專利名稱：造紙污泥制備的瀝青路面用改性纖維的制作方法
技術領域：
本發明涉及由造紙污泥制備的瀝青路面用的改性纖維及其制造方法，還涉及使用這種改性纖維的瀝青路面混合料。
背景技術：
很多發達國家都十分重視在瀝青混合料中摻進少量纖維，以提高瀝青路面的耐久性，使瀝青路面牢固耐用，保持平整舒暢。這是因為纖維具有加筋、分散、吸附瀝青和穩定等作用，能夠防止瀝青從瀝青混合料中排出、防止瀝青路面發生裂縫、松散等病害現象。
隨著改革開放的深入發展，對瀝青路面的要求也越來越高，載重量增大，車速加快，車流量也顯著增加，車輛行駛的路面很易形成車轍，如果采用常規的普通瀝青混合料品種鋪設瀝青路面，顯然不能適應現代交通發展的需要。國外的先進經驗是設計瀝青瑪蹄脂碎石混合料(簡稱SMA)，選用最佳配合比拌制來鋪筑新型路面。SMA瀝青混合料的一個特點是抗滑性能好，＞4.75mm的粗集料占75％左右，其余為由石灰石礦粉、瀝青和少量纖維組成的瀝青瑪蹄脂。這樣SMA瀝青路面有75％左右的粗集料相互嵌擠，形成骨架，十分有利于提高瀝青路面的高溫穩定性；有占SMA總量0.3～0.4％的纖維和很多填充料與較多瀝青組成的瀝青瑪蹄脂，不但填充了混合料的空隙，還把碎石牢牢地粘結成一個整體，確保了瀝青路面的低溫穩定性，使瀝青路面在寒冬季節不宜發生裂縫、松散現象。
為了提高瀝青路面的質量。一方面是對瀝青進行改性，嚴格選購各種優質原材料，精心配制最佳配合；另一方面是摻用適量的纖維拌制瀝青混合料。
SMA瀝青混合料必須摻用纖維，而且為了提高瀝青路面的抗滑性能，粗集料不能用石灰石，應采用磨光值達到規定要求的酸性石料，這就必須在瀝青中摻入0.4％的抗剝落劑，以增強瀝青與酸性石料的粘附性，這樣還要增加抗剝落劑的原材料的成本。
目前市場上的纖維較貴，混合料中摻用纖維直接影響瀝青路面的成本。利用造紙工業廢料，經過處理、加工成改性纖維，可以完全或部分取代原來的纖維，降低瀝青路面的成本。
造紙廢漿污泥的再生利用有許多方法。研究將造紙廢漿污泥經過處理后用作瀝青路面的改性纖維，不僅可以降低瀝青路面的成本，而且再生利用了造紙廢漿污泥，解決與造紙廢漿污泥有關的污染問題，具有很重要的意義。

