CN106186922A - 半刚性沥青路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及路面工程材料，具体是一种半刚性沥青路面材料及其制备方法。本发明的半刚性沥青路面材料，由大孔隙沥青混合料和灌浆料组成，两种成份的体积百分比为：大孔隙沥青混合料为75%－85%、灌浆料为15%－25%；所述大孔隙沥青混合料由矿料、填料、橡胶高粘改性沥青混合而成；所述灌浆料由微细颗粒改性乳化沥青、PC42.5复合硅酸盐水泥、活性掺合料、砂、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂、石灰岩矿粉混合而成。本发明施工和易性好、高温抗车辙能力和低温抗开裂能力强、耐久性和疲劳寿命长、大孔隙沥青混合料与灌浆料结合性好、温缩与干缩裂缝小、节能环保、可实现固体废弃物循环利用的高性价比。

Description

半刚性沥青路面材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及路面工程材料，具体是一种半刚性沥青路面材料及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土路面属于柔性路面是我国高速公路和城市道路路面的主要结构形式，具有行车舒适性好、表面平整、噪音低、抗滑性能优异、同时在施工应用中机械化程度高，施工速度快，后期维修养护简单等特点。然而，近年来随着交通量和车辆荷载的快速增加，沥青混凝土路面在车辆荷载反复作用下产生塑性变形而出现车辙、拥抱、推移等高温性能和强度不足的病害现象日益严重，特别是在重载资源道路、城市道路的红绿灯路口及评价道口处非常突出，严重影响了路面的行车安全和舒适性。

水泥混凝土路面属于刚性路面，尽管可以有效地解决沥青混凝土路面普遍存在的因高温稳定性和强度不足而出现的各种病害，但其本身也存在诸多难以克服的缺点，比如工程费用高、行车舒适度差、抗滑性能低、柔韧性不足易产生裂缝、伸缩缝设置复杂、养生期长且无法开放交通、易产生错台和唧泥破坏、维修困难等。

为克服沥青混凝土路面易出现因高温稳定性和强度不足而产生的车辙、拥抱和推移等病害，利用水泥混凝土的强度高、稳定性好的优势，产生了半刚性沥青路面，即将大孔隙沥青混合料(母体混合料)与水泥基灌浆材料(灌浆料)复合组成的新型路面材料。半刚性沥青路面是一种刚柔并济的高抗车辙型材料，且不需要设置接缝，已经被证明具有高承载能力，能够解决路面车辙等高温稳定性不足的病害。

国内外常用的半刚性沥青路面材料中，大孔隙沥青混合料属于柔性材料主要提供低温抗裂性和疲劳耐久性，水泥基灌浆材料属于刚性材料主要提供高温抗车辙能力和强度。实践证明，虽然传统的半刚性沥青路面材料在高温稳定性和承载能力方面性能卓越，但由于其中的灌浆材料属于水泥基材料，在水化反应时会释放大量热能，体积膨胀，在硬化后温度降低而产生温缩、干缩，由于水泥基和沥青类两种材料的温缩、干缩系数差别巨大，这样就容易导致两种材料之间出现粘结力下降、裂缝出现，尽而降低路面的抗低温开裂能力、耐久性和疲劳寿命。另外，大孔隙沥青混合料要拥有足够多、稳定的空隙，才能灌入足量而密实的浆体材料。然而传统的大孔隙沥青混合料采用聚合物改性沥青作为胶结料，该胶结料不但成本高，而且高温时粘度大，施工和易性差，施工能耗大。低温时粘度小，一方面不能为大孔隙沥青混合料提供足够的粘结强度，造成施工过程中施工车辆和灌浆设备将其内部空隙进一步压缩，导致灌浆困难，内部灌浆不密实，影响路面整体耐久性；另一方面粘度较低时，裹附在石料表面的聚合物改性沥青膜非常薄，致使半刚性沥青路面在抵抗低温开裂、抵抗基层反射裂缝和疲劳开裂的能力大大降低。还有，为了保证半刚性沥青路面具有足够的力学强度和灌浆所需的流动性，往往添加大剂量的水泥材料和拌和水，增加了整个施工过程的成本和能耗。

