一种高强度沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土俗称沥青砼，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。
在公开号为CN108147771A的中国发明专利中公开了一种沥青混凝土，包括下述重量份数的原料，基质沥青47份，稳定剂3份，改性剂2份，紫外阻隔颗粒7份，混凝土39份。稳定剂为硫磺，改性剂为YH791H线型SBS，混凝土为亚硫酸钠粉、加强纤维、粉煤灰、铁粉、磷石膏和骨料的混合物，且紫外阻隔颗粒为丁苯橡胶、美铝层状双氢氧化物紫外阻隔材料、糠醛抽出油和再生胶经过密炼混合设备捏合混炼制成。
上述专利中，加强纤维、骨料、铁粉和粉煤灰的加入增加了沥青混凝土的硬度，糠醛抽出油和再生胶的加入增加了沥青混凝土的粘性，但铁粉的性能不稳定，容易破坏沥青混凝土的内部结构，导致沥青混凝土在使用过程中的稳定性和整体结构强度均会大大降低，进而导致使用该沥青混凝土的路面会变得坑坑洼洼。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中因沥青混凝土在使用过程中的结构强度较低而导致路面出现坑坑洼洼的技术问题，本发明的目的一在于提供一种高强度沥青混凝土，以解决上述技术问题，其具有较高的结构强度，沥青混凝土路面使用寿命较长的优点。
本发明的目的二在于提供一种高强度沥青混凝土的制备方法，其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度沥青混凝土，包括如下重量份数的组分：
集料：250-300份；
沥青：25-50份；
胶黏剂：3-8份；
矿粉：10-25份；
木质纤维素：1.5-2.5份；
甲壳素：0.5-1份；
分散剂：1-2份；
氮化硅：1-3份；
多孔陶瓷：1-2份。
通过采用上述技术方案，木质素纤维为中空管结构，可容纳更多的自由沥青，在高强度沥青混凝土中主要起到吸附的作用，使高强度沥青混凝土具有良好的韧性，且在使用过程中不易产生形变和开裂。多孔陶瓷是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料、经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的一种多孔性陶瓷材料，且具有耐高温，高压、抗酸、碱和有机介质腐蚀性能，有利于提高高强度沥青混凝土整体的结构强度。同时，木质素纤维部分填充在多孔陶瓷的孔径中，能够在高强度沥青混凝土的内部形成以多孔陶瓷为结点的立体网状结构，进而使高强度沥青混凝土在使用过程中保持良好的稳定性。
甲壳素为高分子物质，分子量可达100万以上，吸附能力较强，具有一定的保水性，对沥青混凝土的强度具有较大的影响，本发明创造性的在沥青混凝土中加入一定量的甲壳素，其粘性极高，可与木质纤维素配合附着于集料上，连接于氮化硅和多孔陶瓷间，大大提高了沥青混凝土的强度。
进一步优选为，所述高强度沥青混凝土中还加入有重量份数为1-2.5份的聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维具有强度高、耐酸、耐碱、抗微生物、干湿强力一样等优良特性，使沥青混凝土的整体性能得到大大提高，且聚丙烯纤维密度小、覆盖力强，可以包裹在多孔陶瓷及其内部，使沥青混凝土的内部结构更加密实。同时，聚丙烯纤维使沥青混凝土的各组分之间紧紧缠绕在一起，提高了各组分之间的结合强度。
进一步优选为，所述高强度沥青混凝土中还加入有重量份数为0.5-1份的聚乙二醇。
通过采用上述技术方案，聚乙二醇是一种良好的粘接剂和分散剂，不仅能够提高沥青混凝土中各组分间的粘接强度，且能够使聚丙烯纤维均匀的分散开来，避免聚丙烯纤维在沥青混凝土的内部成团而不能紧紧缠绕在各组分之间，使沥青混凝土整体的黏合强度大大提高，并保持良好的稳定性。
进一步优选为，所述集料采用石灰岩和/或玄武岩。
通过采用上述技术方案，石灰岩具有良好的加工性、磨光性和很好的胶结性能，可以与沥青起到良好的结合效果；玄武岩多为为中性，且气孔多、质地坚硬；其在混合使用时，能够起到良好的配合效果，使高强度沥青混凝土整体的结构强度大大提高。同时，玄武岩的粒径比石灰岩的粒径大，且玄武岩和石灰岩均选用不同粒径大小的颗粒组成，使其相互之间不易形成较大的空隙，整体较为密实，使高强度沥青混凝土具有良好的稳定的结构强度。
