CN110803894A - 一种自愈合半柔性路面材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自愈合半柔性路面材料及其制备方法和应用，属于道路工程领域。本发明所述的自愈合半柔性路面材料，由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％‑28％的母体沥青混合料制备而成。本发明提供的自愈合半柔性路面材料，通过自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％‑28％的母体沥青混合料制备而成，有效提高了半柔性路面的路用性能，抗开裂性能提高，耐久性好，延长了半柔性路面的使用年限。

Description

一种自愈合半柔性路面材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种自愈合半柔性路面材料及其制备方法和应用，属于道路工程领域。
背景技术
半柔性路面以沥青混合料为骨架，在大空隙沥青混合料中灌入特殊水泥浆液形成的复合路面。半柔性路面的高温稳定性优于沥青路面，还兼具水泥路面优越的抗变形、抗水损害及抗滑等特点，同时其低温抗裂性能优于水泥路面，另外还不设接缝，增强了行车舒适感。最初该路面形式主要用于广场、停车场、人行道，随着半柔性路面结构设计、施工的规范化，开始在高等级公路有了一定的应用。
半柔性路面材料采用水泥和沥青作为胶结料，这两种材料在强度、刚度以及温度敏感性方面存在较大差异，在温度、交通荷载下产生不均匀变形而导致的开裂问题是该种路面发展与推广的最大阻碍。另外，半柔性路面的修复过程复杂、养生时间较长，在维修期间对维修路段的通行能力会造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗开裂性提供的自愈合半柔性路面材料。
本发明的另一目的是提供所述自愈合半柔性路面材料的制备方法。
本发明的再一目的是提供所述自愈合半柔性路面材料在半柔性路面中的应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种自愈合半柔性路面材料，所述自愈合半柔性路面材料由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％-28％的母体沥青混合料制备而成。
不同空隙率的母体沥青混合料配合比中，当所述母体沥青混合料的空隙率为25％时，所述油石比为3.6％；当所述母体沥青混合料的空隙率为28％时，所述油石比为3.3％。
不同空隙率的母体沥青混合料配合比中，使用筛网的筛孔孔径为16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm时，所述母体沥青混合料的空隙率为25％对应的通过率分别为100％、94.6％、64.1％、12.4％、4.7％，所述母体沥青混合料的空隙率为28％对应的通过率分别为100％、94.6％、64.4％、11.9％、4.3％。
优选地，以重量百分含量计，所述自愈合ECC砂浆包括如下组分：水泥33.7％、细砂20％、粉煤灰23％、减水剂0.4％、减缩剂0.6％、稳定剂0.2％、早强剂0.6％、快硬剂5.7％、水14.8％和纤维1％。
所述自愈合ECC砂浆中，所述纤维重量百分含量为1％时，所述自愈合ECC砂浆流动度最大，更容易灌浆，即更容易灌入母体沥青混合料。
本发明提供的所述自愈合ECC砂浆用水量少，只有自愈合ECC砂浆百分含量的14.8％，使的ECC砂浆中有较多未水化的活性物质，在不同环境下活性矿物质发生二次水化，有利于自愈合的发生。
优选地，所述粉煤灰为二级粉煤灰，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述减缩剂为SKY减缩剂，所述早强剂为甲酸钙、所述稳定剂为纤维素醚、所述快硬剂为非晶质硫铝酸钙、所述纤维为聚乙烯醇纤维。
优选地，所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为5-10mm。
本发明提供所述的自愈合半柔性路面材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)母体沥青混合料和自愈合ECC砂浆的制备；
(2)将步骤(1)制备的自愈合ECC砂浆灌入步骤(1)制备的母体沥青混合料中，制备成半圆试件，然后基于半圆弯曲的自愈合性能试验，确定所述母体沥青混合料的空隙率。
作为本发明所述自愈合半柔性路面材料的制备方法的一种优选实施方式，所述半圆试件的直径为15cm、厚度为5cm。
作为本发明所述自愈合半柔性路面材料的制备方法的一种优选实施方式，所述半圆弯曲的自愈合性能试验包括如下步骤：
(1)制备不同空隙率的母体沥青混合料半圆试件，每一个空隙率成型半圆试件16个；
(2)随机取8个同一空隙率的半圆试件灌入所述自愈合ECC砂浆，养护7d得到自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(3)将另外8个同一空隙率的半圆试件同时灌入未掺聚乙烯醇纤维的普通砂浆，养护7d得到半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(4)取步骤(2)或步骤(3)所述的半圆弯曲试验试件8个分为2组，第1组开展半圆弯曲试验，记录养护7d后的半圆弯曲最大抗弯拉强度R1，然后在室温条件下继续养护7d，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；将压力机量程调整为R1，对第2组进开展半圆弯曲试验，然后在60℃的恒温水箱中继续养护7d，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；其中，R2和R1的比值即为所述半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI；HI＝R2/R1；
