CN115180874A - 一种闭水薄层沥青混合料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭水薄层沥青混合料及其制备方法和使用方法，属于道路施工技术领域。采用改性沥青，粗集料，细集料，矿粉，纤维稳定剂和抗剥落剂制备而成。该混合料具有优异的高低温性能、抗车辙能力强。将改性乳化沥青粘结层喷洒与闭水薄层沥青混合料摊铺同时进行，经压路机压实以后一次成型。改性乳化沥青粘结层优异的粘结性能充分避免了闭水薄层混合料存在的推移、松散等风险，有效的提高了与原路的粘结能力及防水能力。该闭水薄层主要应用于水泥混凝土路面、重载交通带水刹车路面预防性养护和矫正性养护。也可以作为新建道路的表面磨耗层，是一种超长耐久的表面层，具有抗滑、抗车辙、抗磨耗、降低行车噪音、降低雨天水雾的优良性能。
Description
技术领域
本发明属于道路施工技术领域，具体涉及一种闭水薄层沥青混合料及其制备方法和使用方法。
背景技术
随着我国交通事业和国民经济的不断发展，公路建设规模逐渐扩大，交通量迅速增加，车辆大型化和重载对薄层罩面技术的更高的要求。国内现况对于水泥混凝土路面养护及重载交通反复损坏没有有效的应对措施，水泥混凝土板平整度差、行车舒适性差、采用普通沥青白改黑后极易出现脱落、拥包、车辙等现象，重载交通路段因重车荷载及刹车采用水降温，导致路面长期有水，路面出现水损，造成路面使用寿命短，在重车荷载情况下出现脱落等现象。
针对需要白改黑提高路面使用性能，重载交通带水刹车路面反复损坏等现象的研发产品仍属于重大问题。出闭水薄层施工技术，其混合料、超高粘改性乳化沥青具备优异高低温性能及水稳定性能，能够更加有效的解决白改黑、重载交通顽固问题，更好的得到应用。
发明内容
为了解决现有技术中使用普通沥青白改黑后极易出现脱落、拥包、车辙等现象；路面使用寿命短，在重车荷载情况下出现脱落等现象存在的技术问题，本发明目的在于提供一种闭水薄层沥青混合料及其制备方法和使用方法。
本发明所采用的技术方案为：一种闭水薄层沥青混合料，所述沥青混合料主要由以下质量份数的原料制备得到：
集料50-130份，矿粉6-11份，改性沥青1.5-8份，纤维稳定剂0.0575-0.149 份和抗剥落剂0.006-0.032份。
作为优选地，所述沥青混合料主要由以下质量份数的原料制备得到：
集料80-96份，矿粉8-10份，改性沥青3.2-5.3份，纤维稳定剂0.0912-0.1043 份和抗剥落剂0.0016-0.0128份。
纤维稳定剂，为了提高填补料的路用性能，增加混合料的油膜厚度。
抗剥落剂，添加到混合料中，不会影响改性沥青出色的高低温性能，且能提高沥青与集料的粘附性，从而提高混合料的压实强度，增强路面抵抗荷载的能力，使得在特殊情况下，也能具备良好的抗剥落性能。
作为优选地，所述集料包括粗集料和细集料；
所述粗集料和细集料的质量比为4-5.8:1；
所述粗集料为玄武岩集料；
所述细集料为玄武岩、辉绿岩和石灰岩细集料中的任意一种。
作为优选地，所述粗集料的料粉粒径为5-15mm，优选为8-10mm；
所述细集料的料粉粒径为1-5mm。
粗集料，应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的碎石，宜采用玄武岩集料。
细集料，应采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的玄武岩、辉绿岩或石灰岩细集料。
矿粉，宜采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉，矿粉必须干燥、清洁，拌和机回收的粉料不得用于拌制沥青混合料。
作为优选地，所述矿粉为石灰岩碱性石料粉，所述矿粉粒径为0.075-0.6mm。
作为优选地，所述抗剥落剂为非胺类有机化合物，所述抗剥落剂的密度为 0.95-1.0g/cm3；所述抗剥落剂为磷酸酯类或有机硅类，硅烷偶联剂中的任意一种。
作为优选地，所述纤维稳定剂为木质素纤维；
所述纤维稳定剂的灰分含量为低于13-23wt％；pH值为6.5-8.5。
一种闭水薄层沥青混合料的制备方法，所述方法包括：
将搅拌装置加热后混匀改性沥青和抗剥落剂；
将集料、矿粉和纤维稳定剂混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合。
作为优选地，所述搅拌装置加热温度至150-160℃；
所述集料、矿粉和纤维稳定剂混匀时长为5-10s；
所述将集料、矿粉和纤维稳定剂混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合时长为30-40s。
一种闭水薄层沥青混合料的使用方法，采用所述闭水薄层沥青混合料摊铺与粘结剂喷洒同时进行，一次压实成型；
