本發(fā)明涉及道路瀝青，具體涉及瀝青混合料，特別涉及一種瀝青混合料用改性填料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、瀝青混合料是由集料、瀝青、礦粉等材料按一定比例混合而成的道路材料。由于瀝青混合料具有良好的彈性、耐磨性和防滑性，在降低行駛噪音、提高駕駛舒適性和安全性方面效果顯著。目前，瀝青混合料已被廣泛的應(yīng)用于高速公路、城市道路、橋梁、隧道等。

2、根據(jù)現(xiàn)有工程使用，瀝青混合料中使用大量種類繁雜的集料，比如品質(zhì)優(yōu)異的玄武巖、輝綠巖集料呈堿性，與瀝青的粘附性較好，但這類集料較少。在實(shí)際工程使用時(shí)，用量較大的集料都是就地取材，儲(chǔ)量大、分布廣的集料主要是花崗巖、板巖、安山巖、石英巖等偏酸性或中性集料，這類集料和瀝青粘附性較差，極易導(dǎo)致鋪設(shè)后的瀝青路面性能變差，從而限制了集料的使用。另外，實(shí)際工程中使用的瀝青混合料用集料級(jí)配波動(dòng)較大，既是在規(guī)范規(guī)定的級(jí)配范圍內(nèi)，由于集料本身的復(fù)雜性，很難構(gòu)建最佳的級(jí)配。最終導(dǎo)致瀝青路面的孔隙率難以控制，路面不易壓實(shí)，最終影響瀝青路面滲水系數(shù)和耐久性。目前瀝青路面層發(fā)生水損害是影響路面壽命的主要因素，由于瀝青與集料的粘附強(qiáng)度不夠，在外界雨水的滲透下集料表面與瀝青脫離，從而降低路面機(jī)械強(qiáng)度，造成路面砂石松散、車轍和坑槽等病害。

3、集料是瀝青混合料中用量最大的材料，占比一般在90％左右，因此一般都會(huì)就近取材施工。而集料的礦物成分、形態(tài)、比表面積等都會(huì)嚴(yán)重影響瀝青混合料的性能。如安山巖屬于中性集料，其高價(jià)陽(yáng)離子含量較低，與瀝青的化學(xué)吸附作用不穩(wěn)定，導(dǎo)致粘附性較差，從而影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性和耐久性。特別是二氧化硅含量較高的集料，親水憎油明顯，與瀝青的粘附性差，而且容易吸水，導(dǎo)致瀝青路面水易穿透瀝青膜被集料吸附，從而產(chǎn)生集料與基質(zhì)瀝青分離脫落，導(dǎo)致路面開(kāi)裂，降低路面使用壽命。如各地儲(chǔ)量豐富的花崗巖由于質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨抗滑是鋪設(shè)瀝青路面的主要集料。但由于花崗巖為酸性巖石，具有較高的表面負(fù)電荷電位，與瀝青的粘接力有限，在用于鋪設(shè)路面后遭受水侵蝕時(shí)，瀝青與集料的容易脫落，表現(xiàn)為浸水的穩(wěn)定度出現(xiàn)大幅降低，路面出現(xiàn)開(kāi)裂、麻面、凹凸不平，甚至出現(xiàn)石子脫落等現(xiàn)象。

4、現(xiàn)有技術(shù)已公開(kāi)通過(guò)使用石灰?guī)r礦粉作為填料在瀝青混合料中改進(jìn)瀝青混合料的穩(wěn)定性。石灰?guī)r礦粉是一種堿性礦物，可使瀝青混合料得到較好的增稠效果，并增加混合料的粘結(jié)性，提高瀝青混合料的穩(wěn)定性。其通過(guò)填充空隙與微裂縫，可以大大增強(qiáng)路面的承載力和耐久性。但對(duì)于粘附性差、品種復(fù)雜、級(jí)配不穩(wěn)定的集料，單一的石灰?guī)r礦粉或消石灰對(duì)改進(jìn)瀝青與集料的粘結(jié)性有限。

