CN108484071B - 一种泡沫沥青就地冷再生混合料及其级配方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种泡沫沥青就地冷再生混合料的级配方法，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水；本发明根据冷再生结构层厚度和旧路面铣刨厚度确定了新集料掺量，同时本发明对新集料中的泡沫沥青、粗集料、细集料、水泥和水的级配进行了控制，使得本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有优良的路用性能。同时，本发明还提供了由所述级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料以及泡沫沥青就地冷再生混合料在旧路维修改造中的应用。

Description

一种泡沫沥青就地冷再生混合料及其级配方法和应用
技术领域
本发明涉及交通土建工程应用技术领域，具体涉及一种泡沫沥青就地冷再生混合料及其级配方法和应用。
背景技术
就地冷再生是指利用沥青再生设备将旧沥青路面材料就地打碎，并加入新集料后拌和压实，以旧路面材料为主料的修筑道路技术。就地冷再生混合料指的是包括旧路面铣刨料和新集料的混合料，泡沫沥青就地冷再生混合料指的是包括泡沫沥青的就地冷再生混合料。
目前，工程实践中就地冷再生混合料的设计方法主要是：先确定就地冷再生混合料的密度，再根据这个密度确定新集料掺量，然后根据《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41-2008)中集料之间级配关系确定得出就地冷再生混合料。
但是上述方法中新集料掺量凭借经验确定，从而导致在具体应用时，需要根据现场试验段路面的铣刨厚度和实际压实厚度对新集料掺量进行多次调整，过程不仅复杂，也影响工程进度。另外，采用上述方法得到的就地冷再生混合料存在新集料之间级配设计不合理，得到的就地冷再生混合料路用性能参差不齐，难以得到具有优良路用性能的就地冷再生混合料。
发明内容
本发明提供了一种泡沫沥青就地冷再生混合料的级配方法，无需反复调整新集料掺量，得到的泡沫沥青就地冷再生混合料具有优良的路用性能。
本发明提供了一种泡沫沥青就地冷再生混合料的级配方法，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水，其特征在于，以质量份计，所述泡沫沥青为2～4份；所述旧路面铣刨料和集料的总份数为100份，所述水泥为0.1～1.5份，所述水为4.5～5.5份；
所述集料的的种类和用量根据式I中a的取值确定：
a＝(Y-1)/Y×100 式I；
当a≥35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为(a-20)份，所述细集料为20份；
当20＜a<35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为20份，所述细集料为(a-20)份；
当a≤20时，所述集料为粗集料，所述粗集料为a份；
所述式I中a为新集料掺量界限系数；所述式I中Y为新集料掺杂系数；所述新集料掺杂系数为冷再生结构层厚度与旧路面铣刨厚度的比值的0.875倍。
优选的，所述泡沫沥青就地冷再生混合料还包括0.1～3质量份的矿粉。
优选的，所述矿粉中粒径小于0.075mm粉料的质量百分含量为75％～100％。
优选的，所述粗集料的粒径为15mm～30mm。
优选的，所述细集料的粒径＜2.36mm。
优选的，所述水泥的强度等级为32.5或42.5。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥。
本发明提供了上述技术方案所述级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料，包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水。
本发明还提供了上述技术方案所述级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料作为铺路用料在旧路维修改造中的应用。
本发明直接根据旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度确定新集料掺杂量，避免了现有技术中通过经验确定新集料掺量时，由于旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度不同，从而需要不断调整新集料掺量的问题。另外，本发明根据旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度确认新集料的构成，将所述泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水的用量严格控制，有利于使泡沫沥青就地冷再生混合料形成骨架结构，当就地冷再生混合料中包括细集料时，所述细集料填充在骨架结构中，使本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有优良的路用性能。如本申请实施例所示，本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有优良的路用性能，本发明所提供的泡沫沥青就地冷再生混合料的马歇尔稳定度为14.79～16.72kN，15℃干劈裂强度为0.68～0.78MPa，残留稳定度为84.2％～92.3％，冻融劈裂强度比为72.3％～76.5％、动稳定度为3321.9～4423.2次/mm。
