一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310733064.8	申请日：	2013.12.18
公开号：	CN103739238A	公开日：	2014.04.23
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C04B 26/26申请公布日:20140423\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C04B 26/26申请日:20131218\|\|\|公开
IPC分类号：	C04B26/26; C04B14/38(2006.01)N	主分类号：	C04B26/26
申请人：	蔡磊
发明人：	蔡磊
地址：	472100 河南省三门峡湖滨工业园区河南三兴热能技术有限公司
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内容摘要

本发明提出了一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料，其特征在于：材料成份为毯状矿物纤维与沥青；本发明还公开上述毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料的制备方法，在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的沥青基液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。

权利要求书

权利要求书
1.  一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：新型路面材料的成份为毯状矿物纤维与沥青。

2.  如权利要求1所述的一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与乳化沥青结合产品。

3.  如权利要求2所述的一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：所述的沥青基液体是水化沥青、乳化沥青、改性沥青等以沥青为基础的合成液体。

说明书

说明书一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法
技术领域
本发明属于现代路面材料技术领域，特别涉及公路建设用路面材料，具体涉及一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法。
背景技术
由于沥青路面平稳、舒适、噪音低等优点，它被广泛的应用于高速公路的建设当中。然而，随着轴载和车流量的不断增加，沥青路面的早期损坏越来越严重，因此，应该通过一些方法调整沥青混凝土来提高路用性能。在这些沥青混凝土的改性剂中，纤维因其良好的改善作用及其结构简单、成本低的优点已经获得越来越多的关注。各种类型的纤维改性剂(如甲基纤维素和聚酯)的制作和改善效果的机制已经得到深入的研究，并且一些研究已获得了一些成果。在甲基纤维和聚酯纤维之后，作为一种新型的沥青混凝土添加剂和稳定剂，矿物纤维因其显著的技术特性得到了广泛的关注。矿物纤维不仅弥补了有机纤维强度低、弹性模量小和不耐高温的缺陷，而且也克服了有机纤维污染环境的缺点。在20世纪90年代，在美国的佐治亚州修建了第一个用矿物纤维改性剂的路面，并表现出了优异的路面性能。到目前为止，在中国矿物纤维沥青结合料的路用性能研究是有限的，相对于聚酯纤维、木质纤维和控制混合物，通过高温稳定性、水稳性和低温抗裂性实验对矿物纤维增强沥青混凝土路用性能的研究是可行的。
与传统沥青混凝士相比，矿物纤维沥青混凝士的动态稳定性有显著的提高。当纤维量为0.3％时，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维沥青混凝土的动态稳定性分别提高了66％、42％和24％。因此，纤维量的增加能够明显提高沥青混凝土的耐高温性。分析其原因，一方面是由于大量纵横交错的纤维变形和沥青砂浆粘结力共同产生的桥联合效应，这种效应能够防止骨料的脱落，还能够承受温度应力以提高沥青的粘结力，进而提高了沥青混凝土的高温稳定性；另一方面，纤维的直径一般不到20μm，每克纤维的表面积高达几平方米，并且它巨大的表面积和沥青渗透所形成的界面在沥青混凝士作为一种复合材料的不同阶段缓冲压力，改性沥青通过纤维和在界面形成的化学键来增加沥青的粘度，降低了沥青的温度敏感度，从而提高了沥青混凝土的高温稳定性。
与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维对提高马歇尔稳定度和沥青混凝土的沉浸稳定度是很重要的。当纤维掺加量0.5％时，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维沥青混凝土的沉浸马歇尔稳定度分别提高30.3％、7.5％和5.7％。分析其原因主要是因为纤维的增加增加了混合料中沥青的均匀性，这又增加了矿物骨料的有效膜厚度，从而有效的减少了在沥青界面与矿物骨料间透水的可能性，更进一步增强了沥青混合料中其它材料的稳定性；另外，纤维的增加能够填充沥青混合料中的空隙，并且能够增加沥青的粘度。从冻融劈裂试验结果可以看出控制混合物的冻融劈裂试验抗拉强度和无冻融劈裂试验的抗拉强度相比纤维沥青混凝土的抗拉强度在一定程度上有提高，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维无冻融劈裂试验的抗拉强度分别体老了56.4％、15.4％和6.2％，冻融劈裂强度试验增加了75.2％、28.7％和14.5％。原因主要是由于与纤维混合料相比控制混合物在冻融过程中有更多的孔隙度；水在孔隙产生水压力并且在沥青和骨料之间促进了裂缝的增长。
