一種玄武巖纖維顆粒及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供一種玄武巖纖維顆粒及其制備方法和應用，該玄武巖纖維的平均直徑不超過8微米，平均長度為2?8毫米，其中酸度系數M

Basalt fiber particle, preparation method and application thereof

The invention provides a basalt fiber particle and preparation method and application thereof, the average diameter of the basalt fiber is less than 8 microns, the average length of 2 8 mm, the acidity coefficient of M

【技術實現步驟摘要】
一種玄武巖纖維顆粒及其制備方法和應用
本專利技術涉及一種玄武巖纖維顆粒及其制備方法和應用，屬于玄武巖纖維

技術介紹
玄武巖及其它礦石及礦渣等按一定配比的化學成份，通過融熔后經過離心法制備制成的絮狀玄武巖纖維棉，因為其制造成纖工藝所確定，其纖維平均長度≥30毫米，而纖維團的平均粒徑≥20毫米。這種絮狀礦物纖維棉因為其纖維太長纖維團不易分散，將其用于絕熱保溫具有良好作用，但將其用于瀝青混合料中時，因為瀝青的粘度高，由于它極不易均勻分散的特征，而它的摻量因經濟性決定摻量極少，一般摻量為瀝青混合料重量的2‰-5‰，至使它不能在瀝青混合料中起到良好的增粘、增強和穩定瀝青的作用。用熔融離心法或吹噴法制成玄武巖礦物纖維棉的特點是成纖工藝簡單生產成本較低，但因該硅酸鹽纖維的模量較高，纖維表面的顯微裂紋容易造成纖維的缺陷的擴張。CN103044877A公開的一種含改性玄武巖纖維和聚合物的復合材料及其制備方法，在成纖工藝中加入一定劑量的與瀝青有較好相容性的表面處理劑(如重油、聚乙二醇等)可以提高纖維品質和成纖率，可以克服一些該工藝所帶來的缺陷。其他可使用的表面活性劑有十二烷基硫酸鈉、硬脂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、β-環糊精、聚氧乙烯蠟、聚乙烯蠟、吐溫、十八胺、超分散劑和阿拉伯樹膠等，所用的偶聯劑為KH540，KH550，KH560，SG-Si900、NDZ-101、NDZ-201、TTS、OL-AT1618、DL411等。研究表明適量表面活性劑或偶聯劑的加入可使改性玄武巖纖維在有機介質中的分散更為均勻并增加了復合材料中改性玄武巖纖維和聚合物間的相容性和結合力。玄武巖纖維還可以通過鉑銠合金拉絲漏板法來制備，但因為漏板孔的目數較少一般為200-400目，成纖效率較低、纖維成本高昂。將熔融的熔體拉絲進行表面處理后進行切割，得到玄武巖纖維的短切絲束。而該纖維束在瀝青混合料中極難在幾十秒鐘的拌和時間內分散。在工程實踐中，不管是什么工藝制得的玄武巖纖維，需將纖維均勻的分散在瀝青混合料中才能形成有效的三維網絡狀瀝青基樹脂纖維復合材料體系。否則，將適得其反造成瀝青路面的病害。所以，這種纖維用于瀝青混合料的關鍵之一就是要使纖維能迅速的在十幾秒鐘內均勻分散以滿足施工應用的節拍要求。在申請人以前的研究中，也考慮過將纖維制成一定粒度的纖維棉，如CN101255011公開了一種用于瀝青混凝土的玄武巖礦物纖維，為解決纖維在混合料拌和中的分散性，將纖維制成平均粒度為4～8mm的纖維棉。申請人發現相對單一的粒級對瀝青混凝土的增強效果并不理想。這是因為瀝青混合料的骨料是由按一定級配比例組成的，這些粒徑大小不一的石子構成相互嵌擠的瀝青混合料結構系統。大小不一的粒狀纖維團更容易均布于這種骨料系統中，形成纖維瀝青復合材料體系。而在其他的現有技術中，對于瀝青混凝土中添加的玄武巖纖維均是通過拉絲法制成并以短切絲束的形式加入瀝青混合料。用離心法或吹噴法制備玄武巖纖維因纖維棉分散性極差，也無法用它來增強瀝青混合料。采用離心法或吹噴法成纖工藝與拉絲漏板法成纖工藝相比要有三方面優點。第一，高速離心法或吹噴法制成的玄武巖纖維平均直徑1-8μm，而拉絲法制成的連續玄武巖纖維平均直徑13-21μm，纖維越細，單位重量纖維的比表面積就越大，實際使用時更細的纖維對瀝青增粘效果更理想。第二，離心法或吹噴法的生產成本比鉑銠合金拉絲漏板法來制備低得多。第三，單位產量的生產效力要高很多，而且能耗低。
技術實現思路
由于離心法或吹噴法制備玄武巖纖維的具有較大的纖維技術優勢、成本優勢和產能優勢，但這種絮狀玄武巖纖維因為成纖工藝所限，纖維棉的分散性極差，無法用它來增強瀝青混合料。本專利技術解決的技術問題就是將這種方法生產的玄武巖纖維棉進行分散、剪切、造粒并將它摻入瀝青混合料中增強瀝青混凝土的性能。本專利技術的技術方案是，提供一種玄武巖纖維顆粒，玄武巖纖維的平均直徑不超過8微米，平均長度為2-8毫米；玄武巖纖維的酸度系數MK為0.8-5.6，其中WCaO和WMgO分別表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武巖纖維中的質量百分含量；所述玄武巖纖維顆粒由若干呈絮狀分布的玄武巖纖維組成，其中玄武巖纖維顆粒的粒度分布為：1mm≤粒度＜5mm的粒級為18-76％，5mm≤粒度＜12mm的粒級為18-76％，其他粒度的粒級為的3-16％。優選地，所述玄武巖纖維顆粒的粒度分布為：1mm≤粒度＜3mm的粒級為7-30％，3mm≤粒度＜5mm的粒級為9-46％，5mm≤粒度＜7mm的粒級為6-29％，7mm≤粒度＜9mm的粒級為6-32％，9mm≤粒度＜12mm的粒級為6-15％，其他粒度的粒級為3-10％。這種粒度的階梯分布，是為了將這種顆纖維團以極小的比例以優化的組合形態勻布于瀝青混合料的骨料級配組合中。優選地，所述玄武巖纖維顆粒中，由于受到制備方法的限制，會存在一定比例的非纖維物質(渣球)，非纖維物質(渣球)的含量主要是通過濕法篩分的篩余量來進行確定，本專利技術中的非纖維物質(渣球)通過63微米的篩孔的篩余量≤30％(即渣球含量≤30％，優選≤25％)，通過250微米的篩孔的篩余量≤10％(即渣球含量≤10％，優選≤5％)。非纖維物質(渣球)含量的測試方法是參照國家標準(GB/T5480.5-2004-礦物棉及其制品渣球含量試驗方法)進行測定的。優選地，所述玄武巖纖維的平均直徑優選不超過6微米，更優選不超過5微米；平均長度優選為4-5毫米。優選地，所述玄武巖纖維顆粒在煤油中經浸泡半小時后的吸油量是玄武巖纖維重量的2倍以上。優選地，本專利技術還提供一種用于分散玄武巖纖維棉的剪切裝置，包括刀具和安裝所述刀具的安裝座，所述刀具和安裝座之間活動連接。優選地，所述刀具和安裝座之間通過柔性鉸鏈連接。優選地，本專利技術還提供一種用于分散玄武巖纖維棉的裝置，包括上述的剪切裝置和篩分裝置，所述篩分裝置位于剪切裝置的下方；篩分裝置中的篩網優選為弧形；優選地，篩孔的孔徑為3-23mm。優選地，本專利技術還提供一種顆粒狀玄武巖纖維的制備方法，利用上述的剪切裝置中旋轉的刀具對玄武巖纖維棉進行剪切，再進行篩分，篩下物即為玄武巖纖維顆粒。優選地，所述玄武巖纖維棉由離心法或吹噴法制備得到。優選地，所述玄武巖纖維的酸度系數MK為1-3.6，其中WCaO和WMgO分別表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武巖纖維中的質量百分含量。優選地，本專利技術還提供所述玄武巖纖維顆粒在瀝青混凝土中的應用；其中，玄武巖纖維顆粒的添加量優選為瀝青混合料重量的0.2-0.5％。優選地，本專利技術還提供一種玄武巖纖維增強瀝青混合料的制備方法，包括以下步驟：(1)將離心法或吹噴法制備得到玄武巖纖維棉經過上述的剪切裝置剪切和篩分后，得到玄武巖纖維顆粒；(2)將玄武巖纖維顆粒按瀝青混合料重量的0.1-0.8％的比例摻入瀝青混合料的熱料倉中，拌和，得到玄武巖纖維增強的瀝青混合料。對于在骨料嵌擠結構的瀝青混合料如SMA混合料中使用這種纖維時，設計及施工配合比關鍵技術要求有別于現行JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的技術要求。它的特點是：VMA≥14.5％，VFA為65％～80％，空隙率為3.0％～4.5％，混合料析漏率≤0.2％，粗骨料骨架間隙VCAMmix≤VC本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種玄武巖纖維顆粒，其特征在于，玄武巖纖維的平均直徑不超過8微米，平均長度為2?8毫米，玄武巖纖維的酸度系數M

