CN103613326A

CN103613326A - 一种路用高模量冷拌沥青混合料及其制备方法

Info

Publication number: CN103613326A
Application number: CN201310541283.6A
Authority: CN
Inventors: 王振军; 邵明玉; 刘亮; 艾涛
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: CN103613326B

Abstract

本发明涉及一种路用高模量冷拌沥青混合料及其制备方法。所涉及的路用高模量冷拌沥青混合料由下列原料组成：按体积比计，玄武岩集料：71%～89.5%；石灰岩矿粉：1%～4.5%；SBS改性阳离子乳化沥青：7%～10%；普通硅酸盐水泥：1%～3%；铬鞣皮革锯末：1.5％～8.5％；水：0～3%。所涉及的制备方法是先将玄武岩集料和粒径为0.075mm～0.30mm的铬鞣皮革锯末混合；再加入石灰岩矿粉和粒径小于0.075mm铬鞣皮革锯末；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水拌和均匀。本发明的路用高模量沥青混合料充分利用铬鞣皮革厂产生的锯末，满足混合料路用性能要求，明显提高沥青混合料静压模量，可在高温湿热以及易产生车辙破坏的沥青路面工程中推广应用。

Description

一种路用高模量冷拌沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别涉及一种路用高模量冷拌沥青混合料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着中国公路工程建设规模的不断扩大，公路沥青工程受高温湿热等气候的影响也来越显著；另一方面，近几年，车辆的超载现象也备受关注，由此产生的沥青路面车辙对路面的耐久性和安全性产生了较大影响。

冷拌沥青混合料是指在常温下拌合，常温下铺筑的沥青混合料，也可以作冷铺沥青混合料，具有节能环保、便于施工等优点。冷拌沥青混合料所用的结合料为乳化沥青。为了节约能源，保护环境，改善工人劳动条件，近几年，该类混合料在国内外公路路面新建和养护工程中广泛应用，但由于乳化沥青中水分的存在，易导致沥青胶浆强度和混合料中沥青与集料粘附能力下降，从而使得冷拌沥青混合料的静压模量等力学指标降低，进一步导致混合料产生较大的温度和干燥收缩变形，严重降低了公路工程的使用寿命。

针对沥青路面高温湿热和超载等导致的车辙问题，国内外科研人员利用高分子添加剂开发了热拌高模量沥青混合料，在沥青路面工程中得到推广应用。另一方面，为了提高冷拌沥青混合料的模量，科研人员也通过掺加水泥等技术手段进行改进；但是，仍然存在如下问题：

第一，用于热拌高模量沥青混合料的高分子添加剂生产工艺复杂，生产技术难以掌握，现行公路高模量沥青混合料添加剂多依靠国外进口。

第二，高分子添加剂成本较高，明显提高了沥青混合料的价格，从而提高了公路沥青路面工程造价。

第三，现行的冷拌沥青混合料多依靠添加硅酸盐水泥提高其抗压模量；然而，过多的硅酸盐水泥用量容易导致混合料需水量大，过多的水泥水化产物可明显增加混合料脆性，导致混合料易发生开裂和收缩等耐久性问题。

发明内容

针对传统沥青混合料在高温湿热和超载条件下易产生车辙等问题，本发明的目的在于，提供一种具有较高静压模量且其它性能指标满足要求的路用冷拌沥青混合料。

本发明提供的路用高模量冷拌沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：71%～89.5%，石灰岩矿粉：1%～4.5%，SBS改性阳离子乳化沥青：7%～10%；普通硅酸盐水泥：1%～3%；铬鞣皮革锯末：1.5％～8.5％；水：0～3%；上述原料的体积百分比之和为100%；

其中，玄武岩集料的粒径范围为0.075mm～13.2mm，铬鞣皮革锯末的粒径分布为：粒径为（0.15～0.30）mm的铬鞣皮革锯末：0.5％～3.0％，粒径为（0.075～0.15）mm的铬鞣皮革锯末：0.5％～3.5％，粒径小于0.075mm的铬鞣皮革锯末：0.5％～2.0％。