5、造成瀝青路面水損害根源就是瀝青與集料之間的粘附性較差。為了推進(jìn)集料的就地取材使用，擴(kuò)大集料適應(yīng)范圍，需要進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青與集料的粘附性能，從而才能確保瀝青混合料的致密性、水穩(wěn)定性、抗剝落性和高溫穩(wěn)定性。鑒于此，本發(fā)明提出了一種瀝青混合料用改性填料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了瀝青混合料更廣范圍的使用集料，增強(qiáng)集料與瀝青的粘附性能，提高瀝青混合料的致密性、水穩(wěn)定性、抗剝落性和高溫穩(wěn)定性，本發(fā)明提出一種瀝青混合料用改性填料，所述改性填料具有優(yōu)異的分散性和界面性能，與瀝青具有良好的相容性，可以均勻粘附集料，降低集料表面電位，從而使原本粘附性較差的集料與瀝青良好的粘結(jié)；特別的，通過(guò)機(jī)械力化學(xué)分散改性填料，可以增強(qiáng)填料的分散性和界面性能，與集料能夠均勻分散包裹，避免離析，提高瀝青與集料的粘附性，并促進(jìn)瀝青混合料的自密實(shí)性和強(qiáng)度，進(jìn)而提升瀝青混合料的水穩(wěn)定型。進(jìn)一步，提出瀝青混合料用改性填料的制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一目的，本發(fā)明提供一種瀝青混合料用改性填料，其特征是，由如下按重量份的原料組成：石灰?guī)r礦粉30-40份、消石灰25-35份、鋼渣粉15-20份、磷石膏10-15份、鋁礬土5-8份、復(fù)合界面改性劑0.5-0.8份、分散劑0.3-0.5份；其中：

4、所述復(fù)合界面改性劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑和/或鋁酸酯類偶聯(lián)劑與油酸鈉以質(zhì)量比1-3：1復(fù)合而成；

5、所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉中的至少一種；

6、所述瀝青混合料用改性填料由如下方法制備得到：

7、(1)將石灰?guī)r礦粉、消石灰、鋼渣粉、磷石膏、鋁礬土加入1#高速混合機(jī)混合均勻；經(jīng)全封閉管道系統(tǒng)輸送至微波烘干隧道箱，控制溫度120-130℃進(jìn)行烘干，得到預(yù)混料；

8、(2)將預(yù)混料、復(fù)合界面改性劑、分散劑加入2#高速混合機(jī)混合均勻，經(jīng)全封閉管道系統(tǒng)輸送至連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)，控制連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)分級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，在粉碎室形成渦流，預(yù)混料定量由進(jìn)料口進(jìn)入粉碎室，在渦流的作用下，預(yù)混料顆粒之間發(fā)生碰撞、摩擦和剪切，并在粉碎的同時(shí)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)使復(fù)合界面改性劑、分散劑改性微細(xì)粉末，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分散改性；經(jīng)收集布袋接入成品倉(cāng)，得到d80粒徑小于10μm的瀝青混合料用改性填料。

9、優(yōu)選的，所述石灰?guī)r礦粉d50粉粒徑＜50μm。

10、優(yōu)選的，所述消石灰d50粒徑＜50μm；消石灰具有極高的活性，通過(guò)細(xì)化和界面改性處理，改性后的消石灰摻如瀝青后其中的鈣離子促使瀝青在集料表面沉積成膜，鈣離子在集料表面積聚，與瀝青中的酸結(jié)合形成水不溶性鹽，促進(jìn)瀝青與集料的抗剝離能力。其不但提升瀝青混合料的膠結(jié)強(qiáng)度，而且以粉體形式填充瀝青混合料的微空隙，提高集料的緊密程度，從而提高集料與瀝青的粘結(jié)力，進(jìn)而增強(qiáng)瀝青路面的自密實(shí)性。

11、優(yōu)選的，所述鋼渣粉d50粒徑＜50μm；堿度大于2.0；表觀密度2.56-2.75g/cm3；鋼渣渣粉具有較高的比表面積和堿度，促使瀝青更容易聚集在鋼渣粉，增強(qiáng)瀝青的粘附性能；同時(shí)，鋼渣粉可促進(jìn)瀝青路面的致密性和耐磨性。

12、優(yōu)選的，所述磷石膏d50粒徑＜50μm；磷石膏屬于磷肥生產(chǎn)的副產(chǎn)品，主要成分為二水硫酸鈣(caso4·2h2o)，磷石膏可以輔助提高瀝青的熔點(diǎn)和黏稠度，從而提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

13、優(yōu)選的，所述鋁礬土d50粒徑＜50μm；鋁礬土的成分為氫氧化鋁，在堿性條件下呈現(xiàn)正電荷，用于集料可以大幅降低呈負(fù)電荷集料的表面電位，并對(duì)集料具有良好的粘附性。粘附超細(xì)鋁礬土的集料與瀝青中的羧酸負(fù)離子接觸，從而將瀝青牢固的粘結(jié)在集料表面。

