本發(fā)明申請涉及道路工程材料，具體涉及一種煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料及其制備方法。

背景技術：

1、中國高速建設已有30年歷史，在已修建的公路中，瀝青路面占公路路面的90%以上，隨著道路交通量的不斷增加，不斷增加的交通強度對瀝青路面帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。另一方面，新建造及既有路面維護每年都需要耗費大量的建材（如砂石、瀝青等），造成自然資源的匱乏及自然環(huán)境的破壞。與此同時大量廢棄材料遭廢棄堆放，利用率極低，易造成資源的浪費和環(huán)境的污染，不符合當前的綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。作為高等級公路的主要路面結構類型之一，這些廢棄材料在瀝青路面材料擁有較廣闊的再生和重復利用空間。因此，如何在有效利用廢舊材料的基礎上開發(fā)新型改性瀝青混合料，在改善瀝青混合料的路用性能的同時以減少或替代原油瀝青、砂石等材料的使用成為當務之急。

2、公開于該背景技術部分的信息僅用于加深對本公開的背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成本領域技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料及其制備方法，旨在解決煤矸類廢棄材料應用于瀝青混合料路用性能難以改善的技術問題。

2、根據本公開的一個方面，提供一種煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青3～7份，煤矸石粉0.05～0.12份，海泡石纖維0.02～0.08份，納米氮化鋁0.09～0.21份，改性劑0.013～0.032份。

3、在本公開的一些實施例中，所述煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4～6份，煤矸石粉0.05～0.06份，海泡石纖維0.03～0.07份，納米氮化鋁0.12～0.18份，改性劑0.018～0.026份。

4、在本公開的一些實施例中，所述煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4.3份，煤矸石粉0.09份，海泡石纖維0.035份，納米氮化鋁0.128份，改性劑0.019份。

5、在本公開的一些實施例中，所述改性劑為復合磷酸型單烷氨基類酞酸酯偶聯(lián)劑。

6、在本公開的一些實施例中，所述瀝青為道路石油瀝青、煤瀝青、sbs改性瀝青、pe改性瀝青、sbr改性瀝青、纖維類改性瀝青中的至少一種。

7、在本公開的一些實施例中，所述礦料由粗集料、細集料和礦粉組成。

8、根據本公開的另一個方面，提供一種煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料的制備方法，包括如下步驟：

9、（1）納米氮化鋁改性劑制備：按照上述重量份數(shù)配置各原料；

10、先將改性劑用乙醇和水進行稀釋，稀釋液濃度為2%，靜置15～25?min后加入納米氮化鋁浸泡90～110?min，然后在50～70?℃的條件下烘干除去水和乙醇，最后過篩。

11、（2）將煤矸石粉-海泡石纖維改性劑制備：將煤矸石粉、海泡石纖維與改性劑混合均勻。

12、（3）復合改性瀝青制備：將瀝青在溫度為130℃～140℃的條件下加熱熔融，再將所述納米氮化鋁改性劑、煤矸石粉-海泡石纖維改性劑加入到基礎瀝青中，攪拌均勻后升溫至150℃～160℃；然后對瀝青進行剪切處理，剪切后冷卻處理。

13、（4）復合改性瀝青混合料制備：將加熱至175℃～180℃的礦料與所述復合改性瀝青混合攪拌均勻。

14、在本公開的一些實施例中，在所述步驟（3）中，剪切過程為：先在剪切速率為2000～3000rpm的條件下低速剪切15～20?min，再在剪切速率為6000～7000rpm的條件下高速剪切30～45?min。

15、本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下任一技術效果：

16、1.本申請煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料屬于環(huán)保無毒無腐蝕類復合瀝青混合料，路用性能優(yōu)良，可以增強瀝青路面高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性，能延長瀝青路面使用壽命；其原料來源廣泛、無毒無害，生產過程無污染且價格低廉；制備工藝簡單，成本低，具有良好的經濟效益。

