CN111560818B - 一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法，涉及公路和市政工程技术领域，该材料具有较高的强度和较低的收缩开裂率，从而提高泡沫沥青再生材料作为基层或者下面层时的整体承载能力和路面的使用寿命；该材料的组分包括：沥青路面回收材料85‑100质量份、碎石5‑10质量份、细集料3‑5质量份、泡沫沥青2‑3质量份、水4‑5质量份、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥1‑2质量份以及纤维0.1‑0.5质量份；制备时可采用厂拌拌和或就地冷再生现场拌和的方法。本发明提供的技术方案适用于泡沫沥青路面的铺筑或翻新过程中。

Description

一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法

【技术领域】

本发明涉及公路和市政工程技术领域，尤其涉及一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法。

【背景技术】

我国公路建设发展迅速，按照沥青的设计寿命15-20年测算，从现在起，每年约有12％的沥青路面需要翻修，并还将以每年15％的速度增长。若废旧料全部再生利用，每年可节约材料费120亿元，由此所产生的环境效益将更为巨大。冷再生技术可有效解决资源浪费问题，与其他传统的施工方法相比，可节省总投资40％-50％。然而目前该技术多用于低等级公路的基层，废旧料利用率低，如果可以顺利将冷再生技术引入我国一级和二级公路的改建，所带来的经济效益无疑是十分巨大的。

泡沫沥青冷再生施工工艺高效，对路面再生集料有较高的利用率，且泡沫沥青冷再生技术是在常温下施工，不需加热沥青，避免沥青的高温老化引起性能衰减，从而提高路面的抗疲劳性能，延长路面的使用寿命。同时，该技术可在不损坏路基情况下，精确控制摊铺层厚度，改善路面使用性能，提高旧路等级。在沥青路面车辙、荷载类裂缝和非荷载类裂缝等病害的处治及路面大修工程中，现有的泡沫沥青就地冷再生混合料之间依然存在强度形成早期粘结性较差，集料存在松散以及脱粒、稳定性不足等问题。

因此，有必要研究一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法，具有较高的强度和较低的收缩开裂率，从而提高泡沫沥青再生材料作为基层或者下面层时的整体承载能力和路面的使用寿命。

一方面，本发明提供一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述材料的组分包括：沥青路面回收材料85-100质量份、碎石5-10质量份、细集料3-5质量份、泡沫沥青2-3质量份、水4-5质量份、钢渣水泥和/或矿渣水泥1-2质量份以及纤维0.1-0.5质量份。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矿渣水泥为矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥；

矿渣硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥质量份配比包括：粒化高炉矿渣75-90份、硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥熟料3-5份和石膏3-15份；

所述矿渣硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥的初凝时间≥6小时，终凝时间≤10小时，7天线膨胀率≥0.15％，28天自由膨胀率≤1.0％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥熟料的28d抗压强度大于等于50MPa。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钢渣水泥为钢渣硫铝酸盐水泥；所述钢渣硫铝酸盐水泥的组分包括：粒化高炉钢渣75-90质量份、硫铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述泡沫沥青的制备方法为：温度为160-180℃的沥青与温度为15-30℃的水发生热交换形成蒸汽，蒸汽在预设气压下被压入沥青的连续相，并将沥青喷出并冷却后得到。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述纤维为有机纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维和再生纤维中的一种或多种。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述细集料的粒径<3mm，所述碎石的粒径为10-20mm。

另一方面，本发明提供一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为厂拌拌和方法；所述厂拌拌和方法的步骤包括：

S1、根据如上任一所述的再生材料的组分配比，称取各原料组分；

S2、将沥青路面回收材料、碎石、泡沫沥青、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维以及水，用拌合设备在室温条件下搅拌均匀，得到泡沫沥青冷路面再生材料。

再一方面，本发明还提供一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为就地冷再生现场拌和的方法；所述就地冷再生现场拌和的步骤包括：

S1、根据如上任一所述的再生材料的组分配比，将所述碎石、细集料、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维撒布于路面上；