优选的，路用高模量冷拌沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：77%～86%，石灰岩矿粉：1％～1.5％，SBS改性阳离子乳化沥青：7％～9％；普通硅酸盐水泥：2%～3%；粒径为（0.15～0.30）mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～2.5％，粒径为（0.075～0.15）mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～3.0％，粒径小于0.075mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～2.0％，水：1%～2%，上述原料的体积百分比之和为100%。

所述的路用高模量冷拌沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

先将玄武岩集料和粒径为0.075mm～0.30mm的铬鞣皮革锯末混合；再加入石灰岩矿粉与粒径小于0.075mm铬鞣皮革锯末；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水拌和均匀。

本发明的路用高模量冷拌沥青混合料具有如下优点：

充分利用工业废料，提升工业副产品价值，降低高模量沥青混合料生产成本；该沥青混合料具有较高的静压模量，最高可达2000MPa，满足工程使用性能要求。

具体实施方式

铬鞣皮革富有弹性，物理机械强度好，耐热、耐磨、抗水、延伸性均好，铬鞣皮革锯末为皮革厂的工业副产品；因此，本发明充分利用铬鞣皮革锯末，结合冷拌沥青混合料生产工艺，制得路用高模量冷拌沥青混合料。

本发明所述的铬鞣皮革锯末指的是皮革厂切割或加工铬鞣皮革过程中产生的锯末，为铬鞣皮革厂的工业副产品，粒径范围为0.075mm～0.3mm，以及小于0.075mm；为便于按照体积比进行混合料集料级配设计，本发明将小于0.075mm铬鞣皮革锯末单列，并与小于0.075mm石灰岩矿粉同时添加使用。

本发明材料中的玄武岩集料也可以用石灰岩集料，这取决于冷拌沥青混合料在路面中的使用部位；若用于上面层，推荐使用玄武岩集料，因为该集料的硬度较高，生产的混合料耐磨性较好；若用于中下面层，可以使用石灰岩或玄武岩集料，因为石灰岩集料虽然与沥青的粘附性较好，但其硬度较低，若用于上面层，会导致路面耐磨性降低。

本发明材料中的沥青不能用普通沥青，只能用改性乳化沥青，因为普通沥青不能冷拌成型和施工；改性乳化沥青有SBS和SBR改性等种类，现阶段用的比较成熟的为SBS改性，该类改性乳化沥青可满足沥青混合料在高温和低温环境条件下具有较好路用性能的要求。乳化沥青的类型有阴离子、阳离子和非离子3种，在公路工程中一般用阳离子乳化沥青，因为该乳化沥青颗粒表面带正电荷，集料表面带负电荷，正负电荷间的作用促进了沥青颗粒与集料表面的有效粘附，从而提高混合料的整体路用性能；因此，本发明采用了SBS改性阳离子乳化沥青。

以下给出本发明的具体优选实施例，用于进一步说明本发明。这些实施例仅用于本领域技术人员充分的理解本发明，而不是用来限制本发明的范围。凡是在本发明技术方案之上进行的等同变换或者替换均属于本发明要求保护的权利范围之内。

实施例1：

原材料选择：以混合料总体积计，玄武岩集料：79.5%，石灰岩矿粉：1.5％，SBS改性阳离子乳化沥青：8％；普通硅酸盐水泥：3%；铬鞣皮革锯末粒径（0.15～0.30）mm占2.0％，铬鞣皮革锯末粒径（0.075～0.15）mm占2.5％，铬鞣皮革锯末粒径小于0.075mm占1.5％，水占2%。

