本發(fā)明涉及一種瀝青材料，尤其涉及一種納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。
背景技術(shù)：
：脫硫灰渣是燃煤電廠產(chǎn)生的煙氣在排放前必須使二氧化硫排放達(dá)標(biāo)，在電廠安裝脫硫裝置而得出來的廢渣。因為在脫硫過程中加入了脫硫劑，灰渣的主要成分是碳酸鈣或氧化鈣，其化學(xué)組成與粉煤灰有很大不同。目前，脫硫灰渣正日益增加，若無法被使用，會對脫硫工藝的發(fā)展和普及造成影響；若使用不當(dāng)，甚至釋放二氧化硫，造成二次污染，使得脫硫技術(shù)變得毫無意義。所以研究有關(guān)脫硫產(chǎn)物并加以利用有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。乳化瀝青是瀝青和乳化劑在一定工藝作用下，生成水包油或油包水的液態(tài)瀝青。乳化瀝青是將通常高溫使用的道路瀝青，經(jīng)過機(jī)械攪拌和化學(xué)穩(wěn)定的方法(乳化)，擴(kuò)散到水中而液化成常溫下粘度很低、流動性很好的道路建筑材料。在眾多的道路建設(shè)應(yīng)用中，乳化瀝青提供了一種比熱瀝青更為安全、節(jié)能和環(huán)保的系統(tǒng)，因為這種工藝避免了高溫操作、加熱和有害排放，不僅節(jié)約能源，而且保護(hù)環(huán)境。乳化瀝青混合料是采用乳化瀝青與礦料混合料在常溫狀態(tài)下拌合的，經(jīng)鋪筑與壓實成型后形成瀝青路面。但是,乳化瀝青混合料有一個很大的缺陷，就是水分排干和性能恢復(fù)需要一定的時間,這樣就導(dǎo)致其早期強(qiáng)度較低,因而延遲了交通開放,限制了其應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有技術(shù)中，主要通過添加水泥形成水泥乳化瀝青混合料以及添加改性劑來改善乳化瀝青的基本性能從而減少其缺陷。如同濟(jì)大學(xué)杜少文等人將水泥摻到乳化瀝青中(《水泥改善乳化瀝青混合料的使用性能》，杜少文等，建筑材料學(xué)報，第12卷第一期，第71-75頁，2009年)，利用水泥水化加速乳化瀝青的破乳，可以提高混合料早期強(qiáng)度和剛度，同時改善混合料的路用性能。然而，水泥水化速度不快，混合料的早期強(qiáng)度不優(yōu)越，大量的拌合水不能轉(zhuǎn)成結(jié)晶水，對后期性能有影響；另一方面，水泥的加入雖然加快了乳化瀝青混合料早期強(qiáng)度的發(fā)展速度，但同時使混合料的模量有了很大程度的提高，增大了水泥乳化瀝青混凝土脆性開裂的風(fēng)險，同時其韌性和變形性能出現(xiàn)了一定程度的降低，這對于提高路面使用壽命也是十分不利的。中國專利申請文獻(xiàn)(CN105524478A)公開了一種納米粘土/丁苯橡膠濕法改性乳化瀝青的方法，具體公開了將納米粘土和丁苯橡膠高速攪拌制備成改性劑對乳化瀝青進(jìn)行改性，克服傳統(tǒng)乳化瀝青混合不均、儲存穩(wěn)定性差等缺點。但是，有的改性劑與乳化瀝青配伍性好，有的與集料配伍性好，二者不一定可以兼容，往往拌合成混合料時，整體均勻性不好，性能的改善會有所下降。中國專利申請文獻(xiàn)(CN105176109A)公開了一種利用脫硫灰渣改性瀝青混合料的制備方法，具體公開了一種將脫硫灰渣進(jìn)行改性處理，然后將其加入基質(zhì)瀝青中，對瀝青進(jìn)行改性處理，提高瀝青性能的方法；該方法在制備瀝青混合料中都需要將材料保持在100-200℃的高溫中，施工過程比較復(fù)雜，且需要消耗較多能量。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料，第二目的是提供一種納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料的制備方法，制得乳化瀝青混合料固化速度快，內(nèi)部物料分散均勻，粘附牢固，具有較高的早期抗車轍能力和抗開裂能力，節(jié)能環(huán)保，對施工環(huán)境的要求降低。技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料，主要由以下質(zhì)量百分比的物料組成：1％-7％的納米粘土懸濁液、2％-4％的礦粉、2％-4％的脫硫灰渣、75％-89％的粗細(xì)集料和6％-10％的乳化瀝青；所述納米粘土懸濁液由納米粘土、水、分散劑、消泡劑組成，其中，納米粘土的摻量為水質(zhì)量的5％-20％，分散劑的摻量為納米粘土質(zhì)量的40％-60％，消泡劑的摻量為納米粘土質(zhì)量的30％-50％。