本發(fā)明屬于道路瀝青開發(fā)，涉及一種固廢基多功能尾礦瀝青路面材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前尾礦多以尾礦壩形式堆存，綜合利用率較低，長(zhǎng)此以往易產(chǎn)生潰壩風(fēng)險(xiǎn)并造成環(huán)境污染。如將尾礦用作筑路材料，不僅會(huì)大幅提高尾礦的利用率，也可以節(jié)約施工成本，與提高工業(yè)副產(chǎn)品在道路工程的應(yīng)用，減少資源、能源消耗的主旨相符合。

2、現(xiàn)階段，已有學(xué)者針對(duì)尾礦在瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的研究，但由于尾礦與天然集料技術(shù)指標(biāo)的差異，瀝青混合料很難兼顧高低溫性能、耐久性能以及自愈合性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種固廢基多功能尾礦瀝青路面材料及其制備方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中瀝青混合料很難兼顧高低溫性能、耐久性能以及自愈合性能的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種固廢基多功能尾礦瀝青路面材料，按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括4.5～5.5份聚氨酯改性瀝青、45～60份鈦酸酯改性的鐵尾礦石、2～5份表面活化的銅尾礦粉、20～35份銅尾礦砂以及0.5～1.0份乙酸酐改性的硅灰石纖維。

4、優(yōu)選的，所述鐵尾礦石的最大公稱粒徑為13.2mm。

5、優(yōu)選的，所述銅尾礦粉的粒徑范圍為5～15μm，比表面積為670～730m2/kg。

6、優(yōu)選的，所述銅尾礦砂的粒徑范圍為0.075～4.75mm，棱角性為55％～65％。

7、優(yōu)選的，所述硅灰石纖維的數(shù)均分子量為0.7～1.3×105，纖維長(zhǎng)度為4～8mm。

8、優(yōu)選的，所述路面材料的級(jí)配范圍為：標(biāo)準(zhǔn)篩孔16mm通過率范圍為100％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔13.2mm通過率范圍為90％～95％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔9.5mm通過率范圍為65％～75％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔4.75mm通過率范圍為40％～50％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔2.36mm通過率范圍為25％～35％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔1.18mm通過率范圍為20％～30％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.6mm通過率范圍為15％～20％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.3mm通過率范圍為8％～15％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.15mm通過率范圍為5％～12％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.075mm通過率范圍為4％～8％。

9、上述的一種固廢基多功能尾礦瀝青路面材料的制備方法，按照質(zhì)量份數(shù)，將鈦酸酯改性的鐵尾礦石、表面活化的銅尾礦粉、銅尾礦砂以及乙酸酐改性的硅灰石纖維加入所述聚氨酯改性瀝青中，攪拌均勻，制得所述固廢基多功能尾礦瀝青路面材料。

10、優(yōu)選的，所述聚氨酯改性瀝青的制備過程為：

11、s11：將六亞甲基二異氰酸酯和聚己二酸丁二醇酯混合后，加入二月桂酸二丁基錫，回流反應(yīng)，然后加入二羥甲基丙酸、n，n-二甲基甲酰胺以及丙酮，進(jìn)行擴(kuò)鏈，降溫后進(jìn)行封端反應(yīng)，制得端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體；

12、s12：將二氨基二苯基甲烷加入熔融的瀝青中，剪切處理后，加入所述端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體，繼續(xù)進(jìn)行剪切處理，制得所述聚氨酯改性瀝青。

13、優(yōu)選的，所述鈦酸酯改性的鐵尾礦石的制備過程為：

14、s21：將鐵尾礦石置于naoh溶液中浸泡攪拌處理，得到預(yù)處理的鐵尾礦石；

15、s22：將鈦酸酯與無水乙醇的混合溶液噴涂于所述預(yù)處理的鐵尾礦石中，制得所述鈦酸酯改性的鐵尾礦石。

16、優(yōu)選的，所述乙酸酐改性的硅灰石纖維的制備過程為：

17、s31：將硅灰石纖維在丙酮中浸泡處理，再經(jīng)洗滌干燥后，制得預(yù)處理的硅灰石纖維；

18、s32：將所述預(yù)處理的硅灰石纖維加入乙酸酐溶液中，室溫浸泡處理，制得所述乙酸酐改性的硅灰石纖維。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

