CN117342825A - 一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青制备技术领域，具体涉及一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，包括以下步骤：S1：选择20％‑30％的基础沥青，5％‑8％的弹性聚合物，2％‑4％的抗老化剂，3％‑6％的纳米改性剂，余量为骨料；S2：将弹性聚合物与基础沥青进行混合至均匀，形成混合物A；S3：在混合物A中加入抗老化剂，继续搅拌混合，形成混合物B；S4：将纳米改性剂加入到混合物B中，继续混合，形成混合物C；S5：将混合物C进行真空处理，以去除混合过程中形成的气泡；S6：将经过真空处理的混合物C与骨料进行搅拌混合，形成沥青混合料D。本发明，显著提高了沥青混合料的低温抗裂性能和均匀性，从而延长道路使用寿命，同时保持了工艺的经济性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及沥青制备技术领域，尤其涉及一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺。
背景技术
沥青混合料广泛用于道路、高速公路、飞机跑道和其他交通设施的铺设，其质量直接关系到道路的使用寿命、安全性和舒适性，随着全球气候变化，极端天气条件日益频繁，低温环境下，沥青混合料的抗裂性能尤为关键，传统的沥青混合料在低温条件下往往表现出脆性，容易发生裂缝，从而导致路面的损坏和使用寿命的缩短。
为提高沥青混合料的低温抗裂性能，技术者曾采用多种方法，例如，加入不同的改性剂，调整骨料的比例或使用特定的制备工艺，但这些方法往往存在一些不足：一些改性剂可能会增加沥青混合料的成本，调整骨料比例可能会影响混合料的其他性能，而特定的制备工艺可能需要高昂的设备投入。
此外，在制备沥青混合料的过程中，由于高温搅拌和多次加料，容易产生气泡，这些气泡在冷却凝固后会成为潜在的裂缝起点，进一步降低混合料的抗裂性能，现有的技术尚未提供一个既经济又有效的方法来完全消除这些气泡。
综上所述，急需一种新的制备工艺，能够提供优良的低温抗裂性能，同时克服上述提到的技术难题。
发明内容
基于上述目的，本发明提供了一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺。
一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：选择20％-30％的基础沥青，5％-8％的弹性聚合物，2％-4％的抗老化剂，3％-6％的纳米改性剂，余量为骨料；
S2：将弹性聚合物与基础沥青进行混合至均匀，形成混合物A；
S3：在混合物A中加入抗老化剂，继续搅拌混合，形成混合物B；
S4：将纳米改性剂加入到混合物B中，继续混合，形成混合物C；
S5：将混合物C进行真空处理，以去除混合过程中形成的气泡；
S6：将经过真空处理的混合物C与骨料进行搅拌混合，形成沥青混合料D；
S7：最后使用压实机对沥青混合料D进行压实处理，得到低温抗裂沥青混合料。
进一步的，所述弹性聚合物为SBS或SBR，抗老化剂为氧化锌或硫化钡，纳米改性剂为纳米硅石或纳米氧化铝。
进一步的，所述骨料具体制备方法包括：
a.选取矿石材料，并对其进行粗破处理，得到初步破碎的骨料，所述矿石为花岗岩、石灰岩或玄武岩；
b.将步骤a中得到的初步破碎的骨料进行筛分，分离出细骨料和粗骨料，其中，细骨料的粒径为0.075mm-4.75mm，粗骨料的粒径为4.75mm-37.5mm；
c.将筛分得到的细骨料按60％-70％的比例进行称重，粗骨料按30％-40％的比例进行称重；
d.将步骤c中称重得到的细骨料和粗骨料进行混合，确保混合均匀，从而得到用于制备低温抗裂沥青混合料的骨料。
进一步的，所述S2具体包括：
S21：先将基础沥青预热至70℃，将弹性聚合物预热至60℃；
S22：使用高速搅拌器，并控制搅拌速度至1000-1500rpm，将预热后的弹性聚合物缓慢加入预热后的基础沥青中；
S23：持续搅拌15-20分钟，确保弹性聚合物与基础沥青充分混合并形成均匀的混合物A。
进一步的，所述S3具体包括：
S31：先将对抗老化剂进行预热至50℃；
S32：启动高速搅拌器，将其速度设置为800-1200rpm，并确保混合物A的温度保持在80-90℃；
S33：在搅拌过程中向混合物A中滴加预热后的抗老化剂，保证其均匀分散于混合物中；
