CN111574133B - 水泥稳定碎石基层材料、其制备方法及沥青路面 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水泥稳定碎石基层材料、其制备方法及沥青路面，涉及建材技术领域。水泥稳定碎石基层材料的原料包括骨料70‑85份、水泥4‑5.5份、再生细集料15‑30份和水4‑5.5份；其中，再生细集料是由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0‑3mm的粉料。水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其将上述水泥稳定碎石基层材料的原料进行混合，利用石油分离所得到的再生细集料显著改善了水泥稳定碎石的抗裂性能，制备得到的水泥稳定碎石铺设而得的沥青路面具有很好的抗裂性能。

Description

水泥稳定碎石基层材料、其制备方法及沥青路面

技术领域

本发明涉及建材技术领域，且特别涉及水泥稳定碎石基层材料、其制备方法及沥青路面。

背景技术

油石分离技术是近几年出现的新型的路面再生方法，采用现有的废旧沥青混合料分离再生加工设备可将废旧沥青路面铣刨料（RAP）中的集料与老化沥青进行分离，从而再生为10-15mm、5-10mm、3-5mm的干净集料和0-3mm细RAP粉料，其中表面洁净的3mm以上集料可以与新集料一样应用到沥青混合料中，但是0-3mm的细RAP粉料由于沥青含量较高(通常可达15%以上)，在再生沥青混合料中难以应用，造成资源的浪费。

鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥稳定碎石基层材料，其利用细RAP粉料为原料，提升了水泥稳定碎石的抗裂性能。

本发明的另一目的在于提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其成本低且制备得到的水泥稳定碎石的抗裂性能较为优异。

别发明的第三目的在于提供一种沥青路面，包括上述水泥稳定碎石基层材料铺设形成的材料层。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括骨料70-85份、水泥4-5.5份、再生细集料15-30份和水4-5.5份；

其中，再生细集料是由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料。

本发明还提出一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括：将上述水泥稳定碎石基层材料的原料混合。

本发明还提出一种沥青路面，包括上述水泥稳定碎石基层材料或上述制备方法制备得到的水泥稳定碎石基层材料铺设形成的材料层。

本发明实施例提供一种水泥稳定碎石基层材料的有益效果是：其利用沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料为原料，配合骨料、水泥和水作为水泥稳定碎石基层材料的原料，发明人通过优化各组分的用量进一步提升了水泥稳定碎石的抗裂性能。

本发明实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其将上述水泥稳定碎石基层材料的原料进行混合，利用石油分离所得到的再生细集料显著改善了水泥稳定碎石的抗裂性能，制备得到的水泥稳定碎石铺设而得的沥青路面具有很好的抗裂性能。

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，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例中所用分离式再生设备的示意图；

图2为经油石分离工艺后的0-3mm再生细集料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的在水泥稳定碎石基层材料、其制备方法及沥青路面进行具体说明。

水泥稳定碎石是以一定级配的碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料（如水泥、粉煤灰等）和水形成灰浆填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实，其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好的有点，是我国沥青路面应用最多的基层结构。

传统的水泥稳定碎石，由于温缩和干缩的缘故，会使得路面产生反射裂缝，严重影响的路面的耐久性能，长期以来，水泥稳定碎石的抗裂性能提升一直是道路行业研究的重难点之一。

本发明实施例提供了一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括骨料70-85份、水泥4-5.5份、再生细集料15-30份和水4-5.5份；其中，再生细集料是由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料。

发明人创造性地发现，沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料应用于水泥稳定碎石的基层材料中，并通过改进骨料、水泥、再生细集料和水的用量能够显著提升水泥稳定碎石的抗裂性能。这可能是由于这部分细RAP料的加入可以作为一种弹性填充材料，在保证材料强度的前提下可以赋予水泥稳定碎石较好的抗裂性能，抑制反射裂缝的产生，延长路面的耐久性能。

需要强调的是，本发明实施例中所提供的水泥稳定碎石基层材料的原料配方对这部分难以利用的废旧材料（细RAP料）进行再生利用，原料的成本低，并且实现了资源的循环利用，具有很好的推广价值。

