CN114409309B - 适用于低温环境的沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低温环境的沥青混合料，所述沥青混合料包括以下原料制备得到：橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青、集料，其中，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维的添加量为基质沥青的10～25wt％、0.5～1wt％、1～2wt％，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青的总量为集料的5.2～5.4wt％。本发明具有显著提升沥青温料的抗低温性能的有益效果。

Description

适用于低温环境的沥青混合料

技术领域

本发明涉及沥青混合料改进技术领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于低温环境的沥青混合料。

背景技术

我国疆土面积辽阔，四季分明，因此，大多地区均需要经历寒冷的冬季，尤其是在北方，寒冷时间长，温度低，道路沥青混合料受到严峻的考验，而影响沥青混合料的抗低温性能的关键因素之一是沥青，因此，通过改进沥青的性能，来最终研发出适应低温环境的沥青温合料是可行的。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适用于低温环境的沥青混合料，所述沥青混合料包括以下原料制备得到：

橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青、集料，其中，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维的添加量为基质沥青的10～25wt％、0.5～1wt％、1～2wt％，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青的总量为集料的5.2～5.4wt％。

优选的是，橡胶粉的粒径为小于0.18mm。

优选的是，竹纤维的长度为小于3mm。

优选的是，集料包括小于0.075mm的极细料、位于0.075mm至2.36mm之间的细料、位于2.36mm至14mm之间的粗料。

优选的是，极细料和细料均采用白云岩和/或石灰岩，粗集为采用辉长岩和/或玄武岩。

优选的是，采用废旧橡胶产品制备橡胶粉。

优选的是，所述沥青混合料包括以下步骤制备得到：

步骤一、橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青于180～190℃混合均匀，制得橡胶沥青；

步骤二、将集料与橡胶沥青于160～175℃混合均匀，即得所述沥青混合料。

优选的是，步骤一中，采用高速剪切设备以1500～2000r/min的速度搅拌50min以上。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、通过加入纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉与基质沥青制备得到橡胶沥青，并精准控制其相对用量，可以显著提升沥青的抗温性，采用橡胶沥青制备得到的沥青混合料具有抗低温性能。

第二、橡胶粉采用废旧轮胎、废旧橡胶传送带、废旧橡胶密封圈制备，将废品回收利用，有助于环境保护，且橡胶粉的用量大，即废品处理能力强。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

原料准备：

1、橡胶粉

将回收的废旧橡胶产品(废旧轮胎、废旧橡胶传送带、废旧橡胶密封圈)先粗破碎，然后磨碎至0.18mm以下，得橡胶粉，备用。

2、基质沥青

基质沥青选购标准如表1所示，备用。

表1基质沥青参数

3、集料

选购白云岩、石灰岩、辉长岩、玄武岩等天然集料，配比如表2所示，备用。

表2集料级配

项目	极细料(<0.075mm)	细料(0.075～2.36mm)	粗料(2.35～14mm)
				占比％	20	42	38

4、竹纤维

将购得的竹纤维丝剪切至小于3mm，备用。

<实施例1>

1、按表3配方准备原料：

表3橡胶沥青的配方表

配方号	橡胶粉kg	纳米二氧化硅kg	竹纤维kg	基质沥青kg
					1	5	0.5	1	100
2	10	0.5	1	100
					3	15	0.8	1.6	100
4	20	0.8	1.6	100
					5	25	1	2	100
6	30	0.8	1.6	100
					7	20	0	2.4	100
8	20	2.4	0	100

按表3的配方分别制备得到8组橡胶沥青，制备方法均采用高速剪切机，控制温度180～190℃范围内，混合50min即得。

2、检测8组橡胶沥青的针入度、软化点，结果如表4所示：

表4橡胶沥青检测结果

备注：配方1、配方7、配方8的PI与基质沥青的PI基本相同。

从表4中可以看出，橡胶沥青的PI均大于基质沥青的PI，说明橡胶沥青对温度的敏感性均小于基质沥青，即橡胶沥青的温度稳定性增强，尤其是配方2、3、4、5的橡胶沥青，温度稳定性最强。从软化点数据也可以看出配方2、3、4、5的橡胶沥青得到了显著提升，即橡胶沥青的高温性能显著提升。