进一步优选为，所述沥青采用SBS改性沥青、氯丁橡胶改性沥青或顺丁橡胶该性沥青。
通过采用上述技术方案，改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。在不同的使用环境中，使橡胶沥青混凝土具有抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命，可以使沥青混凝土具有良好的使用效果。
进一步优选为，所述胶黏剂采用环氧丁晴胶、异戊橡胶或酚醛聚酰胺。
通过采用上述技术方案，胶黏剂是通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质。胶黏剂能够使橡胶沥青混凝土中的其他各组分之间紧紧粘附在一起，使沥青混凝土的内部不易出现空隙，且其整体结构更加的均匀密实，从而在实际运用过程中不易发生开裂。
进一步优选为，所述分散剂选用木质素磺酸钠、聚乙二醇、硬脂酸钡或聚乙烯蜡。
通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠、聚乙二醇、硬脂酸钡或聚乙烯蜡均为良好的分散剂，与各组分原料之间具有良好的相容性，能够避免木质素纤维在集料之间出现结团和夹层的现象，有利于使各组分原料充分的分散开来，进而使高强度沥青混凝土的整体品质大大提高。同时，分散剂还使高强度沥青混凝土的内部保持良好稳定份分散系，使其整体在受到较大的外力时能够保持良好的稳定性和结构强度。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1，将集料投入烘干桶内，于1500-2000rpm、100-120℃下搅拌烘干2-2.5h，并加入胶黏剂、矿粉、氮化硅、多孔陶瓷和木质纤维素，继续混合均匀，得到混合基料；
S2，将沥青加热至155-200℃，并投入S1中的搅拌缸中，于1200-1500rpm转速下搅拌10-15min；
S3，在S2的搅拌缸中加入甲壳素和分散剂，于1200-1500rpm转速下继续搅拌混合5-10min，出料即得。
通过采用上述技术方案，将集料进行烘干，避免其相互之间由于水分而粘连在一起也有利于使后面加入的碳化硅和多孔陶瓷能够与集料充分混合。然后将沥青与混合基料进行拌和，再加入甲壳素和分散剂并继续拌和，使采用该工艺制得的高强度混凝土具有良好的品质，且具有较高的生产效率；此外，本发明制备方法操作简单、适合大规模化生产。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过复配使用木质纤维素和甲壳素，前者具有较大容量吸附沥青的特点，后者具有吸附能力强，粘性高的特点，两者复配使用大大提高了沥青混凝土的强度；
(2)本发明还加入了多孔陶瓷和氮化硅，有利于提高高强度沥青混凝土整体的结构强度，同时，木质素纤维部分填充在多孔陶瓷的孔径中，能够在高强度沥青混凝土的内部形成以多孔陶瓷为结点的立体网状结构，进而使高强度沥青混凝土在使用过程中保持良好的稳定性；
(3)本发明制备工艺中相对集料进行烘干，避免其相互之间由于水分而粘连在一起也有利于使后面加入的碳化硅和多孔陶瓷能够与集料充分混合。然后将沥青与混合基料进行拌和，再加入甲壳素和分散剂并继续拌和，使采用该工艺制得的高强度混凝土具有良好的品质，且具有较高的生产效率；此外，本发明制备方法操作简单、适合大规模化生产。
附图说明
图1为本发明中高强度沥青混凝土的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
本发明中，
SBS改性沥青、氯丁橡胶改性沥青和顺丁橡胶该性沥青均山东鼎泰防水科技有限公司。
石灰岩集料和玄武岩集料均购自山东展飞建筑材料有限公司。
矿粉采用S95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，7d的活性指数为82％，28d的活性指数为94％，流动度比为96％，含水量为0.2％。
木质纤维素购自无锡市斯木德工程有限公司。
甲壳素购自武汉万荣科技发展有限公司生产的巨龙牌甲壳素。
其他组分均为普通市售购得
