本发明涉及一种沥青材料，尤其涉及一种纳米固化的乳化沥青混合料及其制备方法。
背景技术：
：乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水的液态沥青。乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法(乳化)，扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的道路建筑材料。在众多的道路建设应用中，乳化沥青提供了一种比热沥青更为安全、节能和环保的系统，因为这种工艺避免了高温操作、加热和有害排放，不仅节约能源，而且保护环境。乳化沥青混合料是采用乳化沥青与矿料混合料在常温状态下拌合的，经铺筑与压实成型后形成沥青路面。但是,乳化沥青混合料有一个很大的缺陷，就是水分排干和性能恢复需要一定的时间,这样就导致其早期强度较低,因而延迟了交通开放,限制了其应用范围。现有技术中，主要通过添加水泥形成水泥乳化沥青混合料以及添加改性剂来来改善乳化沥青的基本性能从而减少其缺陷。同济大学杜少文等人将水泥掺到乳化沥青中利用水泥水化加速乳化沥青的破乳，可以提高混合料早期强度和刚度，同时改善混合料的路用性能(参照“水泥改善乳化沥青混合料的使用性能”，杜少文等，建筑材料学报，第12卷第一期，第71-75页，2009年)。然而，水泥水化速度不快，混合料的早期强度不优越，大量的拌合水不能转成结晶水，对后期性能有影响；另一方面，水泥的加入虽然加快了乳化沥青混合料早期强度的发展速度，但同时使混合料的模量有了很大程度的提高，增大了水泥乳化沥青混凝土脆性开裂的风险，同时其韧性和变形性能出现了一定程度的降低，这对于提高路面使用寿命也是十分不利的。中国专利申请文献(CN105524478A)公开了一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，该方法将纳米粘土和丁苯橡胶高速搅拌制备成改性剂对乳化沥青进行改性，克服传统乳化沥青混合不均、储存稳定性差等缺点。但是，有的改性剂与乳化沥青配伍性好，有的与集料配伍性好，二者不一定可以兼容，往往拌合成混合料时，整体均匀性不好，性能的改善会有所下降。技术实现要素：发明目的：本发明的目的是提供一种纳米固化的乳化沥青混合料，该乳化沥青混合料的固化速度快，内部物料分散均匀，粘附牢固，具有较高的早期抗车辙能力和抗开裂能力。技术方案：本发明所述的一种纳米固化的乳化沥青混合料，主要由以下质量百分比的物料组成：1％-7％的纳米粘土悬浊液、4％-8％的矿粉、75％-89％的粗细集料和6％-10％的乳化沥青；所述纳米粘土悬浊液由纳米粘土、水、分散剂、消泡剂组成，其中，纳米粘土的掺量为水质量的5％-20％，分散剂的掺量为纳米粘土质量的40％-60％，消泡剂的掺量为纳米粘土质量的30％-50％。进一步优选的，该纳米固化的乳化沥青混合料主要由以下质量百分比的物料组成：3％-4％的纳米粘土悬浊液、6％-7％的矿粉、80％-83％的粗细集料和8％-9％的乳化沥青；纳米粘土悬浊液中，纳米粘土的掺量为水质量的10％-15％，分散剂的掺量为纳米粘土质量的45-55％，消泡剂的掺量为纳米粘土质量的35-45％。所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠，利用其难挥发，易溶于水且具有良好的表面活性的特点，降低水-油界面的张力起到乳化分散的作用。所述消泡剂为磷酸三丁酯，用于消除混合料中已形成的泡沫，使得内部结构状态更加密实。进一步，所述纳米粘土为蒙脱土、高岭土、水辉石和硅石的一种或几种，优选为蒙脱土与高岭土按质量比1:0.5～2混合而成。进一步，所述乳化沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，即使用酰胺型慢裂快凝型阳离子沥青乳化剂制成的乳化沥青，该乳化沥青的固含量大于60％，1天的存储稳定性小于1％，5天的储存稳定性小于5％。该乳化沥青具有广泛的乳液-物料配伍性，优异的储存性及良好的拌合性，使得拌合成混合料具有良好的整体均匀性。纳米固化的乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在常温下(本次发明中的“常温”均指25℃左右)，将纳米粘土、水、分散剂和消泡剂混合搅拌得到混合料A，再将混合料A进行分散，得到纳米粘土悬浊液；(2)在常温下，将粗细集料与乳化沥青搅拌均匀，得到混合料B；(3)在常温下，在步骤(2)中的混合料B中加入矿粉以及步骤(1)中的纳米粘土悬浊液，搅拌均匀，得到混合料C；(4)在常温下，将步骤(3)中的混合料C静置1-2小时，得到纳米固化的乳化沥青混合料。其中，步骤(1)中所述的分散是将混合料A置于转速为500-800rpm的搅拌机中搅拌5-10min，再置于超声波细胞破碎机进行超声50-60min，进一步使得混合料中的固体颗粒破碎，提高混合效果。