一种路用草本植物纤维沥青混合料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种路用草本植物纤维沥青混合料及其制备方法。这种路用草本植物纤维沥青混合料由六种组分制成，各组分重量百分数为：草本植物改性纤维0.2%‑1%、沥青5%‑9%、粗石子38%‑43%、细石子28%‑33%、粗石粉8%‑12%、细石粉5%‑8%。其制备方法包括草本植物纤维的制备与改性、石料分选与配制、油石热混与铺设三个步骤。采用本发明专利技术制备的路用草本植物纤维沥青混合料特别适合于城乡快速路、主干路的铺设，并使道路的高温稳定性、低温抗裂性能和水稳定性得到明显改善。

A plant fiber asphalt mixture for road use and its preparation method

The invention discloses a herb fiber asphalt mixture for road use and a preparation method. This road with herbaceous fiber asphalt mixture made of six components, each component weight percentage: herb fiber modified asphalt 5%, 0.2% 1% 9%, 43%, 38% coarse gravel stones 33%, 28% fine powder 8%, 12% crude fine powder 5% 8%. The preparation methods include the preparation and modification of the herbaceous plant fiber, the separation and preparation of the stone material, the heat mixing and laying of the oil and stone three steps. The road based herbaceous plant fiber asphalt mixture is especially suitable for laying on the urban and rural expressways and main roads, and improves the high temperature stability, low temperature cracking resistance and water stability of the roads.

【技术实现步骤摘要】
一种路用草本植物纤维沥青混合料及其制备方法
本专利技术属新材料领域，特别涉及一种路用草本植物纤维沥青混合料及其制备方法。
技术介绍
从1992年巴西里约热内卢第1次联合国环境与发展大会通过《气候变化框架公约》，到2015年法国巴黎第21届全球气候大会通过《巴黎协定》为2020年后全球应对气候变化行动作出安排，再到2016年中国杭州G20峰会中美批准《巴黎协定》，在“构建创新、活力、联动、包容的世界经济”的同时给资源、环境与材料科技工作者留下了无尽的思考与千斤重担。一方面，人类对于森林、石油与矿产资源的开发与掠夺已到了疯狂的地步；另一方面，对森林的乱砍乱伐、对石油与矿藏的乱采乱挖所带来的环境污染、气候恶化与次生灾害已使人们惊恐万状、吃尽苦头。于是人们开始考虑如何降低对于森林、石油与矿产资源的依赖程度。作为生物质材料科学工作者，积极探索草本植物资源高值清洁利用途径，制备路面用新型植物纤维，构建技术标准，开创新兴产业，打造交通领域绿色制造经济增长点，责无旁贷。小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物资源广、产量高、廉价易得，以长沙县为代表的全国“零碳县”打造正是看中了草本植物碳汇效率高、生长快、纤维品质好之特点，例如狼尾草的干料主要成分（纤维素、半纤维素和木质素）与竹木基本相同。如能将草本植物打造成为路面用木质素纤维，必将成为廉价碳汇资源高值的典范；也必然为我国减少二氧化碳等温室气体排放，兑现我国对于“巴黎协定”作出的郑重承诺起到添砖加瓦的作用。资料显示，我国交通部于2004年8月17日发布的“沥青路面用木质纤维”行业标准（JT/T533-2004）将木质纤维局限于针叶木材纤维，具有明显的资源、经济与技术局限性。雷彤、刘开平等（2016）在新疆铺设的棉秸秆纤维沥青混合料公路的抗剪切强度、复数剪切模量、车辙因子、高温稳定性、低温抗裂性和动稳定度比木质素纤维沥青混合料好；刘忠彦等（2013）用沙生灌木纤维沥青混合料铺设的公路具有很好高温抗车辙性、低温抗裂性、雨季抗水损坏能力；郎森（2011）通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车撤试验以及低温抗裂试验，研究秸秆纤维沥青路面材料的路用性能也收到了很好的效果。本案专利技术人吴庆定等人自2004年以来，应用FEM、FNN、BET、FTIR、NMR、XRD及SEM等现代试验手段和Design-Expert试验设计与分析软件，对竹木剩余物、农作物秸秆、杂草藤条的材质与改性效果进行了全方位的研究，发现小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物的材质与改性效果与竹木剩余物、藤条、农作物秸秆基本相同。经改性后的竹木剩余物、农作物秸秆、杂草藤条的材质不仅可与天然铁梨木、紫檀、红酸枝等珍稀木材媲美。可以预期：用小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物纤维替代针叶木材纤维制备纤维沥青路面材料，将具有明显的资源、经济与技术优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种路用草本植物纤维沥青混合料，是一种绿色交通新材料，适合于城乡快速路、主干路的铺设。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种路用草本植物纤维沥青混合料，所述路用草本植物纤维沥青混合料由以下六种组分制成，各组分重量百分数为：草本植物改性纤维0.2%-1%、沥青5%-9%、粗石子38%-43%、细石子28%-33%、粗石粉8%-12%、细石粉5%-8%。优选的，所述草本植物改性纤维为由小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅中的一种或多种的茎秆制成的短纤维改性絮状物，纤维长度4-8mm、0.85mm过筛率80%-90%、灰分≤15%、含水率＜6%、吸油率为纤维自重的5-7倍、热失重率≤5%（210℃×2h）。优选的，所述粗石子采用武陵山脉大理石经反击式粗破碎与筛分获得，粒径范围为4-19mm、细长扁平颗粒含量≤15%。优选的，所述细石子采用武陵山脉大理石粗石子经反击式精破碎与筛分获得，粒径范围为1.7-4.75mm、细长扁平颗粒含量≤10%。优选的，所述粗石粉采用武陵山脉大理石细石子经粗磨与筛分获得，粒径为0.85-1.7mm大理石粉末。优选的，所述细石粉采用武陵山脉大理石粗石粉经精磨与筛分获得，粒径为0.075-0.85mm大理石粉末。本专利技术还公开了一种路用草本植物纤维沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：草本植物纤维的制备与改性：首先取小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物中的一种或多种的茎秆，洗净晒干后经搓辗切碎后，用氢氧化钠溶液浸泡、自来水漂洗、离心干燥、真空干燥、二次搓辗、过筛，制成短纤维，短纤维长度为4-8mm、短纤维经0.85mm孔径筛网过筛率80%-90%、短纤维灰分≤15%、短纤维含水率＜10%；其次将适量的短纤维放入用120号溶剂油配制的沥青陶土悬浊液中，经充分搅拌、蒸发、分散处理，获得草本植物改性纤维备用。步骤2：石料分选与配制:首先，取武陵山脉大理石若干，采用反击式破碎机、柱磨机经粗破碎、精破碎、粗磨、精磨、筛分制成粗石子、细石子、粗石粉、细石粉共4种石料备用，粗石子粒径范围为4-19mm、细长扁平颗粒含量≤15%，细石子粒径范围为1.7-4.75mm、细长扁平颗粒含量≤10%，粗石粉粒径为0.85-1.7mm，细石粉粒径为0.075-0.85mm；其次，根据现场石料筛分实验数据通过电算法确定粗石子、细石子、粗石粉、细石粉的配比，为下一步混料做准备，参考配比为：粗石子：细石子：粗石粉：细石粉=35-40：25-30：8-12：5-8。步骤3：油石热混与铺设:取油石比5%-9%，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的技术要求实施油石热混与公路铺设，使草本植物改性纤维、沥青、粗石子、细石子、粗石粉、细石粉的比例符合要求。优选的，所述步骤1中草本植物改性纤维的质量组成为：草本植物短纤维60%-70%、沥青20%-25%、纳米级陶土粉末10%-15%。优选的，所述步骤1中沥青陶土悬浊液的配比为：120号溶剂油60%-70%、沥青20%-25%、纳米级陶土粉末10%-15%。优选的，所述步骤2中草本植物改性纤维的技术参数为：纤维长度4-8mm、0.85mm过筛率80%-90%、灰分≤15%、含水率＜6%、吸油率为纤维自重的5-7倍、热失重率≤5%（210℃×2h）。本专利技术的有益效果：⑴通过本案实现小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物的高值清洁利用，优化路面用木质纤维供给，为绿色交通新材料家族添丁；从而减少农民、火力发电厂焚烧廉价碳汇资源的数量，进而减少温室气体的排放，谱写绿色经济、绿色交通新篇章，为企业交通行业培植新税源。⑵通过本案实现城乡快速路、主干路铺设用沥青混合料的多样化，并使采用本案路用草本植物纤维沥青混合料铺设的城乡快速路、主干路的使用性能达到如下指标：高温稳定性（动稳定度）≥2000次/mm、低温抗弯强度≥10MPa、浸水残留稳定度≥90%、冻融劈裂强度比≥90%，从而实现城乡快速路、主干路的高温稳定性、低温抗裂性能和水稳定性的明显改善。（3）本申请的制备方法通过对草本植物纤维有效改性，使得进一步提高了铺设道路的抗剪切强度、复数剪切模量、车辙因子、高温稳定性、低温抗裂性和动稳定度等各项性能。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面对本专利技术进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，由以下六种组分组成，各组分重量百分数为：草本植物改性纤维0.2%‑1%、沥青5%‑9%、粗石子38%‑43%、细石子28%‑33%、粗石粉8%‑12%、细石粉5%‑8%。

