一種農業廢渣灰改性瀝青混合料及其制備方法
【專利摘要】本發明專利公開了一種農業廢渣灰改性瀝青混合料及其制備方法，按重量比，玄武巖集料用量為88.5％～91.5％，道路石油瀝青用量為4.5％～5.5％，石灰石礦粉用量為0％～4.8％；農業廢渣灰用量為1.2％～6.0％，其中：石灰石礦粉和農業廢渣灰的重量百分數之和為6％，原料的重量百分數之和為100％。本發明中所用的農業廢渣灰只是等量部分或完全替代礦粉，未改變混合料中各原料所占的比例。農業廢渣灰顆粒級配符合規范中對礦粉的級配要求，所以混合料整體級配不會因廢渣灰的摻入而受到影響。本發明提供的農業廢渣灰改性瀝青混合料具有良好的高溫穩定性和低溫抗裂性，能有效提高瀝青路面的抗變形能力，由于農業廢渣灰堿性的特征，該混合料中瀝青與集料的粘附性大幅度提升，從而提高了瀝青路面的抗水損害能力。
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于道路材料領域，涉及改性瀝青混合料，具體涉及一種農業廢渣灰改性 瀝青混合料及其制備方法。 一種農業廢渣灰改性瀝青混合料及其制備方法
【背景技術】
[0002] 瀝青混凝土路面由于具有表面平整、堅實、無接縫、行車舒適、耐磨、噪聲低、施工 期短、養護維修簡便，且適宜于分期修建等優點而發展成為我國主要的兩種路面形式之一， 其中90%以上高等級公路都是瀝青路面結構形式。近年來隨著我國國民經濟的快速發展以 及交通物流水平的提升，受車輛超載、水毀和養護管理不及時等原因，不少瀝青路面呈現出 開裂、泛油、剝落和車轍等破損情況，正常維修期大大提前，公路服役水平迅速降低，直接影 響車輛運行舒適性和路面使用壽命。出現這些病害的最主要原因是，在車輛荷載和雨水的 共同作用下，集料表面的薄膜極容易脫離并發生剝落等破壞。同時，瀝青路面中的瀝青結合 料隨著道路運行年限的增加，逐漸老化，瀝青與集料的粘附強度降低，導致路面出現開裂和 剝落等現象。另外，瀝青混合料中的瀝青膠漿由瀝青和礦粉組成，一定程度上呈酸性，大幅 度降低瀝青膠漿與集料之間的粘附強度，導致水損害的發生。因此降低瀝青膠漿的酸性能 有效改善集料與瀝青之間的界面環境，提高瀝青的粘附性能，這也是改善瀝青混合料路用 性能的關鍵技術之一。

【發明內容】

[0003] 針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于，提供一種農業廢渣灰改性瀝青混 合料及其制備方法，解決現有的瀝青混合料高溫穩定性和低溫抗裂性差的技術問題，同時 解決農業廢渣灰的回收再利用問題。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：
[0005] -種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組成：玄武巖集料 為88.5%~91.5 %，道路石油瀝青為4.5 %~5.5%，石灰石礦粉為0%~4.8 %，農業廢渣灰 為1.2%~6.0%，其中：石灰石礦粉和農業廢渣灰的重量百分數之和為6%，原料的重量百 分數之和為100 %。
[0006] 本發明還具有如下區別技術特征：
[0007] 以重量百分數計，由以下原料組成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %， 石灰石礦粉為〇 %~4.8%，農業廢渣灰為1.2%~6.0 %，其中：石灰石礦粉和農業廢渣灰的 重量百分數之和為6 %。
[0008] 以重量百分數計，由以下原料組成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %， 石灰石礦粉為1.2 %，農業廢渣灰為4.8 %。
[0009] 所述的農業廢渣灰的顆粒級配滿足0.6_篩孔的通過率為100%，0.15_篩孔的通 過率為95%~100%，0.075mm篩孔的通過率為85%~100%。
[00?0]所述的玄武巖集料的密度為2.43g/cm3，與瀝青的粘附等級為4級，集料壓碎值為 8·9%〇
[0011] 所述的石灰石礦粉的密度為2.68g/cm3，親水系數為0.56。
[0012] -種如上所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料的制備方法，該方法采用如權利要求 1至6任一權利要求所述的原料配方，該方法包括以下步驟：
[0013] 步驟一、將農業廢渣灰與石灰石礦粉按照配方比例攪拌混合均勻，然后烘干備用；
[0014] 步驟二、將玄武巖集料和道路石油瀝青攪拌混合均勻備用；
[0015] 步驟三、然后將步驟一所得的石灰石礦粉和農業廢渣灰混合物加入到步驟二所得 的玄武巖集料與道路石油瀝青拌合物中，繼續拌合至均勻，得到農業廢渣灰改性瀝青混合 料。
[0016] 本發明與現有技術相比，具有如下技術效果：
[0017] (I)本發明中所用的農業廢渣灰只是等量部分或完全替代礦粉，未改變混合料中 各原料所占的比例。
[0018] ( Π )所述的農業廢渣灰顆粒級配符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004)對礦粉的級配要求，所以混合料整體級配不會因廢渣灰的摻入而受到影響。
[0019] (m)本發明提供的農業廢渣灰改性瀝青混合料具有良好的高溫穩定性和低溫抗 裂性，能有效提高瀝青路面的抗變形能力，由于農業廢渣灰堿性的特征，該混合料中瀝青與 集料的粘附性大幅度提升，從而提尚了浙青路面的抗水損害能力。
