CN108129072A - 一种适用于重载交通路面的沥青及其制备方法 - Google Patents

一种适用于重载交通路面的沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于重载交通路面的沥青及其制备方法，该沥青包括从下到上依次铺设的底层、中间层和表层，底层、中间层和表层的厚度比为0.5：1：0.1，底层包括特定比例的A‑90号道路石油沥青、AC‑20中粒式沥青混凝土、石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯；中间层包括特定比例的A‑90号道路石油沥青、AC‑20中粒式沥青混凝土、石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布和聚甲基丙烯酸甲酯；表层包括特定比例的A‑90号道路石油沥青、AC‑20中粒式沥青混凝土、石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂，具有改善抗疲劳性能的优点。

Description

一种适用于重载交通路面的沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于重载交通路面的沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面是我国高等级公路的主要路面结构形式，沥青路面具有投资省、行车舒适、易于养护维修等特点，然而，由于我国运输企业和有关部门的监管制度还不完善，车辆超载问题严重，超载问题造成了大量的沥青路面损坏，应对重载交通的超载问题越来越得到了有关部门的重视。超载将使路面结构产生较大的应力和应变，最终导致路面出现疲劳破坏。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种适用于重载交通路面的沥青，具有改善抗疲劳性能的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于重载交通路面的沥青，包括从下到上依次铺设的底层、中间层和表层，底层、中间层和表层的厚度比为0.5：1：0.1，按质量计，
底层包括：A-90号道路石油沥青26～28％、AC-20中粒式沥青混凝土58～60％、石灰岩3～4％、水泥2～3％、水玻璃0.3～0.5％、PP无纺布4～6％、涤纶纺粘无纺布1～2％、聚甲基丙烯酸甲酯0.3～0.5％和聚碳酸酯0.6～0.8％；
中间层包括：A-90号道路石油沥青28～30％、AC-20中粒式沥青混凝土56～60％、石灰岩3～5％、水泥1～2％、水玻璃0.3～0.5％、PP无纺布4～6％、涤纶纺粘无纺布1～2％和聚甲基丙烯酸甲酯0.5～0.8％；
表层包括：A-90号道路石油沥青31～33％、AC-20中粒式沥青混凝土48～52％、石灰岩3～5％、水泥2～3％、水玻璃0.2～0.4％、PP无纺布8～10％、木塑粉1～2％和聚醋酸乙烯树脂0.6～0.8％。
进一步优选为：按质量计，底层包括：A-90号道路石油沥青27.0％、AC-20中粒式沥青混凝土59.0％、石灰岩3.5％、水泥2.5％、水玻璃0.4％、PP无纺布5.0％、涤纶纺粘无纺布1.5％、聚甲基丙烯酸甲酯0.4％和聚碳酸酯0.7％；
中间层包括：A-90号道路石油沥青29.0％、AC-20中粒式沥青混凝土58.0％、石灰岩4.0％、水泥1.5％、水玻璃0.4％、PP无纺布5.0％、涤纶纺粘无纺布1.5％和聚甲基丙烯酸甲酯0.6％；
表层包括：A-90号道路石油沥青32.0％、AC-20中粒式沥青混凝土50.0％、石灰岩4.0％、水泥2.5％、水玻璃0.3％、PP无纺布9.0％、木塑粉1.5％和聚醋酸乙烯树脂0.7％。
进一步优选为：所述石灰岩和水泥的颗粒度小于0.1mm，所述PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂的颗粒度小于2mm。
本发明的第二目的是提供一种适用于重载交通路面的沥青的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于重载交通路面的沥青的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：分别将石灰岩、水泥、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂粉碎，石灰岩和水泥的颗粒度处理至小于0.1mm，而PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂的颗粒度处理至小于2mm；
(2)底层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(3)中间层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布和聚甲基丙烯酸甲酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(4)表层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(5)取出底层并将其浇筑在地面上，在底层不低于45℃的条件下将中间层浇筑在底层上，并在中间层不低于40℃的条件下将表层浇筑在中间层上。
综上所述，本发明具有以下有益效果：采用三层设置，每层均有一定的强度，均可承受一定的拉应力，当外力施加于表层时则产生拉应力p1，当p1逐渐增大并大于表层和中间层之间的作用力时，表层开始变形，中间层才开始承受来自表层传递上来的拉应力p2，当p2逐渐增大并大于底层和中间层之间的作用力时，中间层开始变形，底层才开始承受来自中间层传递上来的拉应力p3；若只有一层则该层将承受全部拉应力p，而p1+p2+p3＝p，显然本申请起到了路面结构的抗拉强度；
