CN103044936B

CN103044936B - 一种煤矸石沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法

Info

Publication number: CN103044936B
Application number: CN201310008629.6A
Authority: CN
Inventors: 关博文; 熊锐; 陈拴发; 刘开平; 盛燕萍; 薛斌
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: CN103044936A

Abstract

本发明涉及公路沥青材料技术，公开了一种煤矸石沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。该煤矸石沥青改性剂包括以下重量百分比的组分：活化煤矸石粉70%~90%，生石灰10%~20%，天然水镁石纤维10%~20%。该改性沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的组分：5~8份煤矸石沥青改性剂、4~6份沥青和88~92份集料。本发明的煤矸石沥青改性剂能够明显改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性，有效防治路面早期病害，延长沥青路面使用寿命；并且本发明以煤矸石为主要原材料制备，促进了工业废渣的充分利用，降低公路建设成本，从而可以获得较高的经济效益和社会效益。

Description

一种煤矸石沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及公路沥青材料技术，特别涉及一种煤矸石沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。

背景技术

目前，高等级公路沥青路面在交通荷载和自然环境的共同作用下，高温车辙、低温开裂和水损害等早期病害频发，且破坏机制更加复杂，致使沥青路面的使用品质下降，寿命缩短，还大大增加沥青路面维修养护成本。近年来，沥青路面新结构、新工艺、新材料不断涌现，沥青路面的研究水平和技术应用水平也达到了更高的层次，其中改性沥青技术的发展最为瞩目。众所周知的SBS和SBR等聚合物改性沥青以其优异的性能在高等级沥青路面中得到极为广泛的应用，但同时也大幅度增加了沥青路面建设成本。因此，基于我国国情，为建设资源节约型高等级公路，探索和研究性价比相对较高、能够对沥青路面使用品质具有良好改善作用且适应重载交通需求的沥青改性技术，无疑具有一定的现实意义和使用价值。

随着我国工业化进程的推进，以煤炭为主要类型的能源结构在相当长的一段时间内不会发生改变，而煤矸石的产出量一般占到煤炭产量的15%~20%左右，因此煤矸石已经成为我国排放量和堆积量最大的工业固体废弃物之一。大量煤矸石的堆积对环境产生了诸多不利的影响，如占用大量土地，影响自然景观，还会造成大气，土壤和水体污染，甚至造成地质灾害的发生。近年来我国已经开始重视煤矸石的综合利用，但总体水平不够理想，综合利用率不足20%，因此，对煤矸石进行活性激发和建材资源化再利用还有很大的研究空间。

目前，国内外煤矸石建材资源化再利用领域涉及工业及建筑行业，主要集中在水泥建材方面，还未见以煤矸石为主要原材料制备沥青改性剂的相关资料介绍。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种煤矸石沥青改性剂及其制备方法，另一个目的在于提供添加上述煤矸石沥青改性剂的改性沥青混合料及其制备方法。该方法能够解决高速公路早期病害问题，并结合煤矸石建材资源化再利用现状，以煤矸石为主要原料，有效提高沥青混合料综合性能，使其不易出现高温车辙、低温开裂和水损害，并且能够充分保障路面使用性能和行车安全。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

（1）一种煤矸石沥青改性剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：活化煤矸石粉70%~90%，生石灰10%~20%，天然水镁石纤维10%~20%。

优选地，所述天然水镁石纤维为7级纤维。

优选地，所述生石灰细度小于200目。

优选地，所述活化煤矸石粉为：将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4~6小时得煤矸石粉末；再将模数0.7~1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为质量4%~7%，细磨1~2小时后在600~750℃煅烧并保温6~8小时；然后，水中急冷后再粉磨2~4小时处理后所得。

（2）上述煤矸石沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将原块状煤矸石原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4~6小时，得煤矸石粉末；再将模数0.7~1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量4%~8%，细磨1~2小时后600~750℃煅烧并保温6~8小时；然后，水中急冷后再粉磨2~4小时，得活化煤矸石粉；最后，按重量百分比称取活化煤矸石粉、水镁石纤维和生石灰后混合，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得。

（3）一种改性沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的组分：5~8份上述技术方案中的煤矸石沥青改性剂、4~6份沥青和88~92份集料。

（4）上述改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，首先将热沥青和集料在拌合楼中拌和均匀，再加入煤矸石沥青改性剂拌和均匀，即可。

