CN110981286B - 一种彩色透水路面上面层沥青混合料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色透水路面上面层沥青混合料及制备方法，本发明涉及的沥青混合料包括如下原材料：脱色沥青、3‑5mm集料、5‑10mm集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；主要采用全部小粒径集料(3‑5mm)与部分粒径较大集料(5‑10mm)掺混的方式下分散颗粒木质素纤维，并且采用复合改性矿粉与原料混合的方式制备该沥青混合料；所述沥青混合料具有透水、美观一体化的功能，通过相关性能指标试验证明其具有良好的路用性能与耐久性能，对于构建“海绵城市透水***”，实现了良性水文循环、生态节能的建设目标有着重要意义。

Description

一种彩色透水路面上面层沥青混合料及制备方法

技术领域：

本发明属于道路工程技术领域，尤其是一种彩色透水路面上面层沥青混合料及制备方法。

背景技术：

传统沥青或水泥混凝土路面大多采用不透水结构，地表径流水直接流入城市排水***，这不仅加剧了城市排水压力，同时雨水等不能直接渗入到地下，严重影响了其利用效率；同时雨水流经道路汇聚于排水***时会溶入一些其他杂质对其造成污染，对生态环境造成了新的破坏。其次，由于雨水不能及时排出路表，大量雨水滞留于路面，行车过程中极易发生“漂滑”、“眩光”等现象，严重影响了行车安全；其次密实路面不易吸收车辆行车时产生的噪声，在噪声传播抑制方面发挥的作用较小。此外，现代城市由于其整体布局规划、局部建筑群分布状况，大多存在“热岛效应”，不透水路面结构则会加剧这种效应，而由于不透水路面色泽较暗淡，缺乏生机活力，因此现代城市也被称之为“灰色热岛”；而透水路面结构可以完善城市排水***，提供良好的排水泄水功能，减少城市“热岛效应”，改善城市生态环境，符合绿色城市的发展要求。

透水路面结构中面层的设计至关重要，面层不仅需要满足日常交通行驶的需求，同时应兼具耐久、透水、美观等性能需求。但是目前透水沥青路面存在有以下问题：透水路面的透水性不能满足及时将雨水排出的路面要求，造成雨水积存，影响透水路面的使用寿命；彩色面层服役时间较长后易褪色等。

《不同种类纤维沥青混合料性能及其经济指标对比研究》(陈磊，石家庄铁道大学，硕士论文，2017年6月)公开了纤维掺入到沥青混合料中时先将纤维与集料进行分散，并研究了不同温度下纤维包裹在集料表面程度进行了分析，并利用纤维沥青混合料路面铺筑进行渗水试验，结果表明路面均不渗水。但是并未对集料在搅拌过程中会产生棱角磨损及对透水路面沥青混合料的力学性能造成的影响进行探讨研究。

目前现有技术中，虽然已有利用沥青改性剂制备出透水沥青混合料，但是造价较高，且制备出的沥青混合料颜色单一，为传统的“黑色路面”，且多使用单一石灰岩矿粉或者消石灰等作为透水沥青混合料的填料；现有技术中的彩色沥青路面，在较为繁忙的道路上彩色耐久性差，车辆在行驶过程中轮胎与路面的摩擦等会造成颜料的脱落，日常阳光照射等致使沥青胶结料老化、尘土污渍等均会造成沥青路面的褪色，使用年限短，同时透水沥青混合料的制备方式同样会对其性能造成较大影响。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种彩色透水路面上面层沥青混合料及制备方法。

本发明涉及的沥青混合料及其制备方法，利用石灰岩矿粉和消石灰混合增效，并且将颗粒木质素纤维与部分集料进行预搅拌混合加热，通过上述过程，不仅提高了路面的透水率，而且透水路面经过长时间服役后仍具备较好的透水性能及路用性能。

