CN116854406B - 一种发泡温拌沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路工程用材料技术领域，具体涉及一种发泡温拌沥青混合料及其制备方法。一种发泡温拌沥青混合料，按重量份计，其制备原料包括矿粉4‑8份、沥青8‑14份、发泡温拌剂0.8‑1.2份、稳定剂1‑1.5份、水0.16‑0.28份和集料200‑300份；所述发泡温拌剂包括改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂；所述改性氮化硅为碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅。其制备方法为：采用沥青微发泡技术，通过沥青，发泡温拌剂和水充分作用形成发泡沥青，然后和矿粉、集料和稳定剂混合拌合均匀，得发泡温拌沥青混合料。本申请提高了泡沫类温拌沥青混合料的水稳定性，路面不易出现松散、坑槽等病害。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程用材料技术领域，具体涉及一种发泡温拌沥青混合料及其制备方法。
背景技术
温拌沥青混合料在保证混合料的路用性能的同时，其施工、成型温度降低约20-30℃，这样可以有效的降低对环境的污染和能源的消耗，兼具减少有害气体、降低能耗和保证沥青混合料性能等优点，使得温拌沥青混合料技术迅速发展为沥青路面材料领域一项很有推广前景的技术。
我国在温拌沥青领域的技术开发起步较晚，泡沫类温拌沥青混合料主要基于发泡沥青的技术原理，通过在热沥青中直接注入水，通过水的迅速汽化、发泡降低沥青的粘度，从而降低混合料的施工温度。泡沫类温拌沥青混合料应用广泛，但是采用泡沫类沥青的过程中，混合料中会引入大量的水，为沥青混合料的水稳定性埋下隐患，导致路面出现松散、坑槽等病害。
发明内容
为了改善泡沫类温拌沥青混合料的水稳定性，本申请提供一种发泡温拌沥青混合料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种发泡温拌沥青混合料，采用如下技术方案实现：
一种发泡温拌沥青混合料，按重量份计，其制备原料包括矿粉4-8份、沥青8-14份、发泡温拌剂0.8-1.2份、稳定剂1-1.5份、水0.16-0.28份和集料200-300份；所述发泡温拌剂包括改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂；所述改性氮化硅为碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅。
通过采用上述技术方案，本申请采用碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅，碳化稻壳粉提高了氮化硅的孔隙率，荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂提升了发泡温拌沥青混合料的疏水、防水和透水性能，含氟硅烷偶联剂还提高了氮化硅与脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的相容性，三者共同作用提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的混合物作为发泡温拌沥青混合料的发泡温拌剂，利用了脂肪酸盐的两亲性质及过渡金属阳离子与沥青形成强配位性原理，改善了发泡温拌剂的表面亲油性；改性氮化硅的孔隙率提升了发泡温拌沥青混合料的透水性和劈裂强度；高分子表面活性发泡剂提高了沥青发泡的均匀性，还可以增大沥青在拌合时的体积，增大与矿粉的接触面积，实现沥青与矿粉间更好的裹覆性；改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂三者共同作用，大大提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
优选的，所述改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量比为(0.3-0.5):(0.6-0.8):(0.5-0.7)。
更优选的，所述改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量比为0.4:0.7:0.6。
通过采用上述技术方案，本申请调节碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量配比，可以调节发泡温拌剂的表面亲油性和透水性，调节沥青发泡的均匀性，本申请人在研究过程中发现，当改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量比为0.4:0.7:0.6时，改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂三者共同作用，发泡温拌剂的效果好，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
优选的，所述改性氮化硅的制备方法，包括如下步骤：
将稻壳粉碳化，得碳化稻壳粉；
将氮化硅粉、碳化稻壳粉、荷叶疏水剂、含氟硅烷偶联剂和乙醇按质量比1:(0.05-0.1):(0.1-0.2):(0.15-0.25):10混合，搅拌，得改性氮化硅。
通过采用上述技术方案，将碳化稻壳粉加入到氮化硅中，不仅增强了氮化硅的孔隙率，提升了发泡温拌沥青混合料的透水性能，还有效增强了氮化硅的强度，荷叶疏水剂具有极强的疏水、防水、防粘、防污性能，含氟硅烷偶联剂不仅具有优异的疏水和偶联作用，还能渗透至氮化硅内部孔隙中，提高氮化硅与脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的相容性。控制氮化硅粉、碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂的质量比在1:(0.05-0.1):(0.1-0.2):(0.15-0.25)范围内，有利于提高碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂的共同作用，从而提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
更优选的，所述氮化硅粉、碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.1:0.2:0.25。