每层均添加有弹性材料，有较好的柔韧性，在裂尖点的应力值上将现有技术的2.854Mpa降低至本申请的2.594～2.632Mpa(路面温度为-15℃)，大大的减小了应力集中，改善了结构的应力分布；有弹性的设置可吸收部分拉伸能量的作用，又因为相邻层之间的弹性具有差异化，所以在拉伸过程中存在多次弹性形变，为吸收拉伸能量增加时间和作用面，可以将吸收拉伸能量最大化，大大的增加抗疲劳以及抗裂性能。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
本申请的原料均来源于市售。除特殊说明情况下，原料信息为：A-90号道路石油沥青的技术指标如表1所示，AC-20中粒式沥青混凝土的级配设计方案如表2所示，其他原料的来源信息如表3所示。
表1 A-90号道路石油沥青的技术指标
指标 针入度(25℃，5s，100g)/0.1mm 延度(15℃)/cm 软化点/℃
A-90 93 110 45
表2 AC-20中粒式沥青混凝土的级配设计方案
筛孔尺寸/mm AC-20
26.5 100
19 97.5
16 87.5
13.2 76.2
9.5 58.6
4.75 35.6
2.36 27.0
1.18 18.6
0.6 14.4
0.3 10.7
0.15 7.6
0.075 5.3
表3原料来源信息
原料 型号或规格 来源
石灰岩 CaCO3含量≥96％ 灵寿县凯旗矿产品加工厂
水泥 海螺牌水泥，32.5R 凯螺建材
水玻璃 科凝，40B，工业级 佛山科凝新材料科技有限公司
PP无纺布 12-25(g/m2) 东营市力邦特新材料有限公司
涤纶纺粘无纺布 -心，140g*2m*300m 常熟市-心无纺制品有限公司
聚甲基丙烯酸甲酯 法国阿科玛，HFI-7G 东莞市昱扬贸易有限公司
聚碳酸酯 台湾奇美，PC-110 文茂塑料
木塑粉 60目 临沂市宝盛木粉厂
聚醋酸乙烯树脂 韩国湖南，VA900 苏州市驰腾塑胶有限公司
实施例1：一种适用于重载交通路面的沥青，其由如下方法制备得到：
(1)预处理：分别将石灰岩、水泥、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂粉碎，石灰岩和水泥的颗粒度处理至小于0.1mm，而PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂的颗粒度处理至小于2mm；
(2)底层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(3)中间层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布和聚甲基丙烯酸甲酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(4)表层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(5)取出底层并将其浇筑在地面上，在底层不低于45℃的条件下将中间层浇筑在底层上，并在中间层不低于40℃的条件下将表层浇筑在中间层上；
底层、中间层和表层的厚度比为0.5：1：0.1，
实施例1-3的配方如表4所示。
路面温度为-15℃时，实施例1-3裂尖点的应力值分别为2.594、2.611和2.632MPa。路面温度为-15℃时，对照品1(实施例1的中间层)裂尖点的应力值为2.854Mpa。
表4实施例1-3的配方(单位：kg)
性能表征
1、对照品制备
对照品1：以实施例1的中间层为对照品1。
对照品2：与对照品1的不同之处在于，配方为：A-90号道路石油沥青29.0kg、AC-20中粒式沥青混凝土58.0kg、石灰岩1.0kg、水泥4.0kg、水玻璃0.1kg、PP无纺布1.0kg、涤纶纺粘无纺布5.0kg和聚甲基丙烯酸甲酯1.9kg。
对照品3：以市售沥青为对照品3。
2、疲劳试验
(1)试验原理
疲劳试验采用250mm×40mm×50mm的小梁试件(参照《JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》制备)，进行反复弯曲疲劳试验，最大拉应力σt和最大拉应变εt分别按以下公式计算：σt＝LP/bh2，εt＝12hδ/(3L2-4a2)，其中b为试件宽度(mm)，h为试件高度(mm)，L为试件的跨径(mm)，P为峰值荷载(N)，a为相邻夹头中心间距(为L/3，mm)，δ为梁中心最大挠度(mm)。弯曲挠劲度模量S按下式计算：S＝σt/εt，S为弯曲挠劲度模量(MPa)，σt为最大拉应力(MPa)，εt为最大拉应变。
(2)试验内容
将小梁试件放入15±0.5℃的环境箱中养生4h；将养护好的试件放入LDTM-25型微机控制沥青混合料动态疲劳试验机内，用夹具将其固定好，使位移传感器滑轮接触试件表面，调整位移传感器到试件中部，并使其度数为零；选择偏正弦加载模式，在目标试验应变水平下预加载50个循环，计算出的第50个加载循环的劲度模量为初始的劲度模量，作为确定试件疲劳失效判据的基准劲度模量；确定初始劲度模量后，试验机在50个循环内自动调整并稳定试验所需要的目标拉应变水平，同时按选择的加载循环间隔监控并记录试验参数和试验结果，当试件达到疲劳试验终止条件时，机器自动终止加载。
(3)试验结果
分别对不同试件产生疲劳时的荷载作用次数进行对比分析，试验结果汇总如表5所示。由表5可知，在相同的荷载作用下，对照品2、对照品1、实施例3、实施例2和实施例1的小梁试件产生疲劳时的荷载作用次数分别是对照品3的试件疲劳破坏时的作用次数的1.8、10.5、32.8、34.8和66.2倍，实施例1-3明显高于对照品，说明采用本申请的沥青可明显提高疲劳寿命。