(5)绘制不同半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI曲线，与步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件相比，当步骤(2)所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI大于30％，在60℃的恒温水箱养护时，HI大于40％，即认为所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件具备自愈合性能，然后确定所述母体沥青混合料的空隙率。
作为本发明所述自愈合半柔性路面材料的制备方法的一种优选实施方式，步骤(4)中，所述半圆弯曲试验中，压力机的加载速率为0.5mm/min。
作为本发明所述自愈合半柔性路面材料的制备方法的一种优选实施方式，步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI为18％；在60℃的恒温水箱养护时，HI为22％。
本发明提供所述的自愈合半柔性路面材料在半柔性路面中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的自愈合半柔性路面材料，通过自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％-28％的母体沥青混合料制备而成，有效提高了半柔性路面的路用性能，抗开裂性能提高，耐久性好，延长了半柔性路面的使用年限；
(2)本发明提供所述的自愈合半柔性路面材料的制备方法，通过自愈合ECC砂浆灌入母体沥青混合料中，制备成半圆试件，基于半圆弯曲的自愈合性能试验确定所述母体沥青混合料的空隙率，在该制备方法下可实现自愈合半柔性路面材料的大规模工业化生产。
附图说明
图1为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件进行半圆弯曲试验的示意图；
图2为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件进行半圆弯曲试验后的结果示意图；
图3为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件在养护后进行半圆弯曲试验的示意图；
图4为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件第2次进行半圆弯曲试验后的结果示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例为本发明的一种自愈合半柔性路面材料，由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％的母体沥青混合料制备而成。
其中，以重量百分含量计，所述自愈合ECC砂浆包括如下组分：水泥33.7％、细砂20％、二级粉煤灰23％、聚羧酸减水剂0.4％、SKY减缩剂0.6％、纤维素醚0.2％、甲酸钙0.6％、非晶质硫铝酸钙5.7％、水14.8％和聚乙烯醇纤维1％。
所述25％的母体沥青混合料配合比中，所述油石比为3.6％，使用筛网的筛孔孔径为16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm时，所述母体沥青混合料的空隙率为25％对应的通过率分别为100％、94.6％、64.1％、12.4％、4.7％。
实施例2
本实施例为本发明的一种自愈合半柔性路面材料，由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为28％的母体沥青混合料制备而成。
其中，以重量百分含量计，所述自愈合ECC砂浆包括如下组分：水泥33.7％、细砂20％、二级粉煤灰23％、聚羧酸减水剂0.4％、SKY减缩剂0.6％、纤维素醚0.2％、甲酸钙0.6％、非晶质硫铝酸钙5.7％、水14.8％和聚乙烯醇纤维1％。
所述28％的母体沥青混合料配合比中，所述油石比为3.3％，使用筛网的筛孔孔径为16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm时，所述母体沥青混合料的空隙率为25％对应的通过率分别为100％、94.6％、64.4％、11.9％、4.3％。
实验例1
本实验例为实施例1所述的自愈合半柔性路面材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备实施例1所述的母体沥青混合料和所述的自愈合ECC砂浆；
(2)将步骤(1)制备的自愈合ECC砂浆灌入步骤(1)制备的母体沥青混合料中，制备成直径为15cm、厚度为5cm半圆试件，然后基于半圆弯曲的自愈合性能试验，确定所述母体沥青混合料的空隙率。
其中，所述半圆弯曲的自愈合性能试验包括如下步骤：
(1)制备空隙率为25％的母体沥青混合料半圆试件，每一个空隙率成型半圆试件16个；