具体实施方式
本发明提供了一种泡沫沥青就地冷再生混合料的级配方法，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水，以质量份计，所述泡沫沥青为2～4份，所述旧路面铣刨料和集料的总份数为100份，所述水泥为1.5份，所述水为4.5～5.5份；
所述集料的的种类和用量根据式I中a的取值确定：
a＝(Y-1)/Y×100 式I；
当a≥35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为(a-20)份，所述细集料为20份；
当20＜a<35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为20份，所述细集料为(a-20)份；
当a≤20时，所述集料为粗集料，所述粗集料为a份；
所述式I中a为新集料掺量界限系数；所述式I中Y为新集料掺杂系数；所述新集料掺杂系数为冷再生结构层厚度与旧路面铣刨厚度的比值的0.875倍。
在本发明中，以质量份计，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括2～4份泡沫沥青，优选为2.5～3.5份，进一步优选为3.0份。在本发明中，所述泡沫沥青的膨胀率优选≥10％，进一步优选≥15％。在本发明中，所述泡沫沥青的半衰期优选≥8s，进一步优选≥10s。在本发明中，所述泡沫沥青优选满足《DB13/T 2513-2017公路沥青路面泡沫沥青冷再生技术指南》的技术标准。
在本发明中，所述泡沫沥青的制备方法优选由基质沥青经发泡得到。在本发明中，基质沥青的发泡方式优选包括以下步骤：将所述基质沥青和水混合，在加热条件下进行发泡。在本发明中，所述加热的温度优选为140～160℃，进一步优选为145～155℃，更优选为150～152℃。在本发明中，所述基质沥青和水的质量比优选为100:1.5～2.5，进一步优选为100:2.8～2.3，更优选为100:2～2.1。在本发明中，所述基质沥青优选为70#基质沥青或90#基质沥青。本发明优选通过上述发泡制备得到膨胀率和半衰期满足上述要求的泡沫沥青。
在本发明中，所述泡沫沥青起到将各组分原料粘结成整体，增加强度和增强路面抵抗行车破坏的能力，并使路面具有稳定性。
在本发明中，以所述泡沫沥青的质量份为基准，所述旧路面铣刨料和集料总份数为100份，所述集料的质量份根据式I中a的取值确定：
a＝(Y-1)/Y×100 式I；
当a≥35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为(a-20)份，所述细集料为20份；
当20＜a<35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为20份，所述细集料为(a-20)份；
当a≤20时，所述集料为粗集料，所述粗集料为a份；
所述式I中a为新集料掺量界限系数；所述式I中Y为新集料掺杂系数；所述新集料掺杂系数为冷再生结构层厚度与旧路面铣刨厚度的比值的0.875倍。
在本发明中，所述旧路面铣刨厚度优选为10～15cm；所述冷再生结构层厚度优选为15～20cm。
在本发明中，所述冷再生结构层厚度即为目标铺设路面的厚度。
在本发明中，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括旧路面铣刨料。在本发明中，所述旧路面铣刨料为待修复路面经铣刨后得到的废弃料。本发明对所述待修复路面的铣刨方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
在本发明中，所述就地冷再生混合料包括粗集料。在本发明中，所述粗集料的粒径优选为15mm～30mm，进一步优选为18～28mm，更优选为20～25mm；所述粗集料的表观相对密度优选≥2.6，进一步优选≥3.0。在本发明中，所述粗集料中针片状粗集料的含量优选≤20％，进一步优选≤15％；所述粗集料的压碎值优选≤26％，进一步优选≤25％。在本发明中，所述粗集料优选满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F40-2004)对粗集料的技术要求。在本发明中，所述粗集料在就地冷再生混合料中主要起到骨架的作用。
