一种改性粉煤灰及其制备方法和在沥青混合料中的应用与流程

本发明属于沥青材料领域，具体地涉及一种改性粉煤灰及其制备方法和在沥青混合料中的应用。

背景技术：

1、沥青混合料作为现代道路建设的核心材料，其性能直接决定了路面的质量和使用寿命。传统的沥青混合料主要由集料、填料和沥青组成。填料通常采用中强基性岩石的憎水性石料磨细得到的矿粉和天然砂，而为了改善沥青混合料的性能，也可以在其中添加掺合料。纤维是常见的掺合料之一，其种类和数量会影响沥青混合料的结构和力学性质。但在沥青路面的修建和翻新过程中，砂石和矿粉的大量使用不仅增加了材料成本，还导致能源的过度消耗。粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排出的粉末状细颗粒，通常为空心多孔的球状结构，比表面积大。我国燃煤是获取能源最主要的形式，多年来煤炭的开采和使用积累了大量的粉煤灰。粉煤灰的闲置不仅占用土地资源，还会对地下水资源和环境造成污染。因此，将粉煤灰作为沥青混合料的填料使用，不仅可以有效地减少对传统天然砂、矿粉等天然资源的依赖，而且还可以解决粉煤灰的闲置和污染问题。

2、现有技术中，粉煤灰因煤炭来源和煤层深度的差异，其化学成分和性能具有不稳定性，从而影响到沥青混合料的均匀性和稳定性。虽然粉煤灰可以提高沥青混合料的高温稳定性，但对低温性能的提升效果不明显，甚至可能导致低温性能下降。同时，粉煤灰会与沥青的胶质发生反应，导致沥青混合料失去粘结性和强度，使路面易产生新的裂缝和坑洞。此外，粉煤灰常含有重金属和放射性元素等污染物，处理不当会对环境造成危害。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供改性粉煤灰及其制备方法和在沥青混合料中的应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种改性粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、用100目筛筛网对粉煤灰进行初步筛分，将筛分后的粉煤灰用球磨机进行研磨，用0.1m稀盐酸酸洗3-5次，用0.1m氢氧化钠溶液碱洗3-5次，再用去离子水洗涤5-8次，再置入在恒温烘箱中，控制温度在100-120℃，干燥1-3h，得到预处理粉煤灰；

5、s2、将聚酰胺加入甲苯溶液中，置入聚四氟乙烯衬里反应釜中，滴加30-40wt％硼酸钠悬浮液，控制温度为80-90℃，反应1-3h，加入预处理粉煤灰，以5℃/min的速率升温至140-150℃，继续反应2-4h，得到硼酸钠改性聚酰胺负载粉煤灰，即改性粉煤灰。

6、进一步地，所述步骤s2中聚酰胺、硼酸钠悬浮液和预处理粉煤灰的质量比为(4-6)：(1-3)：(20-22)。

7、根据本发明的另一方面，提供了一种上述的制备方法制得的改性粉煤灰。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种改性粉煤灰在沥青混合料中的应用。

9、进一步地，包括以下步骤：

10、将改性粉煤灰与沥青混合料混合均匀，加热至流动状态，在180-200℃进行溶胀发育10-20min，继续以5000-5500rpm剪切发育15-20min，停止剪切，静置，冷却至室温。

11、根据本发明的另一方面，还提供了一种沥青混合料，按重量份计包括以下原料：沥青40-50份、钢渣1-5份、玄武岩纤维1-4份、脱硫胶粉3-6份、集料5-15份和抗剥离剂0.01-0.02份。

12、优选地，按重量份计包括以下原料：沥青45-50份、钢渣3-5份、玄武岩纤维1-3份、脱硫胶粉3-5份、集料10-15份和抗剥离剂0.02份。

13、所述集料包括煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩和天然砂的一种或多种，集料的粒径为1-4mm。

