一种水玻璃改性沥青混合料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于路面建设技术领域，具体涉及一种水玻璃改性沥青混合料及其制备方法和应用。

背景技术

沥青混合料是沥青与不同组成的矿质集料的混合物。沥青混合料经拌和、摊铺、碾压密实后，形成沥青混合料路面。沥青混合料路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修便捷等优点，而被广泛的应用于道路工程之中。

沥青因固有特性使其在作为沥青混合料胶结材料时，对混合料中的矿质集料有较强的选择性，表现为：沥青与碱性集料（钙质石料）具有较强的结合力，而与酸性集料（硅质石料）结合力差。当石料中的二氧化硅含量大于65%时为酸性石料，二氧化硅含量小于52%时为碱性石料，二氧化硅含量在52-65%之间则为中性石料，石料的酸碱性决定其强度、抗磨耗性和耐久性等品质。然而，在沥青路面中，沥青混合料的结合力决定其强度与刚度、稳定性与耐久性、抗磨耗性与行车安全性等。

现代高等级路面为保证高速行车的安全，对抗滑性提出更高要求。为保持抗滑层经行车后，摩擦系数不致很快衰降，必须采用高强耐磨的岩石轧制的集料，这类岩石中多为酸性石料，因此，提高沥青与酸性石料的粘附性就成为当前一个更为突出的问题。目前，改善沥青与集料的粘附性的一般方法有：①掺加无机类材料，活化集料表面；②掺加有机酸类，提高沥青活性；③掺加重金属皂类，降低沥青与集料的界面张力；以上这些方法都能在一定程度上提高沥青和集料的粘附性，但是只能应用于轻、中交通量路面。

现有的沥青混合料路面也存在着许多的不足，如其路面结构强度较低，耐老化性较差，抵抗水害能力差，设计使用年限较短等。特别是沥青路面的慎水性，表现在两个方面：其一是沥青混合料遇水易产生石料与沥青胶结料的剥离现象，进而造成沥青路面的裂缝、松散、坑槽，以致破坏；其二是沥青混合料的冻融性，在渗水的条件下，冬天沥青混合料中的水分将结冰而膨胀，春天将融化而破坏。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种水玻璃改性沥青混合料及其制备方法和应用，能够有效地提高沥青混合料的粘结力，增加沥青混合料的强度、刚度、整体性、抗磨耗性和耐久性，以及提高沥青混合料抗水害能力，可以用于重交通道路和特重交通道路。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种水玻璃改性沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

1）采用液体水玻璃冲洗或者浸渍矿质集料；

2）将冲洗或者浸渍后的矿质集料置于空气中凝结硬化；

3）将凝结硬化后的矿质集料与沥青通过热拌或温拌得到水玻璃改性沥青混合料。

进一步地，步骤1）中采用的液体水玻璃的模数为2.2～3.0，密度为1.3～1.5g/cm

进一步地，步骤1）中采用的液体水玻璃中加入有12%～15%的固化剂。

更进一步地，所述固化剂为氟硅酸钠。

进一步地，所述矿质集料包括石灰岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、砂岩、花岗岩、石英岩中的至少一种。

进一步地，步骤3）中沥青与凝结硬化后的矿质集料的油石比为4～6%。

进一步地，步骤3）中热拌的温度为190～210℃，温拌的温度为110～130℃。

本发明还提供一种水玻璃改性沥青混合料，是采用上述的制备方法制备而成。

本发明还提供上述的水玻璃改性沥青混合料在路面建设中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用液体水玻璃冲洗或者浸渍矿质集料，不仅可以洗干净矿质集料，还可以有效地增加矿质集料与沥青的粘附性；

（2）本发明中水玻璃凝结硬化后的主要成分为硅凝胶和固体，比表面积大，因而具有较高的粘结力和较高的强度；

（3）本发明中水玻璃溶液能渗入矿质集料的缝隙和孔隙中，经凝结硬化形成的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，能够提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性、及耐水性、抗风化能力；