[0020] (IV)農業廢渣灰用于瀝青混合料中屬于廢物再利用，變廢為寶，能顯著降低道路 的修筑建設成本，符合綠色可持續發展戰略，具有可觀的工程應用價值和廣闊的應用前景。
[0021] (V)本發明提供的關于農業廢渣灰改性瀝青混合料制備方法較為簡單，無需專門 技術人員操作，試驗人員或施工人員按照本發明所敘述的步驟即可。
[0022] 本發明方法根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011)改進而 來，僅在原瀝青混合料制備方法中增加了預先將石灰石礦粉與農業廢渣灰混合均勻這一過 程，所以不需要增加特殊儀器，操作簡單，易于實現。
[0023]以下結合實施例對本發明的具體內容作進一步詳細解釋說明。
【具體實施方式】
[0024] 隨著經濟的發展，各國開始提倡綠色、環保、節能和可持續發展道路，資源的再生 利用更受青睞。我國是一個農業大國，據統計，每年由農業產生的如玉米芯和稻殼等廢棄物 產量接近10億噸，如果將這些廢棄材料集中起來作為能源利用則其發熱量可達折合標準煤 量約3億噸。目前直接焚燒是其主要的利用途徑，但該方法會產生大量的農業廢渣灰，如不 合理利用將會占用大量土地資源，并造成環境污染。這些廢渣灰的主要化學成分為Si〇2、 1%0、〇3〇、1(2〇、他2〇和412〇3等氧化物，這與普通硅酸鹽水泥主要成分相似，而且水溶液呈堿 性，在微觀環境下，這些廢渣灰還較礦粉有良好的形貌，非常適用于瀝青混合料的改性。
[0025] 農業廢渣灰的制備方法為:首先將玉米芯和稻殼混合均勻后在400°C~600°C溫度 條件下進行煅燒，然后冷卻至室溫，并用球磨機磨細，最后采用標準篩篩分，并保證〇.6_篩 孔的通過率為100%、〇. 15mm篩孔的通過率為95%~100%、0.075mm篩孔的通過率為85%~ 100%〇
[0026] 如上所述的玉米芯的質量比為40%~50%，稻殼的比例為50%~60%，原料的重 量百分數之和為100 %。
[0027] 如上所述的玉米芯的含水率為4.0%~6.0%，木質素含量為10%~20%;稻殼的 含水率為3.0%~5.0%，粒徑大小為1.0~3.0mm。
[0028] 以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明并不局限于以下具體實施 例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護范圍。
[0029] 對比例1:
[0030]本對比例給出一種瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組成:玄武巖集料為 89.5%，道路石油瀝青為4.5%，石灰石礦粉為6%。
[0031 ]本對比例的瀝青混合料的制備方法與實施例1基本相同。
[0032]本對比例的性能測試結果參見表3。
[0033] 實施例1:
[0034] 本實施例給出一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組 成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為4.8 % ;農業廢渣灰為 1.2%〇
[0035] 其中：所設計的瀝青混合料類型為AC-13,集料選用玄武巖集料，玄武巖集料的密 度為2.43g/cm3,與瀝青的粘附等級為4級，集料壓碎值為8.9%。玄武巖集料級配如下表1所 不。
[0036]表1玄武巖集料級配
[0038] 道路石油瀝青為SK-90#瀝青，15°C密度P = 1.02g/cm3，針入度（25°C，100g，5s)為 89 · 3mm，軟化點(R&B) 48 °C。
[0039]石灰石礦粉密度為2.68g/cm3，親水系數為0.56，礦粉顆粒級配如下表2所示。
[0040] 表2礦粉顆粒級配
[0042] 將45%的玉米芯和55%的稻殼混合均勻后在400°C~600°C溫度條件下進行煅燒， 然后冷卻至室溫，并用球磨機磨細，最后采用標準篩篩分，其0.6mm篩孔的通過率為100%、 0.15mm篩孔的通過率為97.2%、0.075mm篩孔的通過率為87.3%。
[0043] 如上所述的玉米芯的含水率為4.6%，木質素含量為17.3%;稻殼的含水率為 4.1%，粒徑大小為1.5~2.6mm。
[0044] 基于本實施例的原料配方，本實施例的農業廢渣灰改性瀝青混合料的具體制備過 程如下所述：
[0045] 步驟一、將農業廢渣灰與石灰石礦粉攪拌混合均勻，攪拌5min后放在180 °C烘箱中 備用。
[0046]步驟二、在標準條件165°C下將玄武巖集料和道路石油瀝青攪拌均勻。
[0047]步驟三、然后將備用的石灰石礦粉和農業廢渣灰混合物加入到玄武巖集料與道路 石油瀝青拌合物中，繼續拌合至均勻。
[0048] 需要說明的是上述操作步驟中的溫度要求和拌合時間嚴格按照《公路工程瀝青及 瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中瀝青混合料試件制作條件中的要求執行。
[0049] 本實施例的性能測試結果參見表3。
[0050] 實施例2:
[0051] 本實施例給出一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組 成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為3.0 % ;農業廢渣灰為 3.0%〇
[0052]本實施例中對原料的要求和瀝青混合料的制備方法均與實施例1相同。
[0053]本實施例的性能測試結果參見表3。