14、所述抗剥离剂包括聚环氧乙烷、烷基氯化铵、甲基丙烯酸酯和聚氨酯的一种或多种。

15、本发明的有益效果：

16、1、本发明技术方案中，硼酸钠的引入在聚酰胺基体中形成交联点和/或氢键，能够增加分子链之间的相互作用力，使粉煤灰在受力时能够更有效地分散和传递应力，提升强度和韧性，同时粉煤灰颗粒填充在聚酰胺分子链间的空隙中，减少内部缺陷，进一步强化粉煤灰在沥青混合料中的力学性能。

17、2、本发明技术方案中，聚酰胺的分子链具有高稳定性和对水分、氧气的低渗透性，使得其具有良好的耐候性和耐腐蚀性。同时硼酸钠的加入通过与聚酰胺分子链发生化学交联和物理吸附，形成一层保护屏障，增强复合材料对外部环境因素的抵抗能力，从而进一步提高粉煤灰在沥青混合料中的耐久性。

18、3、本发明技术方案中，硼酸钠和粉煤灰在高温下能够形成一层保护性的陶瓷层，阻止氧气和可燃物质的接触，延缓燃烧过程，增加改性粉煤灰在混合沥青料中的阻燃性。

19、4.本发明技术方案中，通过对工业固体废物粉煤灰的再生利用，不仅可以减少对砂石和矿粉等天然资源的使用量，降低成本，还可以提高沥青混合料的力学性能、耐久性和高温稳定性。

技术特征：

1.一种改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改性粉煤灰的制备方法和在沥青混合料中的应用，其特征在于，步骤s2中聚酰胺、硼酸钠悬浮液和预处理粉煤灰的质量比为(4-6)：(1-3)：(20-22)。

3.如权利要求1或2所述的制备方法制得的一种改性粉煤灰。

4.如权利要求1或2所述的制备方法制得的一种改性粉煤灰在沥青混合料中的应用。

5.根据权利要求4所述的一种改性粉煤灰在沥青混合料中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

6.一种沥青混合料，其特征在于，按重量份计包括以下原料：沥青40-50份、钢渣1-5份、玄武岩纤维1-4份、脱硫胶粉3-6份、集料5-15份和抗剥离剂0.01-0.02份。

7.根据权利要求6所述的一种沥青混合料，其特征在于，按重量份计包括以下原料：沥青45-50份、钢渣3-5份、玄武岩纤维1-3份、脱硫胶粉3-5份、集料10-15份和抗剥离剂0.02份。

8.根据权利要求6或7所述的一种沥青混合料，其特征在于，集料包括煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩和天然砂的一种或多种，集料的粒径为1-4mm。

9.根据权利要求6或7所述的一种沥青混合料，其特征在于，抗剥离剂包括聚环氧乙烷、烷基氯化铵、甲基丙烯酸酯和聚氨酯的一种或多种。

技术总结本发明属于沥青材料领域，具体地涉及一种改性粉煤灰及其制备方法和在沥青混合料中的应用。改性粉煤灰包括以下步骤：S1、用100目筛筛网对粉煤灰进行初步筛分，将筛分后的粉煤灰用球磨机进行研磨，洗涤，干燥，得到预处理粉煤灰；S2、将聚酰胺加入甲苯溶液中，置入聚四氟乙烯衬里反应釜中，滴加硼酸钠悬浮液，控制温度反应，加入预处理粉煤灰，升温继续反应，得到改性粉煤灰。另一方面，将改性粉煤灰与沥青混合料混合均匀，加热至流动状态，溶胀发育，继续剪切发育，冷却至室温。通过对工业固体废物粉煤灰的再生利用，不仅可以减少对砂石和矿粉等天然资源的使用量，降低成本，还可以提高沥青混合料的力学性能、耐久性和高温稳定性。技术研发人员：朱耀庭,刘彬,张恺,樊向阳,俞喜兰,易昭受保护的技术使用者：江西省交通科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27