低温抗裂实验是沥青路面受损的重要原因之一，这严重影响了路面的寿命。矿物纤维对沥青混凝土的影响确保了沥青混凝土极限弯拉强度的提高，因此，沥青混凝土的低温抗裂性可以通过添加纤维来提高。与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维的低温抗裂性性能更加明显。弯曲抗拉强度、破坏应变和弯曲刚度模量分别提高了37.7％、64.7％和52.8％。
通过各种纤维含量的实验，矿物纤维含量是0.5％时，与之相对应的最佳沥青比率为5.35％；实验结果表明沥青混合料的车辙稳定性因为纤维的增加而得到了明显的提高；与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维对沥青混合料的高温稳定性的提高是很有效的，矿物纤维沥青混凝土的车辙稳定性增加了66％和47％。
在特定的纤维含量情况下，沥青混合料的水稳定性因为纤维的增加而得到显著的提高，并且沉浸残余的稳定性和冻融劈裂强度都得到了显著的改善。与聚酯纤维和木质纤维相比，在相同的实验条件下，矿物纤维能够有效地提高沥青混凝土的水稳定性。它的沉浸马歇尔稳定性、剩余稳定性、冻融劈裂强度和无冻融劈裂强度率分别增加了61.2％、10.3％、55.2％、和13.9％。
结果表明沥青混凝土的低温抗裂性的提高因为纤维增加而得到了明显的提高，并且与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维的提高效果更好一些。它的弯拉极限强度、破坏极限和弯曲刚度模量分别提高了17.7％、44.7％和32.8％。
实验结果证明矿物纤维显著提高了沥青混凝土路面性能，并且在这三种类型的纤维中，矿物纤维对路面性能的影响是最综合的，因此，矿物纤维是值得推广和应用的。
综上所述，矿物纤维在道路工程中的应用大幅度提高了路面质量和寿命，并且随着矿物纤维用量的提高而提高，两者呈正比。然而，目前沥青混合料中所添加的矿物纤维比例不高于0.5％，是因为目前所添加的矿物纤维呈球状，在拌料搅拌过程中，如果纤维球过量，球间发生挤压导致纤维球体变形，进而形成不规则团状，分散性大大降低，反而因为纤维团的存在而导致沥青混凝土拌合不均匀，从而导致施工及道路安全隐患。
发明内容
基于矿物纤维在道路工程使用中所存在的上述问题，本发明所要解决的是提供一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，用于增加矿物纤维在沥青混凝土中的比例，从而进一步提高沥青混凝土路面性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体雾状喷洒，在喷吹气流中矿棉纤维充分与沥青基顺体液滴接触吸附，成毯后挤压成所需厚度，再进行表面浸渍沥青基液体后挤压出多余的液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。
与现有的纤维沥青混合料使用相比，本发明的有益效果是：新型路面材料成份简单，生产工艺简单，仅为毯状矿物纤维与沥青，且沥青用量减少10％-27％，纤维用量增加10-50倍，随之路面性能各项指标大幅提高，且由于是片状结构，施工、维护、后期修补简单快捷，可缩短施工周期，降低施工成本，各项测试数据表明，相较现有技术，毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料的高温稳定性、水稳性、低温抗裂性实验、弯拉极限强度、破坏极限和弯曲刚度模量分别提高了171.7％、195.2％、185.5％、121.3％、137.2％和190.5％。
具体实施方式
在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的沥青基液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。
所述的沥青基液体是水化沥青、乳化沥青、改性沥青等以沥青为基础的合成液体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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1、(10)申请公布号 CN 103739238 A(43)申请公布日 2014.04.23CN103739238A(21)申请号 201310733064.8(22)申请日 2013.12.18C04B 26/26(2006.01)C04B 14/38(2006.01)(71)申请人蔡磊地址 472100 河南省三门峡湖滨工业园区河南三兴热能技术有限公司(72)发明人蔡磊(54) 发明名称一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法(57) 摘要本发明提出了一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料，其特征在于：材料成份为毯状矿物纤维与沥青；本发明还公开上述毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面。

