一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青材料技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料及其制备方法。

背景技术

废旧轮胎是一种需要占用大量环境空间的工业有害固体废弃物，但是由于废旧轮胎中含有大量天然橡胶、合成橡胶等多种高分子聚合物以及炭黑、抗氧化剂、填料、处理油等许多有益于改善沥青性能的材料，因此将废旧轮胎生产成废旧橡胶粉作为道路沥青改性剂，在公路建设中充分加以利用将是国际公认的无害化、资源化处理的最好方法之一。采用橡胶沥青混合料作为路面铺装材料可以科学降噪、耐磨、充分利用废旧轮胎转换材料，在节约社会资源和环境保护方面具有显著的社会和经济价值。

大掺量橡胶改性沥青混合料，具有优越的抗老化、抗疲劳特性，可有效遏制反射裂缝和疲劳裂缝的产生与扩展；具有优秀的抗车辙能力，可承受重载交通的侵害；具有优秀的抗低温开裂能力，可应用于寒区道路铺筑。但是，一方面胶粉掺量的增加，使自由沥青减少，虽然沥青膜厚度没有减小，但是油石界面的接触状态不稳定，界面粘结强度下降，另一方面，由于胶粉在降解预处理过程中，化学键全部或部分断裂，丧失了部分抵抗强力，因此大掺量橡胶改性沥青混合料的抗水损害能力一直在规范要求水平上下徘徊，给路面材料的稳定性带来了风险，也为路面长期服役埋下了隐患。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料及其制备方法，用以解决现有技术中大掺量胶粉改性沥青混合料抗水损害能力不足的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术申请实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料，包括橡胶改性沥青、矿料以及玻璃纤维，所述的橡胶改性沥青与矿料质量比的百分数为4.8％～5.8％，所述的玻璃纤维占混合料总质量的0.1～0.3％。

进一步地，橡胶改性沥青为胶粉质量份数在30份以上的橡胶改性沥青，软化点不小于60℃，180℃旋转黏度为1.5～3.0Pa.s。

所采用胶粉多为预处理胶粉。橡胶沥青的软化点不应小于60℃，180℃旋转黏度为1.5～3.0Pa.s，以保证沥青良好的工作特性。

进一步地，橡胶改性沥青采用的胶粉目数为20～40目。

胶粉的价格与胶粉的细度呈正比，细度越大，价格越高，采用20～40目胶粉可以在满足改性要求的前提下，有效降低成本。

进一步地，玻璃纤维橡胶改性沥青混合料所用矿料，包括石料与矿粉。

第二方面，本发明实施例提供了一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌时间不小于60s；

步骤2、向拌和锅中加入玻璃纤维，搅拌分散时间不小于80s；

步骤3、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌时间不小于90s；

步骤4、向拌和锅加入矿粉，搅拌时间不小于60s，搅拌完成后出料。

一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料的制备方法，所述步骤1中，拌和锅的加热温度为185～190℃。

进一步地，所述步骤3中，所加入橡胶改性沥青的温度为180～185℃。橡胶改性沥青的加热温度不宜过低，温度不足会影响沥青的流动性，对混合料拌和的均匀性有很大影响，因此橡胶改性沥青的温度定为180～185℃。

进一步地，所述步骤4中，沥青混合料的出料温度为180～185℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本申请的玻璃纤维橡胶改性沥青混合料，借助玻璃纤维吸附作用强、易于分散的特点，可有效吸附橡胶改性沥青中的油份，阻止沥青流动，增强混合料油石界面的粘结力，可有效改善大掺量橡胶改性沥青混合料的抗水损害能力。

(2)本申请的玻璃纤维橡胶改性沥青混合料，借助玻璃纤维抗拉伸强度及模量高的特点，还可以有效提高大掺量橡胶改性沥青混合料的稳定度、抗剪强度和10

(3)本申请的玻璃纤维橡胶改性沥青混合料制备方法与常规改性沥青混合料相比，步骤简单明确，主要体现在两个方面：一是无需进行材料的预混和处理，二是无需对拌合设备进行额外改造。此外，与不掺加玻璃纤维的橡胶改性沥青混合料相比，在提高混合料抗水损害性能的同时，没有额外增加工艺成本，经济效益显著。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的技术申请进行详细的说明。

本发明实施例提供了一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料，包括橡胶改性沥青、矿料以及玻璃纤维，橡胶改性沥青占矿料质量的4.8％～5.8％，所述的玻璃纤维占混合料总质量的0.1～0.3％。

