本发明属于道路材料领域，涉及煤化工固体废弃物在道路建筑材料中的使用，具体涉及一种沥青混凝土外掺剂及其制备方法。
背景技术：
：诱发沥青路面车辙病害的内因主要与沥青高温稳定性不足有关，因此对基质沥青改性是一种减小沥青路面车辙病害的有效途径，国内外进行了大量研究。采用聚合物对沥青改性是常见手段，但一般改性工艺较复杂，需要专门设备，成本较高，会大幅增加工程项目造价。因此，限制了其在道路工程中的广泛应用。煤直接液化残渣作为生产液体燃料油后产生的固体废弃物，其组成中含有沥青类物质，用来直接改性基质沥青，在掺量较小时(约7％)，对高温性能有一定改善，专利CN101863637A中提到通过在煤直接液化残渣中添加塑化剂、偶联剂和橡胶粉，通过熔融、混合等工序制得可用于道路沥青混凝土的外掺剂。但该方法需要掺加5-20％的增塑剂，该掺量已超出一般助剂范围，且橡胶粉掺量为煤直接液化残渣的5-15％，并要求粒径小于80目(0.178毫米)，因而总体成本较高，不利于在工程中大规模应用。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种制备工艺简单，对原材料要求低，能够提高沥青混凝土的高温抗车辙性能的同时不影响沥青的低温性能的沥青混凝土外掺剂及其制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种沥青混凝土外掺剂，其制备原料包括煤直接液化残渣、沥青、分散剂和增溶剂，还包括废旧轮胎胶粉，废旧轮胎胶粉是经废旧轮胎和废旧橡胶处理成粒径小于30目(0.55毫米)的橡胶粉。煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1～1.5:0.05～0.10:0.25～0.45:0.001～0.002:0.002～0.005。煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的粒径小于0.15毫米，沥青含量高于75％的煤残渣。沥青为110号和90号道路石油沥青中一种或两种组合物。分散剂为聚乙烯蜡、聚乙二醇和聚四氟乙烯中的一种或多种组合物。增溶剂为硬酯酸钠、硬酯酸镁和硬酯酸钙中一种或多种组合物。沥青混凝土外掺剂的制备方法，首先将煤直接液化残渣与沥青混合，再与废旧轮胎胶粉混合，然后在煤直接液化残渣与废旧轮胎胶粉的混合物中添加分散剂和增溶剂，经搅拌后脱硫热解，最后挤压造粒获得沥青混凝土外掺剂。脱硫热解是在180℃～250℃的温度下融化处理1-5小时沥青混凝土外掺剂的颗粒粒度为1mm～5mm。本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本发明沥青混凝土外掺剂主要是由煤直接液化残渣和废旧轮胎胶粉，辅以少量助剂制成，助剂的添加量很少，未超出一般助剂范围，且粒径小于30目的废旧轮胎胶粉的掺量为煤直接液化残渣的0.25～0.45倍，因而总体成本低，利于在工程中大规模应用。(Ⅱ)本发明沥青混凝土外掺剂对于沥青混凝土高温性能的改善相比于普通沥青混凝土能提高1～2倍，不仅可以有效克服煤直接液化残渣直接改性沥青混凝土材料的低温性能大幅劣化的问题，而且可以降低煤直接液化残渣改性沥青混凝土的能源消耗。具体实施方式为了改善沥青混凝土的高温稳定性，通常使用聚合物对沥青进行改性，再将制备好的改性沥青与矿料拌和获得性能良好的沥青混凝土混合料。常用于沥青改性的改性剂有SBS、SBR、EVA和PE等，SBS改性剂综合改善效果最好，但价格昂贵；而SBR、EVA和PE等在改善某一方面性能同时往往造成其他性能劣化；同时，改性时需要专门设备，投资较高，且改性过程中和改性后，沥青持续加热可能会造成短期老化，影响其使用性能；此外，改性后的沥青黏度较大，使用时为了获得较好的施工和易性，必须提高加热温度，不仅带来老化隐患，还会消耗大量能源。本发明的技术出发点是以煤直接液化残渣为主要原料，获得一种低成本、易施工的沥青混凝土改性剂。为了克服煤直接液化残渣改性沥青造成的沥青混凝土低温性能劣化问题，本发明引入低成本的废轮胎胶粉，通过热解工艺是胶粉中硫键打开，同时保持碳键进而保留橡胶粉的弹性特征，提高外掺剂低温变形能力，从而实现改善沥青混凝土低温性能目的。此外，本发明提出的一种沥青混凝土外掺剂在沥青混合料拌和过程中加入，无需提高沥青加热温度，不仅可以减少能源消耗，还可以避免高温带来的老化隐患。废胶粉在一定的环境和温度下C-S键、S-S键和C-C键会打开，分子量降低，黏度减小，弹性变形能力减弱。本发明中在制备外掺剂过程中，采用热解工艺，预先使硫键打开而同时保持碳碳双键不打开，旨在通过预先可控工艺能最大程度保留费胶粉弹性变形特征。同时，结合挤压造粒工艺，使煤直接液化残渣、沥青、废胶粉、分散剂和增溶剂能均匀混溶不分离。以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。本发明所使用的分散剂为低分子量的热塑性树脂粉，可以是聚乙烯蜡、聚乙二醇和聚四氟乙烯等。实施例1：本实施例给出一种沥青混凝土外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1:0.05:0.25：0.001:0.002。