CN116657481A - 一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青组合物技术领域，尤其涉及IPCC08L95领域，更具体的，涉及一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层及其制备方法。从上到下，包括钢渣沥青混凝土超薄磨耗层和改性沥青混凝土粘结层。所述超韧高强磨耗层的厚度为1.8‑3cm，可提高磨耗层稳定性同时提高施工效率；所述粗集料和细集料重量比为1：(0.8‑1.3)时，可提高磨耗层的排水以及降噪性能；所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2MPa，断裂伸长率大于100％时，可提高磨耗层抗裂性能；施工简便，无需改变旧路面的结构，常规施工设备即可以实施。
Description
技术领域
本发明涉及沥青组合物技术领域，尤其涉及IPCC08L95领域，更具体的，涉及一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土路桥面在长时间使用后需要进行养护，养护所需成本很高，主要是由于沥青混凝土面层太厚，铣刨和填铺使需要大量的原料和作业，使得施工周期长、人工费用高，因此近年来，我国开始采用超薄层沥青混凝土面层进行养护，降低成本的同时还能达到节能减排的效果。
超薄层沥青混凝土面层按结构可分为磨耗层和粘接层，其中粘接层的作用为使超薄层沥青混凝土面层和混凝土基层粘接紧密，防止修复的面层脱落，磨耗层的作用为抵抗车轮荷载和自然因素对路面的破坏作用，从而有效地保证路面的强度和稳定性，提高路面平整度，改善行车条件，延长使用寿命。为保证日益增长的交通需要和减少二次养护的消耗，磨耗层对材料的耐高温、耐氧化、耐水等耐受性能和承载、抗磨等力学性能要求高，现阶段超薄磨耗层普遍存在功能性能衰减过快的情况等，且胶结材料性能有待提升优化。
CN104496285A公开了一种橡胶沥青超薄磨耗层混合料，包括以下组分：橡胶沥青和矿质混合料；所述橡胶沥青和矿质混合料的质量比为4.9～5.3:100；所述矿质混合料包括石灰岩机制砂、石灰岩矿粉和粒径为8mm～11mm的玄武岩。这种橡胶改性沥青混合料采用连续级配，形成悬浮密实型混合料，这种类型的沥青混合料虽然具有较高的粘结力，但是其内摩阻力较低，且其粘结力易受到温度影响，故其高温稳定性较差。
发明内容
本发明提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层及其制备方法，该磨耗层具有优异耐受性能和力学性能，并保持性能长期稳定，延长水泥混凝土路桥面使用寿命，减少二次养护消耗，同时施工简便，无需改变旧路面的结构，常规施工设备即可以实施，适应于跨度大、变形大的水泥混凝土与钢桥面加铺。
为达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，从上到下，包括钢渣沥青混凝土超薄磨耗层和改性沥青混凝土粘结层。
本申请人研究发现，所述超韧高强磨耗层的厚度为1.8-3cm，可提高磨耗层稳定性同时提高施工效率，随着超韧高强磨耗层的厚度降低，施工量降低，钢渣沥青混凝土超薄磨耗层和改性沥青混凝土粘结层与沥青底层有较强的粘结力，由于超韧高强磨耗层的厚度较小，在受到强剪切力时，层间剥离力可能导致裂纹出现，所述改性沥青混凝土粘结层包括环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2MPa，断裂伸长率大于100％时，可提高磨耗层抗裂性能，尤其适用于跨度大、变形大的水泥混凝土与钢桥面加铺。
优选的，所述超韧高强磨耗层的厚度为1.8-3cm。
进一步优选的，所述超韧高强磨耗层的厚度为2cm。
优选的，所述改性沥青混凝土粘结层包括环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2MPa，断裂伸长率大于100％。
进一步优选的，所述改性沥青混凝土粘结层包括环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2.5-2.6MPa，断裂伸长率为125-130％。
更进一步优选的，所述改性沥青混凝土粘结层包括环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2.6MPa，断裂伸长率为130％，为本公司自制，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的制备方法：将18wt％树脂加热至80℃，加入5wt％钢渣和9wt％增韧剂，得到9wt％固化剂，达到混合体；将59wt％沥青加热至160℃加入到混合体中混合均匀，即得。
按重量份计，所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层包括SBS高粘改性沥青5-15份，集料40-70份，矿粉10-30份，钢渣5-15份，纤维材料0.03-0.1份。
