CN109650781B - 一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，改性混合料和改性沥青组成；改性混合料按重量百分比包括改性集料92～96份、改性石灰岩矿粉4～8份；改性沥青按重量百分比包括新型温拌沥青改性剂0.32～0.41份、基质沥青3.70～3.90份；改性混合料通过采用硅烷偶联剂进行改性制得。通过在基质沥青中引入了新型温拌沥青改性剂，配合改性混合料，实现了在90～100℃的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，降低了油石比，减少了温室气体和沥青烟雾排放；延长了有效施工时间，有利于薄层罩面在道路养护中的应用，沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性好，适于高速公路、沥青公路等重交通道路。

Description

一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青混合料技术领域，具体涉及一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料及其制备方法。
背景技术
半刚性基层沥青路面是我国目前高等级公路沥青路面的主要结构形式，其基层稳定，但面层由于渠化交通，极易出现抗滑性能衰减。薄层罩面可以给沥青路面提供一个崭新的表面，增加了行车的舒适性；恢复了表面粗糙度，使抗滑能力提高，增加了行车的安全性。温拌薄层罩面可以降低沥青粘度，从而使沥青混合料能在较低的温度下进行拌和及施工，同时保证其混合料性能都满足热拌沥青混合料性能的规范要求。
钢渣力学性能好，耐磨性高、级配好、颗粒形状佳。因此，将其用于道路工程领域不仅可以资源化利用闲置的钢渣，不仅还可以节省天然石料，还能有提高路面的粗糙度，增加路面的抗滑性能，保障行车安全性。使用过程中，钢渣，无论是粗集料、还是细集料，吸水性远高于玄武岩矿料，尤其是钢渣的多孔性，增加了油石比，导致混合料中沥青用量大大增加，同时矿渣的亲水表面不利于中低温下混合料的拌合，以及施工的和易性。
目前市场上的温拌改性剂降温效果在30～40℃，节约能源的效果比较有限，沥青混合料依然需要在130℃以上的高温条件下进行施工。现有技术中，专利号为201010289447.7的专利“一种部分利用钢渣作粗集料的橡胶沥青混合料”，采用钢渣、天然石材(玄武岩、辉绿岩或石灰岩等)、填料(水泥、石灰石矿粉或消石灰)及橡胶沥青为原料制成，然而这种沥青混合料，无法实现在中低温(90～100℃)条件下路面施工时的温拌要求，消耗能源较高，施工时间长，混合料的体积稳定性、高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性也相对不高。
发明内容
为了进一步降低在在还是用沥青混合料进行道路施工时的搅拌温度，并保证混合料的体积稳定性、高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性处于较高水平，本发明提供了一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，具体通过以下技术实现。
一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，由改性混合料和改性沥青组成；改性混合料按重量百分比包括改性集料92～96份、改性石灰岩矿粉4～8份；改性沥青按重量百分比包括新型温拌沥青改性剂0.32～0.41份、基质沥青3.70～3.90份；
其中，所述改性集料由改性钢渣矿料和改性玄武岩矿料组成，所述改性钢渣矿料、改性玄武岩矿料、改性石灰岩矿粉集料分别采用硅烷偶联剂进行改性制得；所述新型温拌沥青改性剂由界面粘结剂、增韧材料、固化剂组成；界面粘结剂为聚乙烯蜡、环氧树脂中至少一种；增韧材料包括聚二甲基硅油与含氢硅油；固化剂为胺类化合物，铂类化合物中至少一种。
上述沥青混合料中，经硅烷偶联剂改性的改性混合料呈现出油性疏水性，油性可以有效降低改性混合料的吸水性，同时使得混合料的生产、施工的和易性显著增加，也改良了矿渣集料的安定性。
所用沥青为70#基质沥青；所用新型温拌沥青改性剂为申请人自主开发的新型常温沥青改性材料，其技术方案在专利申请号为201811415892.6的发明“一种新型常温沥青改性材料及其制备方法和应用”中具有详细的阐述(即该专利中所述的新型常温沥青改性材料)。这种新型温拌沥青改性剂,由界面粘结剂5～10％、增韧材料84～93％、固化剂2～6％混合而成；界面粘结剂为聚乙烯蜡、环氧树脂中至少一种；增韧材料包括聚二甲基硅油与含氢硅油；固化剂为胺类化合物，铂类化合物中至少一种。利用这种新型温拌沥青改性剂，配合硅烷偶联剂改性集料、改性矿粉，可使沥青混合料的拌和温度大幅降至90～100℃，在施工中可实现低温拌和，摊铺，碾压。
优选地，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4.64％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料15.43％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料11.41％；所述改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：4.75～9.5mm改性玄武岩矿料42％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料11.4％，0.075～0.6mm改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.22％
优选地，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料13.3％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料10.7％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75～9.5mm改性玄武岩矿料44％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6～1.18mm改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.8％。
优选地，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75～9.5mm改性钢渣矿料48.2％，1.18～2.36mm改性钢渣矿料11.3％，0.075～0.6mm改性钢渣矿料10％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性玄武岩矿料4％，2.36～4.75mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6～1.18mm改性玄武岩矿料9.7％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为4.5％。