發明內容
本發明提供了一種由造紙廢漿污泥制備的瀝青用改性纖維，還提供了制造這種改性纖維的方法。
本發明的瀝青路面用改性纖維，由下列組分組成a)32-55％(重量)造紙污泥；b)40-60％(重量)的Ca(OH)2；c)4-8％(重量)水。
本發明的改性纖維較好的Ca(OH)2為50-60％重量。
本發明制造瀝青路面用改性纖維的方法包括下列步驟a)將塊狀生石灰粉碎成粒徑小于或等于3毫米的顆粒；b)把生石灰顆粒以造紙污泥重量的20-50％摻入造紙污泥中，然后攪拌均勻；c)將步驟b)的混合物堆放7天以上，使之充分熟化反應，并使物料脫水；d)烘干脫水，使水份含量為4-8％重量；e)高速粉碎上述混合物干料，并過篩，制得粒度小于等于40目的改性纖維。
本發明制造瀝青路面用改性纖維方法中，較好的在步驟b)，在造紙污泥中摻入造紙污泥重量的35-50％的生石灰。
制造污泥的水含量一般在65％(重量)左右。制造改性纖維過程中，對作為原料的造紙廢漿污泥的水含量沒有特別的要求，但小于65％(重量)較好。
生石灰可以干粉碎至粒徑小于等于3mm，也可以用水使之粉化為粒度小于等于3mm的細粉。可根據造紙污泥的水含量選擇生石灰的加入量，使制備的改性纖維的Ca(OH)2含量在40-50％(重量)范圍。
在污泥和生石灰混合料的熟化過程中，生石灰(CaO)與污泥中的水反應，生成Ca(OH)2，可脫除污泥中的一部分水，然后經過烘干進一步脫除污泥的水分，使之達到改性纖維重量的4-8％。
按瀝青混合料品種設定改性纖維投放量，一般為瀝青混合料總重量的0.1～0.6％。在SMA、開級瀝青混合料中改性纖維投放量占瀝青混合料總重量的0.3～0.6％；在抗滑層和普通瀝青料中改性纖維投放量占混合料的0.1～0.3％。使用時，在攪拌缸中加入石料后，再加入該改性纖維、瀝青、礦粉。
現在國際和國內很多城市為了降低道路噪音，減輕雨天的濺水和提高路面的抗滑安全性，都在鋪筑一種新型的瀝青路面結構一開級配大空隙排水型瀝青路面。它可以降4-6db的噪音，減少雨天的交通事故，原來雨天的交通事故是晴天的3倍，鋪筑開級配大空隙排水型瀝青路面后，雨天的交通事故頻率降低至與晴天一樣。這種路面一個最大的難題由于空隙率達15-20％，瀝青容易失去，瀝青路面極易松散，使用壽命不長，現在日本和比利時等國家除了對瀝青進行改性之外，成功地研究出了只要在開級配大空隙排水型瀝青混合料中摻入占瀝青混合料的0.3％的纖維，就可以防止瀝青失散，防止透水瀝青路面早期松散損壞。比利時試驗證明，若不摻纖維，瀝青將損失13.5％。
我國高速公路的瀝青防滑層和機場道面除了采用SMA作為抗滑層之外，還有不少地方仍采用瀝青抗滑層如AK-13A，一般來說這些瀝青抗滑層混合料中是不摻用纖維的，只是為了提高瀝青面層的抗滑性能，用磨光值達到規定指標的酸性石料。為此，而須摻加占瀝青用量0.4％的抗剝落劑。由于改性纖維具有加筋、分散、吸附瀝青、穩定等優點，在瀝青抗滑層混合料中摻占混合料總重量0.4％的改性纖維，可以不再另摻抗剝落劑，又顯著提高了瀝青抗滑層的質量。
目前瀝青路面用的木質素纖維只能起纖維一種作用，而不能起到增強瀝青與酸性石料粘附性作用，而且價格又貴。本發明利用造紙污泥制造的改性木質素纖維既保持木質素纖維原有的加筋性能又具有抗剝落劑的功能。在選擇抗剝落劑對木質素纖維進行改性時，注意到很多抗剝落劑本身不耐熱，易老化而失效。我們采用生石灰作改性劑對木質素纖維進行改性。能達到集料表面性質改善，瀝青與集料之間分子力增大的效果；它使酸性石料的表面電荷減小，使石料表面電位減低，對水的作用減小；它能與瀝青中的酸發生反應，生成具有表面活性劑作用的鈣鹽，具有抗剝落劑作用，利用其極性與集料結合，增強與瀝青的吸附；它的鈣離子可置換集料表面的氫、鈉、鉀離子，加強了與瀝青的粘結。用生石灰這種改性劑對木質素纖維進行改性后的木質素纖維，作為抗剝落劑占瀝青用量0.4％，用水煮法對酸性石料做粘附試驗，完全達到要求，并在瀝青混合料馬歇爾試驗的殘留穩定度試驗中證明，這種改性纖維對改善馬歇爾技術指標具有顯著的效果，提高了殘留穩定度。
目前用于瀝青路面的進口纖維每噸12000元左右，國產纖維也要每噸8000元左右，而本發明改性纖維每噸價格不超過5000元。1噸SMA混合料用4公斤改性纖維，其成本僅20元。使用制造改性纖維，還可以不使用抗剝落劑，這樣每一噸SMA混合料又可以省下抗剝落劑6元錢，因此，將會有效地降低瀝青路面的成本。
制備瀝青路面施用的瀝青原料的性能指標如針入度，采用GB/T4509測定，延度按照GB/T4508測定，軟化點按照GB/T4507測定。
實施例實施例1生石灰粉碎至粒徑小于等于3mm，在1000千克的濕造紙污泥(水含量為65％(重量))中加入350千克的生石灰顆粒，以1200轉/分鐘攪拌均勻；放置7天熟化；在滾動式烘干機中烘干，烘干機進口溫度為650～750℃，出口溫度為115~125℃；粉碎至粒度小于等于40目，制得改性纖維873千克，其水分含量為5.6％(重量)，Ca(OH)2為54％(重量)，進行包裝。
實施例2按照和實施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥(水含量為55％(重量))中加入400千克的生石灰，制得水含量為5％(重量)，Ca(OH)2為52％(重量)的改性纖維1044千克。
實施例3按照和實施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥中加入200千克的生石灰，制得水含量為4.2％(重量)，Ca(OH)2為41％(重量)的改性纖維648千克。
實施例4按照和實施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥(水含量為55％(重量))中加入500千克的生石灰，制得水含量為8％(重量)，Ca(OH)2為60％(重量)的改性纖維1117千克。
實施例5使用實施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以瀝青瑪瑙脂碎石(SMA-16)為例，其組成配合比列于下表1.1，其中瀝青使用SBS改性瀝青，其性能指標列于下表1.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實施例1制備的改性纖維與使用德國產纖維和抗剝落劑制備的瀝青路面SMA-16進行比較。
表1.1SMA-16配合比