优选的，所述SBS高粘改性沥青包括SBS改性沥青和高黏改性剂，所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为(8-12)：1。
进一步优选的，所述SBS高粘改性沥青包括SBS改性沥青和高黏改性剂，所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为92：8。
优选的，所述SBS改性沥青购自邢台鑫阔沥青销售有限公司。
优选的，所述高黏改性剂的密度为0.88-0.92g/cm3，粒径为3-6mm，吸水率为0.1-1％。
进一步优选的，所述高黏改性剂的密度为0.90g/cm3，粒径为4mm，吸水率为0.3％，购自深圳路特新材料科技有限公司，型号：LT-HVA。
所述SBS高粘改性沥青制备方法包括：将SBS改性沥青加热到约160-175℃，然后加入高黏改性剂，放到高速剪切机下，调整转速到5000-8000转/min，持续剪切20-30min，整个过程温度控制在185-195℃，之后放入180-190℃烘箱中发育15-40min，即得。
优选的，所述SBS高粘改性沥青制备方法包括：将SBS改性沥青加热到约165℃，然后加入高黏改性剂，放到高速剪切机下，调整转速到5000转/min，持续剪切30min，整个过程温度控制在195℃，之后放入180℃烘箱中发育30min，即得。
本申请人发现，所述粗集料和细集料重量比为1：(0.8-1.3)时，可提高磨耗层的排水以及降噪性能，可能是特定比例的粗集料和细集料利用级配调整使粗细粒料间的孔隙率提高，以使铺面上的水分可由大量孔隙迅速排除，避免路表积水及在铺面上形成水膜，因而减少行车打滑与水沫飞溅。
所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料和细集料重量比为1：(0.8-1.3)。
优选的，所述集料包括粗集料和细集料，所述粗集料和细集料重量比为1：1。
所述粗集料和细集料是由石料经磨细后得到，所述石料包括玄武岩、辉绿岩，所述玄武岩、辉绿岩重量比为1：(0.5-1.2)。
优选的，所述粗集料和细集料是由石料经磨细后得到，所述石料包括玄武岩、辉绿岩，所述玄武岩、辉绿岩重量比为1：0.8。
优选的，所述粗集料公称粒径包括5-10mm和3-5mm两种，所述5-10mm和3-5mm粗集料重量比为1：(0.5-1)。
进一步优选的，所述粗集料公称粒径包括5-10mm和3-5mm两种，所述5-10mm和3-5mm粗集料重量比为1：0.8。
所述细集料公称粒径为0-2.36mm。
优选的，所述细集料粒径大于0.3mm的部分不高于12wt％，粒径小于0.075mm的部分不高于10wt％。
进一步优选的，所述细集料粒径大于0.3mm的部分为8wt％，粒径小于0.075mm的部分为6wt％(通过水洗法过筛)。
优选的，所述钢渣由钢渣原料经破碎至平均粒径为4.75-9.5mm，陈化10-16个月后进行使用。
进一步优选的，所述钢渣由钢渣原料经破碎至平均粒径为6.5mm，陈化16个月后进行使用，所述钢渣原料为湖北宝武钢铁集团的热泼钢渣。
所述矿粉采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到。
优选的，所述矿粉采用石灰岩石料经磨细得到，所述矿粉粒径小于0.6mm。
进一步优选的，所述矿粉采用石灰岩石料经磨细得到，所述矿粉平均粒径小于0.15mm。
更进一步优选的，所述矿粉采用石灰岩石料经磨细得到，所述矿粉平均粒径为0.075mm。
所述纤维材料包括玄武岩短切纤维、木质素中的至少一种。
优选的，所述纤维材料包括玄武岩短切纤维，所述玄武岩短切纤维平均长度为6-9mm，平均直径为10-20μm。
进一步优选的，所述纤维材料包括玄武岩短切纤维，所述玄武岩短切纤维平均长度为6mm，平均直径为16μm，购自泰安鸿砼新材料有限公司。
所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层的制备包括以下步骤：
步骤1：依次将集料、钢渣、纤维材料加入，干拌10s-15s，得到混合料1；
步骤2：将SBS高粘改性沥青加入混合料1中，拌和10-20s，得到混合料2；
步骤3：将矿粉加入混合料2中，拌和25-40s，即得。
优选的，所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层的制备包括以下步骤：
步骤1：依次将集料、钢渣、纤维材料加入，干拌15s，得到混合料1；
步骤2：将SBS高粘改性沥青加入混合料1中，拌和15s，得到混合料2；
步骤3：将矿粉加入混合料2中，拌和45s，即得。
本发明第二方面提供了一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层的制备方法，包括以下步骤：
