一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程新材料技术领域，具体涉及一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国工业化进程的不断发展，燃烧石油、煤和天然气等化石燃料的燃烧导致SO2和NOX的排放量急速增加。SO2和NOX经过一系列复杂的物理化学作用，形成了H2SO4和HNO3等酸性液滴及酸性颗粒，随着大气湿沉降和干沉降落入地面,当雨雪中的pH值小于5.6时，称为酸雨。
我国是继欧洲、北美之后世界上第三大酸雨区，而在三大酸雨区中，我国的强酸雨区(PH<4.5)面积最大，南方和西南地区已经成为世界上降水酸性最强的地区。近年来，我国酸雨面积持续扩大，酸雨区呈向西向北蔓延趋势，降水酸性继续增高。
当前，我国南方地区沥青路面早期水损害非常严重。酸雨对沥青路面的侵蚀破坏包含较为复杂的化学作用，由于沥青路面含有大量酸敏性材料，酸的侵蚀作用将加剧路面材料结构的劣化速度，必然会影响沥青路面的耐久性。因此，亟待加速研发耐酸雨腐蚀的沥青混合料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料及其制备方法，该方法通过将环氧沥青、改性竹纤维和废橡胶粉复配拌制密集配沥青混合料，使其沥青-矿料黏附性、水稳定性和耐久性均得到显著提升，且材料广泛易得、环境友好无毒。
为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料，包括以下重量份数原料：环氧沥青6-12份、改性竹纤维2-4份、废橡胶粉5-10份、石灰石102-135份。
进一步地，环氧沥青包括1-2份环氧沥青A组分(含环氧树脂组分)和5-10份环氧沥青B组分(含沥青组分)。
进一步地，所述废橡胶粉来源于废旧货车轮胎，主要成分为丁苯橡胶，颗粒细度为80目；所述石灰石依据粒径大小分为100-130份石灰石集料和2-5份石灰石矿粉，石灰石集料粒径＞0.075mm，石灰石矿粉粒径≤0.075mm。
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于纤维改性剂中浸泡2-3h，再置于烘箱中3-5h充分反应，将改性后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用；
步骤2，将100-130份石灰石集料在烘箱中预热后加入至拌和锅中，预拌和30-60s，再加入步骤1得到的2-4份改性竹纤维混合，干拌60-80s，得到混合物甲；
步骤3，将5-10份环氧沥青B组分加热至170-190℃，然后与5-10份废橡胶粉混合，经保温剪切、搅拌，得到混合物乙；
步骤4，将步骤3得到的混合物乙和1-2份环氧沥青A组分加入到步骤2得到的混合物甲中湿拌，然后加入预热过的2-5份石灰石矿粉拌和100-120s，经溶胀制得耐酸雨腐蚀的沥青混合料。
进一步地，所述步骤1得到的改性竹纤维为毛竹茎杆制成的改性短纤维絮状物，其长度为4-10mm，相对密度0.87-0.94，含水率＜3％，吸油率为纤维质量的7-10倍；所述纤维改性剂为苯甲酸溶液，浓度为0.2％-0.4％，其对竹纤维的酯化作用可显著提高其在沥青混合料中的相容性和分散均匀性。
进一步地，所述步骤1中烘箱加热温度为110℃-120℃。
进一步地，所述步骤2中石灰石集料预热温度为170-190℃，预热时长4-5h。
进一步地，所述步骤3中的剪切速率为2000-3000r/min，剪切时间为10-20min；搅拌时间为15-25min。
进一步地，所述步骤4中的湿拌、石灰石矿粉预热及拌和温度均为170-190℃，湿拌时间为5-10min，预热时间为4-5h；溶胀温度为170-190℃，时间为90-100min。
