一种沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面材料技术领域，更具体的说，它涉及一种沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称；工程上常用的沥青混合料有两类：一类是沥青混凝土混合料，是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料拌和、压实后剩余空隙率小于10％的混合料，简称沥青混凝土，以AC表示。第二类是沥青碎石混合料，是由适当比例的粗集料、细集料及填料(或不加填料)与沥青拌和、压实后剩余空隙率在10％以上的混合料，简称沥青碎石混合料，以AM表示。现有技术中，申请公布号为CN108101420A的专利申请文件，公开了一种胶粉改性沥青混合料及其制备方法，所述胶粉改性沥青混合料包括粗集料、细集料、矿粉和胶粉改性沥青，其中，所述胶粉改性沥青混合料的配合比采用GTM方法进行设计；所述沥青混合料的油石比为5.2％～5.6％。
沥青混合料中的细集料可以分为天然砂和机制砂(人工砂)，天然砂指的是由自然条件作用而形成的、粒径在5mm以下的岩石颗粒，其主要分为河砂、海砂和山砂；机制砂指的是由机械破碎后的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。天然砂的主要化学成分为二氧化硅，呈酸性，颗粒圆整、表面光洁，有利于增强沥青混合料的合理性，但是因其与沥青的粘附性较差，会造成沥青混合料水稳定性的下降，因此沥青混合料中的天然砂的用量一般在10％左右。由于天然砂经过多年的开采，资源越来越少，为了缓解天然砂的供应压力，机制砂是沥青混合料中常用细骨料，机制砂是由石灰岩、花岗岩、玄武岩等加工而成，相对于天然砂而言，机制砂具有较好的颗粒表面纹理，可以增强其与沥青的吸附能力，是比较理想的沥青混合料的细骨料材料。但是由于机制砂是需要由碎石加工而成，虽然其来源比较广泛，但是加工的过程也增加了生产成本。而石屑是采石场加工碎石时通过规格为2.36mm或4.75mm的筛子的筛下部分集料的统称，石屑是由石灰岩片石加工而成，石屑作为其他粗规格料生产过程中的副产品，其成本明显低于天然砂与机制砂，采用石屑作为沥青混合土的细骨料可以明显降低生产成本，其表面比天然砂粗糙，这对提高马歇尔稳定度以及车辙试验的动稳定度效果非常显著。但是相较于天然砂和机制砂，石屑中的细颗粒偏多且含有较多粒径小于0.16mm的石粉，导致石屑的级配以及强度的均匀性不及天然砂，并且随着石粉含量的增加，沥青混合料的残留稳定度以及动稳定度均会降低，影响沥青混凝土的性能。因此，如何提高以石屑为细骨料的沥青混合料的力学性能，是一个需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种沥青混合料，其具有成本低、抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度好的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种沥青混合料的制备方法，其具有热拌温度低，操作简单的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种沥青混合料，以重量份数计，包括100份混合集料、4.1-4.7份沥青以及0.3-0.5份改性竹粉增强剂；
所述混合集料包括如下重量百分数的组分：矿粉5％、粒径为0.075-3mm的石屑38-46％、粒径为3-5mm的碎石11-15％、粒径为5-10mm的碎石8-12％，余量为粒径为10-13mm的碎石；所述改性竹粉增强剂由竹材废料经碱处理、改性处理制得；
所述石屑的表观密度为2.670-2.680g/cm3，松散堆积密度为1500-1520g/cm3，松散空隙率为44-46％，紧固性为4.0-4.2％，压碎值为13-15％，石粉含量为8.0-10.0％，泥含量为＜0.1％，棱角性为25-30s。
通过采用上述技术方案，通过采用粒径为0.075-3mm的石屑、粒径为3-5mm的碎石、粒径为5-10mm的碎石8-12％以及粒径为10-13mm的碎石复配，搭建成骨架，而通过筛选控制石屑的各项指标，使得石屑的级配更加合理，以提高其强度的均匀性；通过适当降低石屑颗粒的棱角，控制石屑中石粉的含量，在保证其与沥青具有较高的粘结性能的同时，又可以提高沥青混合料具有很好的残留稳定度以及动稳定度；通过添加改性竹粉增强剂，可以弥补因添加石屑导致的沥青混合料的残留稳定度以及动稳定度差的缺陷，提高沥青混合料的抗低温开裂性能，并且改性竹粉增强剂采用竹材废料加工而成，可以进一步实现资源的再利用。