从配方7、配方8与配方4比较，可以看出，单独加入橡胶粉和纳米二氧化硅，或者单独加入橡胶粉和竹纤维，其对针入度指数PI和软化度的提升均不显著，因此，纳米二氧化硅和竹纤维应是与橡胶粉三者之间具有同时作用关系，且为相互促进的协同作用，从而显著提升了针入度指数PI和软化度，而基于现有理论的推测，很有可能是纳米二氧化硅在橡胶粉的作用下，附着于竹纤维上，形成毛刺多，不平整度高的纤维体，再与基质沥青结合时，提升了抗温性。

从配方1、6与配方4比较，可以看出纳米二氧化硅和竹纤维过量或过少时，与橡胶粉均未能达到三者互配的关系，说明纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉三者之间形成的共同体的稳定性不强，容易受到外界破坏，因此，在进行橡胶沥青制备时，应严格控制纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉三者的相对含量，否则橡胶沥青的抗温性能会显著降低。

<实施例2>

1、将配方1～8制备的橡胶沥青和基质沥青分别与集料于160～175℃混合均匀，制备得到9组沥青混合料，并分别将9组沥青混合料铺平，然后分别取样，进行马歇尔法试验，控制温度为140～150℃范围内双面击实75次，制得测试样品，每组试验样品包含5件，计算5件的平均值，9组样品的测试结果如表5所示：

表5马歇尔法试验

根据马歇尔法试验可以看出，橡胶沥青对OAC和VMA影响不大。

由配方2～5与基质沥青比较可以看出，流值显著降低，稳定度显著升高，是有利影响，显著提升了沥青混合料的稳定性。

从配方7、8与配方4比较，可以看出与橡胶沥青的软化点的变化趋势相似，说明纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉需要共同作用，才能影响沥青混合料。

从配方1和配方6与配方4比较，可以看出与橡胶沥青的软化点的变化趋势相似，说明纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉三者的相对含量是一个关键因素，否则严重影响沥青混合料的稳定性。

2、9组样品分别进行车辙试验、低温劈裂试验、冻融劈裂试，每组是采用5件平行，结果如表6所示：

表6沥青混合料

从表6中可以看出，配方2～5的沥青混合料的动稳定度相对基质沥青具有显著提升，说明其高温稳定性具有显著提升，配方2～5的沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比TSR和最大弯拉应变相对基质沥青也具有显著提升，说明其适应抗低温性上具有显著提升。

从配方1、6与配方4比较，可以看出与橡胶沥青的软化点的变化趋势相似，说明纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉三者的相对含量不仅影响了橡胶沥青的性能，而且会直接影响沥青混合料的性能，且影响趋势相似，纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉的相对含量需要精准控制，否则严重影响沥青混合料的高温稳定性和抗低温性能。

从配方7、8与配方4比较，可以看出与橡胶沥青的软化点的变化趋势相似，说明纳米二氧化硅、竹纤维、橡胶粉需要共同作用，才能显著影响沥青混合料的高温稳定性和抗低温性能，否则增加的量再多，其提升也非常受限。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (4)

1.适用于低温环境的沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料由以下原料制备得到：

橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青、集料，其中，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维的添加量为基质沥青的10~25 wt%、0.5~1 wt%、1~2 wt%，橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青的总量为集料的5.2~5.4 wt%；

其中，橡胶粉的粒径为小于0.18 mm，竹纤维的长度为小于3 mm；

集料由小于0.075 mm的极细料、位于0.075 mm至2.36 mm之间的细料、位于2.36 mm至14 mm之间的粗料组成；

极细料和细料均采用白云岩和/或石灰岩，粗料采用辉长岩和/或玄武岩。

2.如权利要求1所述的适用于低温环境的沥青混合料，其特征在于，采用废旧橡胶产品制备橡胶粉。

3.如权利要求1~2任一项所述的适用于低温环境的沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料包括以下步骤制备得到：

步骤一、橡胶粉、纳米二氧化硅、竹纤维、基质沥青于180~190℃混合均匀，制得橡胶沥青；

步骤二、将集料与橡胶沥青于160~175℃混合均匀，即得所述沥青混合料。

4.如权利要求3所述的适用于低温环境的沥青混合料，其特征在于，步骤一中，采用高速剪切设备以1500~2000 r/min的速度搅拌50 min以上。