在本发明中，当所述就地冷再生混合料包括细集料时，所述细集料的粒径优选＜2.36mm；所述细集料的表观相对密度优选≥2.5，进一步优选≥3.0；所述细集料的砂当量优选≥60％，进一步优选≥65％；所述细集料中粒径＞0.3mm集料的坚固性≥12％，进一步优选≥15％；所述坚固性优选指的是砂试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环，承受硫酸钠结晶压而不发生显著破坏或强度降低的性能。在本发明中，所述“细集料中粒径＞0.3mm集料的坚固性≥12％”指的是细集料中粒径＞0.3mm那部分在坚固性测试中，满足坚固性测试要求的质量百分数≥12％；所述细集料的棱角性≥30s，进一步优选≥35s；所述细集料的棱角性优选指的是：测定一定体积的细集料全部通过标准漏斗所需要的流动时问，称为细集料的棱角性，以s表示。在本发明中，所述“细集料的棱角性≥30s”指的是细集料全部通过标准漏斗所需要的流动时问≥30s。在本发明中，所述细集料优选满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F40-2004)对细集料的技术要求。在本发明中，所述细骨料在就地冷再生混合料中主要起到填充的作用。
在本发明中，以所述泡沫沥青的质量份为基准，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括0.1～1.5份水泥，优选为0.5～1.5份，进一步优选为1.0～1.3份。在本发明中，所述水泥的强度等级优选为32.5或42.5；所述水泥优选为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥；所述水泥的初凝时间优选≥3h，进一步优选≥3.5h；所述水泥的终凝时间优选≥6h，进一步优选≥6.5h。在本发明中，所述水泥的外观无团粒结块。在本发明中，所述水泥优选满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F40-2004)对水泥的技术要求。在本发明中，所述水泥中部分会吸收水份发生水化反应，水化产物填充泡沫沥青冷再生混合料之间的微小孔隙，促使泡沫沥青冷再生混合料形成均匀、孔隙闭合的密实整体，提高了泡沫沥青冷再生混合料的路用性能；另一部分水泥起着活性矿粉作用，与沥青发生化学吸附而形成力学结构膜，极大地提高了水泥与沥青之间的粘附性。
在本发明中，以所述泡沫沥青的质量份为基准，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括4.5～5.5份水，优选为4.6～5.4份，进一步优选为4.8～5.1份，更优选为5.0份。
本发明通过将所述泡沫沥青、旧路面铣刨料、粗集料、细集料、水泥和水控制在上述范围内，有利于使就地冷再生混合料形成骨架结构，细集料填充在骨架结构中，使本发明提供的就地冷再生混合料具有优良的路用性能。而且本发明建立了新集料掺量与旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度的关系，避免了现有技术中通过经验确定新集料掺量时，由于旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度不同，从而需要不断调整新集料掺量的问题。
在本发明中，以所述泡沫沥青的质量份为基准，所述泡沫沥青就地冷再生混合料优选还包括0.1～3份矿粉，进一步优选为0.5～3份，更优选为1.0～2.5份，更进一步优选为1.5～2.0份。
在本发明中，所述矿粉中粒径小于0.075mm的粉料的质量百分含量优选为75％～100％，进一步优选为80％～95％，更优选为85～90％；所述矿粉的表观密度优选≥2.5t/m3，进一步优选≥3.0t/m3；所述矿粉的亲水系数优选＜1.0，进一步优选＜0.8；所述矿粉的含水率优选≤1.0％，进一步优选≤0.8％。在本发明中，所述矿粉优选满足“JTG F40-2004”对矿粉的技术要求。在本发明中，所述矿粉优选包括石灰岩或岩浆岩。在本发明中，所述矿粉有利于进一步提高就地冷再生混合料的路用性能。
本发明提供了上述技术方案所述级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料，包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水；优选还包括矿粉。
本发明优选按照上述技术方案所述泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水的质量份数将泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水泥混合，得到泡沫沥青就地冷再生混合料。本发明对混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
本发明还提供了上述技术方案所述级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料作为铺路用料在旧路维修改造中的应用。