目前彩色沥青路面所用的沥青胶结料一般为脱色沥青，其组成与常规使用的石油沥青有着本质区别，脱色沥青主要是由树脂、改性剂、助剂等组成，其技术性质与常用石油沥青有着较大区别；彩色沥青路面也不同于一般的石油沥青路面，颜料与沥青混合料之间的配伍性以及色彩的耐久性等问题均需要考虑，本发明涉及的复合矿粉加入到彩色沥青混合料中后，增强了脱色沥青与集料之间的黏附性，同时也增加了铁红在沥青混合料中的耐久性能。

颗粒木质素纤维与集料进行预搅混合，颗粒木质素纤维的分散主要依靠粗集料搅拌过程中产生的的剪切力来实现，但粒径较大集料(5-10mm)在与颗粒木质素纤维搅拌时间过长会使得集料在相互冲击作用下棱角磨损，对后期力学性能造成影响；小粒径集料(3-5mm)对骨架形成作用影响不大，主要起填充作用，因此将小粒径集料(3-5mm)与颗粒木质素纤维先进行搅拌，但若只使用小粒径集料(3-5mm)剪切力不足会导致木质素纤维分散不够均匀，所以采用全部小粒径集料(3-5mm)与部分粒径较大集料(5-10mm)掺混的方式下分散颗粒木质素纤维，将掺混料搅拌均匀，加热保温，制备成混合料I，可以较好的分散纤维，且能保证集料的完整性。

将上述制备的混合料与剩余的粒径较大集料(5-10mm)混合搅拌均匀制得混合料II，然后加入复合改性矿粉，搅拌均匀加热保温，已分散的颗粒木质素纤维可继续裹覆在剩余集料表面，此时集料表面裹覆有颗粒木质素纤维，比表面积增大，因此可以使得复合改性矿粉更加均匀地吸附在混合料II的表面，这样可增加沥青与集料之间的粘附力；同时，使得颗粒木质素纤维在透水沥青混合料中加筋作用更为明显，对透水沥青混合料的力学性能及耐久性能均有提升。

本发明的技术方案如下：

一种彩色透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，消石灰粉所占比例为35％～40％，石灰岩矿粉所占比例为60％～65％；

根据本发明优选的，所述透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料组成，均按重量份计：脱色沥青3.1～3.42份、3-5mm的集料39.5～41份、5-10mm的集料50.5～52.5份、复合改性矿粉1.8～1.95份、颗粒木质素纤维0.3～0.4份、铁红2.6～2.9份。

根据本发明优选的，所述透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料组成，均按重量份计：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、复合改性矿粉1.93份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

进一步优选的，所述消石灰粉所占比例为40％，石灰岩矿粉所占比例为60％。

根据本发明优选的，所述颗粒木质素纤维：灰分含量为13％～23％，pH值为6.5～8.5，吸油率≥纤维自身质量的5倍，热失重≤6％，含水率＜5％。

进一步优选的，所述颗粒木质素纤维：灰分含量为17％，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2％，含水率为2.3％。

上述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

步骤2：将全部3-5mm的集料、部分5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至120℃～145℃，并保温45min～60min，制得混合料1；

所述步骤2中部分5-10mm的集料为5-10mm的集料全部重量的20％-40％；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与剩余5-10mm的集料混合均匀，然后加入复合改性矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min-40min制得混合料2；

步骤4：将步骤3制得的混合料2、铁红和脱色沥青于160℃混合均匀，即得到彩色透水路面上面层沥青混合料。

根据本发明优选的，所述步骤1中按原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青3.1～3.42份、3-5mm的集料39.5～41份、5-10mm的集料50.5～52.5份、复合改性矿粉1.8～1.95份、颗粒木质素纤维0.3～0.4份、铁红2.6～2.9份。

根据本发明优选的，所述步骤1中按原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、复合改性矿粉1.93份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

根据本发明优选的，所述步骤2中将全部3-5mm的集料、33％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀。