【技術特征摘要】
1.一種玄武巖纖維顆粒，其特征在于，玄武巖纖維的平均直徑不超過8微米，平均長度為2-8毫米，玄武巖纖維的酸度系數MK為0.8-5.6，其中WSiO2、WAl2O3、WCaO和WMgO分別表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武巖纖維中的質量百分含量；所述玄武巖纖維顆粒由若干呈絮狀分布的玄武巖纖維組成，其中玄武巖纖維顆粒的粒度分布為：1mm≤粒度＜5mm的粒級為18-76％，5mm≤粒度＜12mm的粒級為18-76％，其他粒度的粒級為的3-16％。2.如權利要求1所述的玄武巖纖維顆粒，其特征在于，所述玄武巖纖維顆粒的粒度分布為：1mm≤粒度＜3mm的粒級為7-30％，3mm≤粒度＜5mm的粒級為9-46％，5mm≤粒度＜7mm的粒級為6-29％，7mm≤粒度＜9mm的粒級為6-32％，9mm≤粒度＜12mm的粒級為6-15％，其他粒度的粒級為3-10％。3.如權利要求1所述的玄武巖纖維顆粒，其特征在于，所述玄武巖纖維顆粒中非纖維物質的含量即篩分的篩余量，通過63微米的篩孔的篩余量≤30％，通過250微米的篩孔的篩余量≤10％。4.一種用于分散玄武巖纖維棉的剪切裝置，其特征在于，包括...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖菁，
申請(專利權)人：肖菁，
類型：發明
國別省市：湖南,43