具体地，本发明实施例使用的是江苏天诺新材料科技股份有限公司生产的移动式废旧沥青铣刨料再生设备处理得到沥青路面铣刨料。

具体地，如图1-2所示，本发明实施例中的油石分离过程是应用南方路机申请号为201810556402.8（一种沥青再生料骨料再生设备及方法）专利中的分离式再生设备，对沥青路面的RAP进行干式油石分离，原路面可以是下、中、上面层的SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-20、AC-20、SUP-25、AC-25等混合料，得到15mm以上、10-15mm、5-10mm、3-5mm的干净集料和0-3mm细RAP料这5挡材料，本申请主要应用的是0-3mm档的细RAP料。

为了进一步提升材料的抗裂性能，发明人进一步优化了原料中各组分的用量。优选地，其原料包括骨料75-80份、水泥4.5-5.0份、再生细集料20-25份和水4.5-5.0份；再生细集料中老化沥青含量为15-30%。

进一步地，骨料是石灰岩集料、玄武岩集料和再生粗集料中的至少一种，其中，再生粗集料是指由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径大于3mm的集料；可以为单独的新石灰岩集料或单独的新玄武岩集料或单独的再生粗集料，也可以为三者的混合料。

在一些实施例中，骨料是由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径大于3mm的集料，这部分集料由于老化沥青含量低可以作为新集料使用，能够进一步降低原料成本。具体地，沥青路面铣刨料对应的沥青混合料的型号选自SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-20、AC-20、SUP-25和AC-25中的至少一种。沥青路面铣刨料可以是由铣刨机将以上几种型号的沥青混合料处理后所得的废料。

在一些实施例中，按质量百分比计，骨料和细集料所形成的混合料的粒径在0-3mm范围内的占比为15-25%，在3-5mm范围内的占比为5-15%，在5-10mm范围内的占比为10-20%，10-20mm范围内的占比为20-30%，20-30mm范围内的占比为15-30%。发明人进一步调控骨料和细集料的粒径范围和对应的比例，能够进一步改善水泥稳定碎石基层材料的抗裂性能和其他综合性能。

进一步，水泥的初凝时间≥3h，终凝时间≥6h；优选地，水泥选自42.5级及以上的缓凝水泥。采用缓凝水泥有利于改善材料的强度和使用寿命。

在一些优选的实施例中，其原料还包括添加剂，且添加剂与水泥的用量比为0.5-1.5:100，添加剂的加入能够进一步提升材料的抗裂性能和强度。添加剂选自聚羧酸减水剂、高吸水树脂和早强剂中的至少一种，其中高吸水树脂（SAP）的主要成分为聚丙烯酰胺。早强剂选自亚硝酸盐、铬酸盐、三乙醇胺、甲酸钙和尿素中的至少一种，以进一步提升材料的早强性能。

本发明实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括：将上述水泥稳定碎石基层材料的原料混合，通过优化水泥稳定碎石基层材料的原料组成，利用不易被利用的细RAP粉料显著改善了材料的抗裂性能，具有很好的推广应用价值。

在一些优选的实施例中，将水泥稳定碎石基层材料的原料在振动搅拌机中进行拌和，搅拌时间为6-11s，振动轴的振幅为0.5-1.5mm，转速为180-220rad/s。发明人发现，采用振动搅拌机能够使水泥稳定碎石在拌和过程中混合更加均匀，有效防止水泥出现成团现象，使水泥更加均匀地分散在粗集料中，能够进一步提升材料的抗裂性并保证材料强度。

具体地，本发明实施例中所使用的振动搅拌设备可以为德通振动搅拌机，见申请号为201610681217.2，《双卧轴交叉递推的连续式振动搅拌装置》，拌和时采用连续式拌和的方式。发明人发现，使用振动搅拌技术，在对水泥稳定碎石混合料进行强制搅拌的同时加以振动作用，大大增加了混合料颗粒的运动速度，混合料颗粒运动速度的增加后，物料颗粒间的相互碰撞的频率和强度也随之增加，水泥浆及再生细集料受到这些作用后就会均匀地附着于粗骨料表面。这不仅可以增加水泥水化反应的进程，也可以改善水泥稳定碎石的微观结构，减少离析现象的发生，提高水稳碎石的均匀性。

