阅读说明：本技术 一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法 (Magnetic powder modified asphalt mixture and preparation method thereof ) 是由 不公告发明人 于 2020-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法,即将传统沥青混合料中的部分矿粉和细集料组分采用磁粉替代而制成,其各组分质量分数为：磁粉0.1％～50.0％,沥青2.0％～15.0％,集料40.0％～95.0％,矿粉0.0％～40.0％,纤维0.0％～1.0％,表面活性剂0.0％～1.0％。本发明的磁粉改性沥青混合料主要用于钢桥面铺装,并与防腐层、防水粘结层和缓冲层等共同组成铺装体系。铺装完成后,通过外加磁场对磁粉充磁使混合料铺装层磁化,以达到磁致硬化效果,从而在传统铺装体系物化粘结的基础上,额外增加铺装层混合料与钢桥面板之间的磁力粘结,并降低刚度差异,增强钢桥面铺装体系的层间结合和变形追从性。该磁粉改性沥青混合料还可用于路面内部缺陷自诊断等技术。(The invention discloses a magnetic powder modified asphalt mixture and a preparation method thereof, namely, the magnetic powder modified asphalt mixture is prepared by replacing part of mineral powder and fine aggregate components in the traditional asphalt mixture by magnetic powder, and the mass fractions of the components are as follows: 0.1 to 50.0 percent of magnetic powder, 2.0 to 15.0 percent of asphalt, 40.0 to 95.0 percent of aggregate, 0.0 to 40.0 percent of mineral powder, 0.0 to 1.0 percent of fiber and 0.0 to 1.0 percent of surfactant. The magnetic powder modified asphalt mixture is mainly used for paving steel bridge surfaces, and forms a paving system together with an anticorrosive layer, a waterproof bonding layer, a buffer layer and the like. After pavement is finished, the magnetic powder is magnetized through the external magnetic field, so that the mixed material pavement layer is magnetized, the magneto-hardening effect is achieved, the magnetic adhesion between the mixed material of the pavement layer and the steel bridge deck is additionally increased on the basis of the physical and chemical adhesion of a traditional pavement system, the rigidity difference is reduced, and the interlayer bonding and deformation following performance of the steel bridge deck pavement system are enhanced. The magnetic powder modified asphalt mixture can also be used for the self-diagnosis of the internal defects of the pavement and other technologies.)

一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法，可应用于钢桥面铺装体系的沥青混合料铺装层，也可用于沥青路面内部缺陷自诊断等技术要求的沥青混合料，属于建筑材料技术领域。

背景技术

随着我国交通事业的高速发展，大跨径桥梁的建设也越来越多。其中，由于正交异性钢桥面板箱梁体系具有自重轻、侧向抗风能力强、运输和架设方便、空间结构受力性能更佳及施工周期较短等优点，在现代桥梁建设特别是大跨径桥梁建设中得到广泛应用。与此同时，钢桥面铺装是大跨径钢箱梁桥建设的关键技术之一，一直受到国内外学术界与工程界的高度关注与重视。

由于沥青混凝土具有重量轻、变形协调能力强、与钢桥面板粘结性能良好、维修方便及行车舒适等优点，成为正交异性钢桥面板首选的铺装体系形式。钢桥面沥青混凝土铺装体系直接铺筑于正交异性钢桥面板上，由于正交异性钢桥面板柔度大，在行车荷载及温度变化、风载和地震等自然因素共同作用下，其受力和变形要比一般的沥青混凝土路面及水泥混凝土桥梁上沥青桥面铺装复杂得多，工作环境也更为严苛，从而导致钢桥面沥青铺装层容易产生推移、车辙、脱层和疲劳开裂等早期损坏现象。因此，钢桥面沥青铺装技术至今仍是一个尚未很好解决的世界性技术难题。

钢桥面沥青铺装体系一般由防腐层、防水粘结层、缓冲层和沥青混合料铺装层构成，直接铺筑于钢桥顶板之上。大量研究和应用表明，钢桥面沥青铺装层与钢桥面板之间的粘结性和刚度差异是影响二者之间变形追从性的关键，这就要求沥青铺装层不仅具有良好的追随钢桥面板变形的适应能力，而且还要在高温和行车荷载作用下不能产生过大的推移变形。因此，选择一种性能优越的沥青铺装层混合料对预防钢桥面沥青铺装体系的损坏具有重要的意义。

目前，国内外钢桥面铺装沥青混合料应用较广泛的有沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)、浇注式沥青混合料(GA)和环氧沥青混合料(EA)三类。为此，通过将磁粉掺入钢桥面铺装沥青混合料中，制备磁粉改性沥青混合料铺装层，改善沥青混合料性能，提高铺装层刚度；同时，通过外加磁场对磁粉进行磁化，增加磁力粘结作用，以增强沥青混合料铺装层与钢桥面板之间的粘结力，并利用磁致硬化作用进一步提高铺装层刚度，从而在磁力粘结和磁致硬化两者共同增强作用下进一步提升传统钢桥面沥青铺装结构的整体性、层间结合强度与变形追从性，并提高其路用性能和耐久性。