(2)随机取8个空隙率为25％的半圆试件灌入所述自愈合ECC砂浆，养护7d得到自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(3)将另外8个空隙率为25％的半圆试件同时灌入未掺聚乙烯醇纤维的普通砂浆，养护7d得到半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(4)取步骤(2)或步骤(3)所述的半圆弯曲试验试件8个分为2组，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下，对第1组开展半圆弯曲试验，记录养护7d后的半圆弯曲最大抗弯拉强度R1，然后在室温条件下继续养护7d，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；将压力机量程调整为R1，加载速率为0.5mm/min，对第2组进开展半圆弯曲试验，然后在60℃的恒温水箱中继续养护7d，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；其中，R2和R1的比值即为所述半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI；HI＝R2/R1；
(5)绘制不同半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI曲线，步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件中，在室温条件养护时，HI为18％；在60℃的恒温水箱养护时，HI为22％；与此相比，当步骤(2)所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI大于30％，在60℃的恒温水箱养护时，HI大于40％，即认为所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件具备自愈合性能，然后确定所述母体沥青混合料的空隙率。
半圆弯曲实验结果：25％空隙率普通砂浆半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI如表1所示。实施例1的25％空隙率自愈合半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI如表2所示。
表1 25％空隙率普通砂浆半柔性路面材料半圆三点弯曲试验结果
表2 25％空隙率自愈合半柔性路面材料半圆三点弯曲试验结果
Figure BDA0002287223060000072
由表1和表2对比可知，25％空隙率普通砂浆半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI分别为18％和22％；实施例1的25％空隙率自愈合半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI分别为32％和41％，显然，将ECC砂浆灌入空隙率为25％的母体沥青混合料制备25％空隙率自愈合半柔性路面材料，其具备较好的自愈合性能。
实验例2
本实验例为实施例2所述的自愈合半柔性路面材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备实施例2所述的母体沥青混合料和所述的自愈合ECC砂浆；
(2)将步骤(1)制备的自愈合ECC砂浆灌入步骤(1)制备的母体沥青混合料中，制备成直径为15cm、厚度为5cm半圆试件，然后基于半圆弯曲的自愈合性能试验，确定所述母体沥青混合料的空隙率。
其中，所述半圆弯曲的自愈合性能试验包括如下步骤：
(1)制备空隙率为28％的母体沥青混合料半圆试件，每一个空隙率成型半圆试件16个；
(2)随机取8个空隙率为28％的半圆试件灌入所述自愈合ECC砂浆，养护7d得到自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(3)将另外8个空隙率为28％的半圆试件同时灌入未掺聚乙烯醇纤维的普通砂浆，养护7d得到半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(4)取步骤(2)或步骤(3)所述的半圆弯曲试验试件8个分为2组，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下，对第1组开展半圆弯曲试验，记录养护7d后的半圆弯曲最大抗弯拉强度R1，然后在室温条件下继续养护7d，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；将压力机量程调整为R1，加载速率为0.5mm/min，对第2组进开展半圆弯曲试验，然后在60℃的恒温水箱中继续养护7d，在压力机的加载速率为0.5mm/min条件下再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；其中，R2和R1的比值即为所述半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI；HI＝R2/R1；
(5)绘制不同半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI曲线，步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件中，在室温条件养护时，HI为16％；在60℃的恒温水箱养护时，HI为21％；与此相比，当步骤(2)所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI大于30％，在60℃的恒温水箱养护时，HI大于40％，即认为所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件具备自愈合性能，然后确定所述母体沥青混合料的空隙率。
半圆弯曲实验结果：28％空隙率普通砂浆半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI如表3所示。实施例2的28％空隙率自愈合半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI如表4所示。
