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CN112521055A - 一种沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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CN112521055A CN202011417923.9A CN202011417923A CN112521055A CN 112521055 A CN112521055 A CN 112521055A CN 202011417923 A CN202011417923 A CN 202011417923A CN 112521055 A CN112521055 A CN 112521055A
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Abstract

本申请涉及混凝土制备的技术领域，具体公开了一种沥青混凝土及其制备方法。沥青混凝土包括碎石、石屑、矿粉、沥青、其中，矿粉包括粉煤灰、石灰石和远红外陶瓷粉；其制备方法为：将碎石和石屑混合均匀加热后投入至加热的沥青中搅拌，并在搅拌完成的沥青混凝土预拌料加入矿粉，搅拌均匀即可得到本申请的沥青混凝土。本申请的沥青混凝土由于采用了一定配比的粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉相互配合，共同作用，减少沥青混凝土路面对太阳光能量的吸收，减少路面的持续升温，并且使得沥青混凝土具有温度稳定性和较强的锁结力，增强沥青混凝土的耐候性能，减少了由于温度影响导致出现裂缝、凹陷及剥落等现象。

Description

一种沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种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，与一定比例的沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。
然而，发明人在对近年来铺设的沥青混凝土路面进行现状调查时发现，部分沥青混凝土路面出现裂缝、凹陷及剥落等现象，使得沥青混凝土路面的耐久性差，并且大部分的沥青混凝土均需要需要进行裂缝修复等维护，增加经济成本；并且严重可能会影响到车辆运行的安全性，并导致交通安全事故的发生。
发明内容
为了提高沥青混凝土路面的耐久性，本申请提供一种沥青混凝土制备方法。
第一方面，本申请提供一种沥青混凝土，采用如下的技术方案：
一种沥青混凝土制备方法，其特征在于：按重量份计包含以下原料：
碎石400-600份
石屑150-230份
矿粉30-80份
沥青15-40份
其中，矿粉包括粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉，且粉煤灰、石灰石粉与远红外陶瓷粉的重量份之比为1：(6-10)：(15-20)。
发明人对沥青混凝土进行研究时发现，沥青混凝土发生断裂、凹陷及剥落等现象，大部分原因是由于沥青的特性造成的。沥青在长期太阳光照即温度较高的情况下，表现出塑性流动；而在寒冷的天气即温度较低的情况下，表现为质硬和质脆。然而，发明人在对沥青混凝土进行研究时发现，不添加矿粉的沥青混凝土在一段时间使用后，相比于添加了矿粉的沥青混凝土路面更容易发生断裂，因而发明人推测沥青混凝土的耐久性与矿粉相关。综上，发明人从矿粉入手，寻找能够提高沥青混凝土性能的材料，对沥青混凝土进行耐久性进行研究。
由于通过采用上述技术方案，采用碎石、石屑、矿粉等作为沥青混凝土的主要骨料，再配合沥青，可使得本申请的沥青混凝土制得的路面耐久性强。其中，矿粉选用粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉，此三种粉末与沥青形成胶结料，具有较强的粘结力。粉煤灰，其珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50％-80％，具有较强的吸水性能。粉煤灰作为矿粉的主要成分之一，优异的吸水性能使得沥青混凝土在温度较高时可以将内部储蓄的水分蒸发释放，对沥青混凝土进行降温；由于沥青混凝土常常为黑色，对太阳光的吸收量高，进而导致沥青混凝土的温度上升。而远红外陶瓷粉，能够辐射出比正常物体更多的远红外线。发明人在对沥青混凝土用矿粉的种类进行选择时，发现远红外陶瓷粉高温条件下与沥青融合之后，能够减缓沥青混凝土温度的上升，减少吸收的能量，推测原因是远红外陶瓷粉在辐射远红外线时，将太阳光一并进行反射，进而减少温度对沥青混凝土的影响；石灰石粉具有一定的立体空间结构，且分散性能好，与粉煤灰和远红外陶瓷粉的配合，增加矿粉在沥青混凝土内部的分散性。