本发明优选将待维修改造路面进行铣刨，以得到的废弃料作为所述就地冷再生混合料中的旧路面铣刨料；将所述泡沫沥青就地冷再生混合料铺设在铣刨后或者未铣刨的路基上。本发明对铺设的方式没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的铺设方式即可。本发明将待维修改造路面的铣刨料作为泡沫沥青就地冷再生混合料原料，并且直接根据旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度确定不同种类新集料的掺杂量，避免了现有技术中通过经验确定新集料掺量时，由于旧路面铣刨厚度和冷再生结构层厚度不同，从而需要不断调整新集料掺量的问题，简化路面改造方式。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
以旧路面铣刨厚度为10cm，冷再生结构层设计厚度为18cm为例，通过计算得到新集料掺量系数Y，新集料掺量系数为1.575。然后通过公式(Y-1)/Y×100确定粗集料和细集料的质量份数。通过计算可知(Y-1)/Y×100＝36.5＞35，进而能够得到细集料质量份数为20份，粗集料质量份数16.5份，旧路面铣刨料为63.5份，另外添加1.5质量份的水泥、2.5质量份的泡沫沥青和5.1质量份的水。其中粗集料的粒径为15～30mm，粗集料的表观相对密度为2.6，粗集料的针片状含量为20％，粗集料的压碎值为26％；细集料的表观相对密度为2.5，细集料的砂当量为60％，细集料中粒径＞0.3mm集料的坚固性为12％，细集料的棱角性为30s；水泥的强度等级为32.5，水泥的初凝时间为3h，终凝时间为6h，水泥的外观无团粒结块。
实施例2
以旧路面铣刨厚度为12cm，冷再生结构层设计厚度为18cm为例，通过计算得到新集料掺量系数Y，新集料掺量系数为1.3125。然后通过公式(Y-1)/Y×100确定粗集料和细集料的质量份数。通过计算可知(Y-1)/Y×100＝24<35，进而能够得到粗集料质量份数为20份，细集料质量份数4份，旧路面铣刨料为76份，另外添加1.5质量份的水泥、2.0质量份的泡沫沥青和4.5质量份的水。其中粗集料的粒径为15～30mm，粗集料的表观相对密度为2.7，粗集料的针片状含量为18％，粗集料的压碎值为25％；细集料的表观相对密度为2.6，细集料的砂当量为62％，细集料中粒径＞0.3mm集料的坚固性为15％，细集料的棱角性为32s；水泥的强度等级为42.5，水泥的初凝时间为4h，终凝时间为7h，水泥的外观无团粒结块。
实施例3
以旧路面铣刨厚度为13cm，冷再生结构层设计厚度为18cm为例，通过计算得到新集料掺量系数Y，新集料掺量系数为1.21。然后通过公式(Y-1)/Y×100确定粗集料和细集料的质量份数。通过计算可知(Y-1)/Y×100＝17<20，进而能够得到细集料质量份数为0份，粗集料质量份数17份，旧路面铣刨料为83份，另外添加1.5质量份的水泥、3质量份的矿粉、3.0质量份的泡沫沥青和5.5质量份的水。其中粗集料的粒径为15～30mm，粗集料的表观相对密度为2.8，粗集料的针片状含量为15％，粗集料的压碎值为23％；细集料的表观相对密度为2.8，细集料的砂当量为65％，细集料中粒径＞0.3mm集料的坚固性为18％，细集料的棱角性为35s；水泥的强度等级为42.5，水泥的初凝时间为5h，终凝时间为8h，水泥的外观无团粒结块。
实施例4
按照实施例1的方法进行实验，区别在于泡沫沥青的用量为3.5质量份。
实施例5
按照实施例1的方法进行实验，区别在于泡沫沥青的用量为4.0质量份。
对比例1
按照实施例1的方法进行实验，区别在于水的用量为4.0质量份。
对比例2
按照实施例1的方法进行实验，区别在于水的用量为6.0质量份。
对实施例1得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能进行测试，测试结果如表1所示：
表1实施例1得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能
实测项目 40℃MS(kN) 15℃R<sub>T</sub>(MPa) MS<sub>0</sub>(％) TSR(％) DS(次/mm)
实测值 16.72 0.78 92.3 76.5 4423.2
技术要求 ≥14 ≥0.65 ≥85 ≥70 ≥3000
对实施例2得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能进行测试，测试结果如表2所示：
表2实施例2得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能
Figure GDA0002576248120000081
Figure GDA0002576248120000091
对实施例3得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能进行测试，测试结果如表3所示：
表3实施例3得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能