所述脱色沥青、铁红符合《彩色沥青混凝土》(GB/T 32984-2016)的普通彩色沥青胶结料的要求；集料、复合改性矿粉符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的相关要求；颗粒木质素纤维符合《沥青路面用木质素纤维》JT/T 533-2004的规范要求。

本发明的有益成果

1、消石灰与石灰岩矿粉共同加入后能够产生协同作用，不仅增加脱色沥青与集料之间的黏附性；同时，矿粉与消石灰粉相混合可以大大提高沥青混凝土的抗水损坏性能，这对透水沥青路面来说尤其重要。

2、复合矿粉加入到彩色沥青混合料中后，增强了脱色沥青与集料之间的黏附性，同时也增加了铁红在沥青混合料中的耐久性能。

3、采用颗粒木质素纤维、全部小粒径集料(3-5mm)和部分粒径较大集料(5-10mm)先混合均匀的方式，增加了颗粒木质素纤维的分散程度，且能保证集料的完整性，使得颗粒木质素纤维可以更好地包裹在集料表面，有利于沥青与集料之间的粘附作用；同时，使得颗粒木质素纤维在透水沥青混合料中加筋作用更为明显，对透水沥青混合料的力学性能及耐久性能均有提升。

4、本发明制得的透水沥青混合料具有较好的路用性能、耐久性能及美观性能，透水性好，可以快速将雨水通过孔隙排出路面，减轻了城市排水***的压力，缓解了“城市热岛”效应，对于保护生态环境具有重要意义。

附图说明：

图1：实施例1制备的沥青混合料铺筑路面后的效果照片

图2：实施例1制备的沥青混合料铺筑路面使用2年后的效果照片

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但保护范围不限于此。

实施例中未详加说明的内容，均按本领域现有技术。

原料来源：

本实施例中所用脱色沥青：购自山东德州蓝石道路工程有限公司，普通市售产品，技术指标为见表1。

颗粒木质素纤维：购自常州筑威建筑材料有限公司，普通市售产品，灰分含量为17％，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2％，含水率为2.3％。

实施例中涉及的5-10mm的集料为5-10mm的石灰岩碎石，3-5mm的集料为3-5mm的石灰岩碎石，普通市售产品，其筛分结果见表2：

铁红：购自天源化工有限公司，普通市售产品，其性能指标见表3。

石灰岩矿粉、消石灰粉均购自灵寿县光辉矿产品加工厂有限公司，普通市售产品。

表1脱色沥青性能指标

表2碎石筛分结果

表3氧化铁红性能指标

实施例1

一种彩色透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料，均按重量份计：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、复合改性矿粉1.93份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

所述颗粒木质素纤维：灰分含量为17％，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2％，含水率为2.3％。

所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，所述消石灰粉所占比例为40％，石灰岩矿粉所占比例为60％。

上述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，具体制备方法如下：

步骤1：按上述原材料的重量份称取以下各组分：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

步骤2：将全部3-5mm的集料、33％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与剩余5-10mm集料混合均匀，然后加入复合改性矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min制得混合料2；

步骤4：将步骤3制得的混合料2、铁红和脱色沥青于160℃混合均匀，即得到透水路面上面层沥青混合料。

实施例2

一种彩色透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料，均按重量份计：脱色沥青3.42份、3-5mm的集料39.5份、5-10mm的集料52份、复合改性矿粉1.95份、颗粒木质素纤维0.4份、铁红2.9份。

所述颗粒木质素纤维：灰分含量为17％，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2％，含水率为2.3％。

所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，所述消石灰粉所占比例为40％，石灰岩矿粉所占比例为60％。

上述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，与实施例1不同之处如下:

所述步骤2中将全部3-5mm的集料、22％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1。

实施例3

一种彩色透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料，均按重量份计：脱色沥青3.1份、3-5mm的集料39.82份、5-10mm的集料50.68份、复合改性矿粉1.8份、颗粒木质素纤维0.3份、铁红2.6份。

所述颗粒木质素纤维：灰分含量为17％，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2％，含水率为2.3％。