S1，对路进行精铣刨处理；
S2，洒布改性沥青混凝土粘结层；
S3，洒布钢渣沥青混凝土超薄磨耗层，压实。
优选的，所述步骤S2洒布的量为0.6-0.9kg/m2。
进一步优选的，所述步骤S2洒布的量为0.8kg/m2。
优选的，所述步骤S2洒布的温度为160-170℃。
进一步优选的，所述步骤S2洒布的温度为160℃。
优选的，所述步骤S2洒布的量为0.8-1.3kg/m2。
进一步优选的，所述步骤S3洒布的量为0.9kg/m2。
优选的，所述步骤S3洒布的温度为165-180℃。
进一步优选的，所述步骤S3洒布的温度为170℃。
所述压实依次经过初压，复压，终压。
优选的，所述初压采用刚性碾静压，初压遍数为1-2遍。
进一步优选的，所述初压采用刚性碾静压，初压遍数为2遍。
优选的，所述复压采用振动压路机，复压遍数为2遍。
优选的，所述终压采用刚性碾静压，终压遍数为1遍。
有益效果：
1.所述超韧高强磨耗层的厚度为1.8-3cm，可提高磨耗层稳定性同时提高施工效率。
2.所述粗集料和细集料重量比为1：(0.8-1.3)时，可提高磨耗层的排水以及降噪性能。
3.所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度强度大于2MPa，断裂伸长率大于100％时，可提高磨耗层抗裂性能。
4.施工简便，无需改变旧路面的结构，常规施工设备即可以实施。
5.所述SBS高粘改性沥青包括SBS改性沥青和高黏改性剂，所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为(8-12)：1时，可提高磨耗层耐候性能。
具体实施方式
实施例1
一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，从上到下，为钢渣沥青混凝土超薄磨耗层和改性沥青混凝土粘结层。
所述超韧高强磨耗层的厚度为2cm。
所述改性沥青混凝土粘结层为环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度为2.6MPa，断裂伸长率为130％，为湖南高速建设工程有限公司自制，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的制备方法：将18wt％树脂加热至80℃，加入5wt％钢渣和9wt％增韧剂，得到9wt％固化剂，达到混合体；将59wt％沥青加热至160℃加入到混合体中混合均匀，即得。
所述树脂包括环氧树脂，所述环氧树脂包括缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂，所述缩水甘油胺型环氧树脂与双酚F固化环氧树脂的重量比为1：1.2。
所述缩水甘油胺型环氧树脂购自武汉华翔科洁生物技术有限公司，品牌：华翔科洁，型号：MF-4230；所述双酚F固化环氧树脂上海凯茵化工有限公司，品牌：亨斯迈，型号：ARALDITE GY 281。
所述增韧剂包括聚乙二醇二缩水甘油醚。
所述固化剂包括酸酐固化剂甲基纳迪克酸酐(25134-21-8)和甲基六氢苯酐(CAS：25550-51-0)，所述甲基纳迪克酸酐与甲基六氢苯酐重量比为1：3。
所述沥青为70#道路石油沥青，产自中石化镇海炼化。
按重量份计，所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层为SBS高粘改性沥青7份，集料55份，矿粉20份，钢渣10份，纤维材料0.05份。
所述SBS高粘改性沥青为SBS改性沥青和高黏改性剂，所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为92：8。
所述SBS改性沥青购自邢台鑫阔沥青销售有限公司。
所述高黏改性剂的密度为0.90g/cm3，所述高黏改性剂的粒径为4mm，所述高黏改性剂的吸水率为0.3％，购自深圳路特新材料科技有限公司，型号：LT-HVA。
所述SBS高粘改性沥青制备方法为：将SBS改性沥青加热到约165℃，然后加入高黏改性剂，放到高速剪切机下，调整转速到5000转/min，持续剪切30min，整个过程温度控制在195℃，之后放入180℃烘箱中发育30min，即得。
所述集料为粗集料和细集料，所述粗集料和细集料重量比为1：1。
所述粗集料和细集料是由石料经磨细后得到，所述石料为玄武岩、辉绿岩，所述玄武岩、辉绿岩重量比为1：0.8。
所述粗集料公称粒径为5-10mm和3-5mm两种，所述5-10mm和3-5mm粗集料重量比为1：0.8。
所述细集料公称粒径为0-2.36mm。
所述细集料粒径大于0.3mm的部分为8wt％，粒径小于0.075mm的部分为6wt％(通过水洗法过筛)。
所述钢渣由钢渣原料经破碎至平均粒径为6.5mm，陈化16个月后进行使用，所述钢渣原料为湖北宝武钢铁集团的热泼钢渣。
所述矿粉采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到。
