一种闪长岩路面上层沥青混合料及其制备方法与流程

2021-01-31 05:01:50|

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本发明涉及沥青混合料领域，具体的是一种闪长岩路面上层沥青混合料及其制备方法。

背景技术：

沥青路面有着良好使用性能和舒适行车性能。然而沥青路面在使用过程中还存在着一些问题。沥青材料在道路服役过程中，受到光、热、水等自然因素的影响，沥青材料变硬老化，导致沥青路面低温抗开裂能力逐渐降低致使沥青材料与基料粘结力减弱，最终发生开裂、积料剥落等路面病害，降低了道路的使用性能以及行车舒适性能，道路服役年限也将受到极大影响。为了改善沥青路面的路用性能，在基质沥青中添加改性材料成为发展趋势，其中sbs改性沥青以其优良的高低温性能被广泛应用于沥青路面的铺筑，但其在施工和服役过程中受热、光、氧等因素作用易产生热氧和紫外光老化，直接影响沥青路面的路用性能和使用寿命。

沥青混合料是经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。沥青混合料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0.074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。

目前，在高速公路路铺设过程中改性沥青上面层常用辉绿岩或玄武岩集料配制沥青混合料，但是部分地区辉绿岩和玄武岩无法满足路面工程的需要，造成石料运输昂贵，而非酸性的本地石料无法有效利用。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种闪长岩路面上层沥青混合料及其制备方法，本发明沥青混合料对光、热复合老化的抵抗能力强，具有较高的抗拉强度及抗剪强度，同时，根据本发明矿料级配与油石比制备沥青混合料性能指标满足路面上层面各项要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料，该性沥青混合料由sbs改性沥青和矿料组成，改性沥青混合料油石比为4.7-4.8％，sbs改性沥青包括以下重量份原料：基质沥青90-100份、sbs改性剂8-10份、纳米tio22-3份、有机蒙脱土1-2份、改性纤维0.5-1份；

矿料包括以下重量份原料：粗集料60-70份、细集料30-35份、矿粉0-2份、水泥1-3份，粗集料为闪长岩碎石；

优选地，改性纤维为经有机硅烷表面改性的木纤维，木纤维直径为0.5-2㎜、长度为50-100㎜。

优选地，粗集料根据粒径分为1#粗集料、2#粗集料和3#粗集料，1#粗集料的粒径为9.5-16mm，2#粗集料的粒径为4.75-9.5mm，3#粗集料的粒径为2.36-4.75mm。

优选地，细集料为石灰岩机制砂，细集料的粒径为0-2.36mm。

优选地，水泥为普通硅酸盐水泥。

优选地，矿粉为石灰岩矿粉，矿粉的粒径为0.075-0.15mm。

优选地，所述矿料级配为：16mm筛孔通过质量百分比100％、13.2mm筛孔通过质量百分比94-100％、9.5mm筛孔通过质量百分比68-78％、4.75mm筛孔通过质量百分比32-45％、2.36mm筛孔通过质量百分比22-35％、1.18mm筛孔通过质量百分比8-12％、0.6mm筛孔通过质量百分比10-19％、0.3mm筛孔通过质量百分比7-14％、0.15mm筛孔通过质量百分比5-10％、0.075mm筛孔通过质量百分比4-8％。

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

s1：挑选大块、成型好、风化软弱石料少的闪长岩毛石进破碎、筛分、烘干后得到不同粒径的粗集料，然后将粗集料、细集料、矿粉和水泥按配比加入拌和楼中加热至175-180℃，搅拌混合均匀得到热矿料；

s2：将沥青基质加热到160-180℃使基质沥青呈熔融状态，加入sbs改性剂、纳米tio2、有机蒙脱土混合剪切研磨,170-180℃孕育1-1.5h后加入改性纤维搅拌混合均匀，得到sbs改性沥青；

s3：将sbs改性沥青加入热矿料中搅拌混合均匀，得到改性沥青混合料。

优选地，步骤s1中采用反击破+圆锥破+冲击破+整形机的多级破碎工艺，集料加工的振动筛筛板倾角控制在23-25°。

优选地，步骤s2中利用高剪切乳化机进行剪切，转速3000-4000r/min，剪切时长1-2h。

本发明的有益效果：

1、本发明沥青混合料由sbs改性沥青和含有闪长岩粗集料的矿料组成，一方面通过纳米tio2和有机蒙脱土的复合改性提高了综合改善sbs改性沥青对光、热复合老化的抵抗能力，通过添加改性纤维提高了沥青混合料抗拉强度及抗剪强度，能够防治来自基层反射裂纹对路面面层危害；

2、本发明将闪长岩碎石作为沥青混合料中粗集料，根据本发明矿料级配与油石比制备沥青混合料性能指标满足路面上层面各项要求，为沥青混合料制备提供了新的石料原料。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例中改性纤维为经有机硅烷表面改性的木纤维，木纤维直径为0.5-2㎜、长度为50-100㎜。

