專利名稱：多組分纖維復合瀝青混凝土及其制備方法
技術領域：
本發明涉及瀝青混凝土，特別是涉及一種能使路用性能明顯改善的多組分纖維復合瀝青 混凝土及其制備方法。
技術背景國內外幾十年的高等級公路建設的實踐表明，由于交通量、汽車載重量的不斷增加和自 然因素的影響，按現行路面設計體系和標準設計的瀝青路面常常在遠未達到設計使用年限時， 就會出現瀝青路面的早期破壞甚至是結構性破壞。因此，為了延長道路的使用壽命，減少維 修養護費用，必須采用有效的改性增強方法和手段提高瀝青路面的使用品質。纖維改性瀝青混凝土是一種通過摻入纖維材料，改善瀝青膠漿以及瀝青混合料的綜合性 能，從而提高瀝青路面使用品質的復合材料。相比于其它改性方法(如聚合物改性)，纖維改 性瀝青混凝土的突出特點是能阻止混凝土結構中裂縫的擴展(包括溫縮裂縫和反射裂縫)并 減少車轍流動變形和疲勞破壞的出現，對于延長瀝青路面的使用壽命具有顯著作用，從而達 到提高公路建設投資效益的目的，因此纖維改性瀝青混凝土近年來得到了越來越多的研究和 應用。纖維的慘入能使瀝青混合料的路用性能得到提高的關鍵在于纖維對瀝青混凝土的穩定 與加筋作用，木質素纖維主要表現為依靠吸附穩定瀝青來提高熱穩定性，但對瀝青混合料的 其它性能無明顯改善作用，由于其較低廉的價格，該類纖維在實際工程中應用較廣泛；而聚 酯和聚丙烯腈等聚合物纖維除了具有一定的吸附穩定作用之外，其對瀝青的橋接加筋作用更 加明顯，因此瀝青混合料的各項路用性能均能得到很大程度的提高，但由于聚酯纖維和聚丙 烯腈纖維等聚合物纖維的價格昂貴因素，制約了該類纖維復合瀝青混凝土在實際工程中的應 用。由于瀝青混合料自身具有多相、多組分、多層次的非均質結構特征，單一纖維增強作用 是有限的，而不同界面結構和不同物化性能的多組分纖維，可在瀝青混凝土的不同結構和不 同性能層次上起到逐級穩定與加筋強化的作用。充分發揮各種纖維的界面結構和物化性能效 應，并在不同層次上相互激發、相互補充，可達到取長補短的效果，從而達到進一步提高瀝 青混凝土路用性能并降低工程造價的目的。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠用于瀝青路面不同結構層次的多組分纖維 復合瀝青混凝土，以促進纖維瀝青在高等級路面上的應用，并降低纖維復合瀝青混凝土的工 程造價。同時，提供簡易室內試驗方法來制備這種多組分纖維復合瀝青混凝土，以利于設計、 應用。本發明解決其技術問題采用以下的技術方案本發明提供的多組分纖維復合瀝青混凝土，包含粗集料、細集料、礦粉填料、瀝青和多組分纖維材料，多組分纖維材料摻入量為所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的0.2~0.4%wt。本發明還提供了上述的多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，包括拌和及成型工藝， 具體是先將集料加熱至170'C和多組分纖維拌和，然后與液態瀝青拌和，再加入礦粉填料， 拌和均勻后采用馬歇爾擊實法將多組分纖維復合瀝青混凝土兩面各擊實若干次后成型，或者 采用輪碾法往返碾壓后成型，或者采用旋轉壓實法后成型，得到多組分纖維復合瀝青混凝土 的成品。本發明與現有技術相比具有以下的主要優點通過添加多組分纖維，能夠制備出路用性能滿足高等級公路國家規范要求的多組分纖維 復合瀝青混凝土。這種新型瀝青混凝土的性能大大優于單一木質素纖維瀝青混凝土并能接近 甚至超過單一聚酯或聚丙烯腈纖維瀝青混凝土的性能，而在生產成本上卻比單一聚酯或聚丙 烯腈纖維瀝青混凝土低。這對于纖維瀝青混凝土在高等級路面上的大規模推廣應用、降低工 程造價、提高路面的使用品質等方面具有重大的經濟和社會效益。我們通過研究發現使用改性瀝青，摻加0.2% 0.4%重量比的多組分纖維瀝青混合料的 密度為2.480 g/cm3 2.520 g/cm3，空隙率為4.0% 4.5%，馬歇爾穩定度為10~14kN，流值為 2~5mm，凍融劈裂殘留強度比為85-92%，均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004) 的要求。使用改性瀝青，摻加0.2% 0.4%重量比的多組分纖維瀝青混合料的動穩定度為 5000 7000次/mm,若摻加道路石油瀝青的瀝青，多組分纖維復合瀝青混合料動穩定度為 1000-4000次/mm，均滿足相應規范要求。
圖1為本發明多組分纖維復合瀝青混凝土制備流程圖。圖2顯示了本發明多組分纖維復合瀝青混合料車轍動穩定度的試驗結果。圖中編號1為 單摻木質素纖維瀝青混合料試件，編號2為摻加木質素纖維與聚酯纖維瀝青混合料試件，編 號3為單摻聚酯纖維瀝青混合料試件。圖3顯示了本發明多組分纖維復合瀝青混合料車轍深度的試驗結果圖。圖3中編號意義 與圖2中相同。