优选的，所述含氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，十七氟癸基三甲氧基硅烷是全氟长碳链的含氟硅烷偶联剂，疏水性强和偶联作用好，能渗透至氮化硅内部孔隙中，还能更好的与高分子表面活性发泡剂相容，提高沥青发泡的均匀性，还可以增大沥青在拌合时的体积，增大与矿粉的接触面积。
优选的，所述氮化硅粉的粒度为1250-2500目。
更优选的，所述氮化硅粉的粒度为2500目。
通过采用上述技术方案，氮化硅粉的粒度小，有利于提高改性氮化硅与脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的相容性，也有利于发泡温拌剂对沥青的膨胀，只需注入少量水就能使沥青产生大量微细的泡沫，从而提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
优选的，所述脂肪酸盐为硬脂酸钙。
通过采用上述技术方案，硬脂酸钙的两亲性质及钙离子离子与沥青形成强配位性原理，改善了发泡温拌剂的表面亲油性，同时与矿粉相容性好。
优选的，所述稳定剂为微晶纤维素。
通过采用上述技术方案，微晶纤维素是可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒，稳定效果好，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
优选的，所述沥青为SBS改性沥青。
通过采用上述技术方案，SBS改性沥青具有优异的稳定性，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
第二方面，本申请提供一种发泡温拌沥青混合料的制备方法，采用如下技术方案实现：
一种发泡温拌沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
采用沥青微发泡技术，通过沥青，发泡温拌剂和水充分作用形成发泡沥青，然后和矿粉、集料和稳定剂混合拌合均匀，得发泡温拌沥青混合料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请采用碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅，不仅提高了氮化硅的孔隙率，还提升了发泡温拌沥青混合料的疏水、防水和透水性能，从而提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
2.本申请采用改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的混合物作为发泡温拌沥青混合料的发泡温拌剂，改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂三者共同作用，大大提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
3、本申请采用微晶纤维素，利用其特性，可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒，稳定效果好，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1-5提供了一种改性氮化硅，以下以制备例1为例进行说明。
制备例1提供的改性氮化硅，其制备步骤为：
S1、将0.1kg稻壳用1kg 12wt％的稀盐酸浸泡2h，加热煮沸1.5h，用蒸馏水洗涤3次，置真空干燥箱中，在85℃条件下烘干1h，将产物置于高温炉中，在550℃温度条件下碳化2h，球磨机粉磨2h，过100目筛，得碳化稻壳粉；
S2、将1kg粒度为1250目的氮化硅粉、0.05kg S1制备的碳化稻壳粉、0.1kg法国SINOBASE西谱森荷叶疏水剂P800、0.15kg十七氟癸基三甲氧基硅烷和10kg乙醇混合，搅拌，得改性氮化硅。
制备例2-4，与制备例1不同之处仅在于：改性氮化硅各制备原料的质量不同，具体见表1。
表1制备例1-4改性氮化硅各制备原料的质量
制备例5，与制备例4不同之处仅在于：氮化硅粉的粒度为2500目。
制备例6-15提供了一种发泡温拌剂，以下以制备例6为例进行说明。
制备例6提供的发泡温拌剂，其制备步骤为：
将0.3kg改性氮化硅、0.6kg硬脂酸钙和0.5kg高分子表面活性发泡剂FP-50混合，搅拌均匀，得发泡温拌剂；
其中，改性氮化硅来源于制备例1；
高分子表面活性发泡剂FP-50购买自聊城九坤建材有限公司。
制备例7-11，与制备例6不同之处仅在于：发泡温拌剂各制备原料的质量不同，具体见表2。
表2制备例6-11发泡温拌剂各制备原料的质量
制备例12-15，与制备例8不同之处仅在于：改性氮化硅来源不同，具体见表3。
表3制备例8、12-15改性氮化硅来源
制备对比例
制备对比例1-3提供了一种改性氮化硅。
制备对比例1，与制备例1不同之处仅在于：碳化稻壳粉等质量替换为氮化硅粉。
制备对比例2，与制备例1不同之处仅在于：法国SINOBASE西谱森荷叶疏水剂P800等质量替换为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
制备对比例3，与制备例1不同之处仅在于：十七氟癸基三甲氧基硅烷等质量替换为法国SINOBASE西谱森荷叶疏水剂P800。
制备对比例4-9提供了一种发泡温拌剂。
制备对比例4-6，与制备例6不同之处仅在于：改性氮化硅来源不同，具体见表4。
表4制备对比例4-6改性氮化硅来源
| 组别 | 制备例8 | 制备例12 | 制备例13 | 制备例14 | 制备例15 |
| 改性氮化硅来源 | 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 | 制备例4 | 制备例5 |
制备对比例7，与制备例6不同之处仅在于：改性氮化硅等质量替换为粒度为1250目的氮化硅粉。
制备对比例8，与制备例6不同之处仅在于：改性氮化硅等质量替换为硬脂酸钙。
制备对比例9，与制备例6不同之处仅在于：硬脂酸钙等质量替换为高分子表面活性发泡剂FP-50。
实施例
实施例1-13提供了一种发泡温拌沥青混合料，以下以实施例1为例进行说明。
实施例1提供的发泡温拌沥青混合料，其制备步骤为：
采用沥青微发泡技术，将8kg中石油昆仑牌高富道路用SBS改性沥青I-C、0.8kg发泡温拌剂和0.16kg水混合，充分作用形成发泡沥青，然后加入4kg矿粉、200kg集料和1kg纤维素
| 组别 | 制备对比例4 | 制备对比例5 | 制备对比例6 |
| 改性氮化硅来源 | 制备对比例1 | 制备对比例2 | 制备对比例3 |
混合，拌合均匀，得发泡温拌沥青混合料；