表5疲劳试验结果汇总
3、劈裂试验
(1)试验原理
将沥青马歇尔标准击实法制成的直径为101.6mm、高为63.5mm的圆柱体放到LMT-2型微机控制沥青混合料试验***上，试验时沿着试件的直径方向，经由试件两侧的垫条按一定速率施加压力，直至试件开裂破坏。15±0.5℃下的沥青混合料泊松比μ取0.3。沥青混合料的劈裂抗拉强度RT、破坏拉伸应变εT和破坏劲度模量ST按下式计算，RT＝0.006287PT/h，εT＝XT*(0.0307+0.0936μ)/(1.35+5μ)，ST＝PT*(0.27+1.0μ)/(h*XT)，XT＝YT*(0.135+0.5μ)/(1.794-0.314μ)，其中RT为劈裂抗拉强度(MPa)，εT为破坏拉伸应变，ST为破坏劲度模量(MPa)，PT为试验载荷的最大值(N)，h为试件高度(mm)，μ为泊松比，A为试件垂直变形与水平变形的比值，YT为试件相应于最大破坏载荷时的垂直方向的总变形(mm)，XT为试件相应于最大破坏载荷时的水平方向的总变形(mm)。以(0.1～0.4)PT范围内各测点的应力σ、应变ε数据计算的S＝σ/ε的平均值作为劲度模量。
(2)试验内容
将试件于15±0.5℃的恒温水槽中1.5h后取出，迅速放置于沥青混合料试验***的劈裂试验夹具中，将上下圆弧形压条安放好，上下压条应平行；迅速将测定试件垂直变形的位移计安装好，将数据采集***与荷载传感器及位移传感器连接好，加载速率采用50mm/min进行加载，采集数据。
(3)试验结果
数据处理后结果汇总见表6。实施例1、实施例2和实施例3的劈裂抗拉强度是对照品1的1.27、1.20和1.20倍，实施例1、实施例2和实施例3的弹性阶段的劲度模量是对照品1的1.74、1.57和1.56倍，说明采用本申请的沥青可明显提高劈裂抗拉强度和弹性阶段的劲度模量，大大的提高抗裂性能。
表6劈裂试验结果汇总
以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于重载交通路面的沥青，其特征在于，包括从下到上依次铺设的底层、中间层和表层，底层、中间层和表层的厚度比为0.5：1：0.1，按质量计，
底层包括：A-90号道路石油沥青26～28％、AC-20中粒式沥青混凝土58～60％、石灰岩3～4％、水泥2～3％、水玻璃0.3～0.5％、PP无纺布4～6％、涤纶纺粘无纺布1～2％、聚甲基丙烯酸甲酯0.3～0.5％和聚碳酸酯0.6～0.8％；
中间层包括：A-90号道路石油沥青28～30％、AC-20中粒式沥青混凝土56～60％、石灰岩3～5％、水泥1～2％、水玻璃0.3～0.5％、PP无纺布4～6％、涤纶纺粘无纺布1～2％和聚甲基丙烯酸甲酯0.5～0.8％；
表层包括：A-90号道路石油沥青31～33％、AC-20中粒式沥青混凝土48～52％、石灰岩3～5％、水泥2～3％、水玻璃0.2～0.4％、PP无纺布8～10％、木塑粉1～2％和聚醋酸乙烯树脂0.6～0.8％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于重载交通路面的沥青，其特征在于，按质量计，
底层包括：A-90号道路石油沥青27.0％、AC-20中粒式沥青混凝土59.0％、石灰岩3.5％、水泥2.5％、水玻璃0.4％、PP无纺布5.0％、涤纶纺粘无纺布1.5％、聚甲基丙烯酸甲酯0.4％和聚碳酸酯0.7％；
中间层包括：A-90号道路石油沥青29.0％、AC-20中粒式沥青混凝土58.0％、石灰岩4.0％、水泥1.5％、水玻璃0.4％、PP无纺布5.0％、涤纶纺粘无纺布1.5％和聚甲基丙烯酸甲酯0.6％；
表层包括：A-90号道路石油沥青32.0％、AC-20中粒式沥青混凝土50.0％、石灰岩4.0％、水泥2.5％、水玻璃0.3％、PP无纺布9.0％、木塑粉1.5％和聚醋酸乙烯树脂0.7％。
3.根据权利要求1所述的一种适用于重载交通路面的沥青，其特征在于，所述石灰岩和水泥的颗粒度小于0.1mm，所述PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂的颗粒度小于2mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于重载交通路面的沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：分别将石灰岩、水泥、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂粉碎，石灰岩和水泥的颗粒度处理至小于0.1mm，而PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂的颗粒度处理至小于2mm；
(2)底层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(3)中间层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、涤纶纺粘无纺布和聚甲基丙烯酸甲酯，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(4)表层的制备：将配方量的A-90号道路石油沥青加热至熔融，加入配方量的石灰岩、水泥、水玻璃、PP无纺布、木塑粉和聚醋酸乙烯树脂，搅拌均匀；然后加入配方量的AC-20中粒式沥青混凝土，搅拌均匀；
(5)取出底层并将其浇筑在地面上，在底层不低于45℃的条件下将中间层浇筑在底层上，并在中间层不低于40℃的条件下将表层浇筑在中间层上。
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