一种矿物纤维改性沥青混凝土及其制备方法与流程

本发明属于沥青混凝土，涉及一种矿物纤维改性沥青混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济和交通运输业的发展，交通量日益增加，对公路的建设要求日益严苛，大多数高等级公路采用沥青路面，在使用几年后就会出现较为严重的病害问题，其中水损害、高温变形及车辙问题最为普遍。路面病害的存在破坏了路面结构的整体强度，严重危害到高速行驶中车辆的安全性和舒适性，同时还大大缩短了沥青道路的使用寿命。

2、目前解决路面病害最常用的方法有三种：级配改进、沥青改性以及在沥青混凝土中加入纤维。加入纤维能有效提高沥青混凝土的抗车辙、抗水损等能力，且施工方便快捷。目前主要用于改性沥青的纤维包括木质素纤维、聚酯纤维，木质素纤维具有较好的吸油性，在沥青中相容性较其它纤维更好，但是吸水率太高，不耐高温，且纤维几乎没有拉伸强度，加筋加强作用十分薄弱；聚酯纤维的延伸率较高，但是因其表面光滑，与沥青的粘结度不好，又因其熔点较低，拌和时极易熔化或受损。

3、玄武岩纤维的原料为天然玄武岩矿石，在1500℃左右高温条件下熔融后快速拉制而成。与传统木质素纤维、有机纤维相比，具有更高的抗拉强度和模量，力学性能更为优异，耐高温性能好，可弥补有机纤维耐高温性能差的缺点，其价格低于碳纤维，性价比较高，且抗老化性能好，可再生利用，属于新型环保型纤维。随着生产技术的不断提高，玄武岩纤维质量越来越好，且已实现产业化生产。玄武岩纤维性能优异，具有广阔的应用前景，其在沥青混合料中的应用目前已成为一个研究热点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种矿物纤维改性沥青混凝土及其制备方法。通过改性玄武岩纤维，提高玄武岩纤维与沥青之间的粘结度，发挥玄武岩纤维的增强、增粘及增弹作用。

2、本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：

3、一种矿物纤维改性沥青混凝土，包括沥青、集料、矿粉和改性玄武岩纤维。

4、优选地，所述改性玄武岩纤维包括50～100份玄武岩纤维、0.8～3重量份硅烷偶联剂以及0.5～5重量份橡胶，硅烷偶联剂位于玄武岩纤维表面，橡胶位于硅烷偶联剂表面。

5、优选地，所述硅烷偶联剂选自kh550、kh560、kh570、kh792、dl602、dl171中的一种或几种。

6、优选地，所述橡胶为丁苯橡胶(sbr)、丁腈橡胶(nbr)、丁基橡胶(iir)、三元乙丙橡胶(epdm)中的一种或多种。

7、优选地，所述改性玄武岩纤维还包括交联剂和硫化助剂。

8、优选地，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：

9、将硅烷偶联剂溶于水和/或醇中形成硅烷偶联剂溶液，加入玄武岩纤维，搅拌反应10～100min，晾干后，继续60～120℃下干燥得到硅烷偶联剂改性玄武岩纤维；

10、将橡胶溶解于有机溶剂中得到橡胶溶液，加入交联剂和硫化助剂，然后加入硅烷偶联剂改性玄武岩纤维，搅拌反应10～100min，烘干去除溶剂得改性玄武岩纤维。

11、在上述改性玄武岩纤维的制备方法中，优选地，硅烷偶联剂溶液的浓度为2～15wt％；硅烷偶联剂溶于水和醇时，水与醇的质量比为1:2～1:5，醇可以为甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇等。

12、在上述改性玄武岩纤维的制备方法中，优选地，有机溶剂不做特别限制，只有能溶解橡胶的有机溶剂皆可，可以列举为甲苯、环己烷、环戊烷、庚烷等。优选地，橡胶溶液的浓度为1～10wt％。优选地，交联剂的质量为橡胶质量的1～3wt％，硫化助剂的质量为橡胶质量的0.5～2wt％。

13、在上述改性玄武岩纤维的制备方法中，优选地，硫化助剂为2-巯基苯并噻唑(m)、二硫化四甲基秋兰姆(tmtd)、一硫化四甲基秋兰姆(tmtm)、三烯丙基异氰脲酸酯(taic)中的一种或多种。交联剂为过氧化二苯甲酰(bpo)、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(dbpmh)、1，1-双(叔丁基过氧基)环己烷、过氧化二异丙苯(dcp)、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧基-3-己炔、1，1-二叔丁基过氧基-3，3，5-三甲基环己烷中的一种或多种。

14、优选地，所述矿物纤维改性沥青混凝土中，沥青的含量为4～6wt％、集料的含量为88～94.8wt％、矿粉的含量为1～5wt％以及改性玄武岩纤维的含量为0.2～0.7wt％。