发明内容

针对现有半刚性沥青材料存在的以上技术缺陷，本发明的目的是提供一种施工和易性好、高温抗车辙能力和低温抗开裂能力强、耐久性和疲劳寿命长、大孔隙沥青混合料与灌浆料结合性好、温缩与干缩裂缝小、节能环保、可实现固体废弃物循环利用的高性价比半刚性沥青路面材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的半刚性沥青路面材料，由大孔隙沥青混合料和灌浆料组成，两种成份的体积百分比为：大孔隙沥青混合料为75％－85％、灌浆料为15％－25％；

所述大孔隙沥青混合料由矿料、填料、橡胶高粘改性沥青按如下占大孔隙沥青混合料的质量份数比混合而成：

矿料为90-95份、

填料为1-3份、

橡胶高粘改性沥青为2-5份；

所述灌浆料由微细颗粒改性乳化沥青、PC42.5复合硅酸盐水泥、活性掺合料、砂、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂、石灰岩矿粉按如下占灌浆料的质量份数比混合而成：

所述矿料与填料的混合物级配范围为31.5mm筛孔通过为100％、26.5mm筛孔通过率为(80-100)％、19mm筛孔通过率为(60-100)％、16mm筛孔通过率为(45-90)％、13.2mm筛孔通过率为(30-82)％、9.5mm筛孔通过率为(16-70)％、4.75mm筛孔通过率为(2-12)％、0.075mm筛孔通过率为(1-3)％。

所述橡胶高粘改性沥青由占总质量(70-85)％的重交70#沥青、占总质量(10-25)％的废旧轮胎胶粉、占总质量(4-6)％的改性稳定剂组成，总质量为100％。

所述微细颗粒改性乳化沥青为阳离子乳化沥青，蒸发残留物含量不小于60％，粒度分布为1-5μm；所述活性掺合料由粉煤灰、粒化高炉矿渣、含锂尾矿、硅灰中的一种或多种组成；所述砂为河砂或机制砂，细度模数为1.4-2.2。

大孔隙沥青混合料中的连通孔隙率为大于25％、车辙试验动稳定度(60℃、0.7MPa)不小于6000次/mm；所述灌浆料性能指标满足：灌浆料温度为(5-40)℃、流动度(18-26)s、工作时间不小于30min、28天抗折强度不小于3Mpa、28天抗压强度不小于15Mpa、28天弹性模量为(7000-10000)Mpa、28天相对动弹模量不小于60％、抗疲劳性(28天)满足10000次不断裂。

本发明还提供了上述的半刚性沥青路面所用大孔隙沥青混合料、灌浆料的制备方法。

所述大孔隙沥青混合料的制备方法依次包括以下步骤：

1)制备橡胶高粘改性沥青：步骤A，按质量百分比称取占总质量(70-85)％加热到180℃的重交70#沥青；步骤B，将占总质量(10-25)％的废旧轮胎胶粉添加到盛放步骤A所得产物的反应罐中搅拌；步骤C，将占总质量(4—6)％的改性稳定剂添加到步骤B所得产物中搅拌，并在1h内将反应罐的温度升至220℃；步骤D，将步骤C所得产物持续搅拌3h后，降温到170℃即得到成品橡胶高粘改性沥青。

2)制备矿料和填料的混合物：按质量份数称取90-95份加热到190℃的矿料、1-3份加热到190℃的填料，将矿料和填料投放到190℃的拌和锅中持续恒温搅拌，混合物的级配应满足表1要求。

3)将质量份数为2-5份的成品橡胶高粘改性沥青加入到矿料和填料的混合物中持续搅拌40s，即得到大孔隙沥青混合料。

所述灌浆料的制备方法依次包括以下步骤：

1)按质量份数称取灌浆料所需的各种原材料，其原材料组成和各组分的份数为：微细颗粒改性乳化沥青10-25份，PC42.5复合硅酸盐水泥15-25份，活性掺合料3-10份，砂20-30份，水5-15份，减水剂0.2-0.4份，铝粉0.001-0.006份，膨胀剂1-3份，引气剂0.2-0.4份，消泡剂0.2-1.5份，石灰岩矿粉10-25份。

2)按照砂、活性掺合料、石灰岩矿粉、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂的顺序投放各种原材料，搅拌1.5min，加微细颗粒改性乳化沥青再搅拌2-3min即可制成灌浆料。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

在大孔隙率沥青混合料中使用了橡胶高粘改性沥青，该沥青胶结料具有高温粘度低，施工和易性好，能耗低；低温粘度大，劲度高，综合路用性能好，能够保证大孔隙率沥青混合料在灌浆过程或施工期间保持稳固的空隙率水平，为灌浆料的灌注创造了有利条件；