【技术特征摘要】
1.一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，由以下六种组分组成，各组分重量百分数为：草本植物改性纤维0.2%-1%、沥青5%-9%、粗石子38%-43%、细石子28%-33%、粗石粉8%-12%、细石粉5%-8%。2.根据权利要求1所述的一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，所述草本植物改性纤维为由小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅中的一种或多种的茎秆制成的短纤维改性絮状物，纤维长度4-8mm、0.85mm过筛率80%-90%、灰分≤15%、含水率＜6%、吸油率为纤维自重的5-7倍、热失重率≤5%（210℃×2h）。3.根据权利要求1所述的一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，所述粗石子采用武陵山脉大理石加工获得，粒径范围为4-19mm、细长扁平颗粒含量≤15%。4.根据权利要求1所述的一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，所述细石子采用武陵山脉大理石加工获得，粒径范围为1.7-4.75mm、细长扁平颗粒含量≤10%。5.根据权利要求1所述的一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，所述粗石粉采用武陵山脉大理石细石子经粗磨与筛分获得，粒径为0.85-1.7mm大理石粉末。6.根据权利要求1所述的一种路用草本植物纤维沥青混合料，其特征在于，所述细石粉采用武陵山脉大理石粗石粉经精磨与筛分获得，粒径为0.075-0.85mm大理石粉末。7.如权利要求1-6所述的任意一种路用草本植物纤维沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：草本植物纤维的制备与改性：首先取小麦、亚麻、芦苇、狼尾草、高羊茅等草本植物中的一种或多种的茎秆，洗净晒干后经搓辗切碎后，用氢氧化钠溶液浸泡、水漂洗、干燥、二次搓辗、过筛，制成短纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆定，李佩，刘俊怀，袁建，刘坤键，丁定成，刘克非，何玉琴，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43