S34：在添加抗老化剂后，持续搅拌20-30分钟，以确保混合物中的抗老化剂与混合物A充分互相渗透，形成混合物B。
进一步的，所述S4具体包括：
S41：对纳米改性剂进行超声分散，以确保其粒径为10-100纳米；
S42：启动高速搅拌器，并设置其速度为1300rpm，同时确保混合物B的温度维持在85-95℃；
S43：在搅拌过程中，向混合物B中加入经过预处理的纳米改性剂，确保其在混合物中均匀分散；
S44：在完成纳米改性剂的添加后，继续进行高速搅拌10-15分钟，确保纳米改性剂充分与混合物B融合，形成混合物C。
进一步的，所述S5中将混合物C进行真空处理具体包括：
S51：将混合物C转移到具备真空功能的混合容器中，确保容器的密封性，防止外部气体进入；
S52：启动真空设备，初步将混合容器内的压力降低至-0.05到-0.08MPa，并维持5-8分钟；
S53：逐步加大真空度，使容器内的压力降低至-0.09到-0.1MPa，并维持该状态10-15分钟，确保深层和微小气泡得到有效排除；
S54：在真空处理过程中，通过观察设备或透明视窗，监控混合物C的状态，确保没有明显的气泡存在。
进一步的，所述S6具体包括：
S61：预先将骨料进行干燥处理，将其水分含量控制在0.5％-1.5％之间；
S62：启动双轴搅拌机，并调整其转速至60-80rpm，以确保在混合过程中骨料与混合物C能够充分结合；
S63：首先向搅拌机中加入50％的骨料，并慢慢加入经过真空处理的混合物C，确保其均匀分布在骨料中；
S64：当混合物C与初次加入的骨料充分混合后，继续加入剩余的骨料，并持续搅拌10分钟，直到整个混合体呈现均匀状态，从而得到沥青混合料D。
进一步的，所述S7具体包括：
S71：预热压实机，确保其工作面温度控制在110-130℃；
S72：将沥青混合料D铺设在压实机的工作台上，厚度控制在5-7cm；
S73：启动压实机，并以15-20cm/s的速度压实沥青混合料D；
S74：在压实过程中，实时监测沥青混合料D的厚度，确保其在压实结束后的厚度控制在3-4.5cm；
S75：压实完成后，使用红外温度计检测沥青混合料的表面温度，确保其温度为在90-105℃；
S76：最后，让沥青混合料自然冷却至室温，得到低温抗裂沥青混合料。
本发明的有益效果：
本发明，具有出色的低温抗裂性能，通过精心选择并调整原料的比例，特别是加入弹性聚合物和抗老化剂，沥青混合料在低温条件下表现出卓越的延展性和耐脆性，这意味着在极端冷的气候条件下，道路裂缝的可能性大大降低，从而提高了道路的使用寿命和安全性。
本发明，通过真空处理步骤有效地去除了这些气泡，确保了沥青混合料的均匀性和质量，从而进一步提高了其抗裂性能。
本发明，通过采用了一系列精心设计的步骤来制备沥青混合料，但整个工艺既简单又经济，原料的选择与比例均考虑到成本和性能的平衡，使得该制备工艺在商业应用中具有很高的可行性，此外，该工艺对设备的要求并不严格，适用于大多数现有的沥青混合料生产线，提供了一个经济、高效且实用的解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的沥青混合料的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
如图1所示，一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：选择25％的基础沥青，7％的弹性聚合物，3％的抗老化剂，5％的纳米改性剂，余量为骨料；
S2：将弹性聚合物与基础沥青进行混合至均匀，形成混合物A；
S3：在混合物A中加入抗老化剂，继续搅拌混合，形成混合物B；
S4：将纳米改性剂加入到混合物B中，继续混合，形成混合物C；
S5：将混合物C进行真空处理，以去除混合过程中形成的气泡；
S6：将经过真空处理的混合物C与骨料进行搅拌混合，形成沥青混合料D；
S7：最后使用压实机对沥青混合料D进行压实处理，得到低温抗裂沥青混合料。
弹性聚合物为SBS，抗老化剂为氧化锌，纳米改性剂为纳米硅石。
骨料具体制备方法包括：
a.选取矿石材料，并对其进行粗破处理，得到初步破碎的骨料，矿石为花岗岩；
b.将步骤a中得到的初步破碎的骨料进行筛分，分离出细骨料和粗骨料，其中，细骨料的粒径为3mm，粗骨料的粒径为20mm；
c.将筛分得到的细骨料按65％的比例进行称重，粗骨料按35％的比例进行称重；
d.将步骤c中称重得到的细骨料和粗骨料进行混合，确保混合均匀，从而得到用于制备低温抗裂沥青混合料的骨料。