20、本發(fā)明公開一種固廢基多功能尾礦瀝青路面材料，首先，對(duì)于高低溫性能的提升，聚氨酯改性瀝青增強(qiáng)了瀝青的彈性與韌性，有助于提升瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性及低溫下的抗裂性；鈦酸酯改性的鐵尾礦石使得鐵尾礦石表面具有親油疏水的特性，改善了其與瀝青的粘附性，從而提高了混合料在高溫下的穩(wěn)定性，同時(shí)，這種改性也有助于抵抗水分對(duì)瀝青混合料的侵蝕，間接提升了低溫下的抗裂性；乙酸酐改性的硅灰石纖維，使得瀝青的吸水率和吸油率降低，減少了因水分或油分侵入導(dǎo)致的性能下降，進(jìn)一步增強(qiáng)了瀝青混合料的高低溫穩(wěn)定性；其次，對(duì)于耐久性能的增強(qiáng)，表面活化的銅尾礦粉作為填料替代原始礦粉，增強(qiáng)了銅尾礦粉與瀝青之間的粘聚力，使得混合料更加密實(shí)，從而提高了路面的耐久性；另外，鈦酸酯改性的鐵尾礦石、表面活化的銅尾礦粉、銅尾礦砂以及乙酸酐改性的硅灰石纖維共同作用，不僅提升了材料的物理性能，還通過其特殊的化學(xué)性質(zhì)(如抗紫外老化效果)增強(qiáng)了混合料的長(zhǎng)期耐久性；最后，對(duì)于自愈合性能的提升，聚氨酯改性瀝青本身具有較好的彈性恢復(fù)能力，而鈦酸酯改性的鐵尾礦石、乙酸酐改性的硅灰石纖維等填料則通過改善瀝青混合料的導(dǎo)熱性能和相容性，使得整個(gè)體系在受到微波加熱時(shí)能夠更均勻地受熱，從而促進(jìn)內(nèi)部微裂縫的自動(dòng)修復(fù)，顯著提升了瀝青混合料的自愈合性能。綜上所述，本發(fā)明通過改性固廢尾礦材料以及瀝青實(shí)現(xiàn)了對(duì)瀝青混合料高低溫性能、耐久性能以及自愈合性能的全面提升，有效拓寬了其應(yīng)用范圍。

21、進(jìn)一步的，所述鐵尾礦石的最大公稱粒徑為13.2mm，首先，設(shè)置鐵尾礦石的最大公稱粒徑為13.2mm，有助于實(shí)現(xiàn)混合料中不同粒徑顆粒的合理分布，即級(jí)配設(shè)計(jì)，合理的級(jí)配能夠確?；旌狭显趬簩?shí)過程中形成緊密的結(jié)構(gòu)，提高路面的密實(shí)度和強(qiáng)度；其次，較大的粒徑可以提供更好的骨架支撐作用，有助于提升混合料的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，同時(shí)，合理的粒徑分布還能夠改善混合料的抗車轍性能和耐久性，減少路面在使用過程中出現(xiàn)的變形和損壞；另外，合理的粒徑設(shè)置有助于改善瀝青路面的排水性能，減少雨水在路面上的滯留時(shí)間，降低水損害的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，較大的粒徑還可以提高路面的抗滑性能，增強(qiáng)行車安全性。

22、進(jìn)一步的，所述銅尾礦粉的粒徑范圍為5～15μm，比表面積為670～730m2/kg，首先，較小的粒徑使得銅尾礦粉能夠更均勻地分布在瀝青混合料中，與瀝青形成更加緊密的結(jié)合，從而提高混合料的密實(shí)度和強(qiáng)度，細(xì)小的顆粒還能填充混合料中的微小孔隙，減少空隙率，提升路面的抗壓、抗剪和抗?jié)B性能；高比表面積意味著銅尾礦粉顆粒具有更多的表面活性點(diǎn)，能夠更充分地與瀝青發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)顆粒與瀝青之間的粘附力，進(jìn)一步改善混合料的力學(xué)性能和耐久性；另外，銅尾礦粉的細(xì)小粒徑和高比表面積有助于減少混合料在高溫下的流動(dòng)性和變形，提高路面的熱穩(wěn)定性，同時(shí)，其優(yōu)異的物理性能還能增強(qiáng)混合料在低溫下的抗裂性，保持路面的平整度和舒適性。

23、進(jìn)一步的，所述銅尾礦砂的粒徑范圍為0.075～4.75mm，棱角性為55％～65％，首先，銅尾礦砂的粒徑范圍設(shè)定在0.075～4.75mm之間，有助于在瀝青混合料中形成合理的粒徑分布，即級(jí)配，這種級(jí)配能夠確保混合料在壓實(shí)過程中形成緊密的結(jié)構(gòu)，減少空隙率，提高路面的密實(shí)度和強(qiáng)度，較小粒徑的顆粒能夠填充在較大粒徑顆粒之間的空隙中，進(jìn)一步細(xì)化混合料的孔隙結(jié)構(gòu)，提高整體密實(shí)度；另外，合理的粒徑分布和較高的密實(shí)度能夠顯著提升混合料的抗壓、抗剪和抗?jié)B性能，銅尾礦砂的加入使得混合料在承受車輛荷載和自然環(huán)境作用時(shí)更加穩(wěn)定，而且，棱角性為55％～65％的銅尾礦砂顆粒表面粗糙，具有較好的咬合作用，能夠增強(qiáng)顆粒間的機(jī)械鎖結(jié)力，從而改善混合料的抗裂性能。因此，銅尾礦砂的加入能夠改善混合料的耐久性，減少路面在使用過程中因疲勞、磨損和老化等原因產(chǎn)生的損壞。棱角性較好的銅尾礦砂顆粒能夠增加路面的粗糙度，提高路面的抗滑性能，增強(qiáng)行車安全性。