2、材料的制备方法，在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的沥青基液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页(10)申请公布号 CN 103739238 ACN 103739238 A1/1页21.一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：新型路面材料的成份为毯状矿物纤维与沥青。2.如权利要求1。

3、所述的一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与乳化沥青结合产品。3.如权利要求2所述的一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，其特征在于：所述的沥青基液体是水化沥青、乳化沥青、改性沥青等以沥青为基础的合成液体。权利要求书CN 103739238 A1/3页3一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法技术领域0001 本。

4、发明属于现代路面材料技术领域，特别涉及公路建设用路面材料，具体涉及一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法。背景技术0002 由于沥青路面平稳、舒适、噪音低等优点，它被广泛的应用于高速公路的建设当中。然而，随着轴载和车流量的不断增加，沥青路面的早期损坏越来越严重，因此，应该通过一些方法调整沥青混凝土来提高路用性能。在这些沥青混凝土的改性剂中，纤维因其良好的改善作用及其结构简单、成本低的优点已经获得越来越多的关注。各种类型的纤维改性剂(如甲基纤维素和聚酯)的制作和改善效果的机制已经得到深入的研究，并且一些研究已获得了一些成果。在甲基纤维和聚酯纤维之后，作为一种新型的沥青混凝土添加剂和。

5、稳定剂，矿物纤维因其显著的技术特性得到了广泛的关注。矿物纤维不仅弥补了有机纤维强度低、弹性模量小和不耐高温的缺陷，而且也克服了有机纤维污染环境的缺点。在20世纪90年代，在美国的佐治亚州修建了第一个用矿物纤维改性剂的路面，并表现出了优异的路面性能。到目前为止，在中国矿物纤维沥青结合料的路用性能研究是有限的，相对于聚酯纤维、木质纤维和控制混合物，通过高温稳定性、水稳性和低温抗裂性实验对矿物纤维增强沥青混凝土路用性能的研究是可行的。0003 与传统沥青混凝士相比，矿物纤维沥青混凝士的动态稳定性有显著的提高。当纤维量为0.3时，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维沥青混凝土的动态稳定性分别提高了66、42和。

6、24。因此，纤维量的增加能够明显提高沥青混凝土的耐高温性。分析其原因，一方面是由于大量纵横交错的纤维变形和沥青砂浆粘结力共同产生的桥联合效应，这种效应能够防止骨料的脱落，还能够承受温度应力以提高沥青的粘结力，进而提高了沥青混凝土的高温稳定性；另一方面，纤维的直径一般不到20m，每克纤维的表面积高达几平方米，并且它巨大的表面积和沥青渗透所形成的界面在沥青混凝士作为一种复合材料的不同阶段缓冲压力，改性沥青通过纤维和在界面形成的化学键来增加沥青的粘度，降低了沥青的温度敏感度，从而提高了沥青混凝土的高温稳定性。0004 与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维对提高马歇尔稳定度和沥青混凝土的沉浸稳定度是很重。

7、要的。当纤维掺加量0.5时，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维沥青混凝土的沉浸马歇尔稳定度分别提高30.3、7.5和5.7。分析其原因主要是因为纤维的增加增加了混合料中沥青的均匀性，这又增加了矿物骨料的有效膜厚度，从而有效的减少了在沥青界面与矿物骨料间透水的可能性，更进一步增强了沥青混合料中其它材料的稳定性；另外，纤维的增加能够填充沥青混合料中的空隙，并且能够增加沥青的粘度。从冻融劈裂试验结果可以看出控制混合物的冻融劈裂试验抗拉强度和无冻融劈裂试验的抗拉强度相比纤维沥青混凝土的抗拉强度在一定程度上有提高，矿物纤维、聚酯纤维和木质纤维无冻融劈裂试验的抗拉强度分别体老了56.4、15.4和6.2，冻融劈。