本发明的技术方案具有以下突出优点和显著的有益效果：（1）本发明的煤矸石沥青改性剂，原材料以煤矸石为主要原材料（70%~90%），可对我国排放量和堆积量最大的工业固体废弃物之一煤矸石进行利用，降低公路建设成本，具有较高的经济效益和社会效益。（2）本发明的煤矸石沥青改性剂制备方法中，采用水玻璃前期处理煤矸石粉末，降低了煤矸石煅烧温度，其煅烧温度为600~750℃，而其他热活化煤矸石煅烧温度大于750℃。这样，降低了煤矸石煅烧成本。（3）本发明的煤矸石沥青改性剂加入沥青混合料中，在显著提高沥青混合料高温稳定性的同时，改善了胶浆的低温性能以及抗水损害能力，实现了沥青混合料高低温矛盾的统一。本发明的改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果高达2265次/mm、2939με和92%；而在相同配合比条件下，未采用本发明的基准沥青混合料的温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1872次/mm、2425με和83%，增幅分别为21.0%、21.2%和10.8%。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步举例说明，这些优选的实施例并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明技术解决方案的前提下，对本发明所做的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都落入本发明权利要求保护范围之内。

实施例1

（1）将原块状煤矸石原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨5小时，得煤矸石粉末；再将模数1.0的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量7%，细磨2小时后放入电阻炉在700℃煅烧，保温7小时，水中急冷后再粉磨3小时，制得活化煤矸石粉。

（2）将步骤（1）制备的活化煤矸石粉70%、水镁石纤维20%和生石灰10%混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到煤矸石沥青改性剂。

（3）将重量份为5份的克拉玛依A-70号150℃热沥青和90份的集料在拌合楼中拌和均匀，再加入5份的煤矸石沥青改性剂拌和均匀，制得改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水损害性能。

该改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果高达2265次/mm、2939με和92%；而在相同配合比条件下，未加煤矸石沥青改性剂基准沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1872次/mm、2425με和83%，增幅分别为21.0%、21.2%和10.8%。

实施例2

（1）将原块状煤矸石原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4小时，得煤矸石粉末；再将模数1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量4%，细磨2小时后放入电阻炉在750℃煅烧，保温6小时，水中急冷后再粉磨4小时，制得活化煤矸石粉。

（2）将步骤（1）制备的活化煤矸石粉80%、水镁石纤维10%和生石灰10%混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到煤矸石沥青改性剂。

（3）将重量份为4份的克拉玛依A-70号170℃热沥青和88份的集料在拌合楼中拌和均匀，再加入8份的煤矸石沥青改性剂拌和均匀，制得改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水损害性能。

该改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果高达2322次/mm、2871με和90%；而在相同配合比条件下，未加煤矸石沥青改性剂基准沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1872次/mm、2425με和83%，增幅分别为24.0%、18.4%和8.4%。

实施例3

（1）将原块状煤矸石原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨6小时，得煤矸石粉末；再将模数0.7的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量4%，细磨1小时后放入电阻炉在650℃煅烧，保温8小时，急冷后再粉磨2小时，制得活化煤矸石粉。

（2）将步骤（1）制备的活化煤矸石粉70%、水镁石纤维10%和生石灰20%混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到煤矸石沥青改性剂。

（3）将重量份为6份的克拉玛依A-70号160℃热沥青和91份的集料在拌合楼中拌和均匀，再加入5份的煤矸石沥青改性剂拌和均匀，制得改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水损害性能。

该改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果高达2415次/mm、2745με和87%；而在相同配合比条件下，未加煤矸石沥青改性剂基准沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1872次/mm、2425με和83%，增幅分别为29.0%、13.2%和6.0%。

从上述实施例可知，本发明制备的煤矸石沥青改性剂用于沥青混合料中后，能够明显提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性，综合改善沥青混合料路用性能。

Claims

1.一种煤矸石沥青改性剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：活化煤矸石粉70％～90％，生石灰10％～20％，天然水镁石纤维10％～20％；所述活化煤矸石粉为：将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时得煤矸石粉末；再将模数0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为质量4％～7％，细磨1～2小时后在600～750℃煅烧并保温6～8小时；然后，水中急冷后再粉磨2～4小时处理后所得。

2.根据权利要求1所述的煤矸石沥青改性剂，其特征在于，所述天然水镁石纤维为7级纤维。

3.根据权利要求1所述的煤矸石沥青改性剂，其特征在于，所述生石灰细度小于200目。

4.根据权利要求1所述的煤矸石沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时，得煤矸石粉末；再将模数0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量4％～7％，细磨1～2小时后600～750℃煅烧并保温6～8小时；然后，水中急冷后再粉磨2～4小时，得活化煤矸石粉；最后，按重量百分比称取活化煤矸石粉、水镁石纤维和生石灰后混合，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得。

5.一种改性沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的组分：5～8份权利要求1所述的煤矸石沥青改性剂、4～6份沥青和88～92份集料。

6.根据权利要求5所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，首先将热沥青和集料在拌合楼中拌和均匀，再加入煤矸石沥青改性剂拌和均匀，即可。