制备机理：(1)将纳米粘土分散并消泡，并进行超声破碎，再添加到乳化沥青混合料中，利用纳米粘土的高吸水性，吸收乳化沥青当中多余的水分，同时纳米粘土吸水膨胀，可以起到一定的应力作用，加快的混合料固化速度，提高混合料的粘附密实度；(2)粗细集料和矿粉形成主体骨架结构，破乳析出的沥青胶结料进行填充与交织，利用纳米材料的纳米特性，改善混合料内部的微孔结构，使得混合料的孔隙率、平均孔直径、总孔表面积、总进汞体积减小，这样混合料就更加密实，有利于提高混合料的早期强度、提高抗车辙能力和抗开裂能力、改善混合料的耐久性；(3)选用慢裂快凝型阳离子乳化沥青，利用其良好的乳液-物料配伍性，优异的储存性及拌合性，从而使得拌合成混合料具有良好的整体均匀性。有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)纳米粘土混于水中，在搅拌的基础上还添加分散剂和消泡剂，并采用超声破碎，使得纳米混合更加均匀，加快整体的混合固化速度；(2)本发明的纳米固化的乳化沥青混合料，有较好的内部结构框架，利用纳米材料特性改善内部微孔结构，使得混合料的孔隙率、平均孔直径、总孔表面积、总进泵体积减小，从而使得混合料更加密实；(3)选用慢裂快凝型阳离子乳化沥青，利用其良好的乳液-物料配伍性，优异的储存性及拌合性，从而使得拌合成混合料具有良好的整体均匀性。具体实施方式实施例1(1)在常温下，向水中加入水质量5％的纳米粘土，其纳米粘土为蒙脱土与高岭土按质量1:0.5混合，随后加入纳米粘土质量40％的十二烷基苯磺酸钠和纳米粘土质量30％的磷酸三丁酯，置于转速为500rpm的搅拌机中搅拌5分钟，再将混合液置于超声波细胞破碎机进行超声50分钟，得到纳米粘土悬浊液；取总质量6％的慢裂快凝型阳离子乳化沥青，1％的纳米粘土悬浊液，4％的矿粉，89％的粗细集料。矿料级配按照AC-20混合料进行配比，如表1：表1筛孔尺寸/mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/％10095857161413022.516116.54(2)在常温下，将步骤(1)中粗细集料与乳化沥青拌合均匀，形成混合料；(3)在常温下，将矿粉加入到步骤(2)所述的混合料中，并加入步骤(1)所述的纳米粘土悬浊液拌合均匀，形成混合料；(4)在常温下，将将步骤(3)所述的混合料静置1小时，即得纳米固化的乳化沥青混合料。实施例2(1)在常温下，向水中加入水质量10％的纳米粘土，其纳米粘土为蒙脱土与高岭土按质量1:1混合，随后加入纳米粘土质量45％的十二烷基苯磺酸钠和纳米粘土质量35％的磷酸三丁酯，置于转速为600rpm的搅拌机中搅拌7分钟，再将混合液置于超声波细胞破碎机进行超声54分钟，得到纳米粘土悬浊液；取总质量8％的慢裂快凝型阳离子乳化沥青，3％的纳米粘土悬浊液，6％的矿粉，83％的粗细集料。矿料级配按照AC-16混合料进行配比，如表2：表2筛孔尺寸/mm191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/％100917846453123.516.5128.55(2)在常温下，将步骤(1)中粗细集料与乳化沥青拌合均匀，形成混合料；(3)在常温下，将矿粉加入到步骤(2)所述的混合料中，并加入步骤(1)所述的纳米粘土悬浊液拌合均匀，形成混合料；(4)在常温下，将将步骤(3)所述的混合料静置1.5小时，即得纳米固化的乳化沥青混合料。实施例3(1)在常温下，向水中加入水质量15％的纳米粘土，其纳米粘土为蒙脱土与高岭土按质量1:1.5混合，随后加入纳米粘土质量55％的十二烷基苯磺酸钠和纳米粘土质量45％的磷酸三丁酯，置于转速为700rpm的搅拌机中搅拌9分钟，再将混合液置于超声波细胞破碎机进行超声56分钟，得到纳米粘土悬浊液；取总质量9％的慢裂快凝型阳离子乳化沥青，4％的纳米粘土悬浊液，7％的矿粉，80％的粗细集料。矿料级配按照AC-13混合料进行配比，如表3：表3筛孔尺寸/mm191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/％100948268473324.517.512.59.56(2)在常温下，将步骤(1)中粗细集料与乳化沥青拌合均匀，形成混合料；(3)在常温下，将矿粉加入到步骤(2)所述的混合料中，并加入步骤(1)所述的纳米粘土悬浊液拌合均匀，形成混合料；(4)在常温下，将将步骤(3)所述的混合料静置1.5小时，即得纳米固化的乳化沥青混合料。实施例4(1)在常温下，向水中加入水质量20％的纳米粘土，其纳米粘土为蒙脱土与高岭土按质量1:2混合，随后加入纳米粘土质量60％的十二烷基苯磺酸钠和纳米粘土质量50％的磷酸三丁酯，置于转速为800rpm的搅拌机中搅拌10分钟，再将混合液置于超声波细胞破碎机进行超声60分钟，得到纳米粘土悬浊液；取总质量10％的慢裂快凝型阳离子乳化沥青，7％的纳米粘土悬浊液，8％的矿粉，75％的粗细集料。矿料级配按照AC-10混合料进行配比，如表4：表4筛孔尺寸/mm13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/％7161413022.516116.54(2)在常温下，将步骤(1)中粗细集料与乳化沥青拌合均匀，形成混合料；(3)在常温下，将矿粉加入到步骤(2)所述的混合料中，并加入步骤(1)所述的纳米粘土悬浊液拌合均匀，形成混合料；(4)在常温下，将将步骤(3)所述的混合料静置2小时，即得纳米固化的乳化沥青混合料。