目前业内公认的橡胶改性沥青发展轨迹分为三个阶段，第一个阶段是搅拌型橡胶改性沥青，即只通过机械搅拌的方式，将胶粉与沥青共混，缺点是高温加工容易老化、高温存储稳定性差、容易离析沉淀造成质量不稳定；第二个阶段是稳定型橡胶改性沥青，通过胶体磨高速剪切、反应釜溶胀，以及多种化学助剂的添加，生产出储存稳定性好，性能稳定的产品，但受工艺限制，胶粉掺量只能掺加到20％左右；第三个阶段是大掺量橡胶改性沥青，借助TB全降解技术、微波活化技术、双螺杆剪切等胶粉预处理技术，使胶粉的大分子链断裂，大幅度降低了胶粉的分子量，使胶粉掺量提升到了30％以上，目前成熟掺量为30％～40％。为了与常规橡胶改性沥青区分，一般胶粉质量份数在30份以上的橡胶改性沥青才称之为大掺量橡胶改性沥青。因此，在本发明实施例中，大掺量橡胶改性沥青混合料的含义是：以质量份计，在混合料中加入掺量橡胶改性沥青，即加入胶粉质量份数不小于30的橡胶改性沥青。

采用胶粉多为目数为20～40目的预处理胶粉。胶粉的价格与胶粉的细度呈正比，细度越大，价格越高，采用20～40目胶粉可以在满足改性要求的前提下，有效降低成本。此外，掺入的橡胶改性沥青的软化点不应小于60℃，180℃旋转黏度为1.5～3.0Pa.s，以保证沥青良好的工作特性。

矿料在沥青混合料中起到骨架和填充的作用，其中采用公称最大粒径大于4.75mm的矿料作为骨料，再用公称最大粒径小于4.75mm的矿料填充骨架中的孔隙。

为了进一步增加在沥青混合料中骨架的稳定程度，在本发明实施例中，在石料、玻璃纤维和橡胶改性沥青改性混合完成后还要加入矿粉。具体地，橡胶改性沥青加热后为液体，石料、玻璃纤维为固体，为了使橡胶改性沥青能够牢固地附着在石料、玻璃纤维的表面，加入矿粉。矿粉一方面可以填充骨架的孔隙，另一方面矿粉和橡胶改性沥青混合后利用矿粉的吸附性使得沥青更牢固地吸附在石料、玻璃纤维上。

在本发明实施例中，为确保混合料具有良好的均匀性，要求玻璃纤维有良好的分散性，因此玻璃纤维长度不宜过大，但由于玻璃纤维比重较轻，为避免室内试验或施工时纤维飞散，同时为了充分发挥纤维的加筋作用，因此玻璃纤维的切割长度定为3～6mm，并使用无捻粗砂且切割性良好的玻璃纤维。此外，玻璃纤维必须有良好的抗静电性，以保证撒布或喷射时纤维不吸附、不结团。为了兼顾便利性和经济性，采用线密度为2400g/1000m的玻璃纤维。此外，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。基于上述特点，本发明实施例中加入玻璃纤维，不仅可以提高混合料的抗水损害能力，还可以提高沥青混合料的刚度和抗变形能力，从而提高大掺量橡胶改性沥青混合料的抗压强度、抗剪强度和疲劳破坏次数。

为了制备该种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料，本发明实施例提供了一种玻璃纤维橡胶改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌时间不小于60s；

步骤2、向拌和锅中加入玻璃纤维，搅拌分散时间不小于80s；

步骤3、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌时间不小于90s；

步骤4、向拌和锅加入矿粉，搅拌时间不小于60s，搅拌完成后出料。

在本发明实施例中，为了保证玻璃纤维能够均匀地分布在混料中，需要将玻璃纤维分散在矿料中。如果先将橡胶改性沥青与矿料混合，由于沥青粘度较高，因而橡胶改性沥青与矿料的混合物不易分散，从而造成玻璃纤维不能均匀地分布在混料中，这使得玻璃纤维无法有效地吸收沥青中的油分，从而降低混合料的抗水损害能力。

基于本发明实施例中橡胶改性沥青在180℃旋转黏度为1.5～3.0Pa.s，因而步骤1、步骤3和步骤4的工艺温度均大于180℃，以便于搅拌，使得橡胶改性沥青于矿料混合均匀。优选地，步骤1中，拌和锅的加热温度为185～190℃；步骤3中，加入的橡胶改性沥青的温度为180～185℃；步骤4中，沥青混合料的出料温度为180～185℃。

与现有沥青混合料制作工艺相比，本发明虽然多加了玻璃纤维，但从工艺的角度来说，没有增加新的工艺的反应条件，也没有对工艺中的材料进行预处理，这说明本发明实施例的工艺条件便于实施，同时又能提高混合料的抗水损害能力。

为了说明本发明实施例提供的沥青混合料的性能及沥青混合料制备方法的可行性，给出下述实施例。需要说明的是，抗水损害能力的评价参数主要有两个，一个是浸水残留稳定度，一个是冻融劈裂强度比均值。本发明实施例中选择冻融劈裂强度比均值作为抗水损害能力的评价参数，其原因在于，进行冻融劈裂强度测试时，需要不断对被水泡过的沥青试件进行冷冻和解冻的操作。而进行浸水残留稳定度测试只需要将沥青试件浸泡在水中，显而易见的是，前者的测试条件比后者严格，这意味着如果试件能够在前者的测试条件下合格，那么必然能通过后者的测试，因此本发明实施例选择冻融劈裂强度比均值作为抗水损害能力的评价参数。