进一步地，所述改性竹粉增强剂采用如下方法制备：①将竹材废料粉碎过筛后，得到细度为20-40目的粗竹粉；②将粗竹粉置于碱液中浸泡1-2h后，将其用清水冲洗至冲洗液pH为7，然后将其烘干后，得到预处理竹粉；③将预处理竹粉与改性液按照1:4的比例混合，超声震荡10-20min后，在80-90℃的温度下，保温1-2h，然后回收溶剂，得到改性竹粉；④将改性竹粉在180-190℃的温度下，干燥8-10h，得到改性竹粉增强剂。
通过采用上述技术方案，改性竹粉增强剂采用竹材废料为原料，其来源丰富，可以实现废旧材料的再利用，将其经过碱液处理，可以去除粗竹粉中的酸性杂质，然后将其与改性液超声分散后，利用竹粉的多孔的特性，使其吸附改性液中的有效成分，得到改性竹粉；然后将竹粉在高温下干燥，一方面可以去除改性竹粉表面的水分，另一方面在高温下，可以进一步强化改性液与竹粉的结合，提高改性竹粉增强剂对沥青混合料性能的改善，弥补因石屑不稳定导致的沥青混合料质量不稳定的缺陷，可以有效提高沥青混合料的力学性能。
进一步地，所述改性液采用如下方法制成：以重量份数计，取体积分数为60-95％的乙醇100份、海泡石绒4-6份、聚阴离子纤维素3-5份、三乙醇胺3-5份以及硬酯酸酰胺2-4份，加热至90-95℃，保温搅拌20-30min即可。
通过采用上述技术方案，海泡石绒是一种纤维状的含水硅酸镁，具有吸水变软、干燥变硬的特点，其具有很好的吸附性能、流变性能以及催化性能；聚阴离子纤维素是一种是由天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物，具有很好的增稠、分散性能；三乙醇胺是一种胺类化合物，可用作纤维改性剂；硬质酰胺是由硬脂酸与氨反应生成铵盐，再脱水得成品，可用作表面活性剂、纤维油剂；由海泡石绒、聚阴离子纤维素、三乙醇胺、硬质酰胺为原料，以乙醇为溶剂制得的改性液，将其用于对竹粉进行改性处理，可以提高竹粉与沥青的结合力，改善沥青混合料的力学性能。
进一步地，所述沥青为90#沥青，25℃针入度为89.3，15℃延度＞100cm，软化点为45.4℃，15℃密度为1.0093g/cm3，含蜡量为2.4％。
通过采用上述技术方案，通过控制沥青的各项指标，可以有效控制沥青混合料的性能。
进一步地，所述碎石为玄武岩碎石，毛体积相对密度为2.762-2.783g/cm3，含泥量＜0.3％，对沥青的粘附性为五级，洛杉矶磨耗损失为16.2％，压碎值为12.9％，坚固性为2.59％。
通过采用上述技术方案，通过严格控制玄武岩碎石的各项指标，有利于提高沥青混合料质量的稳定性。
进一步地，步骤②中的碱液为10wt％的氢氧化钠溶液。
进一步地，所述沥青为90#沥青，25℃针入度为89.3，15℃延度＞100cm，软化点为45.4℃，15℃密度为1.0093g/cm3，含蜡量为2.4％。
通过采用上述技术方案，90#沥青相较于70#沥青，具有更高的耐低温性能，通过改性竹粉增强剂的配合，可以更好的提高沥青混合料的低温抗裂性能；通过控制沥青的各项指标有利于更好地控制沥青混合料的性能稳定性。
进一步地，所述碎石为玄武岩碎石，毛体积相对密度为2.783g/cm3，含泥量＜0.3％，对沥青的粘附性为五级，洛杉矶磨耗损失为16.2％，压碎值为12.9％，坚固性为2.59％。
通过采用上述技术方案，玄武岩碎石作为沥青混合料的粗骨料，具有质地坚硬、抗压强度高的优点，通过控制玄武岩碎石的各项技术指标，可以使其提供支撑强度，使得沥青混合料的性能更加稳定。
进一步地，所述矿粉为S95级矿粉，其0.075mm筛通过率＞82％，其密度为2.802g/cm3，亲水系数为0.811，含水量为0.12％。
通过采用上述技术方案，S95级矿粉可以填充至由碎石、石屑组成的骨架中，以提高沥青混合料的致密性，通过控制矿粉的各项技术指标，有利于提高沥青混合料的体积稳定性，提高沥青混合料性能的稳定性。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：S1、将粒径为10-13mm、粒径为5-10mm、粒径为3-5mm的碎石、石屑以及矿粉混合后，升温至160-170℃备用，得到混合集料；