实测项目 40℃MS(kN) 15℃R<sub>T</sub>(MPa) MS<sub>0</sub>(％) TSR(％) DS(次/mm)
实测值 14.79 0.68 84.2 72.3 3321.9
技术要求 ≥14 ≥0.65 ≥75 ≥70 ≥3000
表1～表3中，40℃MS指的是：40℃时马歇尔稳定度；15℃RT指的是：15℃时干劈裂强度；MS0指的是：残留稳定度；TSR指的是：冻融劈裂强度比；DS指的是：动稳定度。
在本发明中，所述40℃MS、15℃RT、MS0、TSR和DS所有指标均根据《沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E-20-2011)进行测试。
将实施例1、实施例4和实施例5制备的泡沫沥青就地冷再生混合料进行干湿劈裂强度测试。测试结果如表4所示。
表4实施例1、实施例4和实施例5的干湿劈裂强度
力学指标 实施例1 实施例4 实施例5
15℃R<sub>T</sub>(MPa) 0.78 0.72 0.68
R<sub>Tw</sub>(MPa) 0.71 0.68 0.65
表4中15℃RT.指的是干劈裂强度；RTW指的是：25℃的湿劈裂强度。由表4可以看出，本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有更高的干劈裂强度和湿劈裂强度，具有更好的力学性能。
对实施例1、对比例1和对比例2制备的泡沫沥青就地冷再生混合料进行干密度测试。测试结果如表5所示。
表5实施例1、对比例1和对比例2的干密度
实施例1 对比例3 对比例4
干密度ρ<sub>max</sub>(g/cm<sup>3</sup>) 2.151 2.133 2.100
由表5可以看出，本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有更大的干密度，可达2.151g/cm3。
由上述测试结果可知，本发明提供的泡沫沥青就地冷再生混合料具有优良的路用性能，本发明所提供的泡沫沥青就地冷再生混合料的马歇尔稳定度为14.79～16.72kN，15℃干劈裂强度为0.68～0.78MPa，残留稳定度为84.2％～92.3％，冻融劈裂强度比为72.3％～76.5％、动稳定度为3321.9～4423.2次/mm。另外，本发明通过将泡沫沥青的用量控制为2～4份，有效提高了制备得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的干湿劈裂强度；本发明通过将水的用量控制为4.5～5.5份，有效提高了制备得到的泡沫沥青就地冷再生混合料的干密度，干密度越大，空隙率越小，饱和含水率越小，水难以进入路面，水稳定性得到提高，从而提高了泡沫沥青就地冷再生混合料的路用性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种泡沫沥青就地冷再生混合料的级配方法，所述泡沫沥青就地冷再生混合料包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水，其特征在于，以质量份计，所述泡沫沥青为2～4份；所述旧路面铣刨料和集料的总份数为100份，所述水泥为0.1～1.5份，所述水为4.5～5.5份；
所述集料的种类和用量根据式I中a的取值确定：
a＝(Y-1)/Y×100 式I；
当a≥35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为(a-20)份，所述细集料为20份；
当20＜a<35时，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料为20份，所述细集料为(a-20)份；
当a≤20时，所述集料为粗集料，所述粗集料为a份；
所述式I中a为新集料掺量界限系数；所述式I中Y为新集料掺杂系数；所述新集料掺杂系数为冷再生结构层厚度与旧路面铣刨厚度的比值的0.875倍。
2.根据权利要求1所述的级配方法，其特征在于，所述泡沫沥青就地冷再生混合料还包括0.1～3质量份的矿粉。
3.根据权利要求2所述的级配方法，其特征在于，所述矿粉中粒径小于0.075mm粉料的质量百分含量为75％～100％。
4.根据权利要求1所述的级配方法，其特征在于，所述粗集料的粒径为15mm～30mm。
5.根据权利要求1所述的级配方法，其特征在于，所述细集料的粒径＜2.36mm。
6.根据权利要求1所述的级配方法，其特征在于，所述水泥的强度等级为32.5或42.5。
7.根据权利要求1或6所述的级配方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥。
8.权利要求1～7任一项所述的级配方法得到的泡沫沥青就地冷再生混合料，包括泡沫沥青、旧路面铣刨料、集料、水泥和水。
9.权利要求8所述泡沫沥青就地冷再生混合料作为铺路用料在旧路维修改造中的应用。
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