具體實施方式
本發明提供的是一種多組分纖維復合瀝青混凝土，包含粗集料、細集料、礦粉填料、瀝 青和多組分纖維材料，多組分纖維材料的摻入量為所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的 0.2 0.4%wt。所述的多組分纖維材料，由木質素纖維按20~50% wt的比例摻雜到聚酯纖維或聚丙烯腈 纖維中的一種或一種以上中獲得。本發明提供的上述多組分纖維復合瀝青混凝土，其制備方法是采用三次拌和，然后成型 的工藝，如圖1所示，具體是采用以下步驟的方法(1)拌和按所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的0.2~0.4%wt的比例將多組分纖維 材料摻入到加熱至170'C的混合集料中，拌和30 50秒鐘，然后加入150 17(TC液態瀝青拌和 80~90秒鐘，再加入礦粉填料拌和80~90秒鐘，得到多組分纖維復合瀝青混凝土的半成品，4其中混合集料與瀝青及礦粉填料的配比根據《公路瀝青路面施工技術規范》中的設計要求調整確定。上述的多組分纖維材料，可由木質素纖維按20~50% wt的比例摻雜到聚酯纖維或聚丙烯 腈纖維中的一種或一種以上中獲得。(2)成型采用馬歇爾擊實法，將多組分纖維復合瀝青混凝土兩面各擊實70 80次；或 者采用輪碾法成型，先在一個方向往返預壓3次，然后調轉180。往返碾壓12 15次；或者采 用旋轉壓實法根據具體情況選擇旋轉壓實次數成型，當設計累計標準軸載次數(ESALs) SO (百萬)時，旋轉壓實參數分別為N初始-9， N附產125， N =205。經過擊實成型工藝，最終 得到多組分纖維復合瀝青混凝土的成品，其油石重量比為5.1 6.2% 。下面結合具體實例對本發明作進一步說明，但并非限定本發明只適用于以下實例。采用下述的原材料，按照前述的制備方法，制備普通密級配(AC) 13多組分纖維復合 瀝青混凝土、高性能瀝青路面(Superpave) 12.5多組分纖維復合瀝青混凝土和瀝青馬蹄脂碎 石(SMA) 16多組分纖維復合瀝青混凝土。原材料1. 多組分纖維由木質素纖維與聚酯纖維或聚丙烯腈纖維的一種或一種以上組成；2. 瀝青湖北科氏SBSI-D改性瀝青；3. 集料京山玄武巖，最大粒徑為19mm，集料規格分為9.5 19mm， 4.75 9.5mm， 2.36 4.75mm， 0 2.36mm四禾中;4. 礦粉親水系數為0.9。 成型瀝青混合料體積性能試驗試件通過用馬歇爾擊實儀兩面各擊實75次而成，試件直徑為 101.6±0.2mm，試件高度為63.5±1.3mm。混合料凍融劈裂試驗試件兩面各擊實50次，試件直 徑為101.6±0.2mm，試件高度為63.5±1.3mm。車轍試驗試件按《公路工程瀝青及瀝青混合料 '試驗規程》中T0703-1993的輪碾法制作，試件尺寸為長300mmx寬300mmx高50mm。 實施例l普通密級配(AC)13多組分纖維復合瀝青混凝土的合成級配設計，見表1。 普通密級配(AC)13多組分纖維復合瀝青混凝土最佳油石比為5.2%，多組分纖維用量 為0.3%，多組分纖維瀝青混合料試件空隙率為4.0%，馬歇爾穩定度為12.8kN,流值為3.5mm， 殘留穩定度為90.5%，凍融劈裂強度比為87.6%，車轍動穩定度為5823次/mm。 實施例2高性能瀝青路面(Superpave)12.5多組分纖維復合瀝青混凝土混合料的合成級配設計，見表2。高性能瀝青路面(Superpave)12.5多組分纖維復合瀝青混合料最佳油石比為5.1%，多組 分纖維用量為0.3%，多組分纖維瀝青混合料試件空隙率為4.2%，馬歇爾穩定度為13.2kN， 流值為3.0mm，殘留穩定度為91.6%，凍融劈裂強度比為88.4%。本例中還專門對單摻木質素纖維、單摻聚酯纖維及摻加多組分纖維的瀝青混合料的車轍動穩定度及車轍深度進行了對比見圖2、圖3。由圖2結果可見，試件1的車轍動穩定度為 5164次/mm，試件2的動穩定度為6879次/mm，試件3的動穩定度為7472次/mm，試驗結 果表明木質素纖維瀝青混合料的車轍動穩定度最低，而聚酯纖維瀝青混合料的動穩定度最高， 多組分纖維復合瀝青混合料的動穩定度介于二者之間，而與純聚酯纖維瀝青混合料相差甚小。 由圖3結果可見，木質素纖維瀝青的車轍深度最大，為1.778mm，其次為多組分纖維復合瀝 青混合料為1.566mm，聚酯纖維瀝青混合料的車轍深度最低，僅為L532mm。 實施例3瀝青馬蹄脂碎石(SMA)16多組分纖維復合瀝青混凝土混合料的合成級配設計，見表3。 