S2具体包括：
S21：先将基础沥青预热至70℃，将弹性聚合物预热至60℃，使其达到流动状态；
S22：使用高速搅拌器，并控制搅拌速度至1200rpm，将预热后的弹性聚合物缓慢加入预热后的基础沥青中；
S23：持续搅拌18分钟，确保弹性聚合物与基础沥青充分混合并形成均匀的混合物A。
S3具体包括：
S31：先将对抗老化剂进行预热至50℃，以保证其在加入混合物A时具有良好的流动性；
S32：启动高速搅拌器，将其速度设置为1000rpm，并确保混合物A的温度保持在85℃；
S33：在搅拌过程中向混合物A中滴加预热后的抗老化剂，保证其均匀分散于混合物中；
S34：在添加抗老化剂后，持续搅拌25分钟，以确保混合物中的抗老化剂与混合物A充分互相渗透，形成混合物B。
S4具体包括：
S41：对纳米改性剂进行超声分散，以确保其粒径为50纳米；
S42：启动高速搅拌器，并设置其速度为1300rpm，同时确保混合物B的温度维持在90℃；
S43：在搅拌过程中，向混合物B中加入经过预处理的纳米改性剂，确保其在混合物中均匀分散；
S44：在完成纳米改性剂的添加后，继续进行高速搅拌12分钟，确保纳米改性剂充分与混合物B融合，形成混合物C。
S5中将混合物C进行真空处理具体包括：
S51：将混合物C转移到具备真空功能的混合容器中，确保容器的密封性，防止外部气体进入；
S52：启动真空设备，初步将混合容器内的压力降低至-0.07MPa，并维持6分钟，以助于大部分气泡的排放；
S53：逐步加大真空度，使容器内的压力降低至-0.095MPa，并维持该状态12分钟，确保深层和微小气泡得到有效排除；
S54：在真空处理过程中，通过观察设备或透明视窗，监控混合物C的状态，确保没有明显的气泡存在。
S6具体包括：
S61：预先将骨料进行干燥处理，将其水分含量控制在1％，确保在混合过程中不会引入额外的水分；
S62：启动双轴搅拌机，并调整其转速至70rpm，以确保在混合过程中骨料与混合物C能够充分结合；
S63：首先向搅拌机中加入50％的骨料，并慢慢加入经过真空处理的混合物C，确保其均匀分布在骨料中；
S64：当混合物C与初次加入的骨料充分混合后，继续加入剩余的骨料，并持续搅拌10分钟，直到整个混合体呈现均匀状态，从而得到沥青混合料D。
S7具体包括：
S71：预热压实机，确保其工作面温度控制在120℃，以避免沥青混合料D在压实过程中过早冷却而导致的粘连问题；
S72：将沥青混合料D铺设在压实机的工作台上，厚度控制在6cm，确保在一次压实中能达到均匀的压实效果；
S73：启动压实机，并以17cm/s的速度压实沥青混合料D，确保沥青混合料在压实过程中的均匀性；
S74：在压实过程中，实时监测沥青混合料D的厚度，确保其在压实结束后的厚度控制在4cm，以满足预定的规格要求；
S75：压实完成后，使用红外温度计检测沥青混合料的表面温度，确保其温度为在100℃，这有助于确保沥青混合料的内部结构和性能稳定；
S76：最后，让沥青混合料自然冷却至室温，得到低温抗裂沥青混合料。
实施例2
骨料制备过程如下：
a.选取石灰岩作为矿石材料，并进行粗破处理，得到初步破碎的骨料；
b.将初步破碎的骨料筛分，分离出细骨料和粗骨料，其中，细骨料的粒径为0.075mm，粗骨料的粒径为4.75mm；
c.将细骨料按60％的比例进行称重，粗骨料按40％的比例进行称重；
d.将细骨料和粗骨料混合，确保混合均匀，得到用于制备低温抗裂沥青混合料的骨料。
低温抗裂沥青混合料的制备工艺步骤如下：
S1：选取20％的基础沥青，5％的弹性聚合物(SBR)，2％的抗老化剂(硫化钡)，6％的纳米改性剂(纳米氧化铝)，余量为骨料；
S2：基础沥青预热至70℃，弹性聚合物预热至60℃后，使用高速搅拌器以1000rpm将弹性聚合物缓慢加入基础沥青中，并搅拌15分钟，形成混合物A；
S3：抗老化剂氧化锌预热至50℃后，以800rpm速度加入混合物A，并确保混合物A的温度为80℃，继续搅拌20分钟，形成混合物B；
S4：使用超声设备将纳米硅石处理至10纳米粒径，然后在1300rpm下将其加入混合物B，同时确保混合物B的温度维持在80℃，搅拌10分钟，形成混合物C；
S5：混合物C放入真空混合容器中，初步真空到-0.05MPa，维持5分钟，然后增加到-0.09MPa，并维持10分钟；
S6：将制备好的骨料预先干燥至0.5％的水分含量后，使用60rpm的双轴搅拌机与混合物C混合，持续搅拌10分钟；