玄武岩集料：密度为2.576g/cm³，孔隙率为2.2%，对沥青粘附等级为4级，压碎值为15.0％，粒径为0.075mm～13.2mm，连续级配；

铬鞣皮革锯末：粒径范围为0.075mm～0.3mm，以及小于0.075mm，密度为0.921g/cm³；

石灰岩矿粉：密度为2.701g/cm³，无结块；

乳化沥青：SBS改性阳离子乳化沥青，乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵，1.18mm筛上剩余量为0.02%，粘度（C_25，3）为28s，与粗集料的裹覆面积>2/3，蒸发残留物含量为61%。

水泥：42.5R普通硅酸盐水泥，密度为3.101g/cm³，安定性合格。

混合料的集料级配如表1所示。

表1集料级配表（体积比%）

按照以下步骤制备路用高模量冷拌沥青混合料：

首先，在60℃条件下分别将铬鞣皮革锯末、石灰岩集料、石灰岩矿粉和水泥烘干24小时；其中，玄武岩集料的粒径范围为0.075mm～13.2mm，石灰岩矿粉粒径为小于0.075mm，铬鞣皮革锯末粒径范围为0.075mm～0.3mm以及小于0.075mm；

然后，将石灰岩集料和粒径为0.075mm～0.30mm的铬鞣皮革锯末在室温条件下混合；再加入石灰岩矿粉和小于0.075mm铬鞣皮革锯末；

最后，加入SBS改性阳离子乳化沥青和水，在室温条件下拌和均匀，制得路用高模量冷拌沥青混合料。

实施例2～9：

按照实施例1中描述的方法生产实施例2～9的路用高模量冷拌沥青混合料，原料及其体积配合比如表2所示。

表2混合料配合比（体积比%）

以下是上述实施例的相关性能试验。

对实施例1～9中成型好的路用高模量冷拌沥青混合料在温度为20℃、湿度为50%的条件下养护至28d龄期，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）进行性能测试。

一、马歇尔稳定度的测定

采用马歇尔击实仪，击锤重量4536g，自由下落高度457.2mm，在试件两面各连续击实75次。试件为

圆柱体试件。用马歇尔稳定度测定仪测试其稳定度和流值，试验温度为20℃，试验结果见下表3。

表3马歇尔试验结果

序号	稳定度（kN）	流值（mm）
			实施例1	13.9	2.68
实施例2	11.7	2.57
			实施例3	10.6	2.29
实施例4	10.9	2.44
			实施例5	9.4	3.01

实施例6	11.9	2.51
			实施例7	8.1	2.90
实施例8	9.8	2.79
			实施例9	8.3	2.21

二、静压强度的测定

试件采用静压成型的圆柱体试件，直径为100mm±2.0mm，高为100±2.0mm。试验温度为20℃，加载速率为2mm/min，试验结果如表4所示。

表4静压强度试验结果

实施例序号	静压强度（MPa）
		实施例1	2.01
实施例2	1.85
		实施例3	1.67
实施例4	1.70
		实施例5	1.45
实施例6	1.92
		实施例7	1.01
实施例8	1.55
		实施例9	1.34

三、动稳定度的测定

车辙板尺寸为300mm×300mm×50mm。试验轮碾仪和车辙仪采用HLR-3型沥青混合料轮碾成型机和HLR-3型沥青混合料水路两用车辙试验机。试验轮往返碾压速度为42次/min，试验温度为60℃，试验结果如表5所示。

表5动稳定度试验结果

实施例序号

动稳定度（次/mm）

实施例1	6210
		实施例2	5682
实施例3	5121
		实施例4	5325
实施例5	4828
		实施例6	5320
实施例7	3321
		实施例8	3833
实施例9	3431

四、冻融劈裂强度比的测定

试验采用马歇尔击实法成型的标准圆柱体试件。试验温度为20℃，加载速率为50mm/min。试验仪器为路面强度仪和两块宽度为12.7mm，内侧曲率半径为75mm的金属压条。按照公式②和③计算混合料的劈裂抗拉强度。