14、優(yōu)選的，所述復(fù)合界面改性劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑與油酸鈉以質(zhì)量比2：1復(fù)合而成。

15、優(yōu)選的，所述復(fù)合界面改性劑為鋁酸酯類偶聯(lián)劑與油酸鈉以質(zhì)量比3：1復(fù)合而成。

16、優(yōu)選的，所述復(fù)合界面改性劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑、鋁酸酯類偶聯(lián)劑、油酸鈉以質(zhì)量比2：1：1復(fù)合而成。

17、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述鈦酸酯類偶聯(lián)劑選擇螯合型鈦酸酯類偶聯(lián)劑，螫合型鈦酸酯偶聯(lián)劑易于填料表面的羥基結(jié)合，使填料變?yōu)槭杷涣硪欢丝梢耘c瀝青纏繞，從而改善與瀝青的界面相溶性，用于改性填料確保在濕環(huán)境的穩(wěn)定性；如牌號(hào)yb-301、jn-201、t3-1的至少一種。

18、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述鈦酸酯類偶聯(lián)劑選擇單氧烷基型鈦酸酯類偶聯(lián)劑，如yb-203、yb-201、ndz-101、hy-102、jtw-101的至少一種。

19、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述鋁酸酯類偶聯(lián)劑選擇f系列，如f-1、f-2、f-3、f-4中的至少一種。

20、鈦酸酯類偶聯(lián)劑和鋁酸酯類偶聯(lián)劑與堿性礦物具有良好的化學(xué)吸附作用，可以賦予填料良好的界面相容性。油酸鈉改性后的填料具有良好的疏水特性，有助于促進(jìn)填料均勻地分散在瀝青基體中，并提高與瀝青的粘附性。通過(guò)復(fù)合界面改性劑，在機(jī)械力化學(xué)作用下，高效實(shí)現(xiàn)包覆復(fù)合改性。

21、經(jīng)界面改性和超分散處理得到的改性填料具有超細(xì)界面效果，改性填料不但與瀝青相容性良好的，而且賦予集料表面活性，促使瀝青與集料表面上活性成分發(fā)生反應(yīng)，有效增強(qiáng)瀝青和集料之間的粘附力。

22、本發(fā)明的另一目的，提供上述一種瀝青混合料用改性填料的制備方法，其特征在于，具體制備方法如下：

23、(1)將石灰?guī)r礦粉、消石灰、鋼渣粉、磷石膏、鋁礬土加入1#高速混合機(jī)混合均勻；經(jīng)全封閉管道系統(tǒng)輸送至微波烘干隧道箱，控制溫度120-130℃進(jìn)行烘干，得到預(yù)混料；

24、(2)將預(yù)混料、復(fù)合界面改性劑、分散劑加入2#高速混合機(jī)混合均勻，經(jīng)全封閉管道系統(tǒng)輸送至連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)，控制連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)分級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，在粉碎室形成渦流，預(yù)混料定量由進(jìn)料口進(jìn)入粉碎室，在渦流的作用下，預(yù)混料顆粒之間發(fā)生碰撞、摩擦和剪切，并在粉碎的同時(shí)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)使復(fù)合界面改性劑、分散劑改性微細(xì)粉末，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分散改性；經(jīng)收集布袋接入成品倉(cāng)，得到d80粒徑小于10μm的瀝青混合料用改性填料。

25、優(yōu)選的，步驟(1)中所述微波烘干隧道箱，通過(guò)調(diào)節(jié)物料在隧道箱的停留時(shí)間，控制物料自由水含量低于1％；進(jìn)一步優(yōu)選的，控制物料自由水含量低于0.5％；所述微波烘干隧道箱屬于非攪拌非接觸式烘干，烘干速度快，而且能夠有效避免粉末物料飛散，并防止可能出現(xiàn)的團(tuán)聚、結(jié)塊、沾附現(xiàn)象，確保了粉末的松散度和流動(dòng)性。

26、優(yōu)選的，步驟(2)中所述連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)選擇使用氣體渦流粉碎機(jī)或slg型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)。

27、氣體渦流粉碎機(jī)主要由進(jìn)料口、粉碎室、分級(jí)輪、出料口以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。在工作時(shí)，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，在粉碎室形成強(qiáng)烈的渦流，物料定量由進(jìn)料口進(jìn)入粉碎室，在渦流的作用下，物料顆粒之間發(fā)生劇烈的碰撞、摩擦和剪切，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)化，并在粉碎的同時(shí)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)使復(fù)合界面改性劑、分散劑充分包覆填料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的分散改性。