灌浆料中使用一定量的沥青基材料，大幅改善了传统水泥基材料与大孔隙沥青混合料之间的粘结力差的问题，使得灌浆料与大孔隙沥青混合料的膨胀性趋于一致，降低了裂缝的出现，为半刚性沥青路面提供了足够的抗低温开裂、耐久性和疲劳寿命；

由于灌浆料中使用的大量活性填料，在水泥水化过程产生的碱性环境里可发生二次水化反应，产生强度极高的硅酸盐水化物，其形成的后期强度远远高于单纯使用水泥产生的强度，因此，在灌浆料强度一定的条件下，可大幅度降低水泥用量，减少了水化反应所产生的温缩和干缩现象，提高了半刚性沥青路面的综合路用性能；

水泥等高耗能材料使用量的降低、作为活性掺合料的矿物废料的循环利用及废旧轮胎胶粉的使用，减少了环境污染和排放。

附图说明

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明实施例的半刚性沥青路面材料由大孔隙沥青混合料和灌浆料组成，所述大孔隙沥青混合料中的连通孔隙率大于25％、车辙试验动稳定度(60℃、0.7MPa)不小于6000次/mm，其原材料组成和各组分占原料总量的质量份数比如下：矿料为95份、填料为2.5份、橡胶高粘改性沥青为2.5份。

矿料可选用石灰岩、玄武岩、花岗岩、辉绿岩等，矿料性能指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的要求；

填料可选用石灰岩矿粉或普通硅酸盐水泥，其质量指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的要求；

矿料与填料混合物的合成级配应满足表1要求；

表1

橡胶高粘改性沥青由占总质量80％的重交70#沥青、占总质量15％的废旧轮胎胶粉、占总质量5％的改性稳定剂组成。所述重交70#沥青采用江苏中油兴能沥青厂生产的沥青，废旧轮胎胶粉为焦作市弘瑞橡胶有限责任公司生产，改性稳定剂由江苏天诺道路材料科技有限公司生产的高粘改性沥青专用改性稳定剂TN-GN100型，矿料和填料由常州市溧阳上沛石料厂生产。

其性能指标满足表2要求；

表2

所述灌浆料技术指标应满足表3要求，其原材料组成和各组分占原料总量的质量份数比如下：微细颗粒改性乳化沥青10.5份、PC42.5复合硅酸盐水泥21份、含锂尾矿12份、河砂21.918份、水13份、减水剂0.28份、铝粉0.002份、膨胀剂1.15份、引气剂0.25份、石灰岩矿粉20份。

表3

微细颗粒改性乳化沥青为阳离子乳化沥青，蒸发残留物含量不小于60％，粒度分布为1-5μm；

水泥为PC42.5复合硅酸盐水泥，主要性能指标应满足国标要求；

活性掺合料由粉煤灰、粒化高炉矿渣、含锂尾矿、硅灰中的一种或多种组成，掺合料的技术指标如表4；

表4

砂为河砂或机制砂，细度模数为1.4-2.2，其他性能指标满足TB10210-97标准；

水为饮用水，PH≥7；

减水剂为聚羟酸减水剂，主要性能应满足GB8076的规定；

铝粉为鳞片状铝粉，主要性能应满足GB/T2085.1-2007的规定；

膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂，主要性能应满足GB23439-2009的规定；

引气剂为烷基芳烃磺酸类引气剂，主要性能满足GB8076-2008的规定；

消泡剂为有机硅类消泡剂，主要性能应满足GB/T26527-2011的规定；

石灰石矿粉的性能指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的规定。

实施例一

本发明实施例的大孔隙沥青混合料的制备方法依次包括以下步骤：

1)大孔隙沥青混合料制备：步骤A，按质量百分比称取占总质量85％加热到180℃的重交70#沥青；步骤B，将占总质量10％的废旧轮胎胶粉添加到盛放步骤A所得产物的反应罐中搅拌；C，将占总质量5％的改性稳定剂添加到步骤B所得产物中搅拌，并在1h内将反应罐的温度升至220℃；步骤D，将步骤C所得产物持续搅拌3h后，降温到170℃即得到成品橡胶高粘改性沥青，其性能指标见表5；步骤E，将矿料与填料加热到190℃，搅拌混合15s，混合物的合成级配见表6；步骤F，按占大孔隙沥青混合料总质量百分比为2.5％的橡胶高粘改性沥青投入到步骤E所得产物中，并搅拌40s，即得到大空隙率沥青混合料，性能指标见表7。

