一种沥青混凝土及制备方法与应用
阅读：1029发布：2020-06-24
专利汇可以提供一种沥青混凝土及制备方法与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 沥青 混凝土 及制备方法与应用，以重量份数计，由以下原料组成：集料83～90份，矿粉4～6份，磁 铁 矿1～2份，黄铁矿1～2份，累托石1～2份，沥青3～5份，原料份数总和为100份。本发明的 沥青混凝土 ，基于黄铁矿和 磁铁 矿在路面温差作用下的 热电效应 ,产生的 电子 对空气中带正电的PM2.5颗粒具备较强的电 吸附 功能，结合累托石的 物理吸附 功效，对PM2.5颗粒具备较强的 净化 效果。本发明矿物成本低、制备工艺简单、施工方便，可有效减少空气中PM2.5颗粒含量，改善空气 质量 。，下面是一种沥青混凝土及制备方法与应用专利的具体信息内容。
1.一种沥青混凝土，其特征在于，以重量份数计，由以下原料组成：集料83～90份，矿粉
4～6份，磁铁矿1～2份，黄铁矿1～2份，累托石1～2份，沥青3～5份，原料份数总和为100份。
2.如权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述的集料采用花岗岩、玄武岩、辉绿岩或石灰岩。
3.如权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述的矿粉采用花岗岩粉、玄武岩粉、辉绿岩粉或石灰岩粉。
4.如权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于，所述的沥青采用SBS改性沥青、道路石油沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或胶粉改性沥青。
5.一种如权利要求1至4任一权利要求所述的沥青混凝土的制备方法，以100kg沥青混凝土计，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
将黄铁矿、累托石、磁铁矿各自磨成细粉；
将按照配方比例称重后的集料加热到160℃～180℃，集料干拌20～40s，然后按照配方用量加入加热到160℃～175℃的沥青湿拌80～100s，完成后按照配方用量同时加入矿粉和磁铁矿、黄铁矿、累托石的磨细粉湿拌80～100s，制备得到可净化吸附PM2.5颗粒的沥青混凝土。
6.如权利要求1至4任一权利要求所述的沥青混凝土，其特征在于：所述的黄铁矿、累托石、磁铁矿的细度控制在200目～2000目。
7.如权利要求5所述的沥青混凝土的制备方法，其特征在于：所述的黄铁矿、累托石、磁铁矿的细度控制在200目～2000目。
8.一种如权利要求1至4任一权利要求所述的沥青混凝土用于依照OGFC、AC、SMA或GAC级配类型铺筑于道路的上面层的应用。
9.一种如权利要求6所述的沥青混凝土用于依照OGFC、AC、SMA或GAC级配类型铺筑于道路的上面层的应用。
一种沥青混凝土及制备方法与应用
技术领域
背景技术
[0002] PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，是雾霾天气产生的根源，主要来自火电厂烟气、汽车尾气、工业生产排放等过程中经过燃烧而排放的残留物。PM2.5富含大量有毒、有害物质，易引起心血管等相关疾病，对人们身体健康和生活环境造成巨大的危害，关于PM2.5的净化处理得到了全社会的广泛关注。近年来随着我国机动车保有量的急剧增加，机动车排放的一氧化碳、二氧化氮、碳氢化合物、光化学烟雾等污染物，成为城市PM2.5颗粒的主要来源，严重影响空气质量，并直接危害市民身体健康。我国各大中型城市汽车尾气排放造成的空气污染已达到50﹪左右，大部分大中型城市一氧化碳、碳氢化合物浓度超标，PM2.5颗粒浓度也越来越大。虽然相关部门采取推广使用清洁能源、限行限号等控制措施，但对于PM2.5颗粒的净化却并没有产生明显改善效果。
[0003] 对于污染气体、PM2.5颗粒的治理面临着诸多苦难，如产生终端多、产生终端易流动、无法对其进行团聚后采用常规方式净化等。而道路作为与大气接触面积最大的介质，同时作为汽车行驶的载体，如若能开发出一种可吸附净化汽车尾气及汽车尾气的沥青混凝土，进行道路面层铺筑，可在PM2.5颗粒产生根源地进行净化处理，防止进一步扩散，同时道路拥有可观的铺筑面积，等同于一个巨大的室外空气净化机，可产生优良的净化效果，较常规处理措施而言，具备良好的开发应用前景。
发明内容
[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种可吸附净化汽车尾气的沥青混凝土及制备方法和应用，采用该沥青混凝土筑路，可有效净化空气。
[0005] 为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：
[0008] 所述的矿粉采用花岗岩粉、玄武岩粉、辉绿岩粉或石灰岩粉。
[0009] 所述的沥青采用SBS改性沥青、道路石油沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或胶粉改性沥青。
[0010] 所述的黄铁矿为高温条件下由不等价杂质组分代替后形成的非纯矿物，如用Co3-、Ni3-代替Fe2-，或者用[As]3-、[AsS]3-代替[S2]2-。
[0011] 上述沥青混凝土的制备方法，以100kg沥青混凝土计，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
[0012] 将黄铁矿、累托石、磁铁矿各自磨成细粉；
[0013] 将按照配方比例称重后的集料加热到160℃～180℃，集料干拌20～40s，然后按照配方用量加入加热到160℃～175℃左右的沥青湿拌80～100s，完成后按照配方用量同时加入矿粉和磁铁矿、黄铁矿和累托石的磨细粉湿拌80～100s，制备得到可净化吸附PM2.5颗粒的沥青混凝土。
[0014] 上述配方和制备方法中，所述的黄铁矿、累托石、磁铁矿的细度控制在200目～2000目。
[0015] 上述沥青混凝土用于依照OGFC、AC、SMA或GAC级配类型铺筑于道路的上面层的应用。
[0016] 本发明与现有技术相比，有益的技术效果为：
[0017] 本发明的沥青混凝土能够有效地吸附去除污染气体CO、NO2、HC等成分和PM2.5颗粒，与普通沥青混凝土相比，净化率有较大提升，效果显著。