实施例1

本实施例采用级配为ARHM13级配，其各筛孔通过率如表1所示；采用沥青为胶粉质量份数为30份的橡胶改性沥青，橡胶改性沥青与矿料质量比的百分数为5.7％；采用矿料规格为11-15mm、6-11mm、3-6mm、0-3mm以及矿粉，按质量分数计，各档矿料所占比例为32份：37份：6份：16份：9份；采用玻璃纤维为2400Tex无捻粗砂，切割长度为3～6mm。

本实施例设2组试验，A组不掺加任何纤维，作为对照组，B组掺加混合料总质量0.1％的玻璃纤维。

按照下列步骤制备A组橡胶改性沥青混合料

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌60s；

步骤2、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌90s；

步骤3、向拌和锅加入矿粉，搅拌60s后出料。

按照下列步骤制备B组玻璃纤维橡胶改性沥青混合料

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌60s；

步骤2、向拌和锅中加入玻璃纤维，搅拌分散80s；

步骤3、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌90s；

步骤4、向拌和锅加入矿粉，搅拌60s后出料。

表1 ARHM13级配各筛孔通过率(％)

混合料拌和出料后，采用马歇尔击实仪成型马歇尔试件2组，每组包括3个平行试件，正反各击实50次。1组不进行冻融循环，另1组按照标准进行1次冻融循环，之后同时进行马歇尔冻融劈裂试验，试验温度为25℃，加载速率为50mm/min。以试验荷载最大值计算劈裂抗拉强度，以经受冻融循环的试件的劈裂抗拉强度与未经受冻融循环的劈裂抗拉强度的比值来评价沥青混合料的水稳定性。

表2试件体积参数及冻融劈裂试验结果

从表2可以看出，在同水平体积参数和试验条件下，ARHM13型橡胶改性沥青混合料在掺加混合料总质量0.1％的玻璃纤维后冻融劈裂强度比提升9.2％，抗水损害能力得到有效改善。

实施例2

本实施例采用级配为ARHM20级配，其各筛孔通过率如表3所示；采用沥青为胶粉质量份数为40份的橡胶改性沥青，橡胶改性沥青与矿料质量比的百分数为5.2％；采用矿料规格为15-22mm、11-15mm、6-11mm、3-6mm、0-3mm以及矿粉，按质量分数计，各档矿料所占比例为28份：20份：20份：8份：18份：6份；采用玻璃纤维为2400Tex无捻粗砂，切割长度为3～6mm。

本实施例设2组试验，A组不掺加任何纤维，作为对照组，B组掺加混合料总质量0.2％的玻璃纤维。

按照下列步骤制备A组橡胶改性沥青混合料

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌60s；

步骤2、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌90s；

步骤3、向拌和锅加入矿粉，搅拌60s后出料。

按照下列步骤制备B组玻璃纤维橡胶改性沥青混合料

步骤1、向拌和锅中加入石料，干拌60s；

步骤2、向拌和锅中加入玻璃纤维，搅拌分散80s；

步骤3、向拌和锅中加入橡胶改性沥青，搅拌90s；

步骤4、向拌和锅加入矿粉，搅拌60s后出料。

表3 ARHM20级配各筛孔通过率(％)

混合料拌和出料后，采用马歇尔击实仪成型马歇尔试件2组，每组包括3个平行试件，正反各击实50次。1组不进行冻融循环，另1组按照标准进行1次冻融循环，之后同时进行马歇尔冻融劈裂试验，试验温度为25℃，加载速率为50mm/min。以试验荷载最大值计算劈裂抗拉强度，以经受冻融循环的试件的劈裂抗拉强度与未经受冻融循环的劈裂抗拉强度的比值来评价沥青混合料的水稳定性。

表4试件体积参数及冻融劈裂试验结果

从表4可以看出，在同等水平体积参数和试验条件下，ARHM20型橡胶改性沥青混合料在掺加混合料总质量0.2％的玻璃纤维后冻融劈裂强度比提升8.8％，抗水损害能力得到有效改善。

实施例3

采用ARHM13级配设计了如下试验组，以验证不同纤维长度和纤维用量，对大掺量橡胶改性沥青混合料稳定度、抗剪强度和抗疲劳性能的影响。具体如表5所示

表5不同纤维长度和纤维用量对应的性能

对比试验证明，随着纤维长度的增长，大掺量橡胶改性沥青混合料的稳定度和抗剪强度均有所提升，但提升幅度逐渐降低；纤维长度为5mm左右时，混合料的百万次疲劳对应的破坏应变最高。随着纤维掺量的增加，大掺量橡胶改性沥青混合料的稳定度、抗剪强度和百万次疲劳对应的破坏应变均有所提升，但提升幅度逐渐降低。综合性价比考虑，建议采用的玻璃纤维长度为3～6mm，掺量为0.1％～0.3％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。