進(jìn)一步優(yōu)選的，該納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料主要由以下質(zhì)量百分比的物料組成：3％-4％的納米粘土懸濁液、3％-3.5％的礦粉、3％-3.5％的脫硫灰渣、80％-83％的粗細(xì)集料和8％-9％的乳化瀝青；納米粘土懸濁液中，納米粘土的摻量為水質(zhì)量的10％-15％，分散劑的摻量為納米粘土質(zhì)量的45-55％，消泡劑的摻量為納米粘土質(zhì)量的35-45％。所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，利用其難揮發(fā)，易溶于水且具有良好的表面活性的特點，降低水-油界面的張力起到乳化分散的作用。所述消泡劑為磷酸三丁酯，用于消除混合料中已形成的泡沫，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)更加密實。進(jìn)一步，所述納米粘土為蒙脫土、高嶺土、水輝石和硅石的一種或幾種，優(yōu)選為蒙脫土與高嶺土按質(zhì)量比1:0.5～2混合而成。進(jìn)一步，所述乳化瀝青為慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，即使用酰胺型慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑制成的乳化瀝青，該乳化瀝青的固含量大于60％，1天的存儲穩(wěn)定性小于1％，5天的儲存穩(wěn)定性小于5％。該乳化瀝青具有廣泛的乳液-物料配伍性，優(yōu)異的儲存性及良好的拌合性，使得拌合成混合料具有良好的整體均勻性。納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料的制備方法，包括以下步驟：(1)在常溫下(本次發(fā)明中的“常溫”均指25℃左右)，將納米粘土、水、分散劑和消泡劑混合攪拌得到混合料A，再將混合料A進(jìn)行分散，得到納米粘土懸濁液；(2)在常溫下，將粗細(xì)集料與乳化瀝青攪拌均勻，得到混合料B；(3)在常溫下，在步驟(2)中的混合料B中加入礦粉、脫硫灰渣以及步驟(1)中的納米粘土懸濁液，攪拌均勻，得到混合料C；(4)在常溫下，將步驟(3)中的混合料C靜置1-2小時，得到納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。其中，步驟(1)中所述的分散是將混合料A置于轉(zhuǎn)速為500-800rpm的攪拌機(jī)中攪拌5-10min，再置于超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)行超聲50-60min，進(jìn)一步使得混合料中的固體顆粒破碎，提高混合效果。步驟(3)具體操作為：先將礦粉和脫硫灰渣混合以300-500rpm的攪拌速度攪拌5-8min得礦粉灰渣混合料，再將礦粉灰渣混合料加入步驟(2)所述的混合料B中，并加入步驟(1)中的納米粘土懸濁液，均勻拌合1-2min，形成混合料C。制備機(jī)理：(1)將納米粘土分散并消泡，并進(jìn)行超聲破碎，再添加到乳化瀝青混合料中，利用納米粘土的高吸水性，吸收乳化瀝青當(dāng)中多余的水分，同時納米粘土吸水膨脹，可以起到一定的應(yīng)力作用，加快的混合料固化速度，提高混合料的粘附密實度；(2)將脫硫灰渣作為填料替代部分礦粉摻入乳化瀝青混凝土中，利用脫硫灰渣具有的火山灰活性，脫硫灰渣吸收混合料或乳化瀝青中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生水化熱，與納米粘土吸水一起進(jìn)行雙重作用，加速了乳化瀝青固化、破乳和強(qiáng)度的形成，縮短了強(qiáng)度形成時間。同時，水化產(chǎn)物能夠填充混合料水分蒸發(fā)遺留下來的部分孔隙，而且水化產(chǎn)物與瀝青膜一起交織在集料周圍，對集料提供約束，從而使得乳化瀝青混凝土有更高的力學(xué)性能和抗高溫變形能力，并加快硬化速度；(3)使用脫硫灰渣作為乳化瀝青混合料的填料，不僅解決了脫硫灰渣廢棄資源的再生利用，同時也降低了乳化瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)成本，實現(xiàn)瀝青常溫施工，減少排放，效益顯著；(4)粗細(xì)集料和礦粉形成主體骨架結(jié)構(gòu)，破乳析出的瀝青膠結(jié)料和脫硫灰渣水化形成的水化產(chǎn)物進(jìn)行填充與交織，并利用納米材料的納米特性，改善混合料內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)，使得混合料的孔隙率、平均孔直徑、總孔表面積、總進(jìn)汞體積減小，這樣混合料就更加密實，有利于提高混合料的早期強(qiáng)度、提高抗車轍能力和抗開裂能力、改善混合料的耐久性；(5)選用慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，利用其良好的乳液-物料配伍性，優(yōu)異的儲存性及拌合性，從而使得拌合成混合料具有良好的整體均勻性。