发明内容

为达以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种由磁粉、沥青和矿料等制备而成的磁粉改性沥青混合料，其特征在于：将传统沥青混合料中的部分矿粉和细集料组分采用磁粉替代而制成磁粉改性沥青混合料，其各组分质量分数为：磁粉0.1％～50.0％，沥青2.0％～15.0％，集料40.0％～95.0％，矿粉0.0％～40.0％，纤维0.0％～1.0％，表面活性剂0.0％～1.0％。

进一步地，所述的磁粉为毫米级、微米级或纳米级的钕铁硼磁粉、钡铁氧体磁粉、锶铁氧体磁粉、四氧化三铁磁粉、羰基铁粉、铝镍钴磁粉中任意一种或一种以上组合的能均匀分散于沥青及其沥青混合料中、磁化后带有磁性且不易消磁的磁性颗粒。

进一步地，所述的沥青可为普通道路石油沥青、聚合物改性沥青、天然沥青改性沥青、复合改性沥青中任意一种或一种以上组合的沥青。

进一步地，所述的纤维可为木质素纤维、腈纶纤维、聚酯类纤维、矿物纤维中任意一种或一种以上组合的适用于起稳定和增强作用的沥青混合料用纤维。

进一步地，所述的表面活性剂为偶联剂、硬脂酸类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂或乳液中任意一种或一种以上组合的表面活性剂。

进一步地，所述的磁粉经过表面活性剂等表面修饰活化后，能均匀地分散到沥青及其沥青混合料中，形成活化磁粉。

本发明所述的磁粉改性沥青混合料的制备步骤如下：

S1.将表面活性剂按质量配比制备成溶液，溶剂可为无水乙醇、煤油、烃类溶剂、松节油或丙酮溶剂；

S2.将磁粉按质量配比放入制备好的表面活性剂溶液中，搅拌均匀，确保磁粉表面被表面活性剂充分裹匀，形成磁粉与表面活性剂溶液的混合液；

S3.将磁粉混合液放入干燥器中干燥至恒重，即可得到活化后的磁粉；

S4.烘干集料，保证烘干后的集料含水量不大于1％；

S5.将活化后的磁粉和矿粉组成的混合填料按质量配比混合均匀；

S6.将集料和混合填料以155～190℃的温度进行加热；

S7.将沥青置于135～175℃温度下加热至融化状态；

S8.将集料按质量配比在拌和机中以140～175℃温度干拌；

S9.在拌好的集料中按质量配比倒入融化的沥青搅拌均匀；

S10.按质量配比，将颗粒状纤维在步骤S8中加入与集料一起进行干拌，絮状纤维则在步骤S9中加入到集料中与沥青一起进行湿拌；

S11.将步骤S6中预热好的混合填料按质量配比加入到拌和好的混合料中搅拌，即可得到磁粉改性沥青混合料；

S12.对制得的磁粉改性沥青混合料进行充磁，即可制备得到带有磁性的磁粉改性沥青混合料。

进一步地，所述的磁粉改性沥青混合料充磁方式可采用电容式脉冲充磁机、无储能脉冲充磁机或恒流充磁机进行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过制备磁粉改性沥青混合料，并应用于钢桥面沥青铺装层，制备工艺合理且经济耐久。与传统钢桥面沥青铺装混合料层相比，本发明可综合改善沥青混合料铺装层的性能，并提高铺装层的整体强度；同时，通过充磁机外加磁场对磁粉进行磁化，增加磁力粘结作用，以增强沥青混合料铺装层与钢桥面板之间的粘结力，并利用粉体改性和磁致硬化作用进一步提高铺装层刚度，从而在粉体改性、磁力粘结和磁致硬化综合增强作用下进一步提升传统钢桥面沥青铺装结构的整体性、层间结合强度与变形追从性，并提高其路用性能和耐久性。同时，根据本发明磁粉改性沥青混合料的性能特点，该磁粉改性沥青混合料还可用于路面内部缺陷自诊断等技术。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法的制备流程。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

图1示出了本发明一种磁粉改性沥青混合料及其制备方法的实施例，本实施例的磁粉改性沥青混合料，其特征在于：级配类型为SMA-10；选用的磁粉为粒径100微米的钕铁硼磁粉；表面活性剂为硅烷偶联剂Si69；沥青为SBS改性沥青；集料为辉绿岩集料：细集料粒径为0～3mm，粗集料粒径为3～5mm及5～10mm；矿粉为石灰岩矿粉；纤维为木质素纤维。

