本发明属于道路工程技术领域，涉及沥青路面材料，具体涉及一种高模量沥青混合料及其制备方法。
背景技术：
沥青路面属于柔性路面，在水分、老化、温度等因素作用下，骨料剥落、颗粒松散、表面坑槽等早期病害屡见不鲜。沥青路面常常在达到设计使用年限前出现不同类型的功能性损坏甚至是结构性破坏。车辙作为最突出且常见的病害之一，正严重危害沥青路面的耐久性及使用寿命。
高模量沥青混合料具有远高于普通沥青混合料的动态模量，能有效抵抗路面结构剪切变形和竖向变形，具有优异的高温性能和抗疲劳性能，能有效预防车辙病害。将其用于路面中下层能起到连接和扩散荷载的作用，对增强路面耐久性、延长路面使用寿命具有重要意义。此外，高模量沥青混合料结构层动态模量的大幅提高可以使得路面结构层厚度明显减小，节约工程建设成本，同时沥青路面工程的质量得到提升，降低养护维修费用，具有显著的经济效益。
但是现有技术中的高模量沥青混合料高温抗变形能力不足，导致沥青路面结构型车辙病害依然存在，对沥青路面使用寿命有较大影响。
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，提供一种高模量沥青混合料及其制备方法，解决现有的技术中的高模量沥青混合料高温抗变形能力不足的技术问题。
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：
一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为4.6％～6.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0％～8.0％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
优选的，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0％～8.0％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
本发明还保护一种如上所述的高模量沥青混合料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，高模量沥青混合料原材料准备：
将分级好的集料混合均匀，矿粉单独盛放，将基质沥青、集料和矿粉放置于烘箱中保温，高模量添加剂置于常温干燥处，备用；
其中，基质沥青保温温度为170～180℃，集料与矿粉的保温温度为180～200℃；
步骤二，高模量沥青混合料制备：
采用干法制备高模量沥青混合料，预热沥青混合料拌合机至170～180℃，将预热好的集料和高模量添加剂倒入拌合机，干拌90～120s；在拌好的集料中挖出一凹槽，倒入基质沥青，湿拌60～90s；待湿拌结束后，加入矿粉继续拌和60～90s至混合料混合均匀，得到高模量沥青混合料。
本发明还保护一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为4.6％～6.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0～8.0％，生物质重油为为基质沥青的20％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
优选的，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0～8.0％，生物质重油为为基质沥青的20％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
本发明还保护一种如上所述的高模量沥青混合料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，制备调和沥青：
将生物质重油加入至基质沥青中，在145～155℃下，以3000～3500r/min的剪切速率高速剪切25～35min，得到调和沥青；
步骤二，高模量沥青混合料原材料准备：
将分级好的集料混合均匀，矿粉单独盛放，将调和沥青、集料和矿粉放置于烘箱中保温，高模量添加剂置于常温干燥处，备用；
其中，调和沥青保温温度为170～180℃，集料与矿粉的保温温度为180～200℃；
步骤三，高模量沥青混合料制备：
采用干法制备高模量沥青混合料，预热沥青混合料拌合机至170～180℃，将预热好的集料和高模量添加剂倒入拌合机，干拌90～120s；在拌好的集料中挖出一凹槽，倒入调和沥青，湿拌60～90s；待湿拌结束后，加入矿粉继续拌和60～90s至混合料混合均匀，得到高模量沥青混合料。
本发明还具有如下技术特征：
所述的高模量添加剂为超高分子量聚乙烯。
所述的超高分子量聚乙烯的密度为0.945g/cm3，熔点为132℃，数均分子量为150万。
所述的集料中粒径在0～3mm范围内的集料、粒径在3～5mm范围内的集料的、粒径在5～10mm范围内的集料和粒径在10～15mm范围内的集料的质量比为30:20:20:14。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(ⅰ)本发明能够改善沥青混合料的高温抗变形能力，解决沥青路面结构型车辙病害，提升沥青路面的工程质量，延长沥青路面使用寿命。
(ⅱ)本发明在制备高模量沥青混合料时采用超高分子量聚乙烯作为高模量添加剂，使得沥青混合料具有较高的动态模量，能够显著提高沥青路面结构承载力和抗车辙能力，可在一定程度上减小沥青面层厚度，节省工程建设成本。
(ⅲ)本发明所制备高模量沥青混合料时加入生物质重油，改善基质沥青的柔韧性与抗低温性能，使得高模量沥青混合料具有更为良好的低温抗裂性。
(ⅳ)本发明采用干法制备高模量沥青混合料，避免了高模量改性沥青在运输、存储过程中发生离析，使混合料拌和更为均匀，确保了高模量沥青混合料的质量与性能。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明所采用的原料均为现有技术中市售的已知产品，作为本发明的优选条件，部分原料规格及性质如下：
超高分子量聚乙烯的密度为0.945g/cm3，熔点为132℃，数均分子量为150万。
基质沥青为a级70#沥青；
生物质重油从菜籽油中制得，制备方法为已知的常规方法。
集料即为粗、细集料，均由玄武岩破碎而成；
矿粉为石灰岩磨细矿粉。
表1a级70#基质沥青性能
表2集料和矿粉性能
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。