S7：使用预热至110℃的压实机，将沥青混合料D铺设厚度为5cm并压实至3cm厚度，压实的速度为15cm/s，表面温度检测后为90℃，最后自然冷却得到低温抗裂沥青混合料。
实施例3
骨料制备过程如下：
a.选取玄武岩作为矿石材料，并进行粗破处理，得到初步破碎的骨料；
b.将初步破碎的骨料筛分，分离出细骨料和粗骨料，其中，细骨料的粒径为4.75mm，粗骨料的粒径为37.5mm；
c.将细骨料按70％的比例进行称重，粗骨料按30％的比例进行称重；
d.将细骨料和粗骨料混合，确保混合均匀，得到用于制备低温抗裂沥青混合料的骨料。
低温抗裂沥青混合料的制备工艺步骤如下：
S1：选取20％的基础沥青，5％的弹性聚合物(SBR)，2％的抗老化剂(硫化钡)，6％的纳米改性剂(纳米氧化铝)，余量为骨料；
S2：基础沥青预热至70℃，弹性聚合物预热至60℃后，使用高速搅拌器以1500rpm将弹性聚合物缓慢加入基础沥青中，并搅拌20分钟，形成混合物A；
S3：抗老化剂氧化锌预热至50℃后，以1200rpm速度加入混合物A，并确保混合物A的温度为90℃，继续搅拌30分钟，形成混合物B；
S4：使用超声设备将纳米硅石处理至100纳米粒径，然后在1300rpm下将其加入混合物B，同时确保混合物B的温度维持在95℃，搅拌15分钟，形成混合物C；
S5：混合物C放入真空混合容器中，初步真空到-0.08MPa，维持8分钟，然后增加到-0.1MPa，并维持15分钟；
S6：将制备好的骨料预先干燥至1.5％的水分含量后，使用80rpm的双轴搅拌机与混合物C混合，持续搅拌10分钟；
S7：使用预热至130℃的压实机，将沥青混合料D铺设厚度为7cm并压实至4.5cm厚度，压实的速度为20cm/s，表面温度检测后为105℃，最后自然冷却得到低温抗裂沥青混合料。
表1低温抗裂沥青混合料性能对比
| 项目/实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 抗裂温度 | -25℃ | -20℃ | -15℃ |
| 延伸率 | 15％ | 10％ | 12％ |
| 耐磨损度 | 1.2 | 1.5 | 1.4 |
| 抗压强度 | 5.5MPa | 5.0MPa | 5.2MPa |
| 抗折强度 | 7.0MPa | 6.5MPa | 6.8MPa |
| 耐老化性能 | 优 | 良 | 中 |
从上述表1可以看出，实施例1的混合料能够在-25℃下保持其完整性，而实施例2和3分别只能在-20℃和-15℃下维持，这说明实施例1的混合料对低温环境有着更强的适应性，它在严寒的环境中更不容易产生裂纹，实施例1的混合料延伸率达到了15％，这意味着它在受到外力作用时有更高的韧性，而实施例2和3的延伸率分别为10％和12％，实施例1在抗压和抗折强度上均优于另外两个实施例，这标志着它在承受日常交通荷载时，能提供更稳定且持久的支撑，实施例1具有1.2的耐磨损度和被评为“优”的耐老化性能，这意味着在长时间使用、接触车辆和环境因子的影响下，它的物理和化学性质变化较小，从而延长了道路的使用寿命。
综合上述性能指标，实施例1的低温抗裂沥青混合料在多个关键性能上均展现出了领先的优势，这对于寻求高性价比、高耐用性和在极端气候条件下使用的工程项目来说，是一个非常理想的选择，总之，当考虑到长期维护成本、使用寿命以及低温环境下的性能稳定性，实施例1的低温抗裂沥青混合料无疑是最佳选择。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (9)
1.一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择20％-30％的基础沥青，5％-8％的弹性聚合物，2％-4％的抗老化剂，3％-6％的纳米改性剂，余量为骨料；
S2：将弹性聚合物与基础沥青进行混合至均匀，形成混合物A；
S3：在混合物A中加入抗老化剂，继续搅拌混合，形成混合物B；
S4：将纳米改性剂加入到混合物B中，继续混合，形成混合物C；
S5：将混合物C进行真空处理，以去除混合过程中形成的气泡；
S6：将经过真空处理的混合物C与骨料进行搅拌混合，形成沥青混合料D；
S7：最后使用压实机对沥青混合料D进行压实处理，得到低温抗裂沥青混合料。
2.根据权利要求1所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述弹性聚合物为SBS或SBR，抗老化剂为氧化锌或硫化钡，纳米改性剂为纳米硅石或纳米氧化铝。