表5

表6

表7

序号	检测项目	单位	检测结果	技术要求
					1	连通空隙率	％	25.9	≥25
2	动稳定度(60℃，0.7MPa)	次/mm	7210.3	≥6000
					3	马歇尔稳定度	KN	11.4	≥6
4	马歇尔残留稳定度	％	92.6	≥80
					5	冻融劈裂强度比	％	83.7	≥80

2)制备灌浆料，灌浆料由微细颗粒改性乳化沥青、PC42.5复合硅酸盐水泥、含锂尾矿、河砂、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂、石灰岩矿粉混合而成，各组分质量份数为：微细颗粒改性乳化沥青10.5份、PC42.5复合硅酸盐水泥21份、含锂尾矿12份、河砂21.918份、水13份、减水剂0.28份、铝粉0.002份、膨胀剂1.15份、引气剂0.25份、石灰岩矿粉20份。

所述微细颗粒改性乳化沥青由江苏天诺道路材料科技有限公司生产，技术指标见表8；

所述PC42.5复合硅酸盐水泥采用“冀东牌”水泥，技术指标满足国标要求；

所述含锂尾矿采由天齐锂业股份有限公司生产，其性能指标见表9；

表9

所述河砂为常州溧阳上沛石料厂生产，细度模量为1.8，其他性能指标满足TB10210-97标准要求；

所述水为镇江市大港自来水，PH为7.2；

所述减水剂采用江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂JM-PCA(I)-A，主要性能满足GB 8076的规定；

所述铝粉由郑州鹏飞冶金耐材有限公司生产的鳞片状铝粉，主要性能满足GB/T2085.1-2007的规定；

所述膨胀剂由北京德昌伟业建筑工程技术有限公司生产硫氯酸钙膨胀剂，主要性能应满足GB23439-2009的规定；

所述引气剂采用河南省道纯化工技术有限公司生产的DC-3型烷基芳烃磺酸引气剂，主要性能满足GB8076-2008的规定；

所述消泡剂由江苏斯科特科技有限公司为粉末状有机硅类消泡剂，主要性能满足GB/T 26527-2011的规定；

所述石灰岩矿粉由常州市溧阳上沛石料厂生产，性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定。

上述一种应用于半刚性沥青路面灌浆料的制备方法：将所有原材料按照质量百分比称量好后，按照砂、活性掺合料、石灰岩矿粉、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂的顺序投放各种原材料，搅拌1.5min，加微细颗粒改性乳化沥青再搅拌2-3min即可制成灌浆料，其性能指标见表10。

表10

实施例二

本实施例与实施例1不同之处在于：

一种半刚性沥青路面所用大孔隙沥青混合料是由是由橡胶高粘改性沥青、矿料、填料组成，各组分占大孔隙沥青混合料的总质量百分比为：橡胶高粘改性沥青4.2％、矿料93％、填料2.8％，总质量为100％，矿料与填料混合物的合成级配见表11。其中橡胶高粘改性沥青由重交70#沥青、废旧轮胎胶粉、改性稳定剂组成，各组成占橡胶高粘改性沥青的总质量百分比为：重交70#沥青78％、废旧轮胎胶粉20％、改性稳定剂2％，其性能指标见表12。大孔隙沥青混合料性能指标见表13。

表11

表12

表13

序号	检测项目	单位	检测结果	技术要求
					1	连通空隙率	％	30	≥25
2	动稳定度(60℃，0.7MPa)	次/mm	7384.5	≥6000
					3	马歇尔稳定度	KN	13.4	≥6
4	马歇尔残留稳定度	％	90.7	≥80
					5	冻融劈裂强度比	％	85.9	≥80

一种一种半刚性沥青路面所用灌浆料是由微细颗粒改性乳化沥青、PC42.5复合硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣、机制砂、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂、石灰岩矿粉混合而成，各组分占灌浆料的总质量百分比为：微细颗粒改性乳化沥青14.5％、PC42.5复合硅酸盐水泥18％、粒化高炉矿渣3％、河砂29.376％、水9％、减水剂0.33％、铝粉0.004％、膨胀剂2.41％、引气剂0.38％、石灰岩矿粉23％。其中粒化高炉矿渣性能指标见表14，机制砂细度为2.1，灌浆料性能指标见表15。