（4）本发明的水玻璃改性沥青混合料的制备方法简单，原料价格低廉，且使用方便。

具体实施方式

下面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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种水玻璃改性沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

1）采用模数为2.2～3.0，密度为1.3～1.5g/cm

其中矿质集料包括石灰岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、砂岩、花岗岩、石英岩中的至少一种；

2）将冲洗或者浸渍后的矿质集料置于空气中凝结硬化；

液体水玻璃在空气中的凝结固化主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现，反应方程式为：

液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，随着碳化反应的进行，硅胶含量增加，接着自由水分蒸发，硅胶脱水成固体而凝结硬化；

3）将沥青加热至190～210℃或者110～130℃，按照沥青与凝结硬化后的矿质集料的油石比为4～6%向其中加入凝结硬化后的矿质集料，搅拌至均匀，得到水玻璃改性沥青混合料。

其中，步骤1）中液体水玻璃的生产有干法和湿法两种方法：干法用石英岩和纯碱为原料，磨细拌匀后，在熔炉内于1300-1400℃温度下熔化并反应生成液体硅酸钠，从炉出料口流出、制块或水淬成颗粒，再在高温或高温高压水中溶解，制得液体水玻璃；湿法生产以石英岩粉和烧碱为原料，在高压蒸锅内，在2-3个大气压下进行压蒸反应，直接生成液体水玻璃；步骤3）中温拌沥青混合料需要加入温拌剂，搅拌工艺采用常规沥青混合料的施工方法。

本实施例中采用水玻璃改性矿质集料与沥青混合制备水玻璃改性沥青混合料，能够有效地提高沥青与包括酸性集料在内的各种集料的粘附性，从而解决沥青与包括酸性集料在内的各种集料的粘附性问题以及沥青混合料遇水易产生石料与沥青胶结料的剥离问题，提高沥青混合料抗冻融能力。

本实施例还提供一种采用上述的制备方法制备而成的水玻璃改性沥青混合料。

本实施例还提供上述的水玻璃改性沥青混合料在路面建设中的应用，将上述的水玻璃改性沥青混合料经摊铺、碾压成型后形成沥青混合料路面。

实施例二

本实施例提供一种水玻璃改性沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

1）向模数为2.2～3.0，密度为1.3～1.5g/cm

其中矿质集料包括石灰岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、砂岩、花岗岩、石英岩中的至少一种；

2）将冲洗或者浸渍后的矿质集料置于空气中凝结硬化；

液体水玻璃在空气中的凝结固化主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现，反应方程式为：

液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，随着碳化反应的进行，硅胶含量增加，接着自由水分蒸发，硅胶脱水成固体而凝结硬化；

由于空气中CO

3）将沥青加热至200℃或者120℃，按照沥青与凝结硬化后的矿质集料的油石比为4～6%向其中加入凝结硬化后的矿质集料，搅拌至均匀，得到水玻璃改性沥青混合料。

其中，步骤1）中液体水玻璃的生产有干法和湿法两种方法：干法用石英岩和纯碱为原料，磨细拌匀后，在熔炉内于1300-1400℃温度下熔化并反应生成液体硅酸钠，从炉出料口流出、制块或水淬成颗粒，再在高温或高温高压水中溶解，制得液体水玻璃；湿法生产以石英岩粉和烧碱为原料，在高压蒸锅内，在2-3个大气压下进行压蒸反应，直接生成液体水玻璃；步骤3）中温拌沥青混合料需要加入温拌剂，搅拌工艺采用常规沥青混合料的施工方法。

本实施例还提供一种采用上述的制备方法制备而成的水玻璃改性沥青混合料。

本实施例还提供上述的水玻璃改性沥青混合料在路面建设中的应用，将上述的水玻璃改性沥青混合料经摊铺、碾压成型后形成沥青混合料路面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。