CN108298897A - 一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，属于沥青路面养护领域，本发明所述的稀释沥青冷补料包括以下重量百分含量的组分：87.78%~92.05%集料、4.21%~4.42%沥青、1.05%~1.10%稀释剂、5.60%~9.80%水泥及2.5%~3.2%纳米粘土，其中，所述的集料为玄武岩，以间断级配形成骨架密实结构；所述的沥青为70#基质沥青；所述的稀释剂为柴油；所述的水泥为普通硅酸盐水泥，活性高碱性强，与沥青中的羧酸反应，生成粘附性更强的产物，比表面积大，增加结构沥青比例；所述的纳米粘土吸水能力强，水分入侵时，可膨胀密封空隙，并且吸收的水分与水泥发生水化反应，阻止水分继续入侵，提高冷补料水稳定性。本发明制得的稀释沥青冷补料具有较高的骨架强度、早期强度和水稳定性。

Description

一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料
技术领域
本发明属于沥青路面养护领域，具体涉及一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料。
背景技术
随着我国经济快速发展，交通量不断增长，沥青路面受到了越来越严峻的考验。沥青路面在长时间使用过程中，受到汽车轴载，昼夜温差变化，雨水冲刷，沥青老化等各种因素的影响，经常出现坑槽、搓板、车辙、龟裂等各种病害。路面的这些病害会影响道路的正常通行，降低沥青路面的服务水平，严重时甚至引发交通事故。因此必须对路面病害进行及时的处理。
目前，对路面坑槽等病害进行修补的填充料主要有两种：热拌沥青混合料和稀释沥青冷补料。热拌沥青混合料是通过现场切割，清除沥青路面破损部分，再依照“圆洞方补”的原则，将路面坑槽处切割成方形，接着清除其内部废渣，然后加上热的混合料，进行压实降温后再次开放交通。热拌沥青混合料主要适用于路面出现的坑槽破损位置较为集中且工程量较大的情况，使用时有以下缺点：①低温季节和雨季无法使用；②需要熟练的人工和大型的专用拌和设备；③需要在高温条件下拌和，耗费能源，容易导致沥青老化和环境污染；④不能存储；⑤修补完毕后需要封闭交通一段时间；⑥小范围的坑槽修补，容易浪费材料。
稀释沥青冷补料是采用特殊配制的稀释沥青与集料在常温下拌和，制成的一种可在常温下装袋储存和施工，且在修补时呈松散状态，受季节和天气影响较小，方便及时对路面进行修补的沥青混合料，其中，稀释沥青由基质沥青和稀释剂按一定比例配置而成。稀释沥青冷补料受施工环境以及温度等自然因素影响较小，并且具有修补快速、高效环保等优点，因此被广泛应用于修补路面坑槽，但现有的冷补料在使用时依然存在着以下缺点：①通常采用粒径较小的开级配，以便于修补不同形状的坑槽，但粒径较小的开级配难以形成骨架结构，导致冷补料强度较低；②由于溶剂的作用，稀释沥青几乎无法提供粘结力，导致稀释沥青冷补料在溶剂完全挥发之前早期强度很低，在车辆荷载作用下很容易发生早期破坏；③水稳定性差，使用寿命段，水损害是造成路面坑槽的主要原因之一，因此，良好的水稳定性是冷补料必须具备的条件之一。
发明内容
针对现有的稀释沥青冷补料早期强度低，水稳定性差的问题，本发明提供一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，具有较高的骨架强度、早期强度和水稳定性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
(1)一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，包括如下重量百分含量的组分：
集料：87.78％～92.05％
沥青：4.21％～4.42％
稀释剂：1.05％～1.10％
水泥：5.60％～9.80％
纳米粘土：2.5％～3.2％
(2)所述的集料为玄武岩，级配组成见表1，以间断级配形成骨架密实结构。
表1冷补料级配组成
(3)所述的沥青为70#基质沥青。
(4)所述的稀释剂为柴油。
(5)所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
(6)所述的纳米粘土物理参数以及化学成分见表2以及表3。
表2纳米粘土的物理参数
表3纳米粘土的化学成分
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，与其它冷补料相比，具有以下有益技术效果：
(1)本发明采用力学强度较高的玄武岩作为集料，以间断级配形成骨架密实结构，为冷补料的强度要求提供足够的保证；
(2)本发明使用水泥和纳米粘土改善冷补料的早期强度和水稳定性，在冷补料配置过程中加入一定剂量的水泥和纳米粘土进行充分搅拌，水泥与纳米粘土以相互包裹的形式存在于集料表面；水泥是一种活性很高的碱性材料，不但具备作为矿粉的条件，而且水泥中的C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)与水消解后，其PH可达到12，而一般的石灰石矿粉的PH只有9，当水泥中的碱性成分和沥青中的羟酸发生反应后，形成的产物具有更强的吸附性能；由于水泥比矿粉拥有更大的比表面积，能够增加混合料中结构沥青所占的比例，使沥青与集料的粘附性提高，在沥青混合料内部形成稳定的骨架密实结构或者使骨料间沥青胶浆粘结力变强，因此可以提高冷补料的早期强度。
(3)本发明使用的纳米粘土具有极强的吸水能力，当遇到水分入侵时，纳米粘土能够吸收入侵的水分，体积膨胀填补空隙，减少水分对沥青和集料的接触；而纳米粘土吸收的水分与水泥发生水化反应，一方面阻止水分的继续入侵，另一方面能够补偿集料颗粒间由于水分入侵造成的强度损失，提高冷补料的水稳定性。
附图说明
图1是稀释沥青冷补料的配置流程图。
图2是稀释沥青冷补料养生过程中的变化示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明公开的技术方案，下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步的阐述。
本发明所述的一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其制作包括如下步骤：
(1)按照级配组成配置矿料，放入120℃恒温干燥箱保温4h；取重量百分含量为
87.78％～92.05％的集料，将其倒入拌和锅，拌和锅温度同样控制在120℃；
(2)取重量百分含量分别为5.60％～9.80％和2.5％～3.2％的水泥和纳米粘土，混合均匀，倒入拌和锅，拌和时间60s；