所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，其比例为：所述消石灰粉所占比例为35％，石灰岩矿粉所占比例为65％。

上述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，与实施例1不同之处如下：

所述步骤2中将全部3-5mm的集料、40％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1。

对比例1

一种彩色透水路面上面层沥青混合料，包括如下原材料，均按重量份计：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、消石灰粉0.772份、石灰岩矿粉1.158份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

上述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，具体制备方法如下：

步骤1：按上述原材料的重量份称取以下各组分：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、消石灰粉、石灰岩矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

步骤2：将全部3-5mm的集料、33％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与剩余5-10mm的集料混合均匀，然后加入消石灰粉混合均匀，再加入石灰岩矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min制得混合料2；

步骤4：将步骤3制得的混合料2、铁红和脱色沥青于160℃混合均匀，即得到透水路面上面层沥青混合料。

对比例2

与实施例1不同之处在于，所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，所述消石灰粉所占比例为26％，石灰岩矿粉所占比例为74％。

对比例3

与实施例1不同之处在于，所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，所述消石灰粉所占比例为52％，石灰岩矿粉所占比例为48％。

对比例4

与实施例1相比，不同之处在于所述复合改性矿粉为石灰岩矿粉，不含有消石灰粉。

对比例5

与实施例1相比，不同之处在于所述复合改性矿粉为消石灰粉，不含有石灰岩矿粉。

对比例6

与实施例1相比，不同之处在于沥青混合料的制备方法，具体不同如下：

所述步骤2中将全部3-5mm集料、10％5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1。

对比例7

与实施例1相比，不同之处在于所述沥青混合料的制备方法不同，具体不同如下：

步骤2：将全部3-5mm的集料、全部5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至130℃，并保温45min，制得混合料1；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与复合改性矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min制得混合料2。

对比例8

与实施例1相比，不同之处在于将脱色沥青改为普通70号道路石油沥青，由山东坤达公路材料公司提供。

效果例1

实施例1-3与对比例1-7的沥青混合料性能指标见表4，沥青混合料的检测技术在标准参照《公路沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011。

表4实施例1-3与对比例1-7的沥青混合料指标

由表4数据结果显示，本发明涉及的技术方案制备的透水路面上面层沥青混合料各项指标的效果显著，所述的沥青混合料马歇尔稳定度和动稳定度显著提高，透水性好。

消石灰的加入可以增加集料表面的钙离子，可以与脱色沥青中的酸性物质生成难溶于水的盐，增加了脱色沥青与集料之间的黏附性，同时消石灰可以中和部分极性分子，延缓了胶浆的老化；矿粉作为填料不仅可以起到填充集料骨架孔隙的作用，与脱色沥青胶浆之间的交互作用同时可以增加胶浆与集料之间的粘附力；消石灰与石灰岩矿粉混合后使用，并且组成比例为消石灰粉占35％～40％，石灰岩矿粉占60％～65％时产生一定的协同作用使制备的沥青混合料的各项指标综合效果优于将上述两种原料不混合而是分别加入或者其他比例混合加入制备的沥青混合料，不仅增加脱色沥青与集料之间的黏附性，同时，矿粉与消石灰粉相混合可以大大提高沥青混凝土的抗水损坏性能，这对透水沥青路面来说尤其重要。

采用颗粒木质素纤维、全部小粒径集料(3-5mm)和20％-40％粒径较大集料(5-10mm)，尤其和是33％的粒径较大集料(5-10mm)先混合均匀的方式，增加了颗粒木质素纤维的分散程度，使得颗粒木质素纤维可以更好地包裹在集料表面，有利于沥青与集料之间的粘附作用，还保证了集料的完整性，同时，使得颗粒木质素纤维在透水沥青混合料中加筋作用更为明显，对透水沥青混合料的力学性能及耐久性能均有提升。