[0018] 本发明从PM2.5颗粒电性和颗粒性出发，研发具备吸附净化PM2.5颗粒功能的沥青混凝土，并开发其制备工艺，采用本发明的沥青混凝土筑路，可有效吸收空气中的PM2.5颗粒，净化空气，为我国环境保护事业贡献力量。本发明的沥青混凝土能够同时通过物理吸附机理和静电吸附原理净化汽车尾气排出的空气污染颗粒物，且从其产生根源地进行吸附净化，能够防止进一步扩散，综合处理效果明显。采用本发明的沥青混凝土筑路，道路路面覆盖面广，净化范围大，能够对我们的室外生存环境产生较为明显的净化效果。该沥青混凝土制备工艺简单，矿物来源广，造价低，节省成本。
具体实施方式
[0019] 以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
[0020] 遵从上述技术方案，材料规格如下所示：
[0021] 集料的粒径在0.075～19mm范围内；
[0022] 黄铁矿、磁铁矿、累托石细度控制在200～2000目范围内；
[0023] 矿粉为粒径小于0.075mm的粉末。
[0024] 累托石：本发明的累托石(Rectorite)是晶体结构特殊的铝硅酸盐矿物，由类云母单元层和蒙脱石单元层在特殊自然条件下构成有序混层结构,二者比值常为1：1，但又不是二者的简单组合,尤其是条带状的微观结构颇为罕见。累托石化学组成为:Kx(H2O)4[Al2(AlxSi4-xO10)](OH)2，其中Na可代替K。累托石为鳞片、纤维状晶体,粒度一般小于2um。累托石的晶体结构由类云母和类蒙脱石有规则交替堆叠而成。累托石(含量为90％)的总比表面积为271.5m2/g,外比表面积为69.2m2/g,内比表面积为202.3m2/g,表明累托石粘土具有良好的阳离子可交换性和吸附性。
[0025] 磁铁矿：本发明的磁铁矿的化学成分为Fe3O4，晶体属等轴晶系的氧化物矿物，其中FeO＝31％，Fe2O3＝69％，理论含铁量为72.4％。
[0026] 黄铁矿：本发明的黄铁矿化学成分是FeS2，晶体属等轴晶系的硫化物矿物。成分中通常含钴、镍和硒，具有NaCl型晶体结构。常有完好的晶形，呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。立方体晶面上有与晶棱平行的条纹，各晶面上的条纹相互垂直。理论组成(wB％)：Fe 46.55，S 53.45。常有Co、Ni类质同像代替Fe，形成FeS2—CoS2和FeS2—NiS2等系列。黄铁矿是半导体矿物，由于不等价杂质组分代替，如用Co3-、Ni3-代替Fe2-，或者用[As]3-、[AsS]3-代替[S2]2-。产生电子心(n型)或空穴心(p型)而具导电性。在热的作用下，所捕获的电子易于流动，并有方向性，形成电子流，产生热电动势而具热电性。
[0028] 累托石具备吸附性，能够吸附各种无机离子、有机分子和气体分子,对PM2.5颗粒具备较强的物理吸附功效。
[0029] 上述的沥青混凝用于依照OGFC、AC、SMA或GAC级配类型铺筑于道路的上面层。
[0031] 实施例1：
[0032] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩83kg，石灰岩粉6kg，磁铁矿2kg，黄铁矿2kg，累托石2kg，SBS改性沥青5kg。
[0033] 上述沥青混凝土的制备方法如下：
[0034] 将黄铁矿、累托石、磁铁矿各自磨成细粉，使得黄铁矿、累托石、磁铁矿的细度控制在20目～2000目，备用；
[0035] 将加热到160℃～180℃温度范围内的石灰岩称重83kg，石灰岩干拌20～40s，优选30s，然后加入SBS改性沥青5kg湿拌80～100s，优选90s，完成后同时加入石灰岩粉6kg和磁铁矿2kg，黄铁矿2kg，累托石2kg的磨细粉湿拌80～100s，优选90s，制备得到可净化吸附PM2.5颗粒的沥青混凝土100kg。
[0037] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0038] 实施例2：
[0039] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩90kg，石灰岩粉4kg，磁铁矿1kg，黄铁矿1kg，累托石1kg，SBS改性沥青3kg。
[0040] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0041] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0042] 实施例3：
[0043] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，SBS改性沥青4kg。
[0044] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0045] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0046] 实施例4：
[0047] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，道路石油沥青4kg。
[0048] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0049] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0050] 实施例5：
[0051] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：花岗岩86.5kg，花岗岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，PE改性沥青4kg。
[0052] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0053] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0054] 实施例6：
[0055] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：玄武岩86.5kg，玄武岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，SBR改性沥青4kg。
[0056] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0057] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0058] 实施例7：
[0059] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：辉绿岩86.5kg，辉绿岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，胶粉改性沥青4kg。
