一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂
阅读说明：本技术 一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂 (Compound natural rock modified asphalt mixture additive ) 是由 盘力宁 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于工程材料技术领域,具体涉及一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂,所述添加剂以天然岩沥青为主要原料,辅以煤沥青、聚合物、硅粉、玄武岩纤维、纳米氧化锌等原料,有效改善沥青混合料的弹性、粘合性与刚性,从而显著提高复配岩改性沥青混合料的高温抗变形能力、低温抗裂能力及抗水损能力。(The invention belongs to the technical field of engineering materials, and particularly relates to a compound natural rock modified asphalt mixture additive, which takes natural rock asphalt as a main raw material and coal asphalt, polymer, silicon powder, basalt fiber, nano zinc oxide and other raw materials as auxiliary materials, and effectively improves the elasticity, the adhesiveness and the rigidity of an asphalt mixture, so that the high-temperature deformation resistance, the low-temperature crack resistance and the water loss resistance of the compound rock modified asphalt mixture are obviously improved.)
技术领域
本发明属于工程材料技术领域，具体涉及一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
背景技术
普通石油沥青自身的组成和结构决定了其高低温稳定性差，高温易流淌，低温易脆裂，弹性和耐老化性不足，普通石油沥青难以满足高等级公路使用要求。对普通石油沥青进行改性是路用石油沥青路面材料的现实需求。推广应用绿色环保路用改性沥青复合材料已经成为建设资源节约型、环境友好型路用材料的必然之路。
岩沥青是石油在岩石夹缝经过长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触媒、微生物的综合作用下生成的沥青类物质，是一种分子量较大的天然固体沥青。我国交通运输部2014年8月下发了《关于印发公路水路交通运输主要技术政策的通知》([2014]165号文件)鼓励推广应用天然岩沥青等改性沥青混合料。岩沥青作为沥青类固体物质，性质稳定，抗氧化性强，与集料的粘结能力强，是一种天然优良的石油基沥青改性剂，已经应用于道路石油沥青改性及工程实践应用。
但由于产地、来源等因素的影响，在实践中天然岩沥青作为改性剂还存在高温抗变形能力、抗水损能力还不够稳定、低温抗裂性不足等缺点，过多岩沥青也会导致沥青延展性降低等问题，因此有待深入开发新型复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，本发明提供了一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，能提高路用改性沥青复合材料的高温抗变形性能、抗水损性能以及低温抗裂性能。
本发明的技术方案为：
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青50-60份、煤沥青10-15份、玄武岩纤维5-15份、聚合物1-20份、硅粉3-15份、纳米氧化锌3-8份。
进一步地，所述聚合物选自低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP中的一种或多种。
进一步地，所述岩沥青中，天然沥青含量＞30％，软化点＞80℃，碳酸钙＞30wt％，闪点温度＞250℃，加热损失＜2.0％，含水量＜2％，颗粒最大粒径＜1.5毫米；所述煤沥青中，沥青质含量＞25％，软化点为75-90℃。
进一步地，所述硅粉中，颗粒粒径为0.1-0.2μm，SiO2含量为80％-96％。
进一步地，所述纳米氧化锌的平均粒径为25-30nm。
进一步地，所述玄武岩纤维的平均直径为15-20μm，平均长度为5-10mm。
本发明所述的复配天然岩改性沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取岩沥青、聚合物、煤沥青、玄武岩纤维，破碎、加热到30-35℃干燥后过筛，控制破碎后的颗粒最大粒径小于1.0mm；
S2.将步骤S1处理后获得的颗粒与硅粉和纳米氧化锌搅拌，混合均匀，即得到所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
本发明还提供了所述的复配天然岩改性沥青混合料添加剂在制备沥青混合料的应用。
进一步地，所述沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
将集料加热至185-195℃，泵入所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂干拌10s-15s，后喷入加热至150-160℃的基质沥青湿拌30-50s，出料，得到所述沥青混合料。
优选地，所述油石比控制在3-4％；所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂的掺量为所述沥青混合料重量的1-2％，所述出料温度控制在170-180℃。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
以上所述的复配天然岩改性沥青混合料添加剂，添加了煤沥青、聚合物、硅粉、玄武岩纤维、纳米氧化锌。其中：
聚合物改性剂对沥青进行改性主要是因为聚合物改性沥青在低温时具有更好的延伸性可以减少沥青混合料的开裂，而在高温时具有更好的抗变形能力可以减少路面车辙，同时还可以增加沥青混合料的强度和稳定性，提高沥青混合料的抗磨损性。
煤沥青是一种组成十分复杂的高分子化合物，其结构难于研究，但通过宏观实验可以发现煤沥青的加入可以提高沥青的硬度以及粘稠度，使高温性能得到改善随着搅拌温度的升高，由于煤沥青和石油沥青的分子受热发生链断裂，重新组合成新的胶体结构，使得混合沥青的性能趋于优化。
玄武岩纤维在沥青胶浆中形成了空间网格结构，使沥青胶浆抗剪强度增加、软化点升高、粘度变大，车辙因子变大，降低了沥青对温度的敏感性，显著提高沥青的高温稳定性；改性沥青胶浆低温变形能增大，沥青的低温抗裂性增加。
硅粉材料与碳酸钙相比，硅粉硬度大，耐磨性好，能延长沥青混凝土使用寿命。