S2、将预热至160-170℃的沥青加入到S1中加热后的混合集料中，在160-170℃的温度下保温搅拌10-20min，加入改性竹粉增强剂，在160-170℃的温度下保温搅拌20-30min，得到沥青混合料。
通过采用上述技术方案，在160-170℃的温度下，对各原料混合，可以降低能耗，操作简单。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.本发明以石场加工的废料石屑代替河砂和机制砂，可以极大地降低生产成本，利用不同粒径的石屑、碎石复配，搭建成骨架，可以作为沥青混合料的支撑骨架；通过筛选控制石屑的各项指标，可更好地控制石屑的质量，以提高沥青混合料的稳定性；通过改性竹粉增强剂的加入可以进一步弥补石屑质量不稳定的缺陷，以改善沥青混合料的残留稳定度以及动稳定度；2.改性竹粉增强剂由竹材废料为原料，其来源丰富，可以实现废旧材料的再利用；由海泡石绒、聚阴离子纤维素、三乙醇胺、硬质酰胺为原料，以乙醇为溶剂制得的改性液，将其用于对竹粉进行改性处理，可以提高竹粉与沥青的结合力，改善沥青混合料的力学性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
改性竹粉增强剂的制备例
竹材废料为竹产品加工过程中产生的竹叶、竹枝、竹纤维等废料，以及使用后的竹篮、竹筛、竹席等废旧竹产品，以下制备例中的竹材废料选用废旧竹篮、竹筛、竹席；海泡石绒选自灵寿县南昱矿产品加工厂提供的型号为A-5-70海泡石绒；聚阴离子纤维素由任丘市云鹏化工有限公司提供。
改性竹粉增强剂的制备例1：①将竹材废料粉碎过筛后，得到细度为20目的粗竹粉；②将粗竹粉置于10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡1h后，将其用清水冲洗至冲洗液pH为7，然后将其在80℃的温度下，干燥8h后，得到预处理竹粉；③取体积分数为60％的乙醇100kg、海泡石绒4kg、聚阴离子纤维素3kg、三乙醇胺3kg以及硬酯酸酰胺2kg，加热至90℃，保温搅拌20min，得到改性液；④将预处理竹粉与改性液按照1:4的比例混合，超声震荡10min后，在80℃的温度下，保温1h，然后回收溶剂，得到改性竹粉；⑤将改性竹粉在180℃的温度下，干燥8h，得到改性竹粉增强剂。
改性竹粉增强剂的制备例2：①将竹材废料粉碎过筛后，得到细度为30目的粗竹粉；②将粗竹粉置于10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡1.5h后，将其用清水冲洗至冲洗液pH为7，然后将其在80℃的温度下，干燥8h后，得到预处理竹粉；③取体积分数为75％的乙醇100kg、海泡石绒5kg、聚阴离子纤维素4kg、三乙醇胺4kg以及硬酯酸酰胺3kg，加热至92℃，保温搅拌25min，得到改性液；④将预处理竹粉与改性液按照1:4的比例混合，超声震荡15min后，在85℃的温度下，保温1.5h，然后回收溶剂，得到改性竹粉；⑤将改性竹粉在185℃的温度下，干燥9h，得到改性竹粉增强剂。
改性竹粉增强剂的制备例3：①将竹材废料粉碎过筛后，得到细度为40目的粗竹粉；②将粗竹粉置于10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡2h后，将其用清水冲洗至冲洗液pH为7，然后将其在80℃的温度下，干燥8h后，得到预处理竹粉；③取体积分数为95％的乙醇100kg、海泡石绒6kg、聚阴离子纤维素5kg、三乙醇胺5kg以及硬酯酸酰胺4kg，加热至95℃，保温搅拌30min，得到改性液；④将预处理竹粉与改性液按照1:4的比例混合，超声震荡20min后，在90℃的温度下，保温2h，然后回收溶剂，得到改性竹粉；⑤将改性竹粉在190℃的温度下，干燥10h，得到改性竹粉增强剂。
改性竹粉增强剂的制备例4：本制备例与改性竹粉增强剂的制备例1的不同之处在于，改性液中不包含海泡石绒以及阴离子纤维素。
实施例
以下实施例中的碎石由怀来县东宝采石场提供，其毛体积相对密度为2.783g/cm3，含泥量＜0.3％，对沥青的粘附性为五级，洛杉矶磨耗损失为16.2％，压碎值为12.9％，坚固性为2.59％；矿粉由岭北筑路材料有限公司提供；沥青由山东滨化滨阳燃化有限公司提供的90#沥青，其25℃针入度为89.3，15℃延度＞100cm，软化点为45.4℃，15℃密度为1.0093g/cm3，含蜡量为2.4％；矿粉为S95级矿粉，其0.075mm筛通过率＞82％，其密度为2.802g/cm3，亲水系数为0.811，含水量为0.12％。