进一步地，所述步骤4制得的沥青混合料为密集配沥青混凝土混合料(AC型)，其空隙率≤4％。
本发明的有益效果是：(1)本发明采用的环氧沥青具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能和耐老化性能，是高等级公路沥青面层铺装的优良结合料；更重要的是，环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基、醚键、胺键及酯键等极性基团赋予其极高的黏结强度；同时，环氧沥青自身具有较高的内聚力，与矿料间的黏结性能良好，可有效抵御水分的侵蚀与剥落作用；另一方面，环氧沥青中热固性树脂的固化收缩率极小，线膨胀收缩系数较小，因而环氧沥青的温度内应力较小，不易在低温下产生开裂，进一步防止了水分对沥青膜-矿料体系的破坏作用，因此，环氧沥青混合料具有良好的水稳定性，可有效防止酸雨的侵蚀作用。
(2)本发明对竹纤维进行酯化处理可有效提高竹纤维的拉伸强度与黏结性能，改善其在混合料中的分散均匀性，同时，纤维可在沥青混合料中形成空间网络结构，从而发挥阻裂和限缩作用，有效提高混合料力学强度、抗渗性能和抗酸雨侵蚀能力；另一方面，纤维可有效提高沥青结合料中“结构沥青”的比例，对酸雨侵蚀作用下沥青胶浆细料的剥落具有较好的限制与约束作用，从而减缓酸雨对沥青混合料的腐蚀速度。
(3)废橡胶粉的加入可有效填充沥青混合料的孔隙，与纤维共同作用形成一个较为稳定的无机空间网络结构，提高沥青路面的致密性，从而降低酸雨侵蚀介质的侵入能力，取得长期抗酸雨侵蚀的效果。
(4)本发明利用环氧固化体系、改性竹纤维和废橡胶粉复合填充沥青混合料内部的孔隙与空洞，进而起到包裹和封闭作用，对沥青混合料形成有效保护，阻滞酸雨的侵蚀，并进一步保护下卧层。
(5)本发明方法通过将环氧沥青、改性竹纤维和废橡胶粉复配拌制密集配沥青混合料，使其沥青-矿料黏附性、水稳定性和耐久性均得到显著提升，进而得到耐酸雨腐蚀的沥青混合料，且材料广泛易得、环境友好无毒。
附图说明
图1是本发明制备得到的沥青混合料的微观测试图，用以说明纤维的网络填充效果，其中A是指含废橡胶粉的结构沥青；B是指竹纤维；C是指自由沥青。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
下述实施例和对比例中所用原料及技术指标如下：
所用环氧沥青为美国ChemCoSystem公司生产，其基本技术指标见表1。
表1环氧沥青基本技术指标
所用SBS改性沥青为岳阳长炼化工厂生产，其基本技术指标见表2。
表2 SBS改性沥青基本技术指标
所用粗细集料为坚硬、清洁、干燥、无风化的石灰石，其矿料级配见表3。
表3 AC-13型密集配沥青混合矿料级配
实施例1：
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于纤维改性剂中浸泡2h，再置于烘箱中3h充分反应，加热温度为110℃，将改性后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用，所述改性竹纤维为毛竹茎杆制成的改性短纤维絮状物，其长度为4-10mm，相对密度0.87，含水率＜3％，吸油率为纤维质量的9倍；所述纤维改性剂为苯甲酸溶液，浓度为0.3％，其对竹纤维的酯化作用可显著提高其在沥青混合料中的相容性和分散均匀性；
步骤2，将100份石灰石集料在烘箱中预热后加入至拌和锅中，预热温度为180℃，预热时长4h，预拌和40s，再加入步骤1得到的2份改性竹纤维混合，干拌60s，得到混合物甲；
步骤3，将5份环氧沥青B组分加热至180℃，然后与5份废橡胶粉混合，经保温剪切、搅拌，得到混合物乙，剪切速率为3000r/min，剪切时间为15min；搅拌时间为20min；所述废橡胶粉来源于废旧货车轮胎，主要成分为丁苯橡胶，颗粒细度为80目；
