合温度在200ºC；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的沥青混合料在140ºC下出锅，在120ºC下成型，制备成所需的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
实施例4
步骤S1、确定需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量，再按照上述混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料中各组分的质量分数，称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置160ºC烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、将步骤S1中称取的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉在150ºC条件下加热5h以上；
具体地，矿料中各组分比例如下：玄武岩粗集料：玄武岩细集料：石灰岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：5：20：10。
进一步地，玄武岩细集料占混合细集料（混合细集料=玄武岩细集料+石灰岩细集料）总量的20%，石灰岩细集料占混合细集料总量的80%。
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉与，占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量0.3%的木质素纤维在拌合锅内拌合40s；
步骤S4、向步骤S3拌合后的混合料中加入步骤S1中保温备用的SBS改性沥青（占所需制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料总质量百分比6.0%），继续拌合95s，拌合温度在200ºC；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的沥青混合料在140ºC下出锅，在120ºC下成型，制备成所需的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
对比例1
为单掺细集料，具体为，玄武岩粗集料、玄武岩细集料和石灰石矿粉。
其中，玄武岩粗集料：玄武岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：25：10；且石灰岩细集料占混合细集料总量的0%，玄武岩细集料占混合细集料总量的100%；其他工艺步骤和条件与实施例1或2或3或4一致。
对比例2
为单掺细集料，具体为，玄武岩粗集料、石灰岩细集料和石灰石矿粉。
其中，玄武岩粗集料：石灰岩细集料：石灰石矿粉占矿料总质量的配比为65：25：10；且玄武岩细集料占混合细集料总量的0%，石灰岩细集料占混合细集料总量的100%；其他工艺步骤和条件与实施例1或2或3或4一致。
本发明实施例1-4制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料与对比例1-2制备的单掺细集料SMA沥青混合料的高温稳定性、水稳定性能见表1。
表1 不同类型SMA沥青混合料路用性能实验结果
| 混合料型号 | 动稳定度（次/mm） | 浸水残留稳定度（%） | 冻融劈裂强度比TSR（%） |
| 实施例1 | 8569 | 85.6 | 84.8 |
| 实施例2 | 8293 | 86.8 | 85.3 |
| 实施例3 | 7904 | 88.1 | 86.4 |
| 实施例4 | 7668 | 89.5 | 87.6 |
| 对比例1 | 8771 | 85.0 | 84.4 |
| 对比例2 | 7047 | 86.2 | 85.0 |
| 技术要求 | ≥5000 | ≥80 | ≥80 |
从表1中可以看出：本申请提供的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料较对比例的单掺细集料的高温抗车辙性能、抗水损害性能均有不同程度提高，表现出良好的路用性能。本申请制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，可以提高SMA沥青混合料的高温稳定性，与常规SMA沥青混合料相比动稳定度提高21.6%。本申请制备的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，可以提高SMA沥青混合料的水稳定性，浸水残留稳定度提高3.8%，劈裂抗拉强度比提高3.1%。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，其特征在于，包括以下按照重量份数计的组分：
矿料100份
SBS改性沥青5.9-6.2份
木质素纤维0.28-0.50份；
所述矿料包括以下按照重量份数计的组分：
玄武岩粗集料60-72份
玄武岩细集料18-28份
石灰岩细集料14-22份
石灰石矿粉10-15份；
其中，玄武岩细集料和石灰岩细集料为混合细集料，混合细集料中，玄武岩细集料的掺加比例为60-90%，石灰岩细集料的掺加比例为10-40%。
2.根据权利要求1所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，其特征在于：所述玄武岩粗集料粒径为2.36-13.2mm，玄武岩细集料和石灰岩细集料的粒径为0.075-2.36mm，石灰石矿粉的粒径为小于0.075mm。
3.根据权利要求2所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，其特征在于：所述玄武岩细集料的亚甲蓝值不大于20g/kg，砂当量不小于68%。
4.根据权利要求1所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料，其特征在于：所述矿料中玄武岩粗集料、混合细集料与石灰石矿粉的级配范围为：
16.0mm筛孔通过率为100%、13.2mm筛孔通过率为90-96%、4.75mm筛孔通过率为22-34%、2.36mm筛孔通过率为15-26%、1.18mm筛孔通过率为14-24%、0.6mm筛孔通过率为12-20%、0.3mm筛孔通过率为10-16%、0.15mm筛孔通过率为9-14%、0.075mm筛孔通过率为7-11%。
5.根据权利要求1至4任一所述的混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、按照质量分数称取矿料、SBS改性沥青以及木质素纤维备用，将称取的SBS改性沥青放置烘箱中加热至熔融状态，保温备用；
步骤S2、对称取的矿料加热到145-155ºC，加热时间至少为5h；
步骤S3、将步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉加入拌合锅内，再掺入木质素纤维进行干拌30-45s；
步骤S4、向步骤S3干拌后的混合料中加入SBS改性沥青；
步骤S5、将步骤S4中拌合后的混合料出锅再成型，制备成混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料。
6.根据权利要求5所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤S1中烘箱以160-170ºC的将称取的SBS改性沥青加热至熔融状态。
7.根据权利要求5所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤S3中需预先将拌合锅加热至170-180ºC，再加入步骤S2中预加热的玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩细集料。
8.根据权利要求5所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤S4中加入SBS改性沥青后，拌合锅保持60r/min的速度搅拌90-100s，拌合温度在200-220ºC。
9.根据权利要求5所述的一种混掺玄武岩细集料的SMA沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤S5中将步骤S4中拌合后的混合料在130-140ºC下出锅，在110-120ºC下成型。
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