本发明实施例还提供一种沥青路面，包括上述水泥稳定碎石基层材料或上述制备方法制备得到的水泥稳定碎石基层材料铺设而得的材料层，具有成本低、抗裂性能优异的特点。

具体地，本发明实施例所提供的水泥稳定碎石基层材料可以应用于路基、SMA-13沥青混合料上面层4cm、SUP-20沥青混合料中面层6-8cm、SUP-25沥青混合料下面层8cm、掺15%-20%RAP细料的水泥稳定碎石基层36-40cm、掺20%-25%RAP细料的水泥稳定碎石底基层18-20cm等路面结构。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

需要说明的是，以下实施例中石油分离设备的类型和搅拌机类型请参照说明书介绍。

实施例1

本实施例提供一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括石灰岩集料85份、水泥4.2份、再生细集料15份、水4.5份和聚丙烯酰胺型超吸水树脂0.036份。

其中，再生细集料来源于SMA-13型混合料；石灰岩集料和细集料的粒径在0-3mm范围内的占比为15%，在3-5mm范围内的占比为15%，在5-10mm范围内的占比为20%，10-20mm范围内的占比为30%，20-30mm范围内的占比为20%；水泥采用42.5级的缓凝水泥。

本实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其采用振动搅拌机将上述原料混合均匀，搅拌时间为6s，振动轴的振幅为1.5mm，转速为220rad/s。

实施例2

本实施例提供一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括玄武岩集料80份、水泥4.4份、再生细集料20份、水4.6份和苏博特PCA-I型减水剂0.044份。

其中，再生细集料来源于SMA-13型混合料；玄武岩集料和再生细集料的粒径在0-3mm范围内的占比为25%，在3-5mm范围内的占比为5%，在5-10mm范围内的占比为10%，10-20mm范围内的占比为30%，20-30mm范围内的占比为30%；水泥采用42.5级的缓凝水泥。

本实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其采用振动搅拌机将上述原料混合均匀，搅拌时间为11s，振动轴的振幅为0.5mm，转速为180rad/s。

实施例3

本实施例提供一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括石灰岩集料75份、水泥4.5份、再生细集料25份和水4.8份。

其中，再生细集料来源于SMA-13型混合料；石灰岩集料和再生细集料的粒径在0-3mm范围内的占比为25%，在3-5mm范围内的占比为15%，在5-10mm范围内的占比为20%，10-20mm范围内的占比为25%，20-30mm范围内的占比为15%；水泥采用42.5级的缓凝水泥。

本实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其采用上述原料进行制备，具体方法参照实施例2。

实施例4

本实施例提供一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括骨料70份、水泥5.5份、再生细集料30份和水5.5份，骨料为沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为3mm以上的集料。

其中，再生细集料来源于SUP-13型混合料；骨料和再生细集料的粒径在0-3mm范围内的占比为10%，在3-5mm范围内的占比为20%，在5-10mm范围内的占比为30%，10-20mm范围内的占比为15%，20-30mm范围内的占比为15%；水泥采用42.5级的缓凝水泥。

本实施例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其采用上述原料进行制备，具体方法参照实施例2。

对比例1

本对比例提供一种水泥稳定碎石基层材料，其原料包括石灰岩集料75份、水泥4.5份、普通细RAP25份和水4.8份。即在实施例3基础上，将再生细集料替换为等质量的普通细RAP，其他原料参数与实施例3相同。其中，普通细RAP为未经油石分离工艺的细RAP。

本对比例还提供一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其采用上述原料进行制备，具体方法参照实施例2。

试验例1

测试实施例1-4和对比例1中制备得到的基层材料的7d无侧限抗压强度、28d无侧限抗压强度、平均干缩系数和平均温缩系数，结果见表1。试验方法均来自《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）,无侧限抗压强度试验编号T0805-1994,干缩试验T0854-2009,温缩试验T0855-2009。

表1 基层材料各项性能测试结果

类别	7d无侧限抗压强度(MPa)	28d侧限抗压强度(MPa)	平均干缩系数（10-6）	平均温缩系数（10-6/℃）
					实施例1	3.82	7.15	165.24	24.74
实施例2	3.66	6.94	136.82	15.68
					实施例3	3.56	6.81	98.25	12.56
对比例1	3.87	7.22	254.88	64.82