步骤4，将步骤3得到的混合物乙和1份环氧沥青A组分加入到步骤2得到的混合物甲中湿拌，然后加入预热过的2份石灰石矿粉拌和100s，经溶胀制得耐酸雨腐蚀的沥青混合料，为密集配沥青混凝土混合料(AC型)，其空隙率≤4％；所述湿拌、石灰石矿粉预热及拌和温度均为180℃，湿拌时间为5min，预热时间为4h；溶胀温度为180℃，时间为90min。
实施例2：
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于纤维改性剂中浸泡2h，再置于烘箱中3h充分反应，加热温度为120℃，将改性后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用，所述改性竹纤维为毛竹茎杆制成的改性短纤维絮状物，其长度为4-10mm，相对密度0.94，含水率＜3％，吸油率为纤维质量的8倍；所述纤维改性剂为苯甲酸溶液，浓度为0.2％，其对竹纤维的酯化作用可显著提高其在沥青混合料中的相容性和分散均匀性；
步骤2，将110份石灰石集料在烘箱中预热后加入至拌和锅中，预热温度为185℃，预热时长4h，预拌和50s，再加入步骤1得到的2.5份改性竹纤维混合，干拌80s，得到混合物甲；
步骤3，将6.5份环氧沥青B组分加热至185℃，然后与5.5份废橡胶粉混合，经保温剪切、搅拌，得到混合物乙，剪切速率为3000r/min，剪切时间为20min；搅拌时间为25min；所述废橡胶粉来源于废旧货车轮胎，主要成分为丁苯橡胶，颗粒细度为80目；
步骤4，将步骤3得到的混合物乙和1.3份环氧沥青A组分加入到步骤2得到的混合物甲中湿拌，然后加入预热过的3份石灰石矿粉拌和110s，经溶胀制得耐酸雨腐蚀的沥青混合料，为密集配沥青混凝土混合料(AC型)，其空隙率≤4％；所述湿拌、石灰石矿粉预热及拌和温度均为185℃，湿拌时间为7min，预热时间为5h；溶胀温度为185℃，时间为90min。
实施例3：
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于纤维改性剂中浸泡3h，再置于烘箱中4h充分反应，加热温度为120℃，将改性后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用，所述改性竹纤维为毛竹茎杆制成的改性短纤维絮状物，其长度为4-10mm，相对密度0.90，含水率＜3％，吸油率为纤维质量的9.5倍；所述纤维改性剂为苯甲酸溶液，浓度为0.4％，其对竹纤维的酯化作用可显著提高其在沥青混合料中的相容性和分散均匀性；
步骤2，将120份石灰石集料在烘箱中预热后加入至拌和锅中，预热温度为170℃，预热时长4.5h，预拌和30s，再加入步骤1得到的3.5份改性竹纤维混合，干拌70s，得到混合物甲；
步骤3，将8份环氧沥青B组分加热至170℃，然后与8份废橡胶粉混合，经保温剪切、搅拌，得到混合物乙，剪切速率为2000r/min，剪切时间为15min；搅拌时间为20min；所述废橡胶粉来源于废旧货车轮胎，主要成分为丁苯橡胶，颗粒细度为80目；
步骤4，将步骤3得到的混合物乙和1.6份环氧沥青A组分加入到步骤2得到的混合物甲中湿拌，然后加入预热过的4份石灰石矿粉拌和120s，经溶胀制得耐酸雨腐蚀的沥青混合料，为密集配沥青混凝土混合料(AC型)，其空隙率≤4％；所述湿拌、石灰石矿粉预热及拌和温度均为190℃，湿拌时间为8min，预热时间为4.5h；溶胀温度为190℃，时间为100min。
实施例4：