{RT}_{1} = \frac{0.006287 {PT}_{1}}{h_{1}}

（式1）

{RT}_{2} = \frac{0.006287 {PT}_{2}}{h_{2}}

（式2）

（式1）和（式2）中：RT₁—未进行冻融循环的第1组试件的劈裂强度，MPa；RT₂—经受冻融循环的第2组试件的劈裂强度，MPa；PT₁—第1组试件的试验荷载最大值，N；PT₂—第2组试件的试验荷载最大值，N；h₁—第1组试件的平均高度，mm；h₂—第2组试件的平均高度，mm。最后，按照公式（式3）计算混合料的冻融劈裂强度比，试验结果如表6所示。

（式3）中：RT₂—经受冻融循环的第2组试件的劈裂抗拉强度，MPa；RT₁—未进行冻融循环的第1组试件的劈裂抗拉强度，MPa。

表6冻融劈裂强度比试验结果

实施例序号	冻融劈裂强度比（%）
		实施例1	99.2
实施例2	90.6
		实施例3	88.3
实施例4	90.1
		实施例5	83.5
实施例6	85.3
		实施例7	76.5
实施例8	80.7
		实施例9	81.8

五、静压模量的测定

试件采用静压成型的圆柱体试件，直径为100mm±2.0mm，高为100±2.0mm。试验温度为20℃，加载速率为2mm/min。根据抗压荷载（P）结果，分别取0.1P、0.2P、0.3P、0.4P、0.5P、0.6P和0.7P七级作为试验荷载，对混合料进行逐级施压并卸载，记录P_i以及对应的变形ΔL_i，并按公式⑤和⑥计算静压模量，试验结果如表7所示。

q_{i} = \frac{{4 P}_{i}}{π d^{2}}

（式4）

E = \frac{q_{5} \times h}{{ΔL}_{5}}

（式5）

（式4）和（式5）中：q_i-相应于各级荷载P_i下的压强（MPa）；P_i-施加于试件的各级荷载值（N）；E-静压模量（MPa）；q₅-相应于第5级荷载（0.5P）下的压强（MPa）；h-试件轴心高度（mm）；ΔL_i-相应于第5级荷载（0.5P）时经原点修正后的回弹变形（mm）。

表7静压模量试验结果

实施例序号	静压模量（MPa）
		实施例1	2069
实施例2	1745
		实施例3	1653
实施例4	1670
		实施例5	1580
实施例6	1501
		实施例7	1250
实施例8	1327
		实施例9	1115

以上试验结果表明，本发明的路用高模量冷拌沥青混合料的马歇尔稳定度、流值、静压强度、动稳定度、冻融劈裂强度比等路用性能满足公路工程冷拌沥青混合料性能要求，且其静压模量较传统路用冷拌沥青混合料提高约1倍，可在高温湿热以及易产生车辙破坏的沥青路面工程中推广应用。

Claims

1.一种路用高模量冷拌沥青混合料，其特征在于，该路用高模量冷拌沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：71%～89.5%，石灰岩矿粉：1%～4.5%，SBS改性阳离子乳化沥青：7%～10%；普通硅酸盐水泥：1%～3%；铬鞣皮革锯末：1.5％～8.5％；水：0～3%；上述原料的体积百分比之和为100%；

2.如权利要求1所述的路用高模量冷拌沥青混合料，其特征在于，所述的路用高模量冷拌沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：77%～86%，石灰岩矿粉：1％～1.5％，SBS改性阳离子乳化沥青：7％～9％；普通硅酸盐水泥：2%～3%；粒径为（0.15～0.30）mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～2.5％，粒径为（0.075～0.15）mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～3.0％，粒径小于0.075mm的铬鞣皮革锯末：1.0％～2.0％，水：1.0%～2.0%，上述原料的体积百分比之和为100%。

3.一种权利要求1所述的路用高模量冷拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

先将玄武岩集料和粒径为0.075mm～0.30mm的铬鞣皮革锯末混合；再加入石灰岩矿粉和粒径小于0.075mm铬鞣皮革锯末；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水拌和均匀。