同时粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉颗粒颗粒之间存在较大的内摩擦阻力，加强了沥青混凝土集料之间的锁结力。粉煤灰、石灰石粉表面积大使沥青材料形成薄膜，提高了沥青混凝土的粘结强度及温度稳定性。粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉相互配合，共同作用，减少沥青混凝土路面对太阳光能量的吸收，减少路面的持续升温，并且使得沥青混凝土具有温度稳定性和较强的锁结力，增强沥青混凝土的耐候性能和耐久性能，减少了由于温度影响导致出现裂缝、凹陷及剥落等现象。
优选的，所述粉煤灰、石灰石粉与远红外陶瓷粉的重量份之比为1：(6-8)：(18-20)。
通过采用上述技术方案，经过发明人的多次试验，粉煤灰、石灰石粉与远红外陶瓷粉在该比例范围下，三者之间的配合效果较佳，表现为优异的耐候性能，进一步增强沥青混凝土的耐候性。
优选的，所述粉煤灰和石灰石粉的粒径小于75μm。
通过采用上述技术方案，粒径范围小于75μm的粉煤灰和石灰石粉，使得这两种矿粉颗粒具有巨大的表面积，进一步提高了沥青混凝土集料之间粘结强度。
优选的，所述远红外陶瓷粉的粒径为0.1-1mm。
通过采用上述技术方案，经过多次试验得出，粒径范围在0.1-1mm之内的远红外陶瓷粉对减缓沥青混凝土温度的上升效果明显。
优选的，所述碎石包括粗碎石、中碎石和细碎石，其中粗碎石、中碎石和细碎石的粒径如下：
粗碎石的粒径范围为11-17mm；
中碎石的粒径范围为7-11mm；
细碎石的粒径范围为4-7mm；
优选的，所述粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比为1：1.8-2：1-1.5。
通过采用上述技术方案，不同粒径的碎石作为沥青混凝土的骨料，骨料之间的间隙小，使得压制而成的沥青混凝土路面密实度高，增强沥青混凝土的结构骨架强度，有利于延长沥青混凝土的耐久性。
优选的，还包括增韧剂，所述增韧剂占沥青混凝土的总量的1-3wt％。
优选的，所述增韧剂包括橡胶粉末。
通过采用上述技术方案，橡胶粉末作为增韧剂，具有较强的粘接性能，且当增韧剂占沥青混凝土的总量的1～3wt％时，粘接性能优异。橡胶粉末内部存在一定的化学作用力，进而形成了对物质的胶粘作用，而将橡胶粉末作为作为沥青混凝土的助剂，与沥青之间形成复配增效作用，提高了沥青混凝土骨料之间的粘接力，减少沥青混凝土发生断裂的现象，有利于延长沥青混凝土的耐久性。
第二方面，本申请提供一种沥青混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：包括如下步骤：
S1：将碎石和石屑混合，并加热到200-230℃；
S2：将沥青加热至180-200℃，加入增韧剂，搅拌；
S3：将S1中加热至规定温度的骨料和至S2中加热至规定温度的沥青加入搅拌容器中，搅拌时间60-100s，得沥青混凝凝土预拌料；
S4：往S3中搅拌完成的沥青混凝凝土预拌料加入矿粉，搅拌50-80s。
通过采用上述技术方案，将碎石、石屑和沥青、增韧剂等材料分别进行加热后，进行混合即可得到本申请耐久性能好的混凝土，生产工艺简单，方便施工工程的大量生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用同时粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉作为矿粉，颗粒之间存在较大的内摩擦阻力，加强了沥青混凝土集料之间的锁结力。矿粉在沥青材料形成薄膜，提高了沥青混凝土的粘结强度及温度稳定性。矿粉之间相互配合，减少沥青混凝土路面对太阳光能量的吸收，减缓路面的持续升温，增强沥青混凝土的耐候性能和耐久性能，减少了由于温度影响导致出现裂缝、凹陷及剥落等现象；
2、本申请中通过增加了增韧剂，提高了沥青混凝土骨料之间的粘接力，减少沥青混凝土发生断裂的现象，有利于延长沥青混凝土的耐久性；
3、本申请的方法，将碎石、石屑和沥青、增韧剂等材料分别进行加热后，混合即可得到本申请耐久性能好的混凝土，生产工艺简单，方便施工工程的大量生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
下述实施例部分原料来源如表1所示：
原料名称 型号 原料来源
碎石 黑色砾石1-2 英德市铭富园林有限公司
远红外陶瓷粉 A641 灵寿县振英矿产品加工厂
石灰石粉 YW0001 江阴永旺化工有限公司
粉煤灰 FMH 灵寿县垚鑫矿产品加工
橡胶粉末(丁腈橡胶) GM50 靖江市广胜橡塑材料厂
沥青 10# 济南辰弗化工有限公司
原料处理：碎石分筛：采用碎石振动筛将碎石筛分为粗碎石中碎石和细碎石。其中，粗碎石的粒径范围为11-17mm；中碎石的粒径范围为7-11mm；细碎石的粒径范围为4-7mm。
实施例1
一种沥青混凝土，包括以下原料：碎石、石屑、矿粉和沥青，其中，碎石包括粗碎石、中碎石和细碎石，粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比是1：1.9：1.25；矿粉包括粒径为0.1mm粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉，粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉的重量份之比是1：6：20，通过如下步骤制备获得：