S2、利用再生设备对路面进行再生拌和，使铺筑于路面上的沥青路面回收材料与所述碎石、细集料、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维充分混合，并在拌和的过程中按配比加入泡沫沥青和水，得到泡沫沥青路面再生材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述再生设备采用下切式施工法，以确保得到的沥青路面回收材料的级配均匀。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2中加入泡沫沥青和水时，选择同时加入或者水先与泡沫沥青加入，以保证水对泡沫沥青润滑作用的充分。

还一方面，本发明提供一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的施工方法，其特征在于，采用如上任一所述的再生材料进行路面的铺筑；所述施工方法的步骤包括摊铺、碾压和养生；

摊铺：采用摊铺功率不低于120kW的摊铺设备进行基层材料的摊铺，单层碾压后摊铺厚度为8-15cm；相邻两个施工段面纵向有30-40cm的重叠；

碾压：分为初压、复压、终压；先采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备对路面进行2-3个来回的静压，即初压；再用激振力大于35t的重型震动碾压设备、18-21t三轮压路设备或25t以上的轮胎压路设备继续碾压密实，即复压；最后再采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备或胶轮碾压设备静压消除轮迹，即终压；

养生：每一段路面碾压完成并经压实度检查合格后，立即开始养生；采用自然养生；养生期不少于3d。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：可减少开裂的泡沫沥青再生混合料具有较高的强度和较低的收缩开裂率，从而提高泡沫沥青再生材料作为基层或者下面层时的整体承载能力和路面的使用寿命，可用于修建半刚性基层的长寿命沥青路面。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的减少开裂泡沫沥青路面再生材料的组成图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

现有技术中冷再生混合料之间存在的强度形成早期粘结性较差，集料存在松散以及脱粒、稳定性不足等问题，主要跟泡沫沥青的制备和再生料的级配、水泥性能有关。

本发明提供一种低开裂泡沫沥青路面再生材料，使用新型矿渣硫(铁)铝酸盐水泥和纤维的泡沫沥青路面再生材料，提高材料的抗拉性能和韧性，使材料的延性增强，可提高再生材料的抗收缩开裂能力，以避免或减少路面早期损坏现象；从环保和质量控制方面意义重大。

低开裂泡沫沥青路面再生材料的组分包括：沥青路面回收材料(RAP)85-100质量份、碎石5-10质量份、细集料3-5质量份、泡沫沥青2-3质量份、水4-5质量份、水泥1-2质量份以及纤维0.1-0.5质量份，如图1所示。其中，细集料的粒径<3mm，碎石的粒径为10-20mm。

沥青路面回收材料(RAP)是指对原有旧沥青路面进行铣刨破碎后回收的碎石材料。可以是就地再生机回收，也可以是铣刨后运回拌合楼回收。

水泥采用矿渣硫(铁)铝酸盐水泥和/或钢渣水泥。矿渣硫(铁)铝酸盐水泥主要组分数包括：粒化高炉矿渣75-90质量份、硫(铁)铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。上述所提到的硫(铁)铝酸盐水泥标号42.5以上，水泥熟料强度大于等于50MPa(28d抗压强度)。组合成的矿渣硫(铁)铝酸盐水泥的初凝时间≥6小时，终凝时间≤10小时，7天线膨胀率≥0.15％，28天自由膨胀率≤1.0％。

钢渣水泥可以是钢渣硫铝酸盐水泥，代替矿渣硫铝酸盐水泥和矿渣铁铝酸盐水泥用于泡沫沥青路面再生材料中，其所占组分也与矿渣水泥相同。钢渣硫铝酸盐水泥的组分包括：粒化高炉钢渣75-90质量份、硫铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。

泡沫沥青是由温度为160-180℃的沥青与温度为15-30℃的水发生热交换形成蒸汽，蒸汽在预设气压下被压入沥青的连续相，并将沥青喷出得到。其中，温度为160-180℃的沥青与温度为15-30℃的水在发泡腔内混合，高温的沥青与低温的水产生热交换，低温的水被加热汽化形成蒸汽，同时沥青冷却。蒸汽在预设气压的作用下被压入沥青的连续相，被压入蒸汽的沥青喷出后，温度下降的沥青形成泡沫沥青。

