本发明涉及改性沥青技术领域，具体涉及一种高性能矿物复配改性沥青及制备方法。
背景技术：
沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪音低、耐磨、不扬尘易清洗、施工期短、养护维修简便可再生利用、适宜分期修建等优点，被广泛应用于我国城市道路和高速公路中，在我国建成的城市道路和高速公路中有85％以上路面是采用沥青路面的。随着社会经济的快速发展，我国汽车保有量持续递增和电子商务的快速成长促进了物流行业迅猛的发展，各种大型、重载物流运输车辆频繁出现在城市道路和高速公路上，使得各类道路上的车辆荷载呈现高频、重载发展趋势，原有的沥青路面在高温、高频、重载、雨水等共同循环作用下，其变形加速，引发车辙、推移、松散、坑洞、网裂等病害加剧加速，从而降低了沥青路面的使用品质，缩短其使用寿命，增加养护费用。研究证明，引起沥青路面变形破坏和水损害的直接原因和沥青路面组成的胶凝材料沥青和集料有关，为了提高沥青路面适应社会经济发展引发路面车载高频、重载发展趋势需求，研发一种适合高温潮湿气候环境下高频、重载等荷载作用下高性沥青路面材料成为行业工程技术人员、广大学者的共同目标。行业广大工程技术人员、学者和专家一致认为提升沥青路面胶凝材料沥青的性能是解决当前高温潮湿气候环境下高频、重载等荷载共同作用引发沥青路面病害和破损的途径之一。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法,本发明在保持sbs改性沥青原有的性能有点基础上，利用锰渣精粉高活性和过渡元素催化作用及橡胶精粉高弹性的特性改变沥青了胶体结构，从而提高改性沥青的高温稳定性、粘附性、弹韧性、抗受力变形性和耐久性，使改性沥青具有优良的路用性能和较高的性价比。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一方面，提供一种高性能矿物复配改性沥青，其特征在于，所述矿物复配改性沥青由如下重量份的组分组成：基质沥青80～86份，sbs改性剂2～6份，橡胶精粉1～4份，锰渣精粉8～14份。
上述方案进一步优选的，所述基质沥青为70号埃索沥青。
上述方案进一步优选的，所述锰渣精粉细度为200～220目，所述锰渣精粉由如下重量的组分组成:sio2≥20.0％，al2o3≤18.0％，cao≥35.0％，mgo≥8.0％，fe2o3≤1.5％，so3≤0.50％，mno≥9.50％，loss≤1.0％。
上述方案进一步优选的，所述橡胶精粉细度为80目～220目，所述橡胶精粉由如下重量的组分组成:橡胶烃≥50.0％，炭黑≤35.0％，丙酮抽物≤13.0％，天然橡胶≥60.0％，灰分≤3.5％，sio2≤0.5％，zno≤1.2％，硫磺≤1.5％，化学纤维≥3.0％。
根据本发明的另一方面，提供一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取：基质沥青80～86份，sbs改性剂2～6份，橡胶精粉1～4份，锰渣精粉8～14份；
(2)将块状基质沥青加热，制得基质沥青原料；将高炉水淬锰渣废弃物矿渣在温度110℃±5℃的烘箱内烘干处理，烘干至含水率小于1％，外加锰渣重量0.5％的三乙醇胺助磨剂进行磨细处理，将锰渣研磨粉末通过200目筛，制得锰渣精粉改性剂；将废旧轮胎制成的胶粉，将胶粉通过80目筛，制的橡胶精粉添加剂；
(3)在180℃～190℃流动状态基质沥青加入sbs改性剂以3500r/min～5000r/min的速度剪切研磨30min～60min；
(4)将步骤(3)研磨所得沥青胶体保持在175℃～190℃过筛；
(5)在步骤(4)过筛所得的沥青胶体在保持175℃～190℃状态下按顺序加入锰渣精粉、橡胶精粉和稳定剂，并以3000r/min～5000r/min速度搅拌2h；
(6)将步骤(5)拌合好的沥青胶体保持在175℃～190℃状态下发育5h～8h；
(7)将步骤(6)发育完全的沥青胶体冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青。
上述方案进一步优选的，所述步骤(2)中加热是指将置于170℃恒温箱进行加热。
上述方案进一步优选的，所述步骤(4)中过筛是指研磨后的沥青胶体过100-170目筛。