本发明提供了一种彩色透水路面上面层沥青混合料及其制备方法，所述沥青混合料具有透水、美观一体化的功能，通过相关性能指标试验证明其具有良好的路用性能与耐久性能，对于构建“海绵城市透水***”，实现了良性水文循环、生态节能的建设目标有着重要意义。

效果例2

实施例1制备的透水路面上面层沥青混合料进行路段试验检测铁红在沥青混合料中的耐久性能铺筑试验路段为泰安市博阳路。

实施例1制备的沥青混合料铺筑路面后的效果照片见图1，实施例1制备的沥青混合料铺筑路面使用两年后的效果照片见图2。

由图1、图2可知，通过铺筑试验路段表明：掺加复合矿粉及使用本发明的制备方式所生产的沥青混合料性能较为优异，试验路段在运行两年之后彩色沥青路面，颜色完整性良好，由于复合矿粉加入到彩色沥青混合料中后，增强了脱色沥青与集料之间的黏附性，同时也增加了铁红在沥青混合料中的耐久性能。

Claims (8)

1.一种彩色透水路面上面层沥青混合料，其特征在于，包括如下原材料：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

所述复合改性矿粉为：消石灰粉与石灰岩矿粉混合，消石灰粉所占比例为35%~40%，石灰岩矿粉所占比例为60%~65%；

所述沥青混合料，包括如下原材料组成，均按重量份计：脱色沥青3.1~3.42份、3-5mm的集料39.5~41份、5-10mm的集料50.5~52.5份、复合改性矿粉1.8~1.95份、颗粒木质素纤维0.3~0.4份、铁红2.6~2.9份；

所述沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按上述原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

步骤2：将全部3-5mm的集料、部分 5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至120℃~145℃，并保温45min~60min，制得混合料1；

所述步骤2中部分5-10mm的集料为5-10mm的集料全部重量的20%-40%；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与剩余5-10mm的集料混合均匀，然后加入复合改性矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min-40min制得混合料2；

步骤4：将步骤3制得的混合料2、铁红和脱色沥青于160℃混合均匀，即得到彩色透水路面上面层沥青混合料。

2.如权利要求1所述沥青混合料，其特征在于，包括如下原材料组成，均按重量份计：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、复合改性矿粉1.93份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

3.如权利要求1-2任一所述沥青混合料，其特征在于，所述复合改性矿粉，消石灰粉所占比例为40%，石灰岩矿粉所占比例为60%。

4.如权利要求1-2任一所述沥青混合料，其特征在于，所述颗粒木质素纤维：灰分含量为13%~23%，pH值为6.5~8.5，吸油率≥纤维自身质量的5倍，热失重≤6%，含水率＜5%。

5.如权利要求1-2任一所述沥青混合料，其特征在于，所述颗粒木质素纤维：灰分含量为17%，pH值为7.0，吸油率为6.3倍，热失重为2%，含水率为2.3%。

6.权利要求1所述透水路面上面层沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：按上述原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青、3-5mm的集料、5-10mm的集料、复合改性矿粉、颗粒木质素纤维、铁红；

步骤2：将全部3-5mm的集料、部分5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀，然后加热至120℃~145℃，并保温45min~60min，制得混合料1；

所述步骤2中部分5-10mm的集料为5-10mm的集料全部重量的20%-40%；

步骤3：将步骤2制得的混合料1与剩余5-10mm的集料混合均匀，然后加入复合改性矿粉混合均匀，并维持温度为130℃保温30min-40min制得混合料2；

步骤4：将步骤3制得的混合料2、铁红和脱色沥青于160℃混合均匀，即得到彩色透水路面上面层沥青混合料。

7.如权利要求6所述沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中按原材料组成的重量份称取以下各组分：脱色沥青3.12份、3-5mm的集料40.3份、5-10mm的集料51.3份、复合改性矿粉1.93份、颗粒木质素纤维0.38份、铁红2.89份。

8.如权利要求6-7任一所述沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中将全部3-5mm的集料、33% 5-10mm的集料和颗粒木质素纤维混合均匀。

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