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點為：(1)納米粘土混于水中，在攪拌的基礎(chǔ)上還添加分散劑和消泡劑，并采用超聲破碎，使得納米混合更加均勻，加快整體的混合固化速度；(2)脫硫灰渣的加入加速了乳化瀝青固化、破乳和強(qiáng)度的形成，并提高了混凝土的力學(xué)性能和抗高溫能力，還解決了脫硫灰渣廢棄資源的再生利用，降低了乳化瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)成本，實現(xiàn)瀝青常溫施工；(3)本發(fā)明的納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料，有較好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架，利用納米材料特性改善內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)，使得混合料的孔隙率、平均孔直徑、總孔表面積、總進(jìn)泵體積減小，從而使得混合料更加密實；(4)選用慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，利用其良好的乳液-物料配伍性，優(yōu)異的儲存性及拌合性，從而使得拌合成混合料具有良好的整體均勻性。具體實施方式實施例1(1)在常溫下，向水中加入水質(zhì)量5％的納米粘土，其納米粘土為蒙脫土與高嶺土按質(zhì)量1:0.5混合，隨后加入納米粘土質(zhì)量40％的十二烷基苯磺酸鈉和納米粘土質(zhì)量30％的磷酸三丁酯，置于轉(zhuǎn)速為500rpm的攪拌機(jī)中攪拌5分鐘，再將混合液置于超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)行超聲50分鐘，得到納米粘土懸濁液；取總質(zhì)量6％的慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，1％的納米粘土懸濁液，2％的礦粉，2％的脫硫灰渣，89％的粗細(xì)集料。礦料級配按照AC-20混合料進(jìn)行配比，如表1：表1篩孔尺寸/mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率/％10095857161413022.516116.54(2)在常溫下，將步驟(1)中粗細(xì)集料與乳化瀝青拌合均勻，形成混合料；(3)在常溫下，將礦粉、脫硫灰渣混合以300rpm的攪拌速度攪拌5min，所得礦粉灰渣混合料加入到步驟(2)所述的混合料中，并加入步驟(1)所述的納米粘土懸濁液，均勻拌合1min，形成混合料；(4)在常溫下，將步驟(3)所得的混合料靜置1小時，即得納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。實施例2(1)在常溫下，向水中加入水質(zhì)量10％的納米粘土，其納米粘土為蒙脫土與高嶺土按質(zhì)量1:1混合，隨后加入納米粘土質(zhì)量45％的十二烷基苯磺酸鈉和納米粘土質(zhì)量35％的磷酸三丁酯，置于轉(zhuǎn)速為600rpm的攪拌機(jī)中攪拌7分鐘，再將混合液置于超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)行超聲54分鐘，得到納米粘土懸濁液；取總質(zhì)量8％的慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，3％的納米粘土懸濁液，3％的礦粉，3％的脫硫灰渣，83％的粗細(xì)集料。