(3)稀释沥青的配置：将70#基质沥青加热融化，温度控制在120℃左右；取重量百分含量为4.21％～4.42％的沥青，加入重量百分含量为1.05％～1.10％的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青。倒入拌和锅，拌和60s。
(4)加入矿料中的矿粉成分，拌和60s。
实施例1：
本实施例中水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料的制备方法如下：
(1)按照级配组成配置矿料，放入120℃恒温干燥箱保温4h；取重量百分含量为92.04％的集料，将其倒入拌和锅，拌和锅温度同样控制在120℃；
(2)取重量百分含量分别为5.60％和2.5％的水泥和纳米粘土，混合均匀，倒入拌和锅，拌和时间60s；
(3)稀释沥青的配置：将70#基质沥青加热融化，温度控制在120℃左右；取重量百分含量为4.42％的沥青，加入重量百分含量为1.10％的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青。倒入拌和锅，拌和60s；
(4)加入矿料中的矿粉成分，拌和60s。
实施例2：
本实施例中水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料的制备方法如下：
(1)按照级配组成配置矿料，放入120℃恒温干燥箱保温4h；取重量百分含量为89.76％的集料，将其倒入拌和锅，拌和锅温度同样控制在120℃；
(2)取重量百分含量分别为6.20％和2.9％的水泥和纳米粘土，混合均匀，倒入拌和锅，拌和时间60s；
(3)稀释沥青的配置：将70#基质沥青加热融化，温度控制在120℃左右；取重量百分含量为4.30％的沥青，加入重量百分含量为1.08％的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青。倒入拌和锅，拌和60s；
(4)加入矿料中的矿粉成分，拌和60s。
实施例3：
本实施例中水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料的制备方法如下：
(1)按照级配组成配置矿料，放入120℃恒温干燥箱保温4h；取重量百分含量为87.79％的集料，将其倒入拌和锅，拌和锅温度同样控制在120℃；
(2)取重量百分含量分别为9.80％和3.2％的水泥和纳米粘土，混合均匀，倒入拌和锅，拌和时间60s；
(3)稀释沥青的配置：将70#基质沥青加热融化，温度控制在120℃左右；取重量百分含量为4.21％的沥青，加入重量百分含量为1.05％的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青。倒入拌和锅，拌和60s；
(4)加入矿料中的矿粉成分，拌和60s。
为了评价实施例1～3制得的稀释沥青冷补料的早期强度和水稳定性，进行以下马歇尔稳定度试验以及冻融劈裂试验，并与对比例进行比较：
参考《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》的方法，称取混合料1180g在常温下装入试模中，双面各击实75次，每个实例的冷补料试件各制作12个，其中4个试件在室温下养生6h直接脱模，用于测量试件的早期马歇尔稳定度，以评价冷补料的早期强度；另外8个试件连同试模一起以侧面竖立的方式在常温下放置12h，然后在60℃恒温干燥箱中养生24h，取出后再连同试模在室温下养生12h，进行脱模，用于进行冻融劈裂试验，以评价冷补料的水稳定性；劈裂抗拉强度和冻融劈裂强度比按下式计算：
RT＝0.006287Pt/h
式中，RT为试件劈裂抗拉强度(MPa)，Pt为试件的试验荷载的最大值(N)，h试件的试件高度(mm)。
TSR＝RT2/RT1×100
式中，TSR为冻融劈裂强度比(％)，RT2为未冻融循环试件的劈裂抗拉强度(MPa)，RT1为冻融循环后试件的劈裂抗拉强度(MPa)。
检测结果见表3。
表3
稀释沥青冷补料的早期马歇尔稳定度最低标准为1.5kN，本发明的三个实施例的早期强度均大于最低标准，而且还大于对比例的早期强度；冻融劈裂强度比的最低标准是70％，本发明的三个实施例的强度比均大于最低标准，大于对比例的强度比，甚至超过初始强度。综上所述，本发明制得的水泥及纳米粘土改性的稀释沥青混合料具有显著的早期强度高，水稳定性好的优点。
最后应该说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或同等变换，而不脱离本发明的精神和范围的修改或局部替换，均应涵盖在本发明要求的权利范围之中。

Claims (6)

1.一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其特征在于：包括如下重量百分含量的组分：
集料：87.78%~92.05%
沥青：4.21%~4.42%
稀释剂：1.05%~1.10%
水泥：5.60%~9.80%
纳米粘土：2.5%~3.2%%。
2.根据权利要求1一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其特征在于：所述的集料为玄武岩，以间断级配形成骨架密实结构。
3.根据权利要求1一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其特征在于：所述的沥青为70#基质沥青。
4.根据权利要求1一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其特征在于：所述的稀释剂为柴油。
5.根据权利要求1一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
6.一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按照级配组成配置矿料，放入120℃恒温干燥箱保温4h；取重量百分含量为87.78%~92.05%的集料，将其倒入拌和锅，拌和锅温度同样控制在120℃；
（2）取重量百分含量分别为5.60%~9.80%和2.5%~3.2%%的水泥和纳米粘土，混合均匀，倒入拌和锅，拌和时间60s；
（3）稀释沥青的配置：将70#基质沥青加热融化，温度控制在120℃左右；取重量百分含量为4.21%~4.42%的沥青，加入重量百分含量为1.05%~1.10%的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青；倒入拌和锅，拌和60s；
（4）加入矿料中的矿粉成分，拌和60s。
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