28、slg型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)主要由進(jìn)料口、三個(gè)連續(xù)粉碎室、出料口、分級(jí)輪等組成。其通過(guò)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制粉體物料分散細(xì)化，連續(xù)經(jīng)過(guò)3個(gè)粉碎室形成二次渦流，使復(fù)合界面改性劑、分散劑高效作用在填料表面，其兼具細(xì)化、解聚分散、表面包覆于一體。

29、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述連續(xù)氣流微細(xì)機(jī)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速控制在1500-2000rpm，分級(jí)輪轉(zhuǎn)速越高，在終端得到的改性填料粒徑越小。將分級(jí)輪轉(zhuǎn)速控制在1500-2000rpm，可以使d80粒徑小于5μm，粉體通過(guò)出料口排出，而較大的顆粒則繼續(xù)留在粉碎室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)粉碎。微細(xì)化并分散改性的填料在用于生產(chǎn)瀝青混合料時(shí)，由于改性填料表面積增加，構(gòu)筑瀝青-集料的界面結(jié)合能力，易形成瀝青膠結(jié)物質(zhì)，具有較高的粘結(jié)力。

30、瀝青與集料之間的粘結(jié)性主要是瀝青中含有的羧酸等極性分子對(duì)集料表面分子產(chǎn)生極性吸附。由于水分子具有很強(qiáng)的極性，且與表面負(fù)電荷電位的酸性集料更易結(jié)合，因此，當(dāng)瀝青與酸性集料粘結(jié)后，水分子與瀝青爭(zhēng)奪吸附集料，從而導(dǎo)致瀝青膜從酸性集料表面剝落。鑒于此，本發(fā)明改性填料以石灰?guī)r礦粉為主體，通過(guò)協(xié)同消石灰、鋼渣粉、磷石膏、鋁礬土，通過(guò)使用復(fù)合界面改性劑和分散劑在機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)作用下分散改性，得到的改性填料與瀝青相容性良好，大幅降低集料的表面電位，易于均勻粘附集料，避免了填料與集料離析，瀝青對(duì)集料的潤(rùn)濕性增加，能夠有效地包覆集料表面，增強(qiáng)瀝青與集料的粘結(jié)力，抵抗水的侵蝕。

31、根據(jù)一個(gè)典型的實(shí)施例，改性填料粘附集料對(duì)消除酸性集料負(fù)電荷是積極的，進(jìn)而粘附改性填料的集料與瀝青的粘結(jié)性更為牢固。這主要是源于消除負(fù)電荷的集料與瀝青中羧酸負(fù)電荷易于結(jié)合，從而使瀝青牢固粘結(jié)在集料表面。隨著集料負(fù)電荷電位降低，集料對(duì)水的吸附大幅減弱，水很難透過(guò)瀝青膜屏障，從而使瀝青抗水損性能得到提升。

32、本發(fā)明所述改性填料，按照瀝青混合料種類不同調(diào)整添加比例。ac類中下層路面瀝青混合料按照瀝青混合料總質(zhì)量占比的2-4％計(jì)量加入使用。sma類上層和面層瀝青混合料按照瀝青混合料總質(zhì)量占比的9-10％計(jì)量加入使用。顯然的，改性填料的用量較少，可以袋裝或罐裝進(jìn)行長(zhǎng)途運(yùn)輸使用，對(duì)促進(jìn)集料的就地取材使用意義巨大。

33、綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

34、(1)本發(fā)明改性填料通過(guò)石灰?guī)r礦粉、消石灰、鋼渣粉、磷石膏、鋁礬土配合，相比單一使用石灰?guī)r礦粉，可大幅提升集料與瀝青的粘附性能，顯著提高瀝青混合料的致密性、水穩(wěn)定性、抗剝落性和高溫穩(wěn)定性。

35、(2)本發(fā)明在機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)作用下將復(fù)合界面改性劑、分散劑均勻包覆填料，促使改性填料與瀝青相容性良好，大幅降低集料的表面電位，易于均勻粘附集料，避免了填料與集料離析。

36、(3)本發(fā)明改性填料原料易得，成本低，改性生產(chǎn)設(shè)備成熟，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

37、(4)本發(fā)明改性填料的應(yīng)用，將使瀝青混合料在選擇集料時(shí)范圍更寬，可以就地取材，促使更多種類的集料應(yīng)用于瀝青混合料。