所使用的纤维包括有机纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维和/或再生纤维等。纤维主要起到加筋的作用。纤维均匀地分散在就地冷再生泡沫沥青混合料中，能够承受车辆行驶过程中形成的剪切作用，从而提高就地冷再生泡沫沥青混合料的抗剪切能力，能阻碍就地冷再生泡沫沥青混合料在外力作用下出现较大的裂缝。再生纤维为废旧纤维经回收、清理、破碎后得到的纤维；再生纤维具体为再生编织袋纤维、再生玻璃纤维和再生聚酯纤维中的一种或多种。

1、泡沫沥青再生混合料的拌和：泡沫沥青再生混合料可以就地冷再生现场拌和，也可以采用厂拌拌和的方法。

厂拌拌和具体的流程如下：

(1)按上述混合料的各组分要求，称取各原料组分；

(2)将RAP、碎石、泡沫沥青、水泥、纤维及水，用专用拌合设备在室温条件下搅拌均匀即可得到泡沫沥青冷再生混合料。

就地冷再生现场拌和工艺，具体如下：

按重量份数计，将碎石、细集料、水泥和矿物纤维撒布于路面上，利用再生设备对路面进行再生拌和以使得沥青混合料旧料与碎石、细集料、水泥和矿物纤维充分混合，在进行再生拌合的过程中加入泡沫沥青和水，以形成就地冷再生泡沫沥青混合料；将就地冷再生泡沫沥青混合料进行摊铺和碾压。

其中，碎石和细集料采用碎石撒布机进行撒布；水泥采用水泥撒布机进行撒布，为了避免水泥撒布后飞扬污染施工环境，在撒布水泥时，在施工边线两边各空12-15cm；纤维利用撒布车进行撒布。

另外，由再生设备对现有的路面进行铣刨。再生机采用下切式施工法，确保得到的沥青混合料旧料的级配均匀。根据配合比设计结果，对现有的路面连同碎石、细集料、水泥和矿物纤维一起进行铣刨、拌和。由于发泡后的沥青粘度降低，此时在水的润滑作用下泡沫沥青能够更好地与碎石和细集料混合，在再生拌和过程中，泡沫沥青能够均匀地包裹在细集料表面，包裹着细集料的泡沫沥青与碎石和沥青混合料旧料形成“点焊”。

在对冷再生泡沫沥青混合料进行摊铺时，建议采用沥青混合料摊铺机进行摊铺，摊铺机熨平板不需要加热。在进行碾压时，各工序紧密衔接，缩短拌合到完成碾压之间的时间。碾压后，对压实的路面晾晒养生1-3天，将就地冷再生泡沫沥青混合料中的水分蒸发，使得路面获得一定的早期强度。在车载作用下，就地冷再生泡沫沥青混合料的强度会越来越高。

2、泡沫沥青再生混合料的摊铺，应注意以下事项：

A)、混合料摊铺应保证足够的厚度，一般每层的摊铺厚度不小于8cm(碾压成型后的厚度)，最大厚度不大于15cm。

B)、当下承层施工质量检测合格后，方可开始摊铺上面结构层。采用两层连续摊铺时，下层质量出现问题时，上层应同时进行处理。

C)、应采用摊铺功率不低于120kW的沥青混凝土摊铺机或稳定材料摊铺机摊铺混合料。

D)、当采用两台摊铺机并排摊铺时，两台摊铺机的型号、出厂期应相同。在施工期间，两台摊铺机前后的间距应不超过10m，且确保两个施工段面纵向有30-40cm的重叠。

E)、在摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补。

F)、为了减少废料，便于边缘碾压，纵向宜立模板。

3、对摊铺后的泡沫沥青再生混合料进行碾压，应注意以下事项：

A)、为了确保材料的碾压质量，碾压工序应在水泥初凝前完成。

B)、为保证碾压效果，施工单位应配备足够的碾压设备。对于双向四车道高速公路或一级公路，半幅摊铺需要至少4台重型压路机；对于双向六车道的半幅摊铺，至少需要5台重型压路机。

C)、一般分为初压、复压、终压；先采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备对路面进行2-3个来回的静压，即初压；再用激振力大于35t的重型震动碾压设备、18-21t三轮压路设备或25t以上的轮胎压路设备继续碾压密实，即复压；最后再采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备或胶轮碾压设备静压消除轮迹，即终压。