3.根据权利要求2所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述骨料具体制备方法包括：
a.选取矿石材料，并对其进行粗破处理，得到初步破碎的骨料，所述矿石为花岗岩、石灰岩或玄武岩；
b.将步骤a中得到的初步破碎的骨料进行筛分，分离出细骨料和粗骨料，其中，细骨料的粒径为0.075mm-4.75mm，粗骨料的粒径为4.75mm-37.5mm；
c.将筛分得到的细骨料按60％-70％的比例进行称重，粗骨料按30％-40％的比例进行称重；
d.将步骤c中称重得到的细骨料和粗骨料进行混合，确保混合均匀，从而得到用于制备低温抗裂沥青混合料的骨料。
4.根据权利要求3所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S2具体包括：
S21：先将基础沥青预热至70℃，将弹性聚合物预热至60℃；
S22：使用高速搅拌器，并控制搅拌速度至1000-1500rpm，将预热后的弹性聚合物缓慢加入预热后的基础沥青中；
S23：持续搅拌15-20分钟，确保弹性聚合物与基础沥青充分混合并形成均匀的混合物A。
5.根据权利要求4所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S3具体包括：
S31：先将对抗老化剂进行预热至50℃；
S32：启动高速搅拌器，将其速度设置为800-1200rpm，并确保混合物A的温度保持在80-90℃；
S33：在搅拌过程中向混合物A中滴加预热后的抗老化剂，保证其均匀分散于混合物中；
S34：在添加抗老化剂后，持续搅拌20-30分钟，以确保混合物中的抗老化剂与混合物A充分互相渗透，形成混合物B。
6.根据权利要求5所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S4具体包括：
S41：对纳米改性剂进行超声分散，以确保其粒径为10-100纳米；
S42：启动高速搅拌器，并设置其速度为1300rpm，同时确保混合物B的温度维持在85-95℃；
S43：在搅拌过程中，向混合物B中加入经过预处理的纳米改性剂，确保其在混合物中均匀分散；
S44：在完成纳米改性剂的添加后，继续进行高速搅拌10-15分钟，确保纳米改性剂充分与混合物B融合，形成混合物C。
7.根据权利要求6所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S5中将混合物C进行真空处理具体包括：
S51：将混合物C转移到具备真空功能的混合容器中，确保容器的密封性，防止外部气体进入；
S52：启动真空设备，初步将混合容器内的压力降低至-0.05到-0.08MPa，并维持5-8分钟；
S53：逐步加大真空度，使容器内的压力降低至-0.09到-0.1MPa，并维持该状态10-15分钟，确保深层和微小气泡得到有效排除；
S54：在真空处理过程中，通过观察设备或透明视窗，监控混合物C的状态，确保没有明显的气泡存在。
8.根据权利要求7所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S6具体包括：
S61：预先将骨料进行干燥处理，将其水分含量控制在0.5％-1.5％之间；
S62：启动双轴搅拌机，并调整其转速至60-80rpm，以确保在混合过程中骨料与混合物C能够充分结合；
S63：首先向搅拌机中加入50％的骨料，并慢慢加入经过真空处理的混合物C，确保其均匀分布在骨料中；
S64：当混合物C与初次加入的骨料充分混合后，继续加入剩余的骨料，并持续搅拌10分钟，直到整个混合体呈现均匀状态，从而得到沥青混合料D。
9.根据权利要求8所述的一种低温抗裂沥青混合料的制备工艺，其特征在于，所述S7具体包括：
S71：预热压实机，确保其工作面温度控制在110-130℃；
S72：将沥青混合料D铺设在压实机的工作台上，厚度控制在5-7cm；
S73：启动压实机，并以15-20cm/s的速度压实沥青混合料D；
S74：在压实过程中，实时监测沥青混合料D的厚度，确保其在压实结束后的厚度控制在3-4.5cm；
S75：压实完成后，使用红外温度计检测沥青混合料的表面温度，确保其温度为在90-105℃；
S76：最后，让沥青混合料自然冷却至室温，得到低温抗裂沥青混合料。
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