纳米ZnO与沥青具有较好的相容性，在基质沥青中加入纳米ZnO能够改善其基本性能，表现在能够降低针入度，提高软化点，提高低温延度；纳米ZnO能够提高沥青在受到荷载及温度作用时抵抗应变的能力，并能够使改性沥青在较高温度时表现出一定程度的弹性恢复。纳米ZnO对于紫外光具有极强的吸收特性，能够达到95％以上，可进一步提高沥青抗老化的性能；
本发明以天然岩沥青为主要原料，辅以煤沥青、聚合物、硅粉、玄武岩纤维、纳米氧化锌等原料，有效改善沥青混合料的弹性、粘合性与刚性，从而显著提高复配岩改性沥青混合料的高温抗变形能力、低温抗裂能力及抗水损能力。
具体实施方式
下面将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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青55份、煤沥青12份、玄武岩纤维12份、低密度聚乙烯LDPE12份、硅粉8份、纳米氧化锌6份。
实施例2
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青50份、煤沥青15份、玄武岩纤维5份、高密度聚乙烯HDPE1份、硅粉15份、纳米氧化锌8份。
实施例3
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青60份、煤沥青10份、玄武岩纤维15份、聚丙烯PP20份、硅粉3份、纳米氧化锌3份。
为了进一步说明本发明的技术效果，申请人设置了如下对比例。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的原料不含有煤沥青。
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青55份、玄武岩纤维12份、低密度聚乙烯LDPE12份、硅粉8份、纳米氧化锌6份。
对比例1的复配天然岩改性沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取岩沥青、聚合物、玄武岩纤维，破碎、加热到30-35℃干燥后过筛，控制破碎后的颗粒最大粒径小于1.0mm；
S2.将步骤S1处理后获得的颗粒与硅粉和纳米氧化锌搅拌，混合均匀，即得到所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的原料不含有硅粉。
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青55份、玄武岩纤维12份、煤沥青12份、低密度聚乙烯LDPE12份、纳米氧化锌6份。
对比例2的复配天然岩改性沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取岩沥青、聚合物、煤沥青、玄武岩纤维，破碎、加热到30-35℃干燥后过筛，控制破碎后的颗粒最大粒径小于1.0mm；
S2.将步骤S1处理后获得的颗粒与纳米氧化锌搅拌，混合均匀，即得到所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的原料不含有玄武岩纤维。
一种复配天然岩改性沥青混合料添加剂，由以下重量份的原料配制而成：岩沥青55份、煤沥青12份、低密度聚乙烯LDPE12份、硅粉8份、纳米氧化锌6份。
对比例3的复配天然岩改性沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取岩沥青、聚合物、煤沥青，破碎、加热到30-35℃干燥后过筛，控制破碎后的颗粒最大粒径小于1.0mm；
S2.将步骤S1处理后获得的颗粒与硅粉和纳米氧化锌搅拌，混合均匀，即得到所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
上述实施例和对比例中，原料参数要求如下：
所述岩沥青中，天然沥青含量＞30％，软化点＞80℃，碳酸钙＞30wt％，闪点温度＞250℃，加热损失＜2.0％，含水量＜2％，颗粒最大粒径＜1.5毫米；所述煤沥青中，沥青质含量＞25％，软化点为75-90℃。
所述硅粉中，颗粒粒径为0.1-0.2μm，SiO2含量为92％。
所述纳米氧化锌的平均粒径为25-30nm。
所述玄武岩纤维的平均直径为15-20μm，平均长度为5-10mm。
上述实施例的复配天然岩改性沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取岩沥青、聚合物、煤沥青、玄武岩纤维，破碎、加热到30-35℃干燥后过筛，控制破碎后的颗粒最大粒径小于1.0mm；
S2.将步骤S1处理后获得的颗粒与硅粉和纳米氧化锌搅拌，混合均匀，即得到所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂。
将上述实施例1-3和对比例1-3的复配岩改性沥青混合料添加剂用于改性沥青，具体包括以下步骤：
将集料加热至190℃，泵入所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂干拌15s，后喷入加热至155℃的基质沥青湿拌40s，出料，得到所述沥青混合料。
所述油石比控制在4％；所述复配天然岩改性沥青混合料添加剂的掺量为所述沥青混合料重量的1.5％，所述出料温度控制在175℃。
其中，所述集料为天然集料，包括碎石、河沙；所述基质沥青为70号石油沥青。
将上述拌和好的沥青混合料按照压实温度进行试件成型。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中T0702-2011、T0709-2011的试验方法，采用最佳油石比成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中T0702-2011的试验方法，采用最佳油石比双面各击实50次成型马歇尔试件，按照T0729-2000方法进行冻融劈裂试验。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中T0719-2011的试验方法，在试验温度60℃±1℃、荷载轮压0.7MPa±0.05MPa条件下进行车辙试验，检验混合料高温稳定性性能。检测结果如表1所示。
表1
60℃动稳定性(次/mm)
冻融劈裂强度(％)
残留稳定度(％)
实施例1
9865
86
97
实施例2
9763
83
95
实施例3
9248
85
95
对比例1
8901
81
86
对比例2
9102
83
91
对比例3
9035
82
81
从对比例1-3与实施例1的对比可以看出，本发明的组分设置合理，复配后协同作用明显。
本发明的复配天然岩改性沥青混合料添加剂应用于沥青改性中，在我国实体沥青道路铺设中都取得了显著的成效，各项指标均优于交通部的标准，其中复配天然岩改性沥青混合料的高温抗车辙性能比交通部标准(JT/T860.5-2014)大大提高，动稳定度平均可达9000次/mm以上，复配天然岩改性沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度均比交通部标准(JT/T860.5-2014)提高，比同类产品性能更优秀。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
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