一种适用于花岗岩沥青混合料的改性材料及其制备与应用

1.本发明涉及土木工程材料技术领域，具体为一种适用于花岗岩沥青混合料的改性材料及其制备与应用。


背景技术：

2.沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。由适当比例的各种不同大小颗粒的集料、矿粉和沥青，加热到一定温度后拌和，经摊铺压实而成的路面面层。沥青混合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。
3.现有的沥青路面具有路面平整、驾驶舒适性高、维修方便等优点，但在使用的过程中还是存在着很多的问题，其中水损害是影响沥青路面服役年限最主要的病害之一。沥青路面产生水损害的根源在于沥青与集料之间的粘附强度低，当受到外部环境水的侵蚀时，沥青路面力学性能和抗水稳定性会下降，导致出现车辙、裂缝和坑槽等病害。在沥青混合料中，沥青同集料的界面是沥青混合料中最薄弱的一环。工程实践中经常选用玄武岩、石灰岩等碱性集料改善与沥青粘附性，但随着优质的碱性集料紧缺，部分工程处于不得不使用酸性集料的实际情况。花岗岩等酸性集料与沥青粘附性差，沥青路面更易发生水损害。针对以上问题，目前主要的技术途径是采用抗剥落剂提高花岗岩等酸性集料与沥青与的粘附性。市售的抗剥落剂主要有两类，即以消石灰、水泥等无机抗剥落剂和胺类、非胺类等有机抗剥落剂。随着国家双碳战略的实施，无机抗剥落剂的价格在不断上涨，影响了其进一步的使用，而有机类抗剥落剂成本高，且遇热易分解，在集料表面也仅仅发生物理吸附，对沥青混合料的长期水稳效果提升较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于花岗岩沥青混合料的改性材料及其制备与应用，以解决上述背景技术提出的目前市场上沥青混合料中的碱性集料紧缺，而花岗岩等酸性集料与沥青粘附性差，导致沥青混合料水稳定效果差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于花岗岩沥青混合料的改性材料，包括沥青混合料和适用于花岗岩沥青混合料的改性材料，所述的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料由玻璃灰、赤泥、热熔胶粉和水溶性硅酸盐组成，该改性材料由以下组分组成：玻璃灰40.0％～60.0wt％，赤泥30.0％～50.0wt％，热熔胶粉2.0％～10.0wt％，水溶性硅酸盐5.0％～10.0wt％。
6.优选的，所述的玻璃灰为玻璃厂的除尘灰，其中二氧化硅含量大于60.0wt％、碳酸钾和碳酸钠含量大于15.0wt％、氧化钙含量大于15.0wt％。
7.优选的，所述的赤泥为烧结法赤泥或联合法赤泥的一种或混合。
8.优选的，所述的热熔胶粉为50-100目的乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末，熔点为80℃。
9.优选的，所述的水溶性硅酸盐为粉状速溶硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂中的其中一种或混合。
10.本发明还提供了上述的适用于花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法，包括如下步骤：
11.(1)将玻璃灰和赤泥分别置于100℃-105℃处干燥去除其中的水分；
12.(2)将干燥后的玻璃灰和赤泥按上述的比例共混，并用球磨机粉磨，得到粉体混合物；
13.(3)将步骤(2)的粉体混合物与热熔胶粉胶粉和水溶性硅酸盐按权上述的比例混匀，即得到适用于花岗岩沥青混合料的改性材料。
14.(4)所述步骤(2)中的粉体混合物细度达到0.075mm，通过率为90％。
15.本发明提供了一种花岗岩沥青混合料，所述的沥青混合料在制备过程中掺入上述的改性材料，其掺入量占沥青混合料材料总质量的2-5wt％；沥青混合料中所用的沥青为sbs改性沥青；所用的填料为石灰岩矿粉；所用的集料为花岗岩集料。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)该适用于花岗岩沥青混合料的改性材料利用玻璃灰和赤泥复配磨细的共混物中粉体材料组分协同作用，同时利用最紧密堆积原理，使整个粉料体系具有较好的微集料填充效应，可以显著提高沥青混合料的力学性能。
17.(2)该适用于花岗岩沥青混合料的改性材料利用玻璃灰和赤泥复配磨细的共混物中碱性成分能与沥青中的酸性基团发生化学反应，提高花岗岩酸性集料与沥青的粘附性能，改善沥青混合料的抗水稳性能。
18.(3)该适用于花岗岩沥青混合料的改性材料利用热熔胶粉在高温情况变为流动且具有一定粘性的粘合剂的特性，增加了提高花岗岩酸性集料与沥青的粘附性能；而水溶性硅酸盐能与玻璃灰和赤泥中碱发生水化作用，生成具有水硬的胶凝材料，增大花岗岩集料间的粘结面积，提高沥青混合料整体的粘附性能。
19.(4)该适用于花岗岩沥青混合料的改性材料利用玻璃灰和赤泥等工业固废材料作为改性材料的主要原料，将其大规模应用于沥青路面建设中，实现了工业固废资源化合理利用，降低工程造价的同时保护了环境。
具体实施方式
20.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1
22.本发明提供一种技术方案：一种适用于花岗岩沥青混合料的改性材料，包括沥青混合料和适用于花岗岩沥青混合料的改性材料，所述的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料由玻璃灰、赤泥、热熔胶粉和水溶性硅酸盐组成，该改性材料由以下组分组成：玻璃灰50.0wt％，赤泥40.0wt％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末5.0wt％，粉状速溶硅酸钠5.0wt％。