礦料級配按照AC-16混合料進(jìn)行配比，如表2：表2篩孔尺寸/mm191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率/％100917846453123.516.5128.55(2)在常溫下，將步驟(1)中粗細(xì)集料與乳化瀝青拌合均勻，形成混合料；(3)在常溫下，將礦粉、脫硫灰渣混合以500rpm的攪拌速度攪拌8min，所得礦粉灰渣混合料加入到步驟(2)所述的混合料中，并加入步驟(1)所述的納米粘土懸濁液，均勻拌合2min，形成混合料；(4)在常溫下，將將步驟(3)所述的混合料靜置1.5小時，即得納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。實施例3(1)在常溫下，向水中加入水質(zhì)量15％的納米粘土，其納米粘土為蒙脫土與高嶺土按質(zhì)量1:1.5混合，隨后加入納米粘土質(zhì)量55％的十二烷基苯磺酸鈉和納米粘土質(zhì)量45％的磷酸三丁酯，置于轉(zhuǎn)速為700rpm的攪拌機(jī)中攪拌9分鐘，再將混合液置于超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)行超聲56分鐘，得到納米粘土懸濁液；取總質(zhì)量9％的慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，4％的納米粘土懸濁液，3.5％的礦粉，3.5％的脫硫灰渣，80％的粗細(xì)集料。礦料級配按照AC-13混合料進(jìn)行配比，如表3：表3篩孔尺寸/mm191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率/％100948268473324.517.512.59.56(2)在常溫下，將步驟(1)中粗細(xì)集料與乳化瀝青拌合均勻，形成混合料；(3)在常溫下，將礦粉、脫硫灰渣混合以400rpm的攪拌速度攪拌6.5min，所得礦粉灰渣混合料加入到步驟(2)所述的混合料中，并加入步驟(1)所述的納米粘土懸濁液，均勻拌合1.5min，形成混合料；(4)在常溫下，將將步驟(3)所述的混合料靜置2小時，即得納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。實施例4(1)在常溫下，向水中加入水質(zhì)量20％的納米粘土，其納米粘土為蒙脫土與高嶺土按質(zhì)量1:2混合，隨后加入納米粘土質(zhì)量60％的十二烷基苯磺酸鈉和納米粘土質(zhì)量50％的磷酸三丁酯，置于轉(zhuǎn)速為800rpm的攪拌機(jī)中攪拌10分鐘，再將混合液置于超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)行超聲60分鐘，得到納米粘土懸濁液；取總質(zhì)量10％的慢裂快凝型陽離子乳化瀝青，7％的納米粘土懸濁液，4％的礦粉，4％的脫硫灰渣，75％的粗細(xì)集料。礦料級配按照AC-10混合料進(jìn)行配比，如表4：表4篩孔尺寸/mm13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率/％7161413022.516116.54(2)在常溫下，將步驟(1)中粗細(xì)集料與乳化瀝青拌合均勻，形成混合料；(3)在常溫下，將礦粉、脫硫灰渣混合以400rpm的攪拌速度攪拌7min，所得礦粉灰渣混合料加入到步驟(2)所述的混合料中，并加入步驟(1)所述的納米粘土懸濁液，均勻拌合1.5min，形成混合料；(4)在常溫下，將將步驟(3)所述的混合料靜置1.5小時，即得納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料。試驗例本發(fā)明的納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料的性能參數(shù)測試參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程JTGE20-2011》測試：抗壓強(qiáng)度(T0713)、動穩(wěn)定度(T0719)、疲勞性能(T0739)以及《公路工程水泥及混凝土試驗規(guī)程JTGE30-2005》測試：抗折強(qiáng)度(T0506)，與未摻納米粘土和脫硫灰渣的乳化瀝青混合料、未摻脫硫灰渣的乳化瀝青混合料以及通過專利“CN105524478A”,名稱為一種納米粘土/丁苯橡膠濕法改性乳化瀝青的方法，所制成的乳化瀝青混合料進(jìn)行性能對比。具體測試內(nèi)容為：4小時的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度、3天的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度、動穩(wěn)定度和第28天的疲勞壽命。