24、進(jìn)一步的，所述硅灰石纖維的數(shù)均分子量為0.7～1.3×105，纖維長(zhǎng)度為4～8mm，首先，硅灰石纖維具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，其高模量和高強(qiáng)度能夠有效提升混合料的整體強(qiáng)度，當(dāng)纖維長(zhǎng)度為4～8mm時(shí)，纖維能夠在混合料中形成有效的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，抵抗外部荷載，提高路面的抗壓、抗剪和抗拉強(qiáng)度，硅灰石纖維的加入還能改善混合料的韌性，使路面在受到?jīng)_擊或振動(dòng)時(shí)能夠更好地吸收和分散能量，減少裂縫和破損的產(chǎn)生。硅灰石纖維能夠增強(qiáng)混合料的抗疲勞性能，減少因車輛荷載反復(fù)作用而產(chǎn)生的疲勞破壞，且硅灰石纖維具有良好的耐候性，能夠抵抗紫外線、水分和溫度變化等自然環(huán)境因素的侵蝕，延長(zhǎng)路面的使用壽命。

25、進(jìn)一步的，所述路面材料的級(jí)配范圍為：標(biāo)準(zhǔn)篩孔16mm通過率范圍為100％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔13.2mm通過率范圍為90％～95％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔9.5mm通過率范圍為65％～75％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔4.75mm通過率范圍為40％～50％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔2.36mm通過率范圍為25％～35％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔1.18mm通過率范圍為20％～30％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.6mm通過率范圍為15％～20％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.3mm通過率范圍為8％～15％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.15mm通過率范圍為5％～12％，標(biāo)準(zhǔn)篩孔0.075mm通過率范圍為4％～8％，首先，級(jí)配范圍的設(shè)置確保了混合料中不同粒徑顆粒的合理分布，形成了緊密的骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于減少混合料內(nèi)部的空隙，提高路面的密實(shí)度和強(qiáng)度。合理的級(jí)配范圍使得混合料在壓實(shí)過程中能夠形成更加緊密的結(jié)構(gòu)，從而提高路面的抗壓、抗剪和抗?jié)B性能。級(jí)配范圍的設(shè)置有助于減少混合料在長(zhǎng)期使用過程中的磨損和老化，延長(zhǎng)路面的使用壽命。通過控制大粒徑顆粒(如16mm、13.2mm)的通過率，確保了混合料具有良好的骨架支撐作用，從而增強(qiáng)了路面的穩(wěn)定性和承載能力；9.5mm的顆?？梢云胶饣旌狭系墓羌芎吞畛渥饔茫桓☆w粒的填充提高了混合料的密實(shí)度。

26、進(jìn)一步的，所述聚氨酯改性瀝青的制備過程為將六亞甲基二異氰酸酯和聚己二酸丁二醇酯混合后，加入二月桂酸二丁基錫，回流反應(yīng)，然后加入二羥甲基丙酸、n，n-二甲基甲酰胺以及丙酮，進(jìn)行擴(kuò)鏈，降溫后進(jìn)行封端反應(yīng)，制得端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體；然后將二氨基二苯基甲烷加入熔融的瀝青中，剪切處理后，加入所述端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體，繼續(xù)進(jìn)行剪切處理，制得所述聚氨酯改性瀝青，該方法可顯著改善基質(zhì)瀝青綜合性能，使高溫穩(wěn)定性、抗老化性能等多方面性能取得大幅提升。

27、進(jìn)一步的，所述鈦酸酯改性的鐵尾礦石的制備過程為將鐵尾礦石置于naoh溶液中浸泡攪拌處理，得到預(yù)處理的鐵尾礦石；然后將鈦酸酯與無水乙醇的混合溶液噴涂于所述預(yù)處理的鐵尾礦石中，制得所述鈦酸酯改性的鐵尾礦石，該方法可改善由于鐵尾礦石呈酸性，與瀝青粘附性不足的問題，提高鐵尾礦石親油疏水的特性。

28、進(jìn)一步的，所述乙酸酐改性的硅灰石纖維的制備過程為將硅灰石纖維在丙酮中浸泡處理，再經(jīng)洗滌干燥后，制得預(yù)處理的硅灰石纖維；然后將所述預(yù)處理的硅灰石纖維加入乙酸酐溶液中，室溫浸泡處理，制得所述乙酸酐改性的硅灰石纖維，該方法可有效提高硅灰石纖維與瀝青的相容性，便于其性能的穩(wěn)定發(fā)揮。