所述闭水薄层沥青混合料摊铺厚度为15-25mm；
所述粘结剂为改性乳化沥青。
本发明的有益效果为：
(一)本发明提供了一只种闭水薄层沥青混合料，该混合料是依据目标配合比设计，采用成品改性沥青，粗集料采用精加工玄武岩，细集料采用石灰岩机制砂，矿粉采用石灰石矿粉，还需添加纤维稳定剂和抗剥落剂，以增强混合料特定性能制备而成。
(二)本发明提供的该闭水薄层沥青混合料具有优异的高低温性能、抗车辙能力强，其油石比为5.2％，油膜厚度为14.12μm，冻融劈裂强度为97.7％，车辙试验＞6000次。在重载交通带水刹车情况下避免了车辙、拥包、水损坏等现象。
(三)本发明提供的该闭水薄层沥青混合料是将15-25mm厚的混合料摊铺在经过处理的原路面上，使用同步沥青混凝土摊铺机进行施工。使用的粘结剂为特种高粘改性乳化沥青，改性乳化沥青粘结层喷洒与闭水薄层沥青混合料摊铺同时进行，经压路机压实以后一次成型。闭水薄层沥青混合料最大程度地发挥了热沥青混合料的各项优势。
其中，改性乳化沥青粘结层优异的粘结性能充分避免了闭水薄层混合料存在的推移、松散等风险。该改性乳化沥青的固含量≥65％，动力粘度≥3000PA·S，高固含量及动力粘度有效的保证了与下承层的粘结，同时避免了交通荷载作用下产生的剪切变形，具有良好的稳定性能。有效的提高了与原路的粘结能力及防水能力。
(四)本发明提供的该闭水薄层沥青混合料主要可以解决如下路面问题：①路面出现轻微到中等病害，需要经济有效的养护，以改善路用性能，延长使用寿命；②路面光滑，摩擦系数不够或路面纹理深度不足，需要改善行驶质量；③路面出现轻度裂缝，轻微剥落等情况，需校正表面缺陷；④行驶过程中路面噪音过大，需要减少路面轮胎噪声；⑤需要将原路面水泥混凝土改为沥青路面的情况(白改黑)；⑥路面坡度比较大、通行车辆重载、带水刹车情况多；⑦路面要求平整度和抗车辙指标较高的。
(五)本发明提供的该闭水薄层主要应用于水泥混凝土路面、重载交通带水刹车路面预防性养护和矫正性养护。也可以作为新建道路的表面磨耗层，是一种超长耐久的表面层，具有抗滑、抗车辙、抗磨耗、降低行车噪音、降低雨天水雾的优良性能。
附图说明：
图1是案例1在昌平区德胜口桥原路面情况示意图；
图2是案例1在昌平区德胜口桥进行桥面闭水薄层施工情况示意图；
图3是案例2在110国道路面施工前路面情况示意图；
图4是案例2在110国道路面施工中路面情况示意图；
图5是案例2在110国道路面施工后路面情况示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
具体原料使用及比例如下所示：
粗集料粒径为5mm以上；细集料粒径为5mm以下；矿粉粒径为0.6mm以下。粗集料：细集料＝3:1。混合料包括粗集料、细集料和矿粉的总量
一种闭水薄层沥青混合料的制备方法，所述方法包括：
将搅拌装置加热至150℃后混匀改性沥青和抗剥落剂；
将集料、矿粉和纤维稳定剂混合5s混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合30s。实施例2：
具体原料使用及比例如下所示：
粗集料粒径为5mm以上；细集料粒径为5mm以下；矿粉粒径为0.6mm以下。粗集料：细集料＝3:1。
一种闭水薄层沥青混合料的制备方法，所述方法包括：
将搅拌装置加热至160℃后混匀改性沥青和抗剥落剂；
将集料、矿粉和纤维稳定剂混合10s混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合30s。
实施例3：
具体原料使用及比例如下所示：
粗集料粒径为5mm以上；细集料粒径为5mm以下；矿粉粒径为0.6mm以下。粗集料：细集料＝3:1.5。
一种闭水薄层沥青混合料的制备方法，所述方法包括：
将搅拌装置加热至150℃后混匀改性沥青和抗剥落剂；
将集料、矿粉和纤维稳定剂混合5s混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合30s。
实验例
一、原材料的选取及材质
1、集料测试：
闭水薄层沥青混合料作为表层，直接承受交通荷载，首先要满足耐磨耗的要求。抗磨耗性能的常规评价方法通常以粗集料洛杉矶磨耗损失是集料使用性能为重要指标，它与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性密切相关。磨耗损失小的集料往往坚硬，耐磨，耐久性好。软弱颗粒含量多、风化严重的石料经过磨耗试验，粉碎严重，此指标很难通过。因此，提高石料各项性能指标是优选石料的依据之一。
1.1此外，闭水薄层沥青混合料用粗集料还必须满足表1所示的质量技术要求。
表1粗集料性能
从表1试验结果看，粗集料性能满足规范要求，可用于闭水薄层沥青混合料的设计和生产中。