D)、在碾压过程中如发现弹簧现象，应将该路段混合料挖出，重新换填新料碾压。

E)、碾压成型后的表面应平整、没有轮迹。

4、对碾压后的路面进行养生，应注意以下事项：

A)、每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生。采用自然养生即可。

B)、养生期不宜少于3d。对于二级和二级以下的公路，如养生期少于3d即铺筑沥青面层，则应限制重型车辆通行。

具体的路用性能指标要求如表1。

表1路用性能指标

实测项目	技术要求
		40℃马歇尔稳定度(KN)	≥14
15℃干劈裂强度(MPa)	≥0.65
		残留稳定度(％)	≥75
冻融劈裂强度比(％)	≥70
		动稳定度(次/mm)	≥3000

采取以上技术方案后，可以得到抗压强度和抗折强度高的泡沫沥青再生材料，适宜于各种等级的路面再生，并修建长寿命路面，可提高路面结构承载力、延长路面结构使用寿命。

以上对本申请实施例所提供的一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料及制备和施工方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (9)

1.一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述材料的组分包括：沥青路面回收材料85-100质量份、碎石5-10质量份、细集料3-5质量份、泡沫沥青2-3质量份、水4-5质量份、钢渣水泥和/或矿渣水泥1-2质量份以及纤维0.1-0.5质量份；

所述矿渣水泥为矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥；

矿渣硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥质量份配比包括：粒化高炉矿渣75-90份、硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥熟料3-5份和石膏3-15份；

所述矿渣硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥的初凝时间≥6小时，终凝时间≤10小时，7天线膨胀率≥0.15％，28天自由膨胀率≤1.0％。

2.根据权利要求1所述的减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥熟料的28d抗压强度大于等于50MPa。

3.根据权利要求1所述的减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述泡沫沥青的制备方法为：温度为160-180℃的沥青与温度为15-30℃的水发生热交换形成蒸汽，蒸汽在预设气压下被压入沥青的连续相，并将沥青喷出并冷却后得到。

4.根据权利要求1所述的减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述纤维为有机纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维和再生纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的减少开裂泡沫沥青路面再生材料，其特征在于，所述细集料的粒径<3mm，所述碎石的粒径为10-20mm。

6.一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为厂拌拌和方法；所述厂拌拌和方法的步骤包括：

S1、根据权利要求1-5任一所述的再生材料的组分配比，称取各原料组分；

S2、将沥青路面回收材料、碎石、泡沫沥青、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维以及水，用拌合设备在室温条件下搅拌均匀，得到泡沫沥青冷路面再生材料。

7.一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为就地冷再生现场拌和的方法；所述就地冷再生现场拌和的步骤包括：

S1、根据权利要求1-5任一所述的再生材料的组分配比，将所述碎石、细集料、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维撒布于路面上；

S2、利用再生设备对路面进行再生拌和，使铺筑于路面上的沥青路面回收材料与所述碎石、细集料、矿渣硫铝酸盐和/或铁铝酸盐水泥、纤维充分混合，并在拌和的过程中按配比加入泡沫沥青和水，得到泡沫沥青路面再生材料。

8.根据权利要求7所述的减少开裂泡沫沥青路面再生材料的制备方法，其特征在于，所述再生设备采用下切式施工法，以确保得到的沥青路面回收材料的级配均匀；

所述S2中加入泡沫沥青和水时，选择同时加入或者水先与泡沫沥青加入，以保证水对泡沫沥青润滑作用的充分。

9.一种减少开裂泡沫沥青路面再生材料的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的再生材料进行路面的铺筑；所述施工方法的步骤包括摊铺、碾压和养生；

摊铺：采用摊铺功率不低于120kW的摊铺设备进行基层材料的摊铺，单层碾压后摊铺厚度为8-15cm；相邻两个施工段面纵向有30-40cm的重叠；

碾压：分为初压、复压和终压；初压为采用碾压设备静压2-3遍；复压为用震动碾压设备或重型碾压设备碾压密实；终压为采用双钢轮碾压设备或胶轮碾压设备静压以消除轮迹；

养生：每一段路面碾压完成并经压实度检查合格后，立即开始养生；养生期不少于3d。

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