23.所述花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法包括以下步骤：(1)将玻璃灰和赤泥
分别置于100℃-105℃处干燥去除其中的水分；(2)将干燥后的玻璃灰和赤泥按上述的比例共混，并用球磨机粉磨，得到粉体混合物，粉体混合物细度达到0.075mm，通过率为90％；(3)将步骤(2)的粉体混合物与热熔胶粉胶粉和水溶性硅酸盐按上述的比例混匀，即得到适用于花岗岩沥青混合料的改性材料；利用玻璃灰和赤泥复配磨细的共混物作为主要材料，并混入一定量的热熔胶粉和水溶性硅酸盐作为辅助粘附与激发，可明显提高沥青与集料的粘附性能，玻璃灰为玻璃厂的除尘灰，其中二氧化硅含量大于60.0wt％、碳酸钾和碳酸钠含量大于15.0wt％、氧化钙含量大于15.0wt％，赤泥为烧结法赤泥或联合法赤泥的一种或混合，通过玻璃灰和赤泥等工业固废材料，实现了工业固废资源化合理利用，降低工程造价的同时保护了环境，势必能进一步推动我国沥青路面工程建设的发展，热熔胶粉为50-100目的乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末，熔点为80℃，水溶性硅酸盐为粉状速溶硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂中的其中一种或混合，改性材料应用于花岗岩沥青混合料中，可明显提高沥青与集料的粘附性能，所制备的花岗岩沥青混合料具有优异的力学性能和抗水稳定性能，并具有优异的节能环保特性，可有效降低工程造价，提高经济效益，具有广泛的应用前景。
24.实施例2
25.本实施例中所提供的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料的组成：玻璃灰40.0wt％，赤泥50.0wt％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末4.0wt％，粉状速溶硅酸钠6.0wt％。
26.所述花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法同实施例1。
27.实施例3
28.本实施例中所提供的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料的组成：玻璃灰60.0wt％，赤泥30.0wt％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末2.0wt％，粉状速溶硅酸钠8.0wt％。
29.所述花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法同实施例1。
30.实施例4
31.本实施例中所提供的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料的组成：玻璃灰45.0wt％，赤泥40.0wt％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末5.0wt％，粉状速溶硅酸钠10.0wt％。
32.所述花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法同实施例1。
33.实施例5
34.本实施例中所提供的适用于花岗岩沥青混合料的改性材料的组成：玻璃灰40.0wt％，赤泥45.0wt％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚热熔树脂粉末5.0wt％，粉状速溶硅酸钠10.0wt％。
35.所述花岗岩沥青混合料改性材料的制备方法同实施例1。
36.实施例6～10
37.将实施例1～5的花岗岩沥青混合料改性材料分别用于制备沥青混合料，所述的沥青混合料级配采用ac-20的偏下限型级配，集料采用花岗岩，沥青胶浆采用的沥青是sbs改性沥青，所用的填料为石灰岩矿粉，其中沥青混合料的油石比为4.3％。
38.按照表1的级配设计进行制备，使用实施例1～5的花岗岩沥青混合料改性材料分别制备得到沥青混合料，实施例1～5分别依次对应实施例6～10。
39.具体地，在实施例6～10中，所述花岗岩沥青混合料改性材料的使用量为沥青混合料总质量的3.0％wt。
40.表1ac-20花岗岩沥青混合料级配
41.筛孔尺寸/mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.075通过率/％10095.378.965.850.528.721.917.312.58.95.1
42.本试验例针对实施例6～10的沥青混合料的性能进行测试，具体如下：未掺改性材料的花岗岩沥青混合料1#与实施例6～10的沥青混合料的浸水马歇尔试验和冻融劈裂强度比试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)进行，各项测试结果详见表2。
43.表2沥青混合料浸水稳定度试验及冻融劈裂试验结果
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从表2试验结果可以看出，实施例6～10的花岗岩沥青混合料浸水残留稳定度均在87％以上，一次冻融劈裂试验强度比在84％左右，较不掺改性材料的花岗岩沥青混合料性能有显著的提高，证实本发明所述的花岗岩沥青混合料改性材料具有提高基质沥青和集料之间粘附性的效果，所制备的改性花岗岩沥青混合料具有优异的力学性能和抗水稳定性能。
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尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。