專利名稱：造紙污泥制備的瀝青路面用改性纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由造紙污泥制備的瀝青路面用的改性纖維及其制造方法，還涉及使用這種改性纖維的瀝青路面混合料。
背景技術(shù)：
很多發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視在瀝青混合料中摻進(jìn)少量纖維，以提高瀝青路面的耐久性，使瀝青路面牢固耐用，保持平整舒暢。這是因?yàn)槔w維具有加筋、分散、吸附瀝青和穩(wěn)定等作用，能夠防止瀝青從瀝青混合料中排出、防止瀝青路面發(fā)生裂縫、松散等病害現(xiàn)象。
隨著改革開(kāi)放的深入發(fā)展，對(duì)瀝青路面的要求也越來(lái)越高，載重量增大，車速加快，車流量也顯著增加，車輛行駛的路面很易形成車轍，如果采用常規(guī)的普通瀝青混合料品種鋪設(shè)瀝青路面，顯然不能適應(yīng)現(xiàn)代交通發(fā)展的需要。國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)是設(shè)計(jì)瀝青瑪蹄脂碎石混合料(簡(jiǎn)稱SMA)，選用最佳配合比拌制來(lái)鋪筑新型路面。SMA瀝青混合料的一個(gè)特點(diǎn)是抗滑性能好，＞4.75mm的粗集料占75％左右，其余為由石灰石礦粉、瀝青和少量纖維組成的瀝青瑪蹄脂。這樣SMA瀝青路面有75％左右的粗集料相互嵌擠，形成骨架，十分有利于提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；有占SMA總量0.3～0.4％的纖維和很多填充料與較多瀝青組成的瀝青瑪蹄脂，不但填充了混合料的空隙，還把碎石牢牢地粘結(jié)成一個(gè)整體，確保了瀝青路面的低溫穩(wěn)定性，使瀝青路面在寒冬季節(jié)不宜發(fā)生裂縫、松散現(xiàn)象。
為了提高瀝青路面的質(zhì)量。一方面是對(duì)瀝青進(jìn)行改性，嚴(yán)格選購(gòu)各種優(yōu)質(zhì)原材料，精心配制最佳配合；另一方面是摻用適量的纖維拌制瀝青混合料。
SMA瀝青混合料必須摻用纖維，而且為了提高瀝青路面的抗滑性能，粗集料不能用石灰石，應(yīng)采用磨光值達(dá)到規(guī)定要求的酸性石料，這就必須在瀝青中摻入0.4％的抗剝落劑，以增強(qiáng)瀝青與酸性石料的粘附性，這樣還要增加抗剝落劑的原材料的成本。
目前市場(chǎng)上的纖維較貴，混合料中摻用纖維直接影響瀝青路面的成本。利用造紙工業(yè)廢料，經(jīng)過(guò)處理、加工成改性纖維，可以完全或部分取代原來(lái)的纖維，降低瀝青路面的成本。
造紙廢漿污泥的再生利用有許多方法。研究將造紙廢漿污泥經(jīng)過(guò)處理后用作瀝青路面的改性纖維，不僅可以降低瀝青路面的成本，而且再生利用了造紙廢漿污泥，解決與造紙廢漿污泥有關(guān)的污染問(wèn)題，具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種由造紙廢漿污泥制備的瀝青用改性纖維，還提供了制造這種改性纖維的方法。
本發(fā)明的瀝青路面用改性纖維，由下列組分組成a)32-55％(重量)造紙污泥；b)40-60％(重量)的Ca(OH)2；c)4-8％(重量)水。
本發(fā)明的改性纖維較好的Ca(OH)2為50-60％重量。
本發(fā)明制造瀝青路面用改性纖維的方法包括下列步驟a)將塊狀生石灰粉碎成粒徑小于或等于3毫米的顆粒；b)把生石灰顆粒以造紙污泥重量的20-50％摻入造紙污泥中，然后攪拌均勻；c)將步驟b)的混合物堆放7天以上，使之充分熟化反應(yīng)，并使物料脫水；d)烘干脫水，使水份含量為4-8％重量；e)高速粉碎上述混合物干料，并過(guò)篩，制得粒度小于等于40目的改性纖維。
本發(fā)明制造瀝青路面用改性纖維方法中，較好的在步驟b)，在造紙污泥中摻入造紙污泥重量的35-50％的生石灰。
制造污泥的水含量一般在65％(重量)左右。制造改性纖維過(guò)程中，對(duì)作為原料的造紙廢漿污泥的水含量沒(méi)有特別的要求，但小于65％(重量)較好。
生石灰可以干粉碎至粒徑小于等于3mm，也可以用水使之粉化為粒度小于等于3mm的細(xì)粉?？筛鶕?jù)造紙污泥的水含量選擇生石灰的加入量，使制備的改性纖維的Ca(OH)2含量在40-50％(重量)范圍。
在污泥和生石灰混合料的熟化過(guò)程中，生石灰(CaO)與污泥中的水反應(yīng)，生成Ca(OH)2，可脫除污泥中的一部分水，然后經(jīng)過(guò)烘干進(jìn)一步脫除污泥的水分，使之達(dá)到改性纖維重量的4-8％。
按瀝青混合料品種設(shè)定改性纖維投放量，一般為瀝青混合料總重量的0.1～0.6％。在SMA、開(kāi)級(jí)瀝青混合料中改性纖維投放量占瀝青混合料總重量的0.3～0.6％；在抗滑層和普通瀝青料中改性纖維投放量占混合料的0.1～0.3％。使用時(shí)，在攪拌缸中加入石料后，再加入該改性纖維、瀝青、礦粉。