实施例1：一种沥青混合料采用如下方法制备而得：
S1、取30kg粒径为10-13mm的碎石、8kg粒径为5-10mm的碎石、11kg粒径为3-5mm的碎石、46kg粒径为0.075-3mm的石屑以及5kg矿粉混合后，升温至160℃备用，得到混合集料；其中，石屑的表观密度为2.670g/cm3，松散堆积密度为1500g/cm3，松散空隙率为44％，紧固性为4.0％，压碎值为13％，石粉含量为8.0％，泥含量为＜0.1％，棱角性为25s；
S2、将4.1kg预热至160℃的沥青加入到S1中加热后的混合集料中，在160℃的温度下保温搅拌20in，加入0.3kg改性竹粉增强剂(选自改性竹粉增强剂的制备例1)，在160℃的温度下保温搅拌20min，得到沥青混合料。
实施例2：一种沥青混合料采用如下方法制备而得：
S1、取30kg粒径为10-13mm的碎石、12kg粒径为5-10mm的碎石、15kg粒径为3-5mm的碎石、38kg粒径为0.075-3mm的石屑以及5kg矿粉混合后，升温至165℃备用，得到混合集料；其中，石屑的表观密度为2.675g/cm3，松散堆积密度为1510g/cm3，松散空隙率为45％，紧固性为4.1％，压碎值为14％，石粉含量为9.0％，泥含量为＜0.1％，棱角性为28s；
S2、将4.4kg预热至165℃的沥青加入到S1中加热后的混合集料中，在165℃的温度下保温搅拌25min，加入0.4kg改性竹粉增强剂(选自改性竹粉增强剂的制备例2)，在165℃的温度下保温搅拌25min，得到沥青混合料。
实施例3：一种沥青混合料采用如下方法制备而得：
S1、取30kg粒径为10-13mm的碎石、10kg粒径为5-10mm的碎石、13kg粒径为3-5mm的碎石、42kg粒径为0.075-3mm的石屑以及5kg矿粉混合后，升温至170℃备用，得到混合集料；其中，石屑的表观密度为2.680g/cm3，松散堆积密度为1520g/cm3，松散空隙率为46％，紧固性为4.2％，压碎值为15％，石粉含量为10.0％，泥含量为＜0.1％，棱角性为30s；
S2、将4.7kg预热至170℃的沥青加入到S1中加热后的混合集料中，在170℃的温度下保温搅拌30min，加入0.5kg改性竹粉增强剂(选自改性竹粉增强剂的制备例3)，在170℃的温度下保温搅拌30min，得到沥青混合料。
对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中未添加改性竹粉增强剂。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中的改性竹粉增强剂用未经过改性处理的竹粉代替。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，改性竹粉增强剂选自改性竹粉增强剂的制备例4制备而得。
性能测试
根据JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对实施例与对比例中沥青混合料的性能进行测试。
表1实施例与对比例中沥青混合料的性能测试表
根据表1数据可知，本发明制备的沥青混合料具有很好的抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度，并且具有较好的抗低温性能以及抗冻融性能。
对比例1的原料中未添加改性竹粉增强剂；对比例2的原料中的改性竹粉增强剂用未经过改性处理的竹粉代替；相较于实施例1，对比例1以及对比例2中沥青混合料的抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度有所下降，抗低温性能以及抗冻融性能明显降低，说明本发明制备的改性竹粉增强剂的加入可以明显提高沥青混合料的抗低温性能、抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度。
对比例3的改性竹粉增强剂选自改性竹粉增强剂的制备例4制备而得；相较于实施例1，对比例3中沥青混合料的抗低温性能、抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度明显下降，但其性能略高于对比例2中沥青混合料的性能，说明改性竹粉增强剂中的竹粉经过改性液的处理后，可以明显改善沥青混合料的抗低温性能、抗车辙性能、残留稳定度以及动稳定度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