从实施例与对比例的强度和抗裂性能对比可以看出，随着细RAP掺量的增加，会一定程度上导致混合料强度的下降，但是干缩、温缩系数大幅下降，细RAP掺量达到25%以后，可以降低干缩系数60%，温缩系数80%。因此可以看出，本申请既能对难以再生利用的细RAP料进行再生利用，又可以显著提升水泥稳定碎石的抗裂性能，具有较好的推广与应用价值。

试验例2

（1）测试实施例3和对比例2中制备得到材料的抗疲劳性能，在应力比为0.7的条件下进行疲劳试验，试验方法来自《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）,疲劳试验编号T0856-1994。

测试结果显示，使用油石分离后的细RAP的水泥稳定碎石基层疲劳寿命可达14532次，而使用普通RAP的水泥稳定碎石基层为12414次，疲劳寿命提升17%。

这可能是由于油石分离后的细RAP中的沥青含量更高。根据抽提实验的结果可以得出，以常见的上面层油石比6.0%的SMA-13混合料铣刨料为例，经油石分离后，得到的0-3mm档经油石分离后的细RAP中的沥青含量可以达到20%，而未经油石分离的普通细RAP中的沥青含量只有8%左右，更高的沥青含量可以赋予水泥稳定碎石基层更好的弹性、更低的模量。

（2）测试实施例3中再生细集料和对比例1中普通细RAP的粒径分布，结果如表2所示。

经过石油分离的细RAP粉料具有更细的级配，具有更好的施工和易性。油石分离后的细RAP与普通细RAP的级配如表2所示，从图中可以看出，经油石分离后，每档筛孔的通过率均可提高4%~9%，表明经油石分离后，细RAP的级配更细，从而减少了粉料结团的现象，均匀性更好，更加有利于施工过程中的拌和，减少变异性。

综上所述，本发明提供的水泥稳定碎石基层材料，其利用沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料为原料，配合骨料、水泥、再生细集料作为水泥稳定碎石基层材料的原料，发明人通过优化各组分的用量进一步提升了水泥稳定碎石的抗裂性能。

本发明还提供的一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其将上述水泥稳定碎石基层材料的原料进行混合，利用石油分离所得到的再生细集料显著改善了水泥稳定碎石的抗裂性能，制备得到的水泥稳定碎石铺设而得的沥青路面具有很好的抗裂性能。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，其原料包括骨料75-80份、水泥4.5-5.0份、再生细集料20-25份和水4.5-5.0份；

其中，所述再生细集料是由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径为0-3mm的粉料；所述再生细集料中老化沥青含量为15-30%。

2.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述骨料是石灰岩集料、玄武岩集料和再生粗集料中的至少一种，其中，所述再生粗集料是指由沥青路面铣刨料经油石分离后得到的粒径大于3mm的集料。

3.根据权利要求2所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述沥青路面铣刨料对应的沥青混合料的型号选自SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-20、AC-20、SUP-25和AC-25中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，按质量百分比计，所述骨料和所述再生细集料所形成的混合料的粒径在0-3mm范围内的占比为15-25%，在3-5mm范围内的占比为5-15%，在5-10m范围内的占比为10-20%，10-20mm范围内的占比为20-30%，20-30mm范围内的占比为15-30%。

5.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述水泥的初凝时间≥3h，终凝时间≥6h。

6.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述水泥选自42.5级及以上的缓凝水泥。

7.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，其原料还包括添加剂，且所述添加剂与所述水泥的用量比为0.5-1.5:100。

8.根据权利要求7所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述添加剂选自聚羧酸减水剂、高吸水树脂和早强剂中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述早强剂选自亚硝酸盐、铬酸盐、三乙醇胺、甲酸钙和尿素中的至少一种。

10.一种水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其特征在于，包括：将权利要求1-9中任一项所述水泥稳定碎石基层材料的原料混合。

11.根据权利要求10所述的水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其特征在于，包括：将所述水泥稳定碎石基层材料的原料在振动搅拌机中进行拌和。

12.根据权利要求11所述的水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其特征在于，在所述振动搅拌机中，搅拌时间为6-11s，振动轴的振幅为0.5-1.5mm，转速为180-220rad/s。

13.一种沥青路面，其特征在于，其包括由权利要求1-9中任一项所述水泥稳定碎石基层材料或权利要求10-12中任一项所述制备方法制备得到的水泥稳定碎石基层材料铺设而得的材料层。

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