表14

表15

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，本发明各原料的上下限取值以及区间都能实现本发明。

Claims (7)

1.一种半刚性沥青路面材料，其特征在于：

由大孔隙沥青混合料和灌浆料组成，两种成份的体积百分比为：大孔隙沥青混合料为75％－85％、灌浆料为15％－25％；

所述大孔隙沥青混合料由矿料、填料、橡胶高粘改性沥青按如下占大孔隙沥青混合料的质量份数比混合而成：

矿料为90-95份、

填料为1-3份、

橡胶高粘改性沥青为2-5份；

所述灌浆料由微细颗粒改性乳化沥青、PC42.5复合硅酸盐水泥、活性掺合料、砂、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂、石灰岩矿粉按如下占灌浆料的质量份数比混合而成：

2.根据权利要求1所述的半刚性沥青路面材料，其特征在于：所述矿料与填料的混合物级配范围为31.5mm筛孔通过为100％、26.5mm筛孔通过率为(80-100)％、19mm筛孔通过率为(60-100)％、16mm筛孔通过率为(45-90)％、13.2mm筛孔通过率为(30-82)％、9.5mm筛孔通过率为(16-70)％、4.75mm筛孔通过率为(2-12)％、0.075mm筛孔通过率为(1-3)％。

3.根据权利要求1所述的半刚性沥青路面材料，其特征在于：所述橡胶高粘改性沥青由占总质量(70-85)％的重交70#沥青、占总质量(10-25)％的废旧轮胎胶粉、占总质量(4-6)％的改性稳定剂组成，总质量为100％。

4.根据权利要求1所述的半刚性沥青路面材料，其特征在于：所述微细颗粒改性乳化沥青为阳离子乳化沥青，蒸发残留物含量不小于60％，粒度分布为1-5μm；所述活性掺合料由粉煤灰、粒化高炉矿渣、含锂尾矿、硅灰中的一种或多种组成；所述砂为河砂或机制砂，细度模数为1.4-2.2。

5.根据权利要求1所述的半刚性沥青路面材料，其特征在于：大孔隙沥青混合料中的连通孔隙率为大于25％、车辙试验动稳定度(60℃、0.7MPa)不小于6000次/mm；所述灌浆料性能指标满足：灌浆料温度为(5-40)℃、流动度(18-26)s、工作时间不小于30min、28天抗折强度不小于3Mpa、28天抗压强度不小于15Mpa、28天弹性模量为(7000-10000)Mpa、28天相对动弹模量不小于60％、抗疲劳性(28天)满足10000次不断裂。

6.一种权利要求1－5之一的半刚性沥青路面材料所使用的大孔隙沥青混合料的制备方法，其特征是：包括以下步骤

1)制备橡胶高粘改性沥青：步骤A，按质量百分比称取占总质量(70-85)％加热到180℃的重交70#沥青；步骤B，将占总质量(10-25)％的废旧轮胎胶粉添加到盛放步骤A所得产物的反应罐中搅拌；步骤C，将占总质量(4—6)％的改性稳定剂添加到步骤B所得产物中搅拌，并在1h内将反应罐的温度升至220℃；步骤D，将步骤C所得产物持续搅拌后，降温到170℃即得到成品橡胶高粘改性沥青；

2)制备矿料和填料的混合物：按质量份数称取90-95份加热到190℃的矿料、1-3份加热到190℃的填料，将矿料和填料投放到190℃的拌和锅中持续恒温搅拌；

3)将质量份数为2-5份的成品橡胶高粘改性沥青加入到矿料和填料的混合物中持续搅拌后，即得到大孔隙沥青混合料。

7.一种权利要求1－5之一的半刚性沥青路面材料所使用的灌浆料的制备方法，其特征是：包括以下步骤

1)按质量份数称取灌浆料所需的各种原材料，其原材料组成和各组分的份数为：微细颗粒改性乳化沥青10-25份，PC42.5复合硅酸盐水泥15-25份，活性掺合料3-10份，砂20-30份，水5-15份，减水剂0.2-0.4份，铝粉0.001-0.006份，膨胀剂1-3份，引气剂0.2-0.4份，消泡剂0.2-1.5份，石灰岩矿粉10-25份；

2)按照砂、活性掺合料、石灰岩矿粉、水、减水剂、铝粉、膨胀剂、引气剂、消泡剂的顺序投放各种原材料，搅拌，加微细颗粒改性乳化沥青再搅拌2-3min即可制成灌浆料。