表1.2SBS改性瀝青(基質瀝青70#)

表1.3添加改性纖維與德國纖維和PA-1抗剝落劑的瀝青混合料馬歇爾技術指標對比

從表1.3可見，摻入改性纖維以后，各項馬歇爾技術指標都要比摻入德國纖維和PA-1抗剝落劑的好，尤其是空隙率和飽和度更為理想，這樣一種材料起到加筋性能又具有抗剝落劑的兩種功能作用，又方便拌制生產瀝青混合料。摻加進口纖維的SMA-16的瀝青路面易受陽光照射而使瀝青早期老化，易受雨水進入導致瀝青剝落而路面松散。
實施例6按照和實施例5相同的方式，使用相同的瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料SMA-16，不同之處是，使用實施例2中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.6％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術指標列于下表2.1。
表2.1馬歇爾技術指標對比

實施例7按照和實施例5相同的方法，使用實施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以AK-13A為例，其組成配合比列于下表3.1，其中瀝青使用SBS改性瀝青，其性能指標列于下表3.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實施例1制備的改性纖維與不使用改性纖維但使用抗剝落劑(購自成都佳遠公司)制備的瀝青混合料AK-13A進行比較。
表3.1AK-13A配合比

表3.2SBS改性瀝青(基質瀝青70#)

表3.3摻改性纖維與不摻纖維的AK-13A馬歇爾技術指標對比

從表6清楚地看到摻占混合料總重量0.4％的改性纖維，與只摻抗剝落劑的瀝青混合料相比，穩定度提高1765.8(N)，提高了27.5％，尤其是摻改性纖維的AK-13A，殘留穩定度比只摻抗剝落劑的提高了6％，測試數據證明，用改性纖維取代抗剝落劑后，十分有利于提高高速公路和機場道面瀝青防滑層面的水穩定性和耐久性。
實施例8按照和實施例7相同的方式，使用相同瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料AC-13，不同之處是，使用實施例3中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.4％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術指標列于下表4.1。
表4.1馬歇爾技術指標對比