[0060] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0061] 本实施例的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0062] 实施例8：
[0063] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，SBS改性沥青4kg。
[0064] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0065] 本实施例的沥青混凝土用于依照AC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0066] 实施例9：
[0067] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，SBS改性沥青4kg。
[0068] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0069] 本实施例的沥青混凝土用于依照SMA-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0070] 实施例10：
[0071] 本实施例给出一种沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉5kg，磁铁矿1.5kg，黄铁矿1.5kg，累托石1.5kg，SBS改性沥青4kg。
[0072] 本实施例的沥青混凝土的制备过程与实施例1相同。
[0073] 本实施例的沥青混凝土用于依照GAC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0074] 对比例：
[0075] 本对比例给出一种普通沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：石灰岩86.5kg，石灰岩粉9.5kg，SBS改性沥青4kg。
[0076] 上述对比例沥青混凝土的制备方法如下：
[0077] 将加热到160℃～180℃温度范围内的石灰岩称重86.5kg，石灰岩干拌20～40s，优选30s，然后加入SBS改性沥青5kg湿拌80～100s，优选90s，完成后同时加入石灰岩粉9.5kg湿拌80～100s，优选90s，制备得到普通沥青混凝土100kg。
[0078] 本对比例给出的沥青混凝土用于依照OGFC-13级配类型铺筑于道路的上面层，铺筑厚度保持在3cm～4cm范围内，优选厚度为3.5cm，采用普通沥青混凝土施工方法进行铺筑即可。
[0079] 性能测试：
[0080] 为了验证上述实施例的性能，将上述实施例1至实施例7中的沥青混凝土制备成OGFC-13沥青混凝土，实施例8中的沥青混凝土制备成AC-13沥青混凝土，实施例9中的沥青混凝土制备成SMA-13沥青混凝土，实施例10中的沥青混凝土制备成GAC-13沥青混凝土，对比例中的普通沥青混凝土制备成OGFC-13沥青混凝土。
[0081] 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行道路吸附净化PM2.5颗粒及汽车尾气的相关性能试验，试验所采用的各类型混凝土级配如表1-4所示。
[0082] 表1 OGFC-13型沥青混凝土矿料合成级配
[0083]
[0084] 表2 AC-13型沥青混凝土矿料合成级配
[0085]
[0086] 表3 SMA-13型沥青混凝土矿料合成级配
[0087]
[0088] 表4 GAC-13型沥青混凝土矿料合成级配
[0089]
[0090] (1)高温稳定性：
[0091] 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行高温性能测试，结果如表5所示：
[0092] 表5 净化吸附PM2.5颗粒的沥青混凝土高温性能测试结果
[0093]实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DS(次/mm) 5735 5779 7428 7024 6839 5876 5802 8025 7603 6952
DS(次/mm) 5735 5779 7428 7024 6839 5876 5802 8025 7603 6952
[0094] 从表5可以明显看出，可吸附净化汽车尾气沥青混凝土具有较好的高温稳定性，远满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对沥青混凝土高温稳定性的要求。
[0095] (2)水稳性：
[0096] 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行水稳性能测试，如表6所示。
[0097] 表6 净化吸附汽车尾气的沥青混凝土水稳性能
[0098]实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
MS(％) 83.2 84.5 93.9 91.2 89.3 86.9 86.5 93.8 89.7 90.2
TSR(％) 85.4 86.2 94.1 91.6 91.0 90.3 87.6 91.3 88.6 89.3
MS(％) 83.2 84.5 93.9 91.2 89.3 86.9 86.5 93.8 89.7 90.2
TSR(％) 85.4 86.2 94.1 91.6 91.0 90.3 87.6 91.3 88.6 89.3
[0099] 从表6可以明显看出，可吸附净化PM2.5颗粒及污染气体的沥青混凝土具有较好的低温抗裂性，远满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中水稳定性MS大于80％和TSR大于75％的耐久性的要求。
[0100] (3)路面吸附净化PM2.5颗粒及其污染气体的试验：
[0101] 采用实施例1至实施例10和对比例制备的沥青混凝土成型车辙板，分别将11组车辙板放置于密闭的环境箱中，通入汽车尾气，汽车尾气主要污染成分及其相关浓度值表见表7：
[0102] 表7 汽车尾气主要污染成分及其初始平均浓度
[0103]污染物 单位 浓度
CO ％ 4.07
HC ppm 1200
NO20 ppm 600
CO ％ 4.07
HC ppm 1200
NO20 ppm 600
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