17、2.本申請煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，通過復合磷酸型單烷氨基類酞酸酯偶聯(lián)劑溶液對納米氮化鋁進行表面預處理，使得納米氮化鋁在偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用下能夠與海泡石纖維在瀝青混合料內部聯(lián)結形成網狀聯(lián)接結構，加強瀝青混合料的機械強度、抗沖擊性和穩(wěn)定性?；诿喉肥邸⒑Ｅ菔w維、納米氮化鋁的優(yōu)良的協(xié)同作用，在高溫條件下，路面內部自上而下溫度降低，在溫差驅動下熱能向路面內部材料處移動，材料吸熱產生電荷，達到降溫效果；在低溫條件下，材料會吸收路面內部游離電荷產生熱量提高溫度達到儲熱效果，從而降低高低溫對路面的損害。

18、3.本申請煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，比表面積較大的煤矸石粉可吸附瀝青中易發(fā)生剪切流動的部分，海泡石纖維可在混合料中起到增強、增韌的作用，不斷傳遞和釋放應力，同時納米材料由于吸熱不斷產生電荷，三者協(xié)同可達到良好的降溫效果；此外，煤矸石粉和海泡石纖維使得瀝青膠漿比例相應增加，纖維自身的加筋作用，將混合料內部的集中應力消散，從而降低高低溫對路面的損害；三種改性材料的復摻會增加瀝青混合料的瀝青用量，在混合料內部形成大量的結構瀝青，瀝青膠漿相對增多，削弱了水分的侵入，故提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

技術特征：

1.一種煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青3～7份，煤矸石粉0.05～0.12份，海泡石纖維0.02～0.08份，納米氮化鋁0.09～0.21份，改性劑0.013～0.032份。

2.根據權利要求1所述的煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4～6份，煤矸石粉0.05～0.06份，海泡石纖維0.03～0.07份，納米氮化鋁0.12～0.18份，改性劑0.018～0.026份。

3.根據權利要求1所述的煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4.3份，煤矸石粉0.09份，海泡石纖維0.035，納米氮化鋁0.128份，改性劑0.019份。

4.根據權利要求1所述的煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，所述改性劑為復合磷酸型單烷氨基類酞酸酯偶聯(lián)劑。

5.根據權利要求1所述的煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，所述瀝青為道路石油瀝青、煤瀝青、sbs改性瀝青、pe改性瀝青、sbr改性瀝青、纖維類改性瀝青中至少一種。

6.根據權利要求1所述的煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料，其特征在于，所述礦料由粗集料、細集料和礦粉組成。

7.一種權利要求1所述煤矸石-粉海泡石纖維-納米氮化鋁復合改性瀝青混合料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.?根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟（3）中，剪切過程為：先在剪切速率為2000～3000rpm的條件下低速剪切15～20?min，再在剪切速率為6000～7000rpm的條件下高速剪切30～45?min。

技術總結
本申請?zhí)峁┮环N煤矸石?粉海泡石纖維?納米氮化鋁復合改性瀝青混合料及其制備方法，旨在解決煤矸類廢棄材料應用于瀝青混合料路用性能難以改善的技術問題。該復合改性瀝青合料由以下重量份的原料制成：礦料100份，瀝青3～7份，煤矸石粉0.05～0.12份，海泡石纖維0.02～0.08份，納米氮化鋁0.09～0.21份，改性劑0.013～0.032份。本申請復合改性瀝青混合料屬于環(huán)保無毒無腐蝕類復合瀝青，路用性能優(yōu)良（可提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性）、制備工藝簡單、原材料無毒無害且來源廣泛，能延長瀝青路面使用壽命；生產過程無污染且價格低廉，成本低，具有良好的經濟、社會效益，有利于進一步拓寬綠色環(huán)保材料在瀝青路面工程中的資源化利用。

技術研發(fā)人員：陳淵召,李振霞,郭滕滕,房辰澤,楊新勝,郭玉潔,董基源,趙翀,吳方旭,孫保軍,李高鵬,尚巖,陳海軍,白冰,陳艷艷,李強強,王玉波,劉旬,劉寧,尚筠,宋華鋒,楊欣
受保護的技術使用者：華北水利水電大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26