优选地，用于钢渣矿料、玄武岩矿料和石灰岩矿粉改性的硅烷偶联剂为KH-550。
本发明还提供了上述中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料的制备方法，其特征在于，
S1、取硅烷偶联剂、乙二醇、水按重量比9:2.5:1，混匀得偶联剂混合液；
S2、按比例和粒径要求取钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉；另取占钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉总重0.7％的偶联剂混合液喷涂表面，混匀得改性集料；
S3、按比例取改性集料和改性石灰岩矿粉混匀，备用；
S4、按比例取新型温拌沥青改性剂、基质沥青，在100～120℃下混匀得改性沥青；
S5、将改性沥青加热到80～100℃喷入到步骤S4所得混合物中，搅拌33秒，制得成品。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、通过在基质沥青中引入了新型温拌沥青改性剂、配合硅烷偶联剂改性集料和改性石灰岩矿粉，实现了在90～100℃的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，不仅降低了油石比，还减少了温室气体和沥青烟雾排放；
2、延长了有效施工时间、缩短工期，有利于薄层罩面在道路养护中的应用，不同粒径的钢渣和玄武岩基料复配能够有效提高混合料的体积稳定性，达到尾矿资源的重复再利用；
3、混合料的体积稳定性、高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性处于较好水平，适用于高速公路、沥青公路等重交通道路。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例与比较例中，所选用的基质沥青为70#基质沥青，所用硅烷偶联剂为KH-550。
结合申请人已申请的发明专利技术，所用新型温拌沥青改性剂的制备方法为：
(1)按质量百分比取：聚乙烯蜡8％、聚二甲基硅有和含氢硅油(比例1：1)90％、乙二胺2％；
(2)将聚乙烯蜡、聚二甲基硅有和含氢硅油装入拌合设备中进行拌和，形成复合材料；
上述复合材料与乙二胺共同组成新型温拌沥青改性剂。在使用时再进行混合。
沥青混合料的制备方法为：
S1、取硅烷偶联剂、乙二醇、水按重量比9:2.5:1，混匀得偶联剂混合液；
S2、按比例取钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉；另取占钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉总重0.7％的偶联剂混合液喷涂表面，混匀得改性集料；
S3、按比例取改性集料和改性石灰岩矿粉混匀，备用；
S4、按比例取新型温拌沥青改性剂、基质沥青，在100～120℃下混匀得改性沥青；
S5、将改性沥青加热到80～100℃喷入到步骤S4所得混合物中，搅拌33秒，制得成品。
实施例1～4，比较例1、2
实施例1～4和比较例1、2所制备的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其原料的重量百分数如下表1所示。
表1实施例1～4和比较例1、2的原料表
Figure BDA0001930289760000041
实施例1、2和比较例1、2所制备的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4.64％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料15.43％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料11.41％；所述改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：4.75～9.5mm改性玄武岩矿料42％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料11.4％，0.075～0.6mm改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.22％。
实施例3所制备的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料13.3％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料10.7％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75～9.5mm改性玄武岩矿料44％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6～1.18mm改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.8％。
实施例4所制备的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75～9.5mm改性钢渣矿料48.2％，1.18～2.36mm改性钢渣矿料11.3％，0.075～0.6mm改性钢渣矿料10％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性玄武岩矿料4％，2.36～4.75mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6～1.18mm改性玄武岩矿料9.7％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为4.5％。
应用例1：高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性等性能测试
对实施例1～4，比较例1～2制备的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料进行高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性、膨胀性等性能测试，马歇尔试件成型方式采用两次双面击实75次的成型方式，即第一次双面各击实50次，100℃烘箱中养生24小时，取出后再双面各击实25次，再常温养护24小时后进行试验。
其测试方法和结果如下。
1、高温稳定性试验
按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行车辙试验，试件养生14天，试验温度60℃，对混合料的高温稳定性进行评价。