在本发明中，sbs改性剂提高了基质沥青的抗高温软化能力和低温延度能力，锰渣精粉、橡胶精粉与sbs改性沥青具有良好的相容性，锰渣精粉催化sbs改性沥青中不饱和键断裂形成更多的胶质和沥青质，从而提高沥青的高温稳定性、粘附性和耐久性。同时，锰渣精粉、橡胶精粉与沥青中的胶质和沥青质相互作用，沥青胶团极性得到增强，导致胶体结构从溶胶型转变为溶凝胶型及凝胶型，全面提高了沥青高温性能、粘附性、弹韧性、抗受力变形性和耐久性。通过sbs改性剂、锰渣精粉、橡胶精粉掺入基质石油沥青可全面提高其高温稳定性、粘附性、弹韧性、受力强度和耐久性。
锰渣作为生产金属锰和锰系铁合金的废渣，其具有高活性、弱碱性、颗粒细等特点，将其磨制成精粉，成为一种优质的沥青改性材料。其改性机理为：锰渣精粉中的锰元素属于过渡元素，过渡元素具有未充满的价层d轨道容易形成配合物，利用锰渣精粉中锰元素与沥青中不饱和键发生反应提高沥青中胶质和沥青质的含量，从而有效的提升其配制沥青混合料的感温性、粘附性、耐候性等路用性能。同时，为了提升改性沥青的稠度和弹性，在改性过程中添加适量的橡胶精粉，从而形成一种适合高温潮湿气候环境下高频、重载等荷载作用下路用矿物改性沥青。
综上所述，采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)、本发明通过采用sbs、锰渣精粉、橡胶精粉作为改性剂对基质沥青进行改性，sbs改性剂的掺入提高了基质沥青的抗高温软化能力和低温延度能力；锰渣精粉掺入提高sbs改性沥青中胶质和沥青质含量，提升了sbs改性沥青的高温稳定性、粘附性、抗受力变形性；橡胶精粉掺入改性和补强了sbs改性沥青，提升了sbs改性沥青的弹韧性、抗受力变形性、耐久性。从而全面综合改善基质沥青高温、粘结、力学、耐久性能。改性沥青性能优异，非常适合于高温潮湿地区沥青路面铺筑适用，具有良好的技术经济前景。
(2)、本发明提出的一种高性能矿物复配改性沥青青制备方法简单易行，便于推广。所述制备方法得到的改性沥青性质稳定、材质均匀，改性效果优异、实用。
(3)、本发明提出的改性沥青成本低廉，制备工艺简单，具有良好的经济效益。锰渣精粉为提炼锰矿资源产生废弃渣料经加工而成、橡胶精粉为废弃汽车轮胎加工而成，通过对锰渣和废弃汽车轮胎固体废弃物再生利用，挖掘其隐藏功能，发挥其性能特长，使其资源化利用，对保护环境，节约资源，实现可持续发展具有重要意义。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取：基质沥青86份,sbs改性剂2份，橡胶精粉2份，锰渣精粉8份，所选基质沥青为中远海运国际贸易有限公司进口的埃索70#a级道路石油沥青；
(2)将块状基质沥青置于170℃恒温箱进行加热，制得基质沥青原料；将高炉水淬锰渣废弃物矿渣在温度110℃±5℃的烘箱内烘干处理，烘干至含水率小于1％，外加锰渣重量0.5％的三乙醇胺助磨剂进行磨细处理，将锰渣研磨粉末通过200目筛，制得锰渣精粉改性剂；将废旧轮胎制成的胶粉，将胶粉通过80目筛，制的橡胶精粉添加剂，再将制得的锰渣精粉、橡胶精粉各自放入165℃的烘箱中烘制发育30min；
(3)在180℃流动状态基质沥青加入sbs改性剂以3500r/min的速度剪切研磨30min；
(4)将步骤(3)研磨所得沥青胶体保持在175℃过筛，过筛是指研磨后的沥青胶体过100目筛；
(5)在步骤(4)过筛所得的沥青胶体在保持175℃状态下按顺序加入锰渣精粉、橡胶精粉和稳定剂，并以3000r/min速度搅拌2h；
(6)将步骤(5)拌合好的沥青胶体保持在175℃状态下发育8h；
(7)将步骤(6)发育完全的沥青胶体冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青。
实施例2
根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取：基质沥青84份,sbs改性剂4份,橡胶精粉1份，锰渣精粉12份，所选基质沥青为中远海运国际贸易有限公司进口的埃索70#a级道路石油沥青；
(2)将块状基质沥青置于170℃恒温箱进行加热，制得基质沥青原料；将高炉水淬锰渣废弃物矿渣在温度110℃±5℃的烘箱内烘干处理，烘干至含水率小于1％，外加锰渣重量0.5％的三乙醇胺助磨剂进行磨细处理，将锰渣研磨粉末通过200目筛，制得锰渣精粉改性剂；将废旧轮胎制成的胶粉，将胶粉通过80目筛，制的橡胶精粉添加剂；再将制得的锰渣精粉、橡胶精粉各自放入165℃的烘箱中烘制发育30min；