實施例9使用實施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以AK-13A為例，其組成配合比列于下表5.1，其中瀝青使用AH70瀝青，其性能指標列于下表5.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實施例1制備的改性纖維與不使用改性纖維但使用抗剝落劑(購自成都佳遠公司)制備的瀝青混合料AC-13進行比較。
表5.1AC-13配合比

表5.2AH70瀝青

表5.3AC-13摻改性纖維與不摻纖維的馬歇爾技術指標對比

實施例10按照和實施例9相同的方式，使用相同瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料AK-13A，不同之處是，使用實施例4中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.5％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術指標列于下表6.1。
表6.1馬歇爾技術指標對比

從表5.3和表6.1看，1噸普通瀝青混合料，只要加進去1公斤改性纖維，就可以改善各項馬歇爾技術指標，而且殘留穩定度提高8.4％。以這樣較低成本可以把瀝青混合料的質量提高到一個新水平。
普通的瀝青混合料AK-13A中摻入纖維，雖然增加一些成本，但改善了路面防滑性，提高了瀝青路面耐久性，延長瀝青路面路用壽命，可節約路面的養護費用，其經濟效益和社會效益是顯著的。
綜上所述，各項對比試驗，有規律性地證明，摻入改性纖維以后，不論是那一種瀝青混合料品種瀝青瑪蹄脂碎石混合料、開級配大空隙排水型瀝青混合料或是瀝青抗滑，不論是酸性石料還是石灰石碎石的瀝青混合料，只要適量摻入一些改性纖維，就可以收到明顯效果，改善和提高各項馬歇爾技術指標，尤其是提高殘留穩定度，這是難能可貴的，達到了一種改性纖維起到兩種原材料(纖維和抗剝落劑)的作用，達到了預想目的，既降低了用纖維和抗剝落劑成本又方便拌制生產。
利用工業廢料加工成為瀝青路面改性纖維。使用該新型纖維能使各品種的瀝青混合料質量有明顯提高，促使瀝青路面的質量有一個新的飛躍，同時又能減少環境污染。
權利要求
1.一種瀝青路面用改性纖維，以所述改性纖維重量為基準，由下列組分組成a)32-55％重量造紙污泥；b)40-60％重量Ca(OH)2；c)4-8％重量水。
2.如權利要求1所述的瀝青路面用改性纖維，其特征在于所述瀝青路面用改性纖維含有50-60％重量的Ca(OH)2。
3.一種制備瀝青路面用改性纖維的方法，該方法包括下列步驟a)將塊狀生石灰粉碎成粒徑小于或等于3毫米的顆粒；b)把生石灰顆粒以造紙污泥重量的20-50％摻入造紙污泥中，然后攪拌均勻；c)將步驟b)的混合物堆放7天以上，使之充分熟化反應，并使物料脫水；d)烘干脫水，使水份含量為4-8％重量；e)高速粉碎上述混合物干料，并過篩，制得粒度小于等于40目的改性纖維。
4.如權利要求3所述的制備瀝青路面用改性纖維的方法，其特征在于在所述步驟b)中，生石灰顆粒以造紙污泥重量的35-50％摻入造紙污泥中。
5.一種瀝青路面混合料，包含該混合料總重量的0.1-0.6％的權利要求1或2所述的瀝青路面用改性纖維。
全文摘要
一種瀝青路面用改性纖維，由下列組分組成a)32－55％重量造紙污泥；b)40－60％重量Ca(OH)
文檔編號E01C7/26GK1519430SQ0311501
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月20日 優先權日2003年1月20日
發明者朱三棣, 嚴軍, 韓曉偉, 邵拱信 申請人:上海挪亞環境資源開發有限公司