粗集料为闪长岩碎石，粗集料根据粒径分为1#粗集料、2#粗集料和3#粗集料，1#粗集料的粒径为9.5-16mm，2#粗集料的粒径为4.75-9.5mm，3#粗集料的粒径为2.36-4.75mm；细集料为石灰岩机制砂，细集料的粒径为0-2.36mm水泥为普通硅酸盐水泥矿粉为石灰岩矿粉，矿粉的粒径为0.075-0.15mm。

本发明实施例中石矿料级配情况如下表1所示：

实施例1

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料，该性沥青混合料由sbs改性沥青和矿料组成，改性沥青混合料油石比为4.7％，sbs改性沥青包括以下重量份原料：基质沥青95份、sbs改性剂8份、纳米tio22份、有机蒙脱土1份、改性纤维0.6份；

矿料包括以下重量份原料：粗集料70份、细集料34份、矿粉2份、水泥3份，；

上述闪长岩路面上层改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

s1：挑选大块、成型好、风化软弱石料少的闪长岩毛石进破碎、筛分、烘干后得到不同粒径的粗集料，然后将粗集料、细集料、矿粉和水泥按配比加入拌和楼中加热至175℃，搅拌混合均匀得到热矿料；

s2：将沥青基质加热到170℃使基质沥青呈熔融状态，加入sbs改性剂、纳米tio2、有机蒙脱土混合剪切研磨,175℃孕育1h后加入改性纤维搅拌混合均匀，得到sbs改性沥青；

s3：将sbs改性沥青加入热矿料中搅拌混合均匀，得到改性沥青混合料。

实施例2

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料，该性沥青混合料由sbs改性沥青和矿料组成，改性沥青混合料油石比为4.8％，sbs改性沥青包括以下重量份原料：基质沥青100份、sbs改性剂10份、纳米tio23份、有机蒙脱土1份、改性纤维1份；

矿料包括以下重量份原料：粗集料65份、细集料32份、矿粉1份、水泥2份，；

上述闪长岩路面上层改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

s2：将沥青基质加热到170℃使基质沥青呈熔融状态，加入sbs改性剂、纳米tio2、有机蒙脱土混合剪切研磨,180℃孕育1h后加入改性纤维搅拌混合均匀，得到sbs改性沥青；

s3：将sbs改性沥青加入热矿料中搅拌混合均匀，得到改性沥青混合料。

实施例3

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料，该性沥青混合料由sbs改性沥青和矿料组成，改性沥青混合料油石比为4.7％，sbs改性沥青包括以下重量份原料：基质沥青95份、sbs改性剂8份、纳米tio22份、有机蒙脱土1份、改性纤维0.8份；

矿料包括以下重量份原料：粗集料65份、细集料35份、矿粉1.5份、水泥2份，；

上述闪长岩路面上层改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

s2：将沥青基质加热到180℃使基质沥青呈熔融状态，加入sbs改性剂、纳米tio2、有机蒙脱土混合剪切研磨,180℃孕育1.5h后加入改性纤维搅拌混合均匀，得到sbs改性沥青；

s3：将sbs改性沥青加入热矿料中搅拌混合均匀，得到改性沥青混合料。

实施例4

一种闪长岩路面上层改性沥青混合料，该性沥青混合料由sbs改性沥青和矿料组成，改性沥青混合料油石比为4.8％，sbs改性沥青包括以下重量份原料：基质沥青96份、sbs改性剂8份、纳米tio22份、有机蒙脱土2份、改性纤维1份；

矿料包括以下重量份原料：粗集料60份、细集料30份、矿粉0.5份、水泥1份，；

上述闪长岩路面上层改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

s2：将沥青基质加热到165℃使基质沥青呈熔融状态，加入sbs改性剂、纳米tio2、有机蒙脱土混合剪切研磨,170℃孕育1.5h后加入改性纤维搅拌混合均匀，得到sbs改性沥青；

s3：将sbs改性沥青加入热矿料中搅拌混合均匀，得到改性沥青混合料。

性能检测

(1)马歇尔试验

采用双面各击实75次的方法成型，击实成型温度控制在160℃165℃。毛体积相对密度的测试方法为表干法，沥青混合料最大理论相对密度采用计算法，马歇尔试验结果下表2所示：

表2改性沥青混合料马歇尔试验结果

由上表2可以看出本发明实施例1-4中改性沥青混合料马歇尔试验指标符合技术要求。

(2)水稳定性检测

对本发明实施例1-4中改性沥青混合料进行残留稳定度试验和冻融劈裂试验，试验结果见下表3所示：

表3改性沥青混合料水稳定性检测结果

由表3可以看出看出本发明实施例1-4中改性沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比均符合技术要求。

(3)高温稳定性检测

对本发明实施例1-4中改性沥青混合料进行车辙试验，试件尺寸为300mmx300mmx50mm，试验条件：60℃±0.5℃，0.7mpa±0.05mpa，试验结果见下表4所示：

表4改性沥青混合料标60℃车辙试验结果

由表4可以看出，本发明实施例1-4中改性沥青混合料的动稳定度符合技术要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

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