其中：煤直接液化残渣粒径小于0.15毫米，灰分含量小于25％，沥青含量不小于75％。废旧轮胎胶粉粒径小于0.55毫米，其中灰分含量小于9％，炭黑含量大于29％，金属含量小于0.04％。基于本实施例的原料配方，本实施例添加有外掺剂的沥青混凝土的具体制备过程如下所述：步骤一，将煤直接液化残渣100克加热至180-200℃，成熔融状；步骤二，将沥青加热成熔融状；步骤三，依次将熔融沥青5g、废旧轮胎胶粉25g、分散剂0.1g和增溶剂0.2g加入煤直接液化残渣中，然后在180-200℃下高速搅拌15min；步骤四，将搅拌均匀的混合物倒入密封罐中，移入烘箱在180℃的温度下热解脱硫融化处理1小时；步骤五，将热解脱硫融化处理后混合物搅拌均匀，通过挤压造粒获得粒度为1-5毫米的沥青混凝土外掺剂。为了能够证明本发明的有益效果，申请人针对实施例1制备的试样外掺按照10％替代AC-13沥青混凝土(即沥青混凝土混合料，其最大粒径的石料为1.32cm)中沥青进行配比设计，其中，沥青使用90#沥青，各项指标均满足规范要求，集料采用玄武岩，矿粉采用石灰石矿粉，沥青混凝土级配是工程常用AC-13型级配。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)进行试样制备和性能试验，性能试验包括车辙试验、低温弯曲试验和残留稳定度试验。沥青混凝土高温稳定性能是通过车辙试验来表征的，车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验法，是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动性变形的方法。车辙试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，试件采用碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件，试验结果以动稳定(次/mm)表示。沥青混凝土的低温性能采用标准条件小梁弯曲破坏试验进行评价。试验采用的小梁试件尺寸为长250mm±2mm，宽30mm±2mm，高35mm±2mm，由碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件切割而成。试验温度为-10℃±0.5℃，加载速率为50mm/min，试验结果以小梁弯曲破坏时梁底对应的最大破坏应变。沥青混合料抵抗水损害能力通常采用浸水马歇尔试验评价。按照标准方法制备标准马歇尔试件，分成2组，分别在60℃水浴中浸泡30min和48h，再分别测定马歇尔稳定度，以浸泡48h的马歇尔稳定度结果除以浸泡30min的马歇尔试验结果，此即为残留稳定，其值越大，沥青混合料抵抗水损坏能力越强。实施例2：本实施例给出一种沥青混凝土外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1.5:0.1:0.45:0.002:0.005。本实施例中对原料的要求和加有外掺剂的沥青混凝土的制备方法均与实施例1相同，不同的是脱硫热解是在250℃的温度下融化处理5小时。本实施例的沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。对比例1：本对比例给出一种沥青混凝土，其制备原料按重量百分比为：沥青：矿料＝4.8:100。本对比例的沥青混凝土的制备方法和试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。对比例2本对比例中对原料的要求和沥青混凝土外掺剂各组分比例以及沥青混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，其中废旧轮胎胶粉粒径为80目。本对比例沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。对比例3：本对比例给出一种沥青混凝土外掺剂，其中，煤直接液化残渣、废旧轮胎胶粉、柠檬酸三正丁酯和超分散剂的添加量按质量比为1:0.15:0.20:0.003。本对比例沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。效果分析：表1外掺剂对沥青混凝土路用性能影响效果路用性能实施例1实施例2对比例1对比例2对比例3动稳定度(次/mm)35684064198028452345残留稳定度(％)9293919092最大弯拉应变(με)31443361267532592685表1表明，与普通沥青混凝土相比，采用本发明制备的沥青混凝土外掺剂可以显著改善沥青混凝土混合料的高温性能和低温性能，表征高温性能的动稳定度和低温下最大弯拉应变明显高于对比例，同时，水稳定性能也有一定提高；实施例1沥青混凝土高温性能和水稳定性均好于对比例2，而低温性能略低，说明废旧轮胎胶粉的粒径对沥青混凝土性能有影响，对比例3高温性能和低温性能改善有限，实施例的沥青混凝土高温性能和水稳定性均好于对比例3，说明制备外掺剂时的助剂及助剂添加量对沥青混凝土性能有影响。因此，本发明沥青混凝土外掺剂不仅能明显改善沥青混凝土的高温性能，还能改善其低温性能。当前第1页1 2 3