瀝青馬蹄脂碎石(SMA)16多組分纖維瀝青混合料最佳油石比為6.2%，多組分纖維用 量為0.3%，多組分纖維瀝青混合料試件空隙率為4.0%，馬歇爾穩定度為11.2kN，流值為 3.2mm，殘留穩定度為89.8%，凍融劈裂強度比為85.2%,車轍動穩定度為6824次/mm。 附表表1 普通密級配(AC)13多組分纖維復合瀝青混合料的合成級配設計孔徑mm 16 13.2 9.5 4.752.361.18 0.6 0.3 0.150.075合成級配％100 91.870.638.827.121.817.5 12.7 9.16.1表2高性能瀝青路面(Superpave)12.5多組分纖維復合瀝青混合料的合成級配設計孑W全mm 19 13.2 9.5 4.752.361.18 0.6 0.3 0.150.075合成級配％100 93.079.650.633.223.1 16.812.0 8.75.3表3 瀝青馬蹄脂碎石(SMA)16多組分纖維瀝青混合料的合成級配設計孔徑mm 16 13.2 9.5 4.752.36 1.18 0.6 0.3 0.150.075合成級配％97.383.860.328.917.3 14.8 13.1 12.2 11.39.9
權利要求
1.一種多組分纖維復合瀝青混凝土，包含粗集料、細集料和礦粉填料及瀝青，其特征是還包含多組分纖維材料，其摻入量為所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的0.2～0.4％wt。
2. 如權利要求1所述的多組分纖維復合瀝青混凝土，其特征是所述的多組分纖維材料， 由木質素纖維按20 50% wt的比例摻雜到聚酯纖維或聚丙烯腈纖維中的一種或一種以上中獲得。
3. —種多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，包括拌和及成型工藝，其特征是先將集 料加熱至170'C和多組分纖維拌和，然后與液態瀝青拌和，再加入礦粉填料，拌和均勻后采 用馬歇爾擊實法將多組分纖維復合瀝青混凝土兩面各擊實若干次成型，或者采用輪碾法往返 碾壓成型，或者采用旋轉壓實法成型。
4. 如權利要求3所述的多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，其特征是采用三次拌和， 然后成型的工藝，具體是采用以下步驟的方法(1) 拌和按所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的0.2~0.4%wt的比例將多組分纖維 材料摻入到加熱至17(TC的混合集料中，拌和30~50秒鐘，然后加入150 170'C液態瀝青拌和 80~90秒鐘，再加入礦粉填料拌和80~90秒鐘，得到多組分纖維復合瀝青混凝土的半成品；(2) 擊實成型采用馬歇爾擊實法，將多組分纖維復合瀝青混凝土兩面各擊實70 80 次；或者采用輪碾法成型，先在一個方向往返預壓3次，然后調轉180。往返碾壓12~15次； 最終得到擊實成型的多組分多組分纖維復合瀝青混凝土。
5. 如權利要求4所述的多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，其特征是所述的多組分 纖維材料，由木質素纖維按20~50% wt的比例摻雜到聚酯纖維或聚丙烯腈纖維中的一種或一 種以上而得。
6. 如權利要求4所述的多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，其特征是所述的多組分 纖維復合瀝青混凝土，其油石重量比為5.1~6.2% 。
7. 如權利要求4所述的多組分纖維復合瀝青混凝土的制備方法，其特征是采用旋轉壓實 法，對多組分纖維復合瀝青混凝土的半成品成型。
全文摘要
本發明涉及一種多組分纖維復合瀝青混凝土及其制備方法，該混凝土包含粗集料、細集料和礦粉填料及瀝青，還包含多組分纖維材料，其摻入量為所述多組分纖維復合瀝青混凝土質量的0.2～0.4％wt。該混凝土的制備方法是先將集料加熱至170℃和多組分纖維拌和，然后與150℃～170℃的瀝青拌和，再加入礦粉填料拌和均勻后采用馬歇爾擊實法將多組分纖維復合瀝青混凝土兩面各擊實75次，或者采用輪碾法成型，往返碾壓15～18次，或者采用旋轉壓實法根據具體情況選擇旋轉壓實次數成型。本發明對于多組分纖維復合瀝青混凝土在高等級路面上的大規模推廣應用、降低工程造價、提高路面的使用品質等方面具有重大的經濟和社會效益。
文檔編號C04B26/26GK101215123SQ20081004660
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月2日 優先權日2008年1月2日
發明者葉群山, 吳少鵬, 岳紅波, 寧 李, 波 李, 磨煉同, 箏 陳, 黃俊峰 申請人:武漢理工大學