根据马歇尔试验设计，确定SMA-10的最佳沥青用量为6.0％，采用2.0％的钕铁硼磁粉替代矿粉，按最佳沥青用量制作SMA-10钕铁硼磁粉改性沥青混合料并充磁，同时与未掺加磁粉的SMA-10改性沥青混合料进行性能对比。

未掺加磁粉的SMA-10改性沥青混合料A的各原材料质量分数为：SBS改性沥青6.0％，0～3mm细集料15.9％，3～5mm粗集料20.6％，5～10mm粗集料47.7％，矿粉9.4％，木质素纤维0.4％。SMA-10钕铁硼磁粉改性沥青混合料B的各原材料质量分数为：钕铁硼磁粉1.83％，硅烷偶联剂Si69 0.04％，SBS改性沥青6.0％，0～3mm细集料15.9％，3～5mm粗集料20.6％，5～10mm粗集料47.7％，矿粉7.53％，木质素纤维0.4％。

SMA-10钕铁硼磁粉改性沥青混合料B的制备方法如下：

S1.Si69硅烷偶联剂用量为钕铁硼磁粉用量的2％，将Si69硅烷偶联剂按质量比m₁(Si69硅烷偶联剂)∶m₂(水)∶m₃(乙醇)＝1∶1∶20充分水解2h，制备成偶联剂溶液；

S2.将钕铁硼磁粉按质量比m₄(钕铁硼磁粉)∶m₁(Si69硅烷偶联剂)＝50∶1放入制备好的硅烷偶联剂溶液中，搅拌均匀，确保钕铁硼磁粉表面被偶联剂充分裹匀，形成钕铁硼磁粉与偶联剂溶液的混合液；

S3.将钕铁硼磁粉混合液放入干燥器中干燥至恒重，即可得到活化后的钕铁硼磁粉；

S4.烘干粗、细集料，保证烘干后的集料含水量不大于1％；

S5.将活化后的钕铁硼磁粉和矿粉组成的混合填料按质量配比混合均匀；

S6.将集料和混合填料以180℃的温度进行加热；

S7.将SBS改性沥青置于175℃温度下加热至融化状态；

S8.将粗、细集料按质量配比在拌和机中以170℃温度干拌；

S9.在拌好的集料中按质量配比加入SBS改性沥青和木质素纤维进行湿拌；

S10.将步骤S6中预热好的混合填料按质量配比加入到拌和好的混合料中搅拌均匀，即可得到SMA钕铁硼磁粉改性沥青混合料B；

S11.对制得的SMA钕铁硼磁粉改性沥青混合料B采用高压脉冲式充磁机进行充磁，即可制备得到带有磁性的SMA钕铁硼磁粉改性沥青混合料C。

未掺加磁粉的SMA-10改性沥青混合料A的制备方法如下：

S1.烘干粗、细集料，保证烘干后的集料含水量不大于1％；

S2.将粗、细集料和矿粉以180℃的温度进行加热；

S3.将SBS改性沥青置于175℃温度下加热至融化状态；

S4.将粗、细集料按质量配比在拌和机中以170℃温度干拌；

S5.在拌好的集料中按质量配比加入SBS改性沥青和木质素纤维进行湿拌；

S6.将步骤S2中预热好的矿粉加入到拌和好的混合料中搅拌均匀，即可得到未掺加磁粉的SMA改性沥青混合料A。

对SMA改性沥青混合料A、B和C试件分别进行车辙、浸水马歇尔、冻融劈裂、低温弯曲、弯拉模量、渗水、构造深度及钢桥面铺装模型的拉拔和剪切等试验，得到相应的试验结果见表1。

表1本发明实施例三种SMA-10改性沥青混合料性能试验数据。

从表1可以看出，钕铁硼磁粉替代矿粉掺入SMA-10改性沥青混合料后，其高温性能、水稳定性、力学性能和粘结性能均得到明显提升，且抗渗和抗滑性能变化不大，但低温性能有所下降。同时，充磁后的SMA-10钕铁硼磁粉改性沥青混合料C的性能较充磁前B的性能改善效果与之类似，且有明显提高，特别是粘结性能提高了50％左右，效果显著。表明磁化能进一步提升钕铁硼磁粉的改性效果，即磁粉替代矿粉掺入沥青混合料中，能起到粉体改性、磁力粘结和磁致硬化作用，用于钢桥面沥青铺装层，能显著地提高其粘结性能和变形追从性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动，如改变沥青混合料沥青种类和级配类型及改变磁粉类型、掺配比例和方式等，均为本发明常见变化，在此不一一详述。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均应落在本发明技术方案保护的范围内。