S1：在骨料计量称中进行材料配比，称取将12kg的粗碎石、22.9kg的中碎石、15.1kg的细碎石进行和15kg石屑，并在燃烧器中进行加热，加热到200℃；
S2：将沥青加热至200℃；
S3：将S1中加热至规定温度的骨料和至S2中加热至规定温度的沥青同时加入搅拌缸中进行搅拌，搅拌时间60s，得沥青混凝凝土预拌料；
S4：往S3中搅拌完成的沥青混凝凝土预拌料加入0.3kg粉煤灰、1.8kg石灰石粉与5.9kg远红外陶瓷粉的矿粉，搅拌50s。
实施例2
一种沥青混凝土，包括以下原料：碎石、石屑、矿粉和沥青，其中，碎石包括粗碎石、中碎石和细碎石，粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比是1：2：1.5；矿粉包括粒径为0.1mm粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉，粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉的重量份之比是1：8：18，通过如下步骤制备获得：
S1：在骨料计量称中进行材料配比，称取将8.9kg粗碎石、17.8kg的中碎石、13.3kg的细碎石进行和23kg石屑，并在燃烧器中进行加热，加热到220℃；
S2：将沥青加热至180℃；
S3：将S1中加热至规定温度的骨料和至S2中加热至规定温度的沥青同时加入搅拌缸中进行搅拌，搅拌时间80s，得沥青混凝凝土预拌料；
S4：往S3中搅拌完成的沥青混凝凝土预拌料加入0.2kg粉煤灰、1.5kg石灰石粉与3.3kg远红外陶瓷粉的矿粉，搅拌80s。
实施例3
一种沥青混凝土，包括以下原料：碎石、石屑、矿粉和沥青，其中，碎石包括粗碎石、中碎石和细碎石，粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比是1：1.8：1；矿粉包括粒径为0.1mm粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉，粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉的重量份之比是1:10:15，通过如下步骤制备获得：
S1：在骨料计量称中进行材料配比，称取15.8kg粗碎石、28.4kg的中碎石、15.8kg的细碎石进行和19.5kg石屑，并在燃烧器中进行加热，加热到230℃；
S2：将沥青加热至190℃；
S3：将S1中加热至规定温度的骨料和至S2中加热至规定温度的沥青同时加入搅拌缸中进行搅拌，搅拌时间100s，得沥青混凝凝土预拌料；
S4：往S3中搅拌完成的沥青混凝凝土预拌料加入0.1kg粉煤灰、1.2kg石灰石粉与1.7kg远红外陶瓷粉的矿粉，搅拌70s。
实施例4
本实施例与实施2的区别在于，S3中粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉的添加量分别为0.2kg、1.3kg、3.5，粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉重量份之比是1：7：19。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于，矿粉中的粉煤灰与石灰石粉的粒径为0.075mm。
实施例6
本实施例与实施例2的区别在于，矿粉中的粉煤灰与石灰石粉的粒径为0.06mm。
实施例7
本实施例与实施例5的区别在于，矿粉中的远红外陶瓷粉的粒径为0.5mm。
实施例8
本实施例与实施例5的区别在于，矿粉中的远红外陶瓷粉的粒径为1mm。
实施例9
本实施例与实施例7的区别在于，原料中碎石均采用粗碎石。
实施例10
本实施例与实施例7的区别在于，原料中碎石均采用细碎石。
实施例11
本实施例与实施例7的区别在于，原料碎石中，粗碎石、中碎石和细碎石的添加量为10kg、10kg、20，粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比是1：1：2。
实施例12
本实施例与实施例7的区别在于，还包括增韧剂，在本申请实施例中，增韧剂选用橡胶粉末，质量为0.4kg，S2中，将沥青加热至180℃后，将0.4kg橡胶粉末加入热沥青液中，搅拌均匀。
实施例13
本实施例与实施例12的区别在于，本实施例中橡胶粉末的添加量为0.8kg。
实施例14
本实施例与实施例12的区别在于，本实施例中橡胶粉末的添加量为1.2kg。
对比例1
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为铁矿粉，其他均与实施例2保持一致。
对比例2
