CN116199465A - 一种高强抗开裂沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，提出了一种高强抗开裂沥青混凝土及其制备方法。所述一种高强抗开裂沥青混凝土，包括以下质量份数的组分：沥青15~25份、水泥5~15份、碎石30~40份、砂10~15份、石屑5~10份、乙氧基乙酸酐改性纤维0.5~1.5份；所述一种高强抗开裂沥青混凝土的制备方法，包括：将沥青加热后与其余组分混合均匀，得到高强抗开裂沥青混凝土。通过上述技术方案，解决了现有技术中的纤维在沥青混凝土中分散性差的问题。

Description

一种高强抗开裂沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体的，涉及一种高强抗开裂沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
国内高速铁路路基的防水封闭层主要包括水泥混凝土与沥青类防水封闭层材料，水泥混凝土材料存在脆性大、变形适应能力较差、易开裂等问题。沥青混凝土结构性强、粘弹性好、经久耐用、所以沥青混凝土作为路基防水封闭层材料具有很大的优势。
沥青混凝土是用石油沥青或煤沥青为胶凝材料，与石粉、粗、细骨料加热拌匀，经铺筑、碾压或捣实制成的混凝土。沥青混凝土在公路行业作为主要铺面材料已得到广泛应用，且已形成相对成熟的研究及应用体系，但沥青混凝土材料在铁路方面还未得到大规模推广应用的原因是在低温下易出现开裂现象，同时高温稳定性也有待进一步提高。
目前，主要是通过在沥青混凝土中添加纤维，来改善沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性，虽然掺加纤维后可以提高沥青混合料的低温抗裂性和高温稳定性，但当纤维的掺加达到一定量时，纤维会出现积聚结团现象，进而削弱纤维的“加筋”作用，因此，纤维分散性是纤维沥青混凝土性能的决定性因素。
发明内容
本发明提出一种高强抗开裂沥青混凝土及其制备方法，解决了相关技术中的纤维在沥青混凝土中分散性差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高强抗开裂沥青混凝土，包括以下质量份数的组分：沥青15~25份、水泥5~15份、碎石30~40份、砂10~15份、石屑5~10份、乙氧基乙酸酐改性纤维0.5~1.5份。
作为进一步的技术方案，所述碎石的粒径为0.5~2.5cm。
作为进一步的技术方案，所述砂的细度模数为1~3。
作为进一步的技术方案，所述乙氧基乙酸酐改性纤维的制备方法，包括：将纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂混合后，进行反应，得到乙氧基乙酸酐改性纤维。
乙氧基乙酸酐的CAS号：14521-87-0。
作为进一步的技术方案，所述纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂的质量体积比为1.5g:6~8g:450~750mL:0.45~0.65g。
作为进一步的技术方案，所述纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂的质量体积比为1.5g:7g:450~750 mL:0.45~0.65g。
作为进一步的技术方案，所述纤维为长度12mm玄武岩纤维。
所述溶剂包括DMF、DMSO中的一种或几种；
所述催化剂为N-甲基吡咯烷酮。
作为进一步的技术方案，还包括氧化铝晶须，所述乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须的质量比为1:5~7。
本发明通过乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须配合使用，提高了沥青混凝土的抗开裂性能和高温稳定性。
作为进一步的技术方案，所述乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须的质量比为1:6。
本发明将乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须的质量比控制在1:6的范围内，进一步提高了沥青混凝土的抗开裂性能和高温稳定性。
作为进一步的技术方案，所述氧化铝晶须直径0.5~1μm、长度10μm。
本发明还提出了一种高强抗开裂沥青混凝土的制备方法，包括：将沥青加热后与其余组分混合均匀，得到高强抗开裂沥青混凝土。
作为进一步的技术方案，所述加热温度为165~175℃。
作为进一步的技术方案，所述混合温度为170~180℃。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明使用乙氧基乙酸酐改性纤维提高沥青混合料的低温抗裂性和高温稳定性，经乙氧基乙酸酐改性后的纤维降低了纤维表面的极性，改善了纤维在沥青混凝土中分散性，解决了现有技术中存在的纤维在沥青混凝土中分散性差的问题，此外乙氧基乙酸酐结构中的乙氧基可以促进沥青在集料表面润湿，从而提高沥青与集料的结合力，达到了提高沥青混合料的低温抗裂性和高温稳定性的效果。
2、本发明将纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂的质量体积比控制在1.5g:6~8g:450~750mL:0.45~0.65g的范围内，进一步提高了沥青混合料的低温抗裂性和高温稳定性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
以下实施例及对比例中氧化铝晶须的直径为0.5~1μm、长度为10μm，购自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司；碎石为某建筑工厂碎石，使用前筛除片状、针状石子，碎石级配符合0.5~2.5cm连续级配；砂为细度模数2.2的河砂；乙氧基乙酸酐购自陕西缔都新材料有限公司。
实施例1
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例2
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入6g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例3
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入8g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例4
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将15份沥青在165℃加热后，与5份水泥、30份碎石、10份砂、5份石屑、0.5份乙氧基乙酸酐改性纤维在170℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例5