15、所述集料可以是石灰石、玄武岩、安山岩、花岗岩集料中的一种或几种。所述矿粉为由矿石研磨而成。

16、所述集料和矿粉统一称为矿料，矿料进行级配后应用于本发明的沥青混凝土中。

17、本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：

18、一种矿物纤维改性沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

19、集料和矿粉烘干后，按照级配称量；

20、将集料加热至170～200℃，然后加入至预热为170～200℃的搅拌机中；

21、将预热至150～170℃的改性玄武岩纤维加入至搅拌机中；

22、随后将预热至150～170℃的沥青，按照配比用量加入至搅拌机中，搅拌60～180s；

23、再将预热至170～200℃的矿粉加入搅拌机中，搅拌60～180s；

24、将混合料置于160～190℃下养育40～120min，得矿物纤维改性沥青混凝土。

25、玄武岩纤维与沥青的相容性、粘结度还有待改善。本发明通过在玄武岩纤维表面结合硅烷偶联剂，然后再用橡胶均匀包覆在硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维表面，得到改性玄武岩纤维。在矿物纤维改性沥青混凝土的制备过程中，改性玄武岩纤维表面的橡胶在交联剂和硫化助剂的作用以及高温下发生动态硫化，橡胶的分子链一方面与玄武岩纤维表面的硅烷偶联剂相互作用，另一方面与沥青形成互锁结构，从而在玄武岩纤维与沥青之间引入一层与两者均具有牢固结合的高分子化合物，有利于玄武岩纤维与沥青之间形成较强的粘结性。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、1、本发明通过一种特殊方法制备得到改性玄武岩纤维，以该改性玄武岩纤维应用于沥青混凝土中，在显著提高沥青混凝土的高温抗车辙性能的同时对沥青混合料的低温性能和水稳定性能有较大提高。

28、2、本发明通过在玄武岩纤维表面结合硅烷偶联剂，然后再用橡胶均匀包覆在硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维表面，同时加入交联剂和硫化助剂，得到改性玄武岩纤维，改性玄武岩纤维在高温下动态硫化，有利于玄武岩纤维与沥青之间形成较强的粘结性。

29、3、本发明的改性玄武岩纤维作为增强材料加入沥青混凝土中，发挥其高抗拉强度、高弹性模量的优异力学特性，使沥青混凝土的综合路用性能得到改善；对于解决特殊路段的路面病害，延长使用寿命，节约养护与维修资金十分有益。

技术特征：

1.一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述矿物纤维改性沥青混凝土包括沥青、集料、矿粉和改性玄武岩纤维。

2.根据权利要求1所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述改性玄武岩纤维包括50～100份玄武岩纤维、0.8～3重量份硅烷偶联剂以及0.5～5重量份橡胶，硅烷偶联剂位于玄武岩纤维表面，橡胶位于硅烷偶联剂表面。

3.根据权利要求2所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自kh550、kh560、kh570、kh792、dl602、dl171中的一种或几种；

4.根据权利要求2所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述改性玄武岩纤维还包括交联剂和硫化助剂。

5.根据权利要求4所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，硫化助剂为2-巯基苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆、一硫化四甲基秋兰姆、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或多种；

6.根据权利要求1～5任一所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，硅烷偶联剂溶液的浓度为2～15wt％；

8.根据权利要求6所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，交联剂的质量为橡胶质量的1～3wt％，硫化助剂的质量为橡胶质量的0.5～2wt％。

9.根据权利要求1所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土，其特征在于，所述矿物纤维改性沥青混凝土中，沥青的含量为4～6wt％、集料的含量为88～94.8wt％、矿粉的含量为1～5wt％以及改性玄武岩纤维的含量为0.2～0.7wt％。

10.如权利要求1所述的一种矿物纤维改性沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于沥青混凝土技术领域，涉及一种矿物纤维改性沥青混凝土及其制备方法。所述矿物纤维改性沥青混凝土，包括沥青、集料、矿粉和改性玄武岩纤维。所述改性玄武岩纤维包括50～100份玄武岩纤维、0.8～3重量份硅烷偶联剂以及0.5～5重量份橡胶，硅烷偶联剂位于玄武岩纤维表面，橡胶位于硅烷偶联剂表面。本发明的改性玄武岩纤维作为增强材料加入沥青混凝土中，发挥其高抗拉强度、高弹性模量的优异力学特性，使沥青混凝土的综合路用性能得到改善；对于解决特殊路段的路面病害，延长使用寿命，节约养护与维修资金十分有益。

技术研发人员：王正韶,杨洋,陈亮,张兆辉,李铜铜
受保护的技术使用者：宁波东兴沥青制品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15