其中，集料的级配为0.075-26.5mm；
发泡温拌剂来源于制备例6。
实施例2-3，与实施例1不同之处仅在于：发泡温拌沥青混合料各制备原料的质量不同，具体见表5。
表5实施例1-3发泡温拌沥青混合料各制备原料的质量
实施例4-12，与实施例2不同之处仅在于：发泡温拌剂来源不同，具体见表6。
表6实施例2、4-12发泡温拌剂来源
| 组别 | 实施例2 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 |
| 发泡温拌剂来源 | 制备例6 | 制备例7 | 制备例8 | 制备例9 | 制备例10 |
| 组别 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 |
| 发泡温拌剂来源 | 制备例11 | 制备例12 | 制备例13 | 制备例14 | 制备例15 |
实施例13，与实施例12不同之处仅在于：纤维素等质量替换为微晶纤维素。
对比例
对比例1-6，与实施例3不同之处仅在于：发泡温拌剂来源不同，具体见表7。
表7对比例1-6发泡温拌剂来源
性能检测试验按照《沥青及沥青混合料试验规程》(T0729-2000)对本申请实施例1-13和对比例1-6制备的发泡温拌沥青混合料的水稳定性进行检测，具体利用浸水马歇尔试验和马歇尔冻融劈裂试验来评定发泡温拌沥青混合料的水稳定性，具体试验结果见表8。
表8测试结果
以下针对表8的测试数据，详细说明本申请。
从实施例3和对比例4的测试数据可知，本申请采用碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅，不仅提高了氮化硅的孔隙率，还提升了发泡温拌沥青混合料的疏水、防水和透水性能，从而提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例3和对比例1-3的测试数据可知，碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂三者共同作用，不仅提高了氮化硅的孔隙率和疏水、防水和透水性能，还提高了氮化硅与脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的相容性，从而提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例3和对比例5-6的测试数据可知，碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅提升了发泡温拌沥青混合料的透水性和劈裂强度，脂肪酸盐的两亲性质及过渡金属阳离子与沥青形成强配位性原理，改善了发泡温拌剂的表面亲油性，改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂三者共同作用，大大提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例2与实施例3的测试数据可知，提高改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂混合的发泡温拌剂的质量，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例2、4-8的测试数据可知，实施例5改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量比为0.4:0.7:0.6，发泡温拌剂的效果较好，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例5、9-11的测试数据可知，实施例11改性氮化硅中氮化硅粉、碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.1:0.2:0.25，提高了氮化硅的孔隙率，发泡温拌沥青混合料的疏水、防水和透水性能，从而提高了发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例11、12的测试数据可知，实施例12氮化硅粉的粒度小，有利于提高改性氮化硅与脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的相容性，也有利于发泡温拌剂对沥青的膨胀，只需注入少量水就能使沥青产生大量微细的泡沫，从而提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
从实施例12、13的测试数据可知，实施例13微晶纤维素是可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒，稳定效果好，可以提高发泡温拌沥青混合料的水稳定性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种发泡温拌沥青混合料，其特征在于，按重量份计，其制备原料为：矿粉4-8份、沥青8-14份、发泡温拌剂0.8-1.2份、稳定剂1-1.5份、水0.16-0.28份和集料200-300份；所述发泡温拌剂包括改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂；所述改性氮化硅为碳化稻壳粉、荷叶疏水剂和含氟硅烷偶联剂改性的氮化硅；
所述改性氮化硅、脂肪酸盐和高分子表面活性发泡剂的质量比为0.4:0.7:0.6；
所述改性氮化硅的制备方法，包括如下步骤：
将稻壳粉碳化，得碳化稻壳粉；
将氮化硅粉、碳化稻壳粉、荷叶疏水剂、含氟硅烷偶联剂和乙醇按质量比1:0.1:0.2:0.25:10混合，搅拌，得改性氮化硅；
所述含氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷；
所述稳定剂为微晶纤维素。
2.根据权利要求1所述的一种发泡温拌沥青混合料，其特征在于，所述氮化硅粉的粒度为1250-2500目。
3.根据权利要求1所述的一种发泡温拌沥青混合料，其特征在于，所述脂肪酸盐为硬脂酸钙。
4.根据权利要求1所述的一种发泡温拌沥青混合料，其特征在于，所述沥青为SBS改性沥青。
5.一种权利要求1-4中任一项所述发泡温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用沥青微发泡技术，通过沥青，发泡温拌剂和水充分作用形成发泡沥青，然后和矿粉、集料和稳定剂混合拌合均匀，得发泡温拌沥青混合料。
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