[0054] 實施例3:
[0055] 本實施例給出一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組 成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為2.0 % ;農業廢渣灰為 4.0%〇
[0056] 本實施例中對原料的要求和瀝青混合料的制備方法均與實施例1相同。
[0057]本實施例的性能測試結果參見表3。
[0058] 實施例4:
[0059] 本實施例給出一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組 成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為1.2 % ;農業廢渣灰為 4.8%〇
[0060] 本實施例中對原料的要求和瀝青混合料的制備方法均與實施例1相同。
[0061 ]本實施例的性能測試結果參見表3。
[0062] 實施例5:
[0063] 本實施例給出一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，以重量百分數計，由以下原料組 成：玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，農業廢渣灰為6.0 %。
[0064] 本實施例中對原料的要求和瀝青混合料的制備方法均與實施例1相同。
[0065] 本實施例的性能測試結果參見表3。
[0066]效果分析：
[0067] 對比例1、實施例1~5中拌合好的瀝青混合料按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試 驗規程》(JTG E20-2011)進行瀝青混合料的馬歇爾穩定度、動穩定度及凍融劈裂強度試驗。 [0068]試驗結果如表3所示。
[0069]表3各性能指標測試結果

[0071]試驗結果表明，農業廢渣灰改性瀝青混合料的路用性能得到明顯改善，馬歇爾穩 定度、動穩定度以及凍融劈裂強度比均高于對照組(對比例1);隨著農業廢渣灰摻量的增 加，瀝青混合料各指標先增大后減小，出現峰值;當農業廢渣灰與石灰石礦粉的比例達到4: 1時，各性能指標達到最優狀態。故本發明提供的農業廢渣灰改性瀝青混合料能有效解決目 前瀝青路面出現的車轍、開裂等病害，提高瀝青混合料的抗水損害能力以及瀝青路面的行 車舒適性，延長道路的維修周期，降低道路建設和維修成本，且本發明充分利用農業廢渣 灰，屬于廢物再利用，市場前景廣闊，具有良好的經濟效益。
【主權項】
1. 一種農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于：以重量百分數計，由以下原料組成： 玄武巖集料為88.5 %~91.5%，道路石油瀝青為4.5%~5.5%，石灰石礦粉為0 %~4.8%， 農業廢渣灰為1.2 %~6.0 %，其中：石灰石礦粉和農業廢渣灰的重量百分數之和為6 %，原 料的重量百分數之和為100%。2. 如權利要求1所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于：以重量百分數計，由 以下原料組成:玄武巖集料為89.5 %，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為0 %~4.8 %，農 業廢渣灰為1.2%~6.0%，其中：石灰石礦粉和農業廢渣灰的重量百分數之和為6%。3. 如權利要求2所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于：以重量百分數計，由 以下原料組成：玄武巖集料為89.5%，道路石油瀝青為4.5 %，石灰石礦粉為1.2%，農業廢 渣灰為4.8%。4. 如權利要求1所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于:所述的農業廢渣灰的 顆粒級配滿足0.6mm篩孔的通過率為100%，0.15mm篩孔的通過率為95%~100%，0.075mm 篩孔的通過率為85%~100%。5. 如權利要求1所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于:所述的玄武巖集料的 密度為2.43g/cm3，與瀝青的粘附等級為4級，集料壓碎值為8.9%。6. 如權利要求1所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料，其特征在于:所述的石灰石礦粉的 密度為2 · 68g/cm3，親水系數為0 · 56 〇7. -種如權利要求1至6任一權利要求所述的農業廢渣灰改性瀝青混合料的制備方法， 其特征在于:該方法采用如權利要求1至6任一權利要求所述的原料配方，該方法包括以下 步驟： 步驟一、將農業廢渣灰與石灰石礦粉按照配方比例攪拌混合均勻，然后烘干備用； 步驟二、將玄武巖集料和道路石油瀝青攪拌混合均勻備用； 步驟三、然后將步驟一所得的石灰石礦粉和農業廢渣灰混合物加入到步驟二所得的玄 武巖集料與道路石油瀝青拌合物中，繼續拌合至均勻，得到農業廢渣灰改性瀝青混合料。
【文檔編號】C04B26/26GK106045383SQ201610363640
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】何銳, 李祖仲, 吳文飛, 鄭睢寧, 陳騫, 陳華鑫, 王振軍, 邵玉
【申請人】長安大學