(3)在190℃流动状态基质沥青加入sbs改性剂以5000r/min的速度剪切研磨60min；
(4)将步骤(3)研磨所得沥青胶体保持在90℃过筛，过筛是指研磨后的沥青胶体过170目筛；
(5)在步骤(4)过筛所得的沥青胶体在保持190℃状态下按顺序加入锰渣精粉、橡胶精粉和稳定剂，并以5000r/min速度搅拌2h；
(6)将步骤(5)拌合好的沥青胶体保持在190℃状态下发育5h；
(7)将步骤(6)发育完全的沥青胶体冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青。
实施例3
根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取：基质沥青82份,sbs改性剂6份，橡胶精粉4份，锰渣精粉10份，所选基质沥青为中远海运国际贸易有限公司进口的埃索70#a级道路石油沥青；
(2)将块状基质沥青置于170℃恒温箱进行加热，制得基质沥青原料；将高炉水淬锰渣废弃物矿渣在温度110℃±5℃的烘箱内烘干处理，烘干至含水率小于1％，外加锰渣重量0.5％的三乙醇胺助磨剂进行磨细处理，将锰渣研磨粉末通过200目筛，制得锰渣精粉改性剂；将废旧轮胎制成的胶粉，将胶粉通过80目筛，制的橡胶精粉添加剂；再将制得的锰渣精粉、橡胶精粉各自放入165℃的烘箱中烘制发育30min；
(3)在185℃流动状态基质沥青加入sbs改性剂以4000r/min的速度剪切研磨40min；
(4)将步骤(3)研磨所得沥青胶体保持在185℃过筛，过筛是指研磨后的沥青胶体过140目筛；
(5)在步骤(4)过筛所得的沥青胶体在保持185℃状态下按顺序加入锰渣精粉、橡胶精粉和稳定剂，并以4000r/min速度搅拌2h；
(6)将步骤(5)拌合好的沥青胶体保持在185℃状态下发育6h；
(7)将步骤(6)发育完全的沥青胶体冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青。
实施例4
根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种高性能矿物复配改性沥青及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取：基质沥青80份，sbs改性剂4份，橡胶精粉3份，锰渣精粉14份，所选基质沥青为中远海运国际贸易有限公司进口的埃索70#a级道路石油沥青；
(2)将块状基质沥青置于170℃恒温箱进行加热，制得基质沥青原料；将高炉水淬锰渣废弃物矿渣在温度110℃±5℃的烘箱内烘干处理，烘干至含水率小于1％，外加锰渣重量0.5％的三乙醇胺助磨剂进行磨细处理，将锰渣研磨粉末通过200目筛，制得锰渣精粉改性剂；将废旧轮胎制成的胶粉，将胶粉通过80目筛，制的橡胶精粉添加剂；再将制得的锰渣精粉、橡胶精粉各自放入165℃的烘箱中烘制发育30min；
(3)在180℃流动状态基质沥青加入sbs改性剂以4500r/min的速度剪切研磨50min；
(4)将步骤(3)研磨所得沥青胶体保持在180℃条件下过筛，过筛是指研磨后的沥青胶体过160目筛；
(5)在步骤(4)过筛所得的沥青胶体在保持180℃状态下按顺序加入锰渣精粉、橡胶精粉和稳定剂，并以4500r/min速度搅拌2h；
(6)将步骤(5)拌合好的沥青胶体保持在180℃状态下发育6h；
(7)将步骤(6)发育完全的沥青胶体冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青。
为验证本发明中改性沥青的基本性能，以基质沥青和sbs改性沥青为对照组，本发明制备的实施例为实验组，试验结果如下表1所示：
表1改性沥青性能指标表
为验证本发明中改性沥青路用性能指标，以基质沥青配制ac-20沥青混合料为对照组，本发明制备的实施例矿物改性沥青替换基质沥青配制ac-20沥青混合料，其集料级配见表2，所测最佳油石比为4.2％，测试其配制的沥青混合料受力与变形、高温稳定性和水稳定性，其受力与变形通过马歇尔试验中稳定度和流值测定、高温稳定性通过车辙试验动稳定度测定、水稳定性通过浸水马歇尔试验浸水残留稳定度和冻融劈裂试验冻融劈裂抗拉强度比tsr测定，各试验结果如表2和表3所示：
表2ac-20沥青混合料集料级配
表3
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。