试验例本发明的纳米固化的乳化沥青混合料的性能参数测试参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTGE20-2011》测试：抗压强度(T0713)、动稳定度(T0719)、疲劳性能(T0739)以及《公路工程水泥及混凝土试验规程JTGE30-2005》测试：抗折强度(T0506)，与未掺纳米粘土悬浊液的乳化沥青混合料以及通过专利“CN105524478A”,名称为一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，所制成的乳化沥青混合料进行性能对比。具体测试内容为：4小时的抗压强度和抗折强度、3天的抗压强度和抗折强度、动稳定度和第28天的疲劳寿命。对比例1为采用本发明实施例1的组方和制备方法，但不掺纳米粘土悬浊液；对比例2为采用本发明实施例2的组方和制备方法，但不掺纳米粘土悬浊液；对比例3为采用本发明实施例3的组方和制备方法，但不掺纳米粘土悬浊液；对比例4为采用本发明实施例4的组方和制备方法，但不掺纳米粘土悬浊液；对比例5为通过发明“CN105524478A”的实施例1制成的乳化沥青混合料，即取0.5g乳化剂，加入99.5g水，在60℃水浴下溶解完全得到固含量为0.5％的乳化皂液，其中十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1:0.5。取100g固含量为0.5％乳化皂液加入到200g温度为120℃的70号基质沥青中，在200r/min的乳化机中乳化1min，得到乳化沥青。取5g蒙脱土，加入95g水，搅拌混合后得到固含量为5％的粘土悬浮液，取100g固含量为5％粘土悬浮液加入到100g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取15g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与300g乳化沥青混合，在高速剪切机转速300r/min下剪切3min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青；对比例6为通过发明“CN105524478A”的实施例2制成的乳化沥青混合料,即取20g乳化剂，加入180g水，在80℃水浴下溶解完全得到固含量为10％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为10％乳化皂液加入到200g温度为150℃的90号基质沥青中，在700r/min的乳化机中乳化5min，得到乳化沥青。取20g高岭土，加入80g水，搅拌混合后得到固含量为20％的粘土悬浮液，取100g固含量为20％粘土悬浮液加入到125g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取80g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速700r/min下剪切10min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。对比例7为通过发明“CN105524478A”的实施例3制成的乳化沥青混合料，即取3g乳化剂，加入147g水，在70℃水浴下溶解完全得到固含量为2％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：2。取150g固含量为2％乳化皂液加入到200g温度为130℃的90号基质沥青中，在400r/min的乳化机中乳化3min，得到乳化沥青。取15g硅石，加入85g水，搅拌混合后得到固含量为15％的粘土悬浮液，取100g固含量为15％粘土悬浮液加入到225g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取50g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与350g乳化沥青混合，在高速剪切机转速400r/min下剪切6min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。测试结果见表5：表5乳化沥青混合料的性能参数测试从表5可以看出，本发明的纳米固化的乳化沥青混合料与未掺纳米粘土悬浊液的乳化沥青混合料以及通过专利“CN105524478A”的组分和制备方法制成的乳化沥青混合料相比，特别是前期的抗折强度和抗压强度更强，动稳定度更高，疲劳寿命更长，说明了本发明的纳米固化的乳化沥青混合料固化速度快，早期强度高。当前第1页1 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