表3 28％空隙率普通砂浆半柔性路面材料半圆三点弯曲试验结果
Figure BDA0002287223060000091
表4 28％空隙率自愈合半柔性路面材料半圆三点弯曲试验结果
Figure BDA0002287223060000092
由表3和表4可知，28％空隙率普通砂浆半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI分别为16％和21％；实施例2的28％空隙率自愈合半柔性路面材料在室温条件养护和60℃的恒温水箱养护时，自愈合指标HI分别为30％和41％，显然，将ECC砂浆灌入空隙率为28％的母体沥青混合料制备28％空隙率自愈合半柔性路面材料，其具备较好的自愈合性能。
图1为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件进行半圆弯曲试验的示意图；图2为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件进行半圆弯曲试验后的结果示意图；图3为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件在养护后进行半圆弯曲试验的示意图；图4为自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件第2次进行半圆弯曲试验后的结果示意图。由图1-图4可知，本发明由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％-28％的母体沥青混合料制备而成的自愈合半柔性路面材料，具备较好的自愈合性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种自愈合半柔性路面材料，其特征在于，所述自愈合半柔性路面材料由自愈合ECC砂浆灌入空隙率为25％-28％的母体沥青混合料制备而成。
2.如权利要求1所述的自愈合半柔性路面材料，其特征在于，以重量百分含量计，所述自愈合ECC砂浆包括如下组分：水泥33.7％、细砂20％、粉煤灰23％、减水剂0.4％、减缩剂0.6％、稳定剂0.2％、早强剂0.6％、快硬剂5.7％、水14.8％和纤维1％。
3.如权利要求2所述的自愈合半柔性路面材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述减缩剂为SKY减缩剂，所述早强剂为甲酸钙、所述稳定剂为纤维素醚、所述快硬剂为非晶质硫铝酸钙、所述纤维为聚乙烯醇纤维。
4.如权利要求3所述的自愈合半柔性路面材料，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为5-10mm。
5.如权利要求1-4任一所述的自愈合半柔性路面材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)母体沥青混合料和自愈合ECC砂浆的制备；
(2)将步骤(1)制备的自愈合ECC砂浆灌入步骤(1)制备的母体沥青混合料中，制备成半圆试件，然后基于半圆弯曲的自愈合性能试验，确定所述母体沥青混合料的空隙率。
6.如权利要求5所述的制备方法，所述半圆试件的直径为15cm、厚度为5cm。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述半圆弯曲的自愈合性能试验包括如下步骤：
(1)制备不同空隙率的母体沥青混合料半圆试件，每一个空隙率成型半圆试件16个；
(2)随机取8个同一空隙率的半圆试件灌入所述自愈合ECC砂浆，养护7d得到自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(3)将另外8个同一空隙率的半圆试件同时灌入未掺聚乙烯醇纤维的普通砂浆，养护7d得到半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件；
(4)取步骤(2)或步骤(3)所述的半圆弯曲试验试件8个分为2组，第1组开展半圆弯曲试验，记录养护7d后的半圆弯曲最大抗弯拉强度R1，然后在室温条件下继续养护7d，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；将压力机量程调整为R1，对第2组进开展半圆弯曲试验，然后在60℃的恒温水箱中继续养护7d，再开展半圆弯曲试验，得到自愈合抗弯拉强度为R2；其中，R2和R1的比值即为所述半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI；
(5)绘制不同半圆弯曲试验试件的自愈合指标HI曲线，与步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件相比，当步骤(2)所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI大于30％，在60℃的恒温水箱养护时，HI大于40％，即认为所述的自愈合半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件具备自愈合性能，然后确定所述母体沥青混合料的空隙率。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述半圆弯曲试验中，压力机的加载速率为0.5mm/min。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件，在室温条件养护时，HI为18％；在60℃的恒温水箱养护时，HI为22％。
10.如权利要求1-4任一所述的自愈合半柔性路面材料在半柔性路面中的应用。
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