实施例1：如图1，一种高强度沥青混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将集料投入烘干桶内，于1500rpm、100℃下搅拌烘干2.5h，并加入胶黏剂、矿粉、氮化硅、多孔陶瓷和木质纤维素，继续混合均匀，得到混合基料；
S2，将沥青加热至155℃，并投入S1中的搅拌缸中，于1200rpm转速下搅拌15min；
S3，在S2的搅拌缸中加入甲壳素和分散剂，于1200rpm转速下继续搅拌混合10min，出料即得。
本实施例中，集料采用石灰岩集料；沥青采用SBS改性沥青；胶黏剂采用环氧丁晴胶；分散剂采用木质磺酸钠。
实施例2-6：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
实施例7：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
S1，将集料投入烘干桶内，于1700rpm、110℃下搅拌烘干2.2h，并加入胶黏剂、矿粉、氮化硅、多孔陶瓷和木质纤维素，继续混合均匀，得到混合基料；
S2，将沥青加热至175℃，并投入S1中的搅拌缸中，于1350rpm转速下搅拌12min；
S3，在S2的搅拌缸中加入甲壳素和分散剂，于1350rpm转速下继续搅拌混合7min，出料即得。
本实施例中，集料采用玄武岩集料；沥青采用氯丁橡胶改性沥青；胶黏剂采用异戊橡胶；分散剂采用聚乙二醇。
实施例8：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
S1，将集料投入烘干桶内，于2000rpm、120℃下搅拌烘干2h，并加入胶黏剂、矿粉、氮化硅、多孔陶瓷和木质纤维素，继续混合均匀，得到混合基料；
S2，将沥青加热至200℃，并投入S1中的搅拌缸中，于1500rpm转速下搅拌10min；
S3，在S2的搅拌缸中加入甲壳素和分散剂，于1500rpm转速下继续搅拌混合5min，出料即得。
本实施例中，集料由石灰岩集料和玄武岩集料按照重量比1:1组成；沥青采用顺丁橡胶改性沥青；胶黏剂采用酚醛聚酰胺；分散剂采用硬脂酸钡。
实施例9：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，分散剂采用聚乙烯蜡，且步骤S1中还加入有1份聚丙烯纤维。
实施例10：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中还加入有1份聚丙烯纤维，步骤S3中还加入有0.5份聚乙二醇。
实施例11：一种高强度沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中还加入有2.5份聚丙烯纤维，步骤S3中还加入有1份聚乙二醇。
对比例1：一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S3中未加入甲壳素。
对比例2：一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中未加入木质纤维素。
对比例3：一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中未加入多孔陶瓷。
对比例4：一种沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中未加入氮化硅。
性能测试
分别对实施例1-11和对比例1-4制得的沥青混凝土进行性能测试，测试结果计入表2中。其中马歇尔稳定度是马歇尔试件做马歇尔稳定度实验时遭破坏时的最大应力，流值是对应的变形。一般来说可以认为以稳定度大而变形小为佳，说明沥青混凝土之间的粘黏度越大，结构强度越高。
由表2中测试数据可以看出，实施例1-11中的稳定度均大于对比例1-4，变形均小于对比例1-4；其中实施例10-11中稳定度最大，变形最小，为最优实施例，而对比例1由于未加入甲壳素中稳定度最小，变形最大，为最差对比例。综上本发明中得到的沥青混凝土具有较高的结构强度，路用性能较好，使用寿命较长。
表2性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