對比例1為采用本發(fā)明實施例1的組方和制備方法，但不摻納米粘土和脫硫灰渣。對比例2為采用本發(fā)明實施例2的組方和制備方法，但不摻納米粘土和脫硫灰渣。對比例3為采用本發(fā)明實施例3的組方和制備方法，但不摻納米粘土和脫硫灰渣。對比例4為采用本發(fā)明實施例4的組方和制備方法，但不摻納米粘土和脫硫灰渣。對比例5為采用本發(fā)明實施例1的組方和制備方法，但不摻脫硫灰渣。對比例6為采用本發(fā)明實施例2的組方和制備方法，但不摻脫硫灰渣。對比例7為采用本發(fā)明實施例3的組方和制備方法，但不摻脫硫灰渣。對比例8為采用本發(fā)明實施例4的組方和制備方法，但不摻脫硫灰渣。對比例9為通過發(fā)明“CN105524478A”的實施例1制成的乳化瀝青混合料，即取0.5g乳化劑，加入99.5g水，在60℃水浴下溶解完全得到固含量為0.5％的乳化皂液，其中十二烷基苯磺酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚復(fù)配質(zhì)量比例為1:0.5。取100g固含量為0.5％乳化皂液加入到200g溫度為120℃的70號基質(zhì)瀝青中，在200r/min的乳化機(jī)中乳化1min，得到乳化瀝青。取5g蒙脫土，加入95g水，攪拌混合后得到固含量為5％的粘土懸浮液，取100g固含量為5％粘土懸浮液加入到100g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的丁苯膠乳中混合均勻得到納米粘土/丁苯橡膠共混液。取15g納米粘土/丁苯橡膠共混液與300g乳化瀝青混合，在高速剪切機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min下剪切3min，得到納米粘土/丁苯橡膠改性乳化瀝青。對比例10為通過發(fā)明“CN105524478A”的實施例2制成的乳化瀝青混合料,即取20g乳化劑，加入180g水，在80℃水浴下溶解完全得到固含量為10％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚復(fù)配質(zhì)量比例為1：5。取200g固含量為10％乳化皂液加入到200g溫度為150℃的90號基質(zhì)瀝青中，在700r/min的乳化機(jī)中乳化5min，得到乳化瀝青。取20g高嶺土，加入80g水，攪拌混合后得到固含量為20％的粘土懸浮液，取100g固含量為20％粘土懸浮液加入到125g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的丁苯膠乳中混合均勻得到納米粘土/丁苯橡膠共混液。取80g納米粘土/丁苯橡膠共混液與400g乳化瀝青混合，在高速剪切機(jī)轉(zhuǎn)速700r/min下剪切10min，得到納米粘土/丁苯橡膠改性乳化瀝青。對比例11為通過發(fā)明“CN105524478A”的實施例3制成的乳化瀝青混合料，即取3g乳化劑，加入147g水，在70℃水浴下溶解完全得到固含量為2％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚復(fù)配質(zhì)量比例為1：2。取150g固含量為2％乳化皂液加入到200g溫度為130℃的90號基質(zhì)瀝青中，在400r/min的乳化機(jī)中乳化3min，得到乳化瀝青。取15g硅石，加入85g水，攪拌混合后得到固含量為15％的粘土懸浮液，取100g固含量為15％粘土懸浮液加入到225g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的丁苯膠乳中混合均勻得到納米粘土/丁苯橡膠共混液。取50g納米粘土/丁苯橡膠共混液與350g乳化瀝青混合，在高速剪切機(jī)轉(zhuǎn)速400r/min下剪切6min，得到納米粘土/丁苯橡膠改性乳化瀝青。測試結(jié)果見表5：表5乳化瀝青混合料的性能參數(shù)測試從表5可以看出，本發(fā)明的納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料與未摻納米粘土和脫硫灰渣的乳化瀝青混合料、未摻脫硫灰渣的乳化瀝青混合料以及通過專利“CN105524478A”的組分和制備方法制成的乳化瀝青混合料相比，特別是前期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度更強(qiáng)，動穩(wěn)定度更高，疲勞壽命更長，說明了本發(fā)明的納米粘土和脫硫灰渣固化的乳化瀝青混合料固化速度快，早期強(qiáng)度高。當(dāng)前第1頁1 2 3