试验结果如表1所示。
表2高温稳定性试验结果
Figure BDA0001930289760000051
Figure BDA0001930289760000061
由上表2可知，采用本专利的技术方案制备的沥青混合料，其动稳定度均在3900/mm以上，远远大于规范要求的3000次/mm，高温稳定性好，适用于高速公路等重交通道路，其中实施例1、3、4的动稳定度均较好，说明所选用的改性集料、新型温拌沥青改性剂、基质沥青的比例最佳；而采用普通集料、石灰岩粉末制备的沥青混合料的高温稳定性差别较大。
2、水稳定性试验
在水稳定性方面采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果如表3所示。
表3水稳定性试验结果
Figure BDA0001930289760000062
由上表3可知，采用本专利的技术方案制备的沥青混合料，其残留稳定度、冻融劈裂强度比满足技术规范要求的残留稳定度85％、冻融劈裂强度比80％。表明混合料抗水损害能力较强，能够应用于实际沥青路面。
3、低温抗裂性试验
用-10℃间接拉伸试验(劈裂试验)评价低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料的低温抗裂性能，马歇尔试件在常温条件下养生14天，进行-10℃间接拉伸试验测试，试验结果如表4所示。
表4低温抗裂性试验结果
Figure BDA0001930289760000071
由上表4可知，采用本专利的技术方案制备的沥青混合料，其劈裂抗拉强度满足贵要要求的0.6MPa，且明显高于采用普通集料、石灰岩粉末制备的沥青混合料。
4、抗滑性试验
按试验方法T0961-1995对车辙板的构造深度进行检测；按试验方法T0964-2008对车辙板的摆值BPN进行测定，温度修正后，换算成标准温度20℃时的摆值，结果列于表5。
表5抗滑性试验结果
Figure BDA0001930289760000072
Figure BDA0001930289760000081
由上表4可知，采用本专利的技术方案制备的沥青混合料，其构造深度明显高于规范要求的0.55mm，摆值明显高于规范要求的45。
5、膨胀性试验
JTG F40-2017《公路沥青路面施工技术规范》中规定，对使用钢渣作为集料的沥青混合料，要进行活性和膨胀性试验，钢渣沥青混凝土的膨胀量不得超过1.5％。按JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中试验规程对试件进行膨胀率检测，实施例1～4的检测结果分别为0.72％、0.73％、0.76％、0.75％，比较例1～2的检测结果分别为1.23％、1.19％。

Claims (5)

1.一种中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其特征在于，由改性混合料和改性沥青组成；改性混合料按重量百分比包括改性集料92～96份、改性石灰岩矿粉4～8份；改性沥青按重量百分比包括新型温拌沥青改性剂0.32～0.41份、基质沥青3.70～3.90份；
其中，所述改性集料由改性钢渣矿料和改性玄武岩矿料组成，所述改性钢渣矿料、改性玄武岩矿料、改性石灰岩矿粉集料分别采用硅烷偶联剂进行改性制得；所述新型温拌沥青改性剂由界面粘结剂、增韧材料、固化剂组成；界面粘结剂为聚乙烯蜡、环氧树脂中至少一种；增韧材料包括聚二甲基硅油与含氢硅油；固化剂为胺类化合物，铂类化合物中至少一种；
上述中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
S1、取硅烷偶联剂、乙二醇、水按重量比9:2.5:1，混匀得偶联剂混合液；
S2、按比例和粒径要求取钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉；另取占钢渣矿料、玄武岩矿料、石灰岩矿粉总重0.7％的偶联剂混合液喷涂表面，混匀得改性集料；
S3、按比例取改性集料和改性石灰岩矿粉混匀，备用；
S4、按比例取新型温拌沥青改性剂、基质沥青，在100～120℃下混匀得改性沥青；
S5、将改性沥青加热到80～100℃喷入到步骤S4所得混合物中，搅拌33秒，制得成品。
2.根据权利要求1所述的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4.64％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料15.43％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料11.41％；所述改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：4.75～9.5mm改性玄武岩矿料42％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料11.4％，0.075 ～ 0.6mm 改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.22％。
3.根据权利要求1所述的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5～13.2mm改性钢渣矿料4％，2.36～4.75mm改性钢渣矿料13.3％，0.6～1.18mm改性钢渣矿料10.7％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75～9.5mm改性玄武岩矿料44％，1.18～2.36mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6 ～ 1.18mm 改性玄武岩矿料9.9％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为5.8％。
4.根据权利要求1所述的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述改性混合料中，改性钢渣矿料的粒径和重量百分比为：粒径4.75 ～ 9.5mm 改性钢渣矿料48.2％，1.18 ～ 2.36mm 改性钢渣矿料11.3％，0.075 ～ 0.6mm 改性钢渣矿料10％；改性玄武岩矿料的粒径和重量百分比为：粒径9.5 ～ 13.2mm 改性玄武岩矿料4％，2.36～4.75mm改性玄武岩矿料12.3％，0.6～1.18mm改性玄武岩矿料9.7％；所述改性石灰岩矿粉重量百分比为4.5％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的中低温温拌高摩阻薄层罩面沥青混合料，其特征在于，用于钢渣矿料、玄武岩矿料和石灰岩矿粉改性的硅烷偶联剂为KH-550。
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