实施例1：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的6.0％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂为超高分子量聚乙烯。
集料中粒径在0～3mm范围内的集料、粒径在3～5mm范围内的集料的、粒径在5～10mm范围内的集料和粒径在10～15mm范围内的集料的质量比为30:20:20:14。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，高模量沥青混合料原材料准备：
将分级好的集料混合均匀，矿粉单独盛放，将基质沥青、集料和矿粉放置于烘箱中保温，高模量添加剂置于常温干燥处，备用；
其中，基质沥青保温温度为170～180℃，集料与矿粉的保温温度为180～200℃；
步骤二，高模量沥青混合料制备：
采用干法制备高模量沥青混合料，预热沥青混合料拌合机至170～180℃，将预热好的集料和高模量添加剂倒入拌合机，干拌90～120s；在拌好的集料中挖出一凹槽，倒入基质沥青，湿拌60～90s；待湿拌结束后，加入矿粉继续拌和60～90s至混合料混合均匀，得到高模量沥青混合料。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为1806pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为284mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.262。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例2：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的6.0％，生物质重油为为基质沥青的20％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂为超高分子量聚乙烯。
集料中粒径在0～3mm范围内的集料、粒径在3～5mm范围内的集料的、粒径在5～10mm范围内的集料和粒径在10～15mm范围内的集料的质量比为30:20:20:14。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，制备调和沥青：
将生物质重油加入至基质沥青中，在145～155℃下，以3000～3500r/min的剪切速率高速剪切25～35min，得到调和沥青；
步骤二，高模量沥青混合料原材料准备：
将分级好的集料混合均匀，矿粉单独盛放，将调和沥青、集料和矿粉放置于烘箱中保温，高模量添加剂置于常温干燥处，备用；
其中，调和沥青保温温度为170～180℃，集料与矿粉的保温温度为180～200℃；
步骤三，高模量沥青混合料制备：
采用干法制备高模量沥青混合料，预热沥青混合料拌合机至170～180℃，将预热好的集料和高模量添加剂倒入拌合机，干拌90～120s；在拌好的集料中挖出一凹槽，倒入调和沥青，湿拌60～90s；待湿拌结束后，加入矿粉继续拌和60～90s至混合料混合均匀，得到高模量沥青混合料。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为1972pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为263mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.292。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例3：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂、矿粉和集料的原料规格均与实施例1相同。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法与实施例1的高模量沥青混合料制备方法基本相同。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为1004pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为232mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.289。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例4：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的4.0％，生物质重油为为基质沥青的20％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂、生物质重油、矿粉和集料的原料规格均与实施例2相同。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法与实施例2的高模量沥青混合料制备方法基本相同。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为1125pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为222mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.311。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例5：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的8.0％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂、矿粉和集料的原料规格均与实施例1相同。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法与实施例1的高模量沥青混合料制备方法基本相同。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为2528pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为302mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.246。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例6：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，以质量分数计，由以下原料制成：基质沥青为5.6％，高模量添加剂为基质沥青的8.0％，生物质重油为为基质沥青的20％，矿粉为基质沥青的50％，余量为集料，原料的质量分数之和为100％。