所述矿粉采用石灰岩石料经磨细得到，所述矿粉平均粒径为0.075mm。
所述纤维材料为玄武岩短切纤维，所述玄武岩短切纤维平均长度为6mm，平均直径为16μm，购自泰安鸿砼新材料有限公司。
所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层的制备为以下步骤：
步骤1：依次将集料、钢渣、纤维材料加入，干拌15s，得到混合料1；
步骤2：将SBS高粘改性沥青加入混合料1中，拌和15s，得到混合料2；
步骤3：将矿粉加入混合料2中，拌和45s，即得。
一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层的制备方法，为以下步骤：
S1，对路进行精铣刨处理；
S2，洒布改性沥青混凝土粘结层；
S3，洒布钢渣沥青混凝土超薄磨耗层，压实。
所述步骤S2洒布的量为0.8kg/m2。
所述步骤S2洒布的温度为160℃。
所述步骤S3洒布的量为0.9kg/m2。
所述步骤S3洒布的温度为170℃。
所述压实依次经过初压，复压，终压。
所述初压采用刚性碾静压，初压遍数为2遍。
所述复压采用振动压路机，复压遍数为2遍。
所述终压采用刚性碾静压，终压遍数为1遍。
实施例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例2中所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层为SBS高粘改性沥青8份，集料50份，矿粉18份，钢渣12份，纤维材料0.07份。
实施例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中所述步骤S2洒布的量为0.9kg/m2，所述步骤S3洒布的量为0.8kg/m2。
对比例1
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述粗集料和细集料重量比为1：1.5。
对比例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为20：1。
性能测试方法
将实施例1-3和对比例1-2中所得超博磨耗层进行性能测试，测试数据列于表1中。
性能测试数据
表1
Claims (10)
1.一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，从上到下，包括钢渣沥青混凝土超薄磨耗层和改性沥青混凝土粘结层。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述超韧高强磨耗层的厚度为1.8-3cm。
3.根据权利要求2所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述改性沥青混凝土粘结层包括环氧改性沥青混凝土粘结层，所述环氧改性沥青混凝土粘结层的拉伸强度大于2MPa，断裂伸长率大于100％。
4.根据权利要求3所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，按重量份计，所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层包括SBS高粘改性沥青5-15份，集料40-70份，矿粉10-30份，钢渣5-15份，纤维材料0.03-0.1份。
5.根据权利要求4所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述纤维材料包括玄武岩短切纤维、木质素中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述SBS高粘改性沥青包括SBS改性沥青和高黏改性剂，所述SBS改性沥青和高黏改性剂重量比为(8-12)：1。
7.根据权利要求6所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述高黏改性剂的密度为0.88-0.92g/cm3，粒径为3-6mm，吸水率为0.1-1％。
8.根据权利要求7所述的一种掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层，其特征在于，所述钢渣沥青混凝土超薄磨耗层的制备包括以下步骤：
步骤1：依次将集料、钢渣、纤维材料加入，干拌10s-15s，得到混合料1；
步骤2：将SBS高粘改性沥青加入混合料1中，拌和10-20s，得到混合料2；
步骤3：将矿粉加入混合料2中，拌和25-40s，即得。
9.一种根据权利要求1所述的掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对路进行精铣刨处理；
S2，洒布改性沥青混凝土粘结层；
S3，洒布钢渣沥青混凝土超薄磨耗层，压实。
10.一种根据权利要求9所述的掺杂钢