1.2闭水薄层沥青混合料用细集料必须满足表2所示的质量技术要求。
表2细集料性能
表3集料筛分结果
2、改性沥青试验
沥青结合料的性能对混合料的质量和使用性能影响至关重要，本次配合比设计中，沥青结合料采用成品改性沥青，按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004以及《北京路通鑫缘工程技术发展有限公司企业标准》中有关改性沥青的技术要求。上述改性乳化沥青的生产厂家：北京市政路桥建材集团有限公司昌平沥青厂；型号：PCR。
对成品改性沥青进行各项指标测试，结果见表4。
表4成品改性沥青检测结果
由表4中可见，成品改性沥青的各项指标均满足规范要求，可以用于沥青混合料设计和生产。
3、矿粉
用于工程的石灰石粉作为填料应是干燥、松散而且无泥土、杂质和成团。本次试验采用的矿粉为昌平生产的石灰石粉,其技术指标见表5。
表5矿粉的技术性质
从表5结果可以看出，矿粉各项指标均满足规范要求，可以使用。
4、纤维稳定剂
本次试验采用的纤维为国产的松散木质素纤维，剂量为沥青混合料的0.1％。其性能检测指标见表6。
为了提高纤维投放效率及分散效果，在沥青混合料生产中，纤维由专用的纤维投放设备直接投入拌和机。
表6木质素纤维的质量检测结果
5、抗剥落剂
闭水薄层沥青混合料还需要添加抗剥落剂，抗剥落剂添加到混合料中，不会影响改性沥青出色的高低温性能，且能提高沥青与集料的粘附性，从而提高混合料的压实强度，增强路面抵抗荷载的能力，使得在特殊情况下，(比如在路面下坡并拐弯，重型货车带水刹车的情况下，)也能具备良好的抗剥落性能。
表7抗剥落剂的质量检测结果
二、级配设计
按照闭水薄层沥青混合料级配范围要求进行级配设计。设计级配下各档矿料比例如表8所示，各档矿料通过率见表9。
表8设计级配下各档料比例(％)
| 矿料混合料类型 | 3仓 | 2仓 | 1仓 | 矿粉 |
| 闭水薄层沥青混合料 | 68 | 4 | 24 | 4 |
表9混合料设计级配
三、确定沥青胶结料用量
根据设计级配下各档料的组合状况及以往经验，确定初始油石比为5.3％。沥青混合料的压实温度根据沥青的粘温曲线确定，本次拌和温度为：180℃；压实温度为：160℃。采用马歇尔击实仪成型，设定击实次数为双面50次。采用三种沥青用量在设计击实次数下成型试件，油石比分别为：5.0％、5.3％、5.6％。各沥青用量下混合料的击实特性和体积特性见表10所示：
表10不同沥青用量下混合料体积性质
综合闭水薄层沥青混合料体积性能的建议要求及最小油膜厚度要求，确定沥青胶结料油石比为5.3％是比较合理的，此时各项体积建议指标均符合建议的技术要求。
四、检验沥青胶结料最大用量(析漏试验)
通过沥青析漏试验确定沥青混合料中有无多余的自由沥青，进而确定最大沥青用量。由于闭水薄层沥青混合料有最小油膜厚度的要求(较常规要求的油膜厚度大)，需要较多的沥青，但沥青用量不能超过矿料的表面积所能吸附的最大沥青用量，否则就产生多余的自由沥青，引起混合料强度下降和沥青上泛，影响构造深度和高温稳定性。因此必须进行析漏试验对胶结料的最大沥青用量进行检验。
析漏试验结果如表11所示。试验结果表明，沥青混合料的析漏指标符合闭水薄层沥青混合料的技术要求，设计油石比为5.3％是合理的。
表11析漏试验结果
| 油石比(％) | 指标 | 单位 | 试验结果 | 规范要求 |
| 5.3 | 沥青析漏损失 | ％ | 0.04 | 不大于0.1 |
五、混合料强度检验
为了检验设计级配下混合料的强度，按照T0709-2011和T0719-2011试验方法对混合料的稳定度和动稳定度进行检验，结果如表12所示。试验结果表明该混合料的强度指标满足要求。
表12强度试验结果
| 闭水薄层混合料 | 试验结果 | 规范要求 |
| 稳定度(kN) | 11.2 | 不小于6 |
| 残留稳定度(％) | 84.1 | 不小于80 |
| 动稳定度(次/mm) | 6200 | 不小于3000 |
六、水稳定性检验
为了检验设计级配下沥青混合料的抗水损害能力，按照国标T0729-2000试验方法对混合料进行水稳定性检验，实验结果如表13所示。实验结果表明，该混合料的抗水损害能力满足设计要求。
表13冻融劈裂试验结果
| 混合料类型 | 冻融劈裂强度比(％) | 规范要求 |
| 闭水薄层沥青混合料 | 89.2 | 不小于80 |
七、渗水系数
检测了闭水薄层沥青混合料的渗水系数，其结果见表14。
表14渗水系数试验结果
| 混合料类型 | 渗水系数(ml/min) | 规范要求 |
| 闭水薄层混合料 | 96 | 不大于120 |
八、结论和配合比汇总