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为石灰石粉，其他均与实施例2保持一致。
对比例3
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为粉煤灰，其他均与实施例2保持一致。
对比例4
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为远红外陶瓷粉，其他均与实施例2保持一致。
对比例5
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为粉煤灰和远红外陶瓷粉，粉煤灰和远红外陶瓷粉的添加量为0.2kg和3.3kg，其他均与实施例2保持一致。
对比例6
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为石灰石粉和远红外陶瓷粉，石灰石粉和远红外陶瓷粉的添加量为1.5kg和3.3kg，其他均与实施例2保持一致。
对比例7
与实施例2的区别在于，本对比例原料中，矿粉为石灰石粉和粉煤灰，石灰石粉和粉煤灰的添加量为1.5kg和0.2kg，其他均与实施例2保持一致。
性能检测试验
试验样品：采用实施例1-14中获得的沥青混凝土作为试验样品1-14，采用对比例1-2中获得的沥青混凝土作为对照样品1-2。
试验方法：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的规定对试验样品1-14和对照样品1-2进行基本性能检测，检测结果如下：
表2沥青混凝土进行基本性能检测表：
Figure BDA0002819180640000071
结合样品1-3和对照样品1，并结合从表2数据可以看出，相比于添加铁矿粉做为矿粉的材料，本申请添加了选用的矿粉的沥青混凝土针入度和软化点均提高，并且具有更大的马歇尔稳定度。试验结果表明，本申请的沥青混凝土选用了粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷作为矿粉可提高沥青的性能，从而可减少沥青混凝土路面的断裂。
结合样品1-3和对照样品2-7，并结合从表2数据可以看出，选用了粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷作为矿粉时，沥青的针入度和软化点均较对照样品2-7提高，密实度也有一定程度的提高，并且马歇尔稳定度比对照样品2-7大，这说明粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷之间形成复配，矿粉颗粒之间的相互作用力使得沥青混凝土内部具有较强的锁结力，减少了出现裂缝及剥落等现象，实验数据表明了粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷复配之后提升了沥青混凝土的基本性能。
结合样品5-8和样品2、样品9-11和样品7，并结合从表2数据可以看出，矿粉中，粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉的粒径对沥青混凝土的性能有一定的影响，粒径越小时，沥青混凝土的的密实度更高。适当粒径的矿粉使得沥青混凝土具有更高的马歇尔稳定度，说明沥青混凝土体系相互作用和整体性加强，从而可改善沥青混凝土的高温稳定性和改善低温抗裂性，减少温缩裂缝的产生，减缓反射裂缝的延展。并且采用粒径均匀且大小不同的碎石作为沥青混凝土的骨料，提高了沥青混凝土的密实性，减小了孔隙率，这说明骨料之间相互作用力强，提升沥青混凝土的整体强度，进而减少了裂缝的产生。
结合样品12-14和样品7，并结合从表2数据可以看出，添加了橡胶粉末后，提高了沥青混凝土马歇尔稳定度，这说明橡胶粉末与沥青相互配合、相互作用，加强了沥青混凝土体系之间的韧性，提升了沥青混凝土的整体强度，增强了沥青混凝土路面的抗裂性。
2、沥青混凝土车辙试验(高温稳定性检验)
试验方法：按照规定方法(T 0719-2011)对样品和对比样品进行车辙试验，将沥青混凝土制成板块试样尺寸长300mm、宽300mm、厚50-10mm的板块状试件在试验温度60℃下，用轮压为0.7Mpa的实新轮胎进行试验。试验轮在板块试样上行走220-250mm，往返碾压速度42次/min，进行3次碾压实验，取平均值作为试验数据，试验结果如表3所示。
表3沥青混凝土高温稳定性检验数据表：
Figure BDA0002819180640000081
Figure BDA0002819180640000091
结合样品1-3和对照样品1-7，并结合从表3数据可以看出，添加粉煤灰、石灰石粉、远红外陶瓷粉中的一种或两种作为矿粉时，相比于采用铁矿粉作为矿粉，沥青混凝土的车辙稳定度数明显提高。并且当采用粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉三者作为矿粉时，沥青混凝土的车辙稳定度数提高得较为明显，这说明矿粉的沥青混凝土与沥青之间形成复配作用，各物质之间的相互作用表现为提高了沥青混凝土的车辙稳定度数，进而提高了高温稳定性，从而可减少沥青混凝土路面的开裂。