8、裂强度试验增加了75.2、说明书CN 103739238 A2/3页428.7和14.5。原因主要是由于与纤维混合料相比控制混合物在冻融过程中有更多的孔隙度；水在孔隙产生水压力并且在沥青和骨料之间促进了裂缝的增长。0005 低温抗裂实验是沥青路面受损的重要原因之一，这严重影响了路面的寿命。矿物纤维对沥青混凝土的影响确保了沥青混凝土极限弯拉强度的提高，因此，沥青混凝土的低温抗裂性可以通过添加纤维来提高。与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维的低温抗裂性性能更加明显。弯曲抗拉强度、破坏应变和弯曲刚度模量分别提高了37.7、64.7和52.8。0006 通过各种纤维含量的实验，矿物纤维含量是0.5时。

9、，与之相对应的最佳沥青比率为5.35；实验结果表明沥青混合料的车辙稳定性因为纤维的增加而得到了明显的提高；与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维对沥青混合料的高温稳定性的提高是很有效的，矿物纤维沥青混凝土的车辙稳定性增加了66和47。0007 在特定的纤维含量情况下，沥青混合料的水稳定性因为纤维的增加而得到显著的提高，并且沉浸残余的稳定性和冻融劈裂强度都得到了显著的改善。与聚酯纤维和木质纤维相比，在相同的实验条件下，矿物纤维能够有效地提高沥青混凝土的水稳定性。它的沉浸马歇尔稳定性、剩余稳定性、冻融劈裂强度和无冻融劈裂强度率分别增加了61.2、10.3、55.2、和13.9。0008 结果表明沥青混。

10、凝土的低温抗裂性的提高因为纤维增加而得到了明显的提高，并且与聚酯纤维和木质纤维相比，矿物纤维的提高效果更好一些。它的弯拉极限强度、破坏极限和弯曲刚度模量分别提高了17.7、44.7和32.8。0009 实验结果证明矿物纤维显著提高了沥青混凝土路面性能，并且在这三种类型的纤维中，矿物纤维对路面性能的影响是最综合的，因此，矿物纤维是值得推广和应用的。0010 综上所述，矿物纤维在道路工程中的应用大幅度提高了路面质量和寿命，并且随着矿物纤维用量的提高而提高，两者呈正比。然而，目前沥青混合料中所添加的矿物纤维比例不高于0.5，是因为目前所添加的矿物纤维呈球状，在拌料搅拌过程中，如果纤维球过量，球间发生。

11、挤压导致纤维球体变形，进而形成不规则团状，分散性大大降低，反而因为纤维团的存在而导致沥青混凝土拌合不均匀，从而导致施工及道路安全隐患。发明内容0011 基于矿物纤维在道路工程使用中所存在的上述问题，本发明所要解决的是提供一种毯状矿物纤维与沥青结合的新型路面材料及其制备方法，用于增加矿物纤维在沥青混凝土中的比例，从而进一步提高沥青混凝土路面性能。0012 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体雾状喷洒，在喷吹气流中矿棉纤维充分与沥青基顺体液滴接触吸附，成毯后挤压成所需厚度，再进行表面浸渍沥青基液体后挤压出多余的液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维。

12、与沥青结合产品。0013 与现有的纤维沥青混合料使用相比，本发明的有益效果是：新型路面材料成份简单，生产工艺简单，仅为毯状矿物纤维与沥青，且沥青用量减少10-27，纤维用量增加10-50倍，随之路面性能各项指标大幅提高，且由于是片状结构，施工、维护、后期修补简单快捷，可缩短施工周期，降低施工成本，各项测试数据表明，相较现有技术，毯状矿物纤维与说明书CN 103739238 A3/3页5沥青结合的新型路面材料的高温稳定性、水稳性、低温抗裂性实验、弯拉极限强度、破坏极限和弯曲刚度模量分别提高了171.7、195.2、185.5、121.3、137.2和190.5。具体实施方式0014 在矿棉纤维甩丝成纤的同时，将稀释过的沥青基液体通过高压泵雾状喷洒在甩丝喷吹气流中与矿棉纤维充分接触吸附，集棉成纤维毯后挤压粘结成所需厚度板材，再进行表面浸渍沥青基液体后，挤压出多余的沥青基液体，最终切割后形成柔性片状的矿物纤维与沥青结合产品。0015 所述的沥青基液体是水化沥青、乳化沥青、改性沥青等以沥青为基础的合成液体。0016 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN 103739238 A。

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