按照闭水薄层沥青混合料的设计标准进行了配合比设计。设计级配符合闭水薄层沥青混合料的要求，最佳油石比为5.3％，在此条件下混合料的体积指标和油膜厚度均满足闭水薄层沥青混合料的设计要求。析漏试验结果也表明，混合料中无多余的自由沥青，最佳油石比合适。水损害试验结果表明，混合料的抗水损害性能良好。
实际实施地案例：
经利用上述实施例4制备得到的闭水薄层沥青混合料，要求其达到如下标准进行应用：
闭水薄层沥青混合料的拌和要求：
高粘改性乳化沥青性能对比表
经过上述实际验证后的闭水薄层沥青混合料进行应用。同步沥青混凝土摊铺设备；型号：福格勒super1800-3。
案例1：2013年在北京市昌平区德胜口桥进行铺筑实施。
如图1所示，为2013年在昌平区德胜口桥原路面情况；
如图2所示，为在昌平区德胜口桥进行桥面闭水薄层施工情况。
案例2：2014年5月在北京市延庆县110国道进行大面积摊铺，主要针对 110国道白改黑、解决路面平整度、防止白改黑后出现车辙、脱落、拥包等面层病害，至今为止，110国道经过将近4年的使用，面层未出现车辙、脱落、拥包等病害，达到预期使用效果。
如图3所示，为110国道路面施工前路面情况；
如图4所示，为110国道路面施工中路面情况；
如图5所示，为110国道路面施工后路面情况。
2015年在怀柔区宝山寺桥进行铺筑，主要针对宝山寺桥面白改黑、解决桥面病害问题；2016年在怀柔区渤海所桥等4座桥梁进行铺筑，主要解决桥面沥青混凝土车辙、脱落、拥包等病害。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，均属于本发明的保护范围。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围下，可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料主要由以下质量份数的原料制备得到：
集料50-130份，矿粉6-11份，改性沥青1.5-8份，纤维稳定剂0.0575-0.149份和抗剥落剂0.006-0.032份。
2.根据权利要求1所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料主要由以下质量份数的原料制备得到：
集料80-89份，矿粉8-10份，改性沥青3.2-5.3份，纤维稳定剂0.0912-0.1043份和抗剥落剂0.0016-0.0128份。
3.根据权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述集料包括粗集料和细集料；
所述粗集料和细集料的质量比为4-5.8:1；
所述粗集料为玄武岩集料；
所述细集料包括玄武岩、辉绿岩和石灰岩细集料中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述粗集料的料粉粒径为5-15mm，优选为8-10mm；
所述细集料的料粉粒径为0-5mm。
5.根据权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述矿粉为石灰岩碱性石料粉，所述矿粉粒径为0.075-0.6mm。
6.根据权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述抗剥落剂为非胺类有机化合物，所述抗剥落剂的密度为0.95-1.0g/cm3；
所述抗剥落剂包括磷酸酯类、有机硅类和硅烷偶联剂中的任意一种。
7.根据权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料，其特征在于，所述纤维稳定剂为木质素纤维；
所述纤维稳定剂的灰分含量为低于13-23wt％；pH值为6.5-8.5。
8.一种如权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将搅拌装置加热后混匀改性沥青和抗剥落剂；
将集料、矿粉和纤维稳定剂混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合。
9.根据权利要求8所述的闭水薄层沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述搅拌装置加热温度至150-160℃；
所述集料、矿粉和纤维稳定剂混匀时长为5-10s；
所述将集料、矿粉和纤维稳定剂混匀后，再与混匀后的改性沥青和抗剥落剂混合时长为30-40s。
10.一种如权利要求1或2所述的闭水薄层沥青混合料的使用方法，其特征在于，采用所述闭水薄层沥青混合料摊铺与粘结剂喷洒同时进行，一次压实成型；
所述闭水薄层沥青混合料摊铺厚度为15-25mm；
所述粘结剂为改性乳化沥青。
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