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将25份沥青在175℃加热后，与15份水泥、40份碎石、15份砂、10份石屑、1.5份乙氧基乙酸酐改性纤维在180℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例6
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维、6份氧化铝晶须在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例7
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维、5份氧化铝晶须在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例8
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为12mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维、7份氧化铝晶须在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例9
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为6mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维、6份氧化铝晶须在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
实施例10
S1、制备乙氧基乙酸酐改性纤维：将1.5g长度为19mm玄武岩纤维置于600mL DMF中，加入0.55g N-甲基吡咯烷酮混合均匀后，加入7g乙氧基乙酸酐在100℃下反应2h，用乙醇清洗，在60℃下烘干，得到乙氧基乙酸酐改性纤维；
S2、将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份乙氧基乙酸酐改性纤维、6份氧化铝晶须在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
对比例1
将20份沥青在170℃加热后，与10份水泥、35份碎石、12份砂、8份石屑、1份12mm玄武岩纤维在175℃下混合均匀，得到沥青混凝土。
对比例2
与实施例1的区别仅在于将乙氧基乙酸酐替换为等量的乙酸酐。
将实施例1~10及对比例1~2得到的沥青混凝土，参考JTG E20-2011(T0719-2011沥青混合料车辙试验)的方法进行-10℃低温弯曲破坏应变的测试，采用的轮接地压强为0.7MPa进行60℃动稳定度的测试，测试结果记录在表1。
表1 沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性
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由表1可以看出，本发明提供的沥青混凝土具有良好的低温抗裂性和高温稳定性。
实施例1与对比例1相比，实施例1使用乙氧基乙酸酐对纤维进行改性，对比例1未对纤维进行改性，对比例1得到的沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性均低于实施例1，说明使用乙氧基乙酸酐对纤维改性后，可以提高纤维在沥青混凝土中的分散性，进而提高沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性。
实施例1与对比例2相比，实施例1使用乙氧基乙酸酐对纤维进行改性，对比例2使用乙酸酐对纤维进行改性，对比例2得到的沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性也低于实施例1，说明使用乙氧基乙酸酐对纤维改性后，改善纤维在沥青混凝土中分散性的效果比使用乙酸酐对纤维改性后的效果好，使用乙氧基乙酸酐对纤维改性后可以大幅度提高纤维在沥青混凝土中的分散性，进而大幅度提高沥青混凝土的低温抗裂性和高温稳定性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，包括以下质量份数的组分：沥青15~25份、水泥5~15份、碎石30~40份、砂10~15份、石屑5~10份、乙氧基乙酸酐改性纤维0.5~1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述碎石的粒径为0.5~2.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述砂的细度模数为1~3。
4.根据权利要求1所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述乙氧基乙酸酐改性纤维的制备方法，包括：将纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂混合后，进行反应，得到乙氧基乙酸酐改性纤维。
5.根据权利要求4所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述纤维、乙氧基乙酸酐、溶剂、催化剂的质量体积比为1.5g:6~8g:450~750mL:0.45~0.65g。
6.根据权利要求5所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述溶剂包括DMF、DMSO中的一种或几种；
所述催化剂为N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求1所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，还包括氧化铝晶须，所述乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须的质量比为1:5~7。
8.据权利要求7所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述乙氧基乙酸酐改性纤维与氧化铝晶须的质量比为1:6。
9.根据权利要求8所述的一种高强抗开裂沥青混凝土，其特征在于，所述氧化铝晶须直径0.5~1μm、长度10μm。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的一种高强抗开裂沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括：将沥青加热后与其余组分混合均匀，得到高强抗开裂沥青混凝土。
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