一种耐酸雨腐蚀的沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于纤维改性剂中浸泡2.5h，再置于烘箱中5h充分反应，加热温度为115℃，将改性后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用，所述改性竹纤维为毛竹茎杆制成的改性短纤维絮状物，其长度为4-10mm，相对密度0.89，含水率＜3％，吸油率为纤维质量的9倍；所述纤维改性剂为苯甲酸溶液，浓度为0.4％，其对竹纤维的酯化作用可显著提高其在沥青混合料中的相容性和分散均匀性；
步骤2，将130份石灰石集料在烘箱中预热后加入至拌和锅中，预热温度为190℃，预热时长5h，预拌和60s，再加入步骤1得到的4份改性竹纤维混合，干拌70s，得到混合物甲；
步骤3，将10份环氧沥青B组分加热至190℃，然后与10废橡胶粉混合，经保温剪切、搅拌，得到混合物乙，剪切速率为2500r/min，剪切时间为10min；搅拌时间为15min；所述废橡胶粉来源于废旧货车轮胎，主要成分为丁苯橡胶，颗粒细度为80目；
步骤4，将步骤3得到的混合物乙和2份环氧沥青A组分加入到步骤2得到的混合物甲中湿拌，然后加入预热过的5份石灰石矿粉拌和100s，经溶胀制得耐酸雨腐蚀的沥青混合料，为密集配沥青混凝土混合料(AC型)，其空隙率≤4％；所述湿拌、石灰石矿粉预热及拌和温度均为170℃，湿拌时间为10min，预热时间为4h；溶胀温度为170℃，时间为95min。
对比例1：
一种普通AC型密级配沥青混合料，包括以下组分原料：SBS改性沥青7份，改性竹纤维2份，废橡胶粉5份，石灰石集料100份，石灰石矿粉2份。
一种普通AC型密级配沥青混合料制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将竹纤维置于0.3％苯甲酸溶液中浸泡2h，将处理后的竹纤维置于110℃烘箱中3h使其充分反应，将改性后的竹纤维二次搓碾制得絮状短纤维，备用；
步骤2，将沥青混合料中的石灰石集料在170℃烘箱中预热4h后加入至拌和锅中预拌和40s，将改性竹纤维与集料混合后干拌60s，得到混合物甲；
步骤3，将SBS改性沥青加热至170℃，然后与废橡胶粉混合并以2500r/min的速率保温剪切20min，再搅拌15min，得到混合物乙；
步骤4，将混合物乙加入到混合物甲中湿拌，然后加入预热的矿粉后拌和100s，湿拌、矿粉预热及拌和温度均为170℃；170℃下溶胀90min后，制得所述普通AC型密级配沥青混合料，其空隙率为4％。
对比例2：
一种环氧沥青混合料，包括以下组分原料：环氧沥青A组分1份、环氧沥青B组分5份，石灰石集料100份，石灰石矿粉2份。
一种环氧沥青混合料制备方法，包括以下步骤：将石灰石集料在160℃烘箱中预热4h后加入至160℃的拌和锅中预拌和40s，将预热至160℃的环氧沥青A、B组分加入到拌和锅中湿拌80s，加入预热至160℃的石灰石矿粉拌和80s，制得AC型环氧沥青混合料。
将上述实施例和对比例制备得到的沥青混合料进行酸雨腐蚀前后技术指标测试，测试结果如表4所示。
表4各沥青混合料酸雨腐蚀前后性能对比
由表4结果可知，本发明技术方案得到的耐酸雨腐蚀沥青混合料具有良好的抗酸雨腐蚀性能，且可有效提高沥青混合料酸雨浸泡后的力学性能、抗渗性能、抗剥落性和水稳定性，因而在酸雨腐蚀作用下仍具有良好的耐久性能；与对比例1相比，实施例具有更优异的低温弯拉强度和水稳定性，说明环氧沥青具有优良的韧性、抗腐蚀性与黏附性，其混合料的抗松散与抗剥落性能更好，因此其酸雨腐蚀后的质量损失率更低；与对比例2相比，实施例具有更优的力学性能和抗渗性能，表明纤维与废橡胶粉的共同作用可有效提高沥青混合料的致密性，进而降低酸雨的入侵能力，提高沥青路面耐久性。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