结合样品5-8和样品2、并结合从表3数据可以看出，矿粉中，粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉的粒径对沥青混凝土的车辙稳定度数有一定的影响，石灰石和粉煤灰的粒径在0.075mm时，表现出优异的车辙稳定度，即具有较好的高温稳定性性能
结合样品9-11和样品7，并结合从表3数据可以看出，单一粒径的骨料会影响沥青混凝土的车辙稳定度，采用粒径均匀且大小不同的碎石作为沥青混凝土的骨料，车辙稳定度数高，推测其原因，是因为由于粒径单一，在与沥青进行混合压实形成沥青混凝土路面时，骨料之间的间距较大，经过试验轮倾轧时，骨料之间发生相互靠近的运动，导致车辙稳定度数较样品7稍有上升，进而增加了裂缝的产生可能，同时也说明采用粒径均匀且大小不同的碎石作为沥青混凝土的骨料，车辙稳定度数高，高温稳定性高。
结合样品12-14和样品7，并结合从表2和表3数据可以看出，添加了橡胶粉末后，密实度稍有下降，但车辙稳定度数提高，这表明橡胶粉末极大增强了骨料之间的韧性，粘接强度，使得在经过试验轮倾轧时，表现出优异的车辙稳定度数。
3、低温弯曲破坏试验
实验方法：按照规定方法(JTJ052-2000)沥青混凝土试件制作方法用轮碾法成型制作长250mm、宽300mm、厚35mm的棱柱形试件，每个样品试件均为3个，进行进行低温弯曲破坏试验，取平均值作为试验数据，试验结果如表4所示。
表4沥青混凝土低温弯曲破坏试验数据表：
Figure BDA0002819180640000092
Figure BDA0002819180640000101
结合样品1-3和对照样品1-7结合从表4数据可以看出，添加粉煤灰、石灰石粉、远红外陶瓷粉中的一种或两种作为矿粉时，相比于采用铁矿粉作为矿粉，沥青混凝土的低温弯曲破坏应变系数提高。并且当采用粉煤灰、石灰石粉及远红外陶瓷粉三者作为矿粉时，沥青混凝土的低温弯曲破坏应变系数提高得较为明显，这说明矿粉的沥青混凝土与沥青之间形成复配作用，各物质之间的相互作用表现为提高了沥青混凝土的低温抗裂性，进而提高了低温稳定性，从而可减少沥青混凝土路面的开裂。
结合样品9-11和样品7，并结合从表4数据可以看出，单一粒径的骨料会影响沥青混凝土的低温弯曲破坏应变系数，原因可能是由于碎石之间的间距较大，低温条件下，骨料之间发生收缩，导致裂缝的产生；而碎石粒径范围分别粗碎石、中碎石和细碎石，且矿粉和沥青均匀分散与碎石之间，骨料之间的空间较小，碎石之间存在相互作用力，低温弯曲破坏应变系数提高，进而提高了低温抗裂性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种沥青混凝土制备方法，其特征在于：按重量份计包含以下原料：
碎石400-600份
石屑150-230份
矿粉30-80份
沥青15-40份
其中，矿粉包括粉煤灰、石灰石粉和远红外陶瓷粉，且粉煤灰、石灰石粉与远红外陶瓷粉的重量份之比为1：（6-10）：（15-20）。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：所述粉煤灰、石灰石粉与远红外陶瓷粉的重量份之比为1：（6-8）：（18-20）。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：所述粉煤灰和石灰石粉的粒径小于75μm。
4.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：所述远红外陶瓷粉的粒径为0.1-1mm。
5.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：所述碎石包括粗碎石、中碎石和细碎石，其中粗碎石、中碎石和细碎石的粒径如下：
粗碎石的粒径范围为11-17mm；
中碎石的粒径范围为7-11mm；
细碎石的粒径范围为4-7mm；
其中，所述粗碎石、中碎石和细碎石的重量份之比为1：1.8-2：1-1.5。
6.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：还包括增韧剂，所述增韧剂占碎石的总量的1-3wt%。
7.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土，其特征在于：所述增韧剂包括橡胶粉末。
8.一种沥青混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将碎石和石屑混合作为沥青混凝土的骨料，并加热到200-230℃；
S2：将沥青加热至180-200℃，加入增韧剂，搅拌；
S3：将S1中加热至规定温度的骨料和至S2中加热至规定温度的沥青加入搅拌容器中，搅拌时间60-100s，得沥青混凝凝土预拌料；
S4：往S3中搅拌完成的沥青混凝土预拌料加入矿粉，搅拌50-80s。
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