高模量添加剂、生物质重油、矿粉和集料的原料规格均与实施例2相同。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法与实施例2的高模量沥青混合料制备方法基本相同。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能为：70℃下的g*/sinδ为2217pa；60s，-12℃下的蠕变劲度模量为292mpa，60s，-12℃下的蠕变速率为0.267。
本实施例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
实施例7：
本实施例给出一种高模量沥青混合料，该高模量沥青混合料与实施例1至实施例6中给出的高模量沥青混合料的配方基本相同，区别仅仅在于，将实施例1至6中给出的高模量沥青混合料中的基质沥青的重量分别更换为4.6％、5.1％、6.1％和6.6％。
高模量添加剂、生物质重油、矿粉和集料的原料规格均与实施例1或实施例2相同。
本实施例的高模量沥青混合料制备方法与实施例1或实施例2的高模量沥青混合料制备方法基本相同。
本实施例的高模量沥青混合料的高低温性能与对应的实施例1至实施例6基本相同。
对比例1：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例1相同，该方法的制备步骤与实施例1基本相同，区别在于，本对比例中采用湿法制备高模量沥青混合料。
本对比例的高模量沥青混合料制备过程如下：
(1)将超高分子量聚乙烯添加至170℃基质沥青中，并在170℃下，以5000rpm的剪切速率高速剪切40min，制备高模量改性沥青，置于170～180℃烘箱中保温，备用；
(2)将分级的粗细集料按照设计级配称其质量，并在一金属盘中混合均匀，矿粉单独放入小盆中，将集料和矿粉分别放置在180～200℃烘箱保温中，备用；
(3)预热沥青混合料拌合机至170～180℃，将所需质量并提前预热好的集料倒入拌合机，干拌90～120s；
(4)在步骤(3)干拌好的集料中挖出一凹槽，倒入步骤(1)中保温的高模量改性沥青湿拌60～90s，最后加入矿粉继续拌和60～90s得到高模量改性沥青混合料。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
对比例2：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例2相同，该方法的制备步骤与实施例2基本相同，区别在于，本对比例采用湿法制备高模量沥青混合料。
所述的高模量沥青混合料制备过程如下：
(1)将生物质重油加入至基质沥青中，在145～155℃下，以3000～3500r/min的剪切速率高速剪切25～35min，得到调和沥青；
(2)将超高分子量聚乙烯添加至170℃调和沥青中，并在170℃下，以5000rpm的剪切速率高速剪切40min，制备高模量改性沥青，置于170～180℃烘箱中保温，备用；
(3)将分级的粗细集料按照设计级配称其质量，并在一金属盘中混合均匀，矿粉单独放入小盆中，将集料和矿粉分别放置在180～200℃烘箱保温中，备用；
(4)预热沥青混合料拌合机至160～170℃，将所需质量并提前预热好的集料倒入拌合机，干拌90～120s；
(5)在步骤(4)干拌好的集料中挖出一凹槽，倒入步骤(2)中保温的高模量改性沥青湿拌60～90s，最后加入矿粉继续拌和60～90s得到高模量改性沥青混合料。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
对比例3：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例3相同，该方法的制备步骤与实施例3基本相同，区别在于，本对比例中采用湿法制备高模量沥青混合料。
本对比例的高模量沥青混合料制备过程与对比例1基本相同。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
对比例4：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例4相同，该方法的制备步骤与实施例4基本相同，区别在于，本对比例中采用湿法制备高模量沥青混合料。
本对比例的高模量沥青混合料制备过程与对比例2基本相同。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
对比例5：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例5相同，该方法的制备步骤与实施例5基本相同，区别在于，本对比例中采用湿法制备高模量沥青混合料。
本对比例的高模量沥青混合料制备过程与对比例1基本相同。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
对比例6：
本对比例给出一种高模量沥青混合料的制备方法，该方法的配方与实施例6相同，该方法的制备步骤与实施例6基本相同，区别在于，本对比例中采用湿法制备高模量沥青混合料。
本对比例的高模量沥青混合料制备过程与对比例2基本相同。
本对比例的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量如表3和表4所示。
性能测试：
测试上述实施例与对比例高模量沥青混合料的常规路用性能与不同温度、加载频率条件的动态模量，具体结果如表3和表4所示。
表3高模量沥青混合料基本路用性能
表4高模量沥青混合料动态模量
根据路用性能测试结果可知，采用生物质重油调和基质沥青作为基础沥青，其沥青混合料路的抗车辙能力要强于只采用基质沥青的高模量沥青混合料；采用6％的超高分子量聚乙烯作为高模量改性剂，其沥青混合料路用性能完全符合高模量沥青混合料规范标准，满足高模量沥青路面使用要求。此外，综合沥青混合料的常规路用性能与动态模量发现，采用干法制备的高模量沥青混合料性能要明显优于湿法制备的沥青混合料。