現(xiàn)在國(guó)際和國(guó)內(nèi)很多城市為了降低道路噪音，減輕雨天的濺水和提高路面的抗滑安全性，都在鋪筑一種新型的瀝青路面結(jié)構(gòu)一開(kāi)級(jí)配大空隙排水型瀝青路面。它可以降4-6db的噪音，減少雨天的交通事故，原來(lái)雨天的交通事故是晴天的3倍，鋪筑開(kāi)級(jí)配大空隙排水型瀝青路面后，雨天的交通事故頻率降低至與晴天一樣。這種路面一個(gè)最大的難題由于空隙率達(dá)15-20％，瀝青容易失去，瀝青路面極易松散，使用壽命不長(zhǎng)，現(xiàn)在日本和比利時(shí)等國(guó)家除了對(duì)瀝青進(jìn)行改性之外，成功地研究出了只要在開(kāi)級(jí)配大空隙排水型瀝青混合料中摻入占瀝青混合料的0.3％的纖維，就可以防止瀝青失散，防止透水瀝青路面早期松散損壞。比利時(shí)試驗(yàn)證明，若不摻纖維，瀝青將損失13.5％。
我國(guó)高速公路的瀝青防滑層和機(jī)場(chǎng)道面除了采用SMA作為抗滑層之外，還有不少地方仍采用瀝青抗滑層如AK-13A，一般來(lái)說(shuō)這些瀝青抗滑層混合料中是不摻用纖維的，只是為了提高瀝青面層的抗滑性能，用磨光值達(dá)到規(guī)定指標(biāo)的酸性石料。為此，而須摻加占瀝青用量0.4％的抗剝落劑。由于改性纖維具有加筋、分散、吸附瀝青、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在瀝青抗滑層混合料中摻占混合料總重量0.4％的改性纖維，可以不再另?yè)娇箘兟鋭?，又顯著提高了瀝青抗滑層的質(zhì)量。
目前瀝青路面用的木質(zhì)素纖維只能起纖維一種作用，而不能起到增強(qiáng)瀝青與酸性石料粘附性作用，而且價(jià)格又貴。本發(fā)明利用造紙污泥制造的改性木質(zhì)素纖維既保持木質(zhì)素纖維原有的加筋性能又具有抗剝落劑的功能。在選擇抗剝落劑對(duì)木質(zhì)素纖維進(jìn)行改性時(shí)，注意到很多抗剝落劑本身不耐熱，易老化而失效。我們采用生石灰作改性劑對(duì)木質(zhì)素纖維進(jìn)行改性。能達(dá)到集料表面性質(zhì)改善，瀝青與集料之間分子力增大的效果；它使酸性石料的表面電荷減小，使石料表面電位減低，對(duì)水的作用減??；它能與瀝青中的酸發(fā)生反應(yīng)，生成具有表面活性劑作用的鈣鹽，具有抗剝落劑作用，利用其極性與集料結(jié)合，增強(qiáng)與瀝青的吸附；它的鈣離子可置換集料表面的氫、鈉、鉀離子，加強(qiáng)了與瀝青的粘結(jié)。用生石灰這種改性劑對(duì)木質(zhì)素纖維進(jìn)行改性后的木質(zhì)素纖維，作為抗剝落劑占瀝青用量0.4％，用水煮法對(duì)酸性石料做粘附試驗(yàn)，完全達(dá)到要求，并在瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)中證明，這種改性纖維對(duì)改善馬歇爾技術(shù)指標(biāo)具有顯著的效果，提高了殘留穩(wěn)定度。
目前用于瀝青路面的進(jìn)口纖維每噸12000元左右，國(guó)產(chǎn)纖維也要每噸8000元左右，而本發(fā)明改性纖維每噸價(jià)格不超過(guò)5000元。1噸SMA混合料用4公斤改性纖維，其成本僅20元。使用制造改性纖維，還可以不使用抗剝落劑，這樣每一噸SMA混合料又可以省下抗剝落劑6元錢，因此，將會(huì)有效地降低瀝青路面的成本。
制備瀝青路面施用的瀝青原料的性能指標(biāo)如針入度，采用GB/T4509測(cè)定，延度按照GB/T4508測(cè)定，軟化點(diǎn)按照GB/T4507測(cè)定。
實(shí)施例實(shí)施例1生石灰粉碎至粒徑小于等于3mm，在1000千克的濕造紙污泥(水含量為65％(重量))中加入350千克的生石灰顆粒，以1200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌均勻；放置7天熟化；在滾動(dòng)式烘干機(jī)中烘干，烘干機(jī)進(jìn)口溫度為650～750℃，出口溫度為115~125℃；粉碎至粒度小于等于40目，制得改性纖維873千克，其水分含量為5.6％(重量)，Ca(OH)2為54％(重量)，進(jìn)行包裝。
實(shí)施例2按照和實(shí)施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥(水含量為55％(重量))中加入400千克的生石灰，制得水含量為5％(重量)，Ca(OH)2為52％(重量)的改性纖維1044千克。
實(shí)施例3按照和實(shí)施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥中加入200千克的生石灰，制得水含量為4.2％(重量)，Ca(OH)2為41％(重量)的改性纖維648千克。
實(shí)施例4按照和實(shí)施例1相同的方式制備瀝青用改性纖維，不同之處是1000千克造紙污泥(水含量為55％(重量))中加入500千克的生石灰，制得水含量為8％(重量)，Ca(OH)2為60％(重量)的改性纖維1117千克。
實(shí)施例5使用實(shí)施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以瀝青瑪瑙脂碎石(SMA-16)為例，其組成配合比列于下表1.1，其中瀝青使用SBS改性瀝青，其性能指標(biāo)列于下表1.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實(shí)施例1制備的改性纖維與使用德國(guó)產(chǎn)纖維和抗剝落劑制備的瀝青路面SMA-16進(jìn)行比較。
表1.1SMA-16配合比

表1.2SBS改性瀝青(基質(zhì)瀝青70#)

表1.3添加改性纖維與德國(guó)纖維和PA-1抗剝落劑的瀝青混合料馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表1.3可見(jiàn)，摻入改性纖維以后，各項(xiàng)馬歇爾技術(shù)指標(biāo)都要比摻入德國(guó)纖維和PA-1抗剝落劑的好，尤其是空隙率和飽和度更為理想，這樣一種材料起到加筋性能又具有抗剝落劑的兩種功能作用，又方便拌制生產(chǎn)瀝青混合料。摻加進(jìn)口纖維的SMA-16的瀝青路面易受陽(yáng)光照射而使瀝青早期老化，易受雨水進(jìn)入導(dǎo)致瀝青剝落而路面松散。
實(shí)施例6按照和實(shí)施例5相同的方式，使用相同的瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料SMA-16，不同之處是，使用實(shí)施例2中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.6％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術(shù)指標(biāo)列于下表2.1。
表2.1馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

實(shí)施例7按照和實(shí)施例5相同的方法，使用實(shí)施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以AK-13A為例，其組成配合比列于下表3.1，其中瀝青使用SBS改性瀝青，其性能指標(biāo)列于下表3.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實(shí)施例1制備的改性纖維與不使用改性纖維但使用抗剝落劑(購(gòu)自成都佳遠(yuǎn)公司)制備的瀝青混合料AK-13A進(jìn)行比較。
表3.1AK-13A配合比

表3.2SBS改性瀝青(基質(zhì)瀝青70#)

表3.3摻改性纖維與不摻纖維的AK-13A馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表6清楚地看到摻占混合料總重量0.4％的改性纖維，與只摻抗剝落劑的瀝青混合料相比，穩(wěn)定度提高1765.8(N)，提高了27.5％，尤其是摻改性纖維的AK-13A，殘留穩(wěn)定度比只摻抗剝落劑的提高了6％，測(cè)試數(shù)據(jù)證明，用改性纖維取代抗剝落劑后，十分有利于提高高速公路和機(jī)場(chǎng)道面瀝青防滑層面的水穩(wěn)定性和耐久性。
實(shí)施例8按照和實(shí)施例7相同的方式，使用相同瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料AC-13，不同之處是，使用實(shí)施例3中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.4％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術(shù)指標(biāo)列于下表4.1。
表4.1馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

實(shí)施例9使用實(shí)施例1制備的改性纖維配制瀝青混合料，以AK-13A為例，其組成配合比列于下表5.1，其中瀝青使用AH70瀝青，其性能指標(biāo)列于下表5.2。在同一配合比，同一原材料條件下，使用實(shí)施例1制備的改性纖維與不使用改性纖維但使用抗剝落劑(購(gòu)自成都佳遠(yuǎn)公司)制備的瀝青混合料AC-13進(jìn)行比較。
表5.1AC-13配合比

表5.2AH70瀝青

表5.3AC-13摻改性纖維與不摻纖維的馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

實(shí)施例10按照和實(shí)施例9相同的方式，使用相同瀝青原料和配合比，制備瀝青混合料AK-13A，不同之處是，使用實(shí)施例4中制備的改性纖維，纖維用量為瀝青混合料總重量的0.5％。制備的瀝青混合料的馬歇爾技術(shù)指標(biāo)列于下表6.1。
表6.1馬歇爾技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表5.3和表6.1看，1噸普通瀝青混合料，只要加進(jìn)去1公斤改性纖維，就可以改善各項(xiàng)馬歇爾技術(shù)指標(biāo)，而且殘留穩(wěn)定度提高8.4％。以這樣較低成本可以把瀝青混合料的質(zhì)量提高到一個(gè)新水平。
普通的瀝青混合料AK-13A中摻入纖維，雖然增加一些成本，但改善了路面防滑性，提高了瀝青路面耐久性，延長(zhǎng)瀝青路面路用壽命，可節(jié)約路面的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是顯著的。
綜上所述，各項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)，有規(guī)律性地證明，摻入改性纖維以后，不論是那一種瀝青混合料品種瀝青瑪蹄脂碎石混合料、開(kāi)級(jí)配大空隙排水型瀝青混合料或是瀝青抗滑，不論是酸性石料還是石灰石碎石的瀝青混合料，只要適量摻入一些改性纖維，就可以收到明顯效果，改善和提高各項(xiàng)馬歇爾技術(shù)指標(biāo)，尤其是提高殘留穩(wěn)定度，這是難能可貴的，達(dá)到了一種改性纖維起到兩種原材料(纖維和抗剝落劑)的作用，達(dá)到了預(yù)想目的，既降低了用纖維和抗剝落劑成本又方便拌制生產(chǎn)。
利用工業(yè)廢料加工成為瀝青路面改性纖維。使用該新型纖維能使各品種的瀝青混合料質(zhì)量有明顯提高，促使瀝青路面的質(zhì)量有一個(gè)新的飛躍，同時(shí)又能減少環(huán)境污染。
權(quán)利要求
1.一種瀝青路面用改性纖維，以所述改性纖維重量為基準(zhǔn)，由下列組分組成a)32-55％重量造紙污泥；b)40-60％重量Ca(OH)2；c)4-8％重量水。
2.如權(quán)利要求1所述的瀝青路面用改性纖維，其特征在于所述瀝青路面用改性纖維含有50-60％重量的Ca(OH)2。
3.一種制備瀝青路面用改性纖維的方法，該方法包括下列步驟a)將塊狀生石灰粉碎成粒徑小于或等于3毫米的顆粒；b)把生石灰顆粒以造紙污泥重量的20-50％摻入造紙污泥中，然后攪拌均勻；c)將步驟b)的混合物堆放7天以上，使之充分熟化反應(yīng)，并使物料脫水；d)烘干脫水，使水份含量為4-8％重量；e)高速粉碎上述混合物干料，并過(guò)篩，制得粒度小于等于40目的改性纖維。
4.如權(quán)利要求3所述的制備瀝青路面用改性纖維的方法，其特征在于在所述步驟b)中，生石灰顆粒以造紙污泥重量的35-50％摻入造紙污泥中。
5.一種瀝青路面混合料，包含該混合料總重量的0.1-0.6％的權(quán)利要求1或2所述的瀝青路面用改性纖維。
全文摘要
一種瀝青路面用改性纖維，由下列組分組成a)32－55％重量造紙污泥；b)40－60％重量Ca(OH)
文檔編號(hào)E01C7/26GK1519430SQ0311501
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者朱三棣, 嚴(yán)軍, 韓曉偉, 邵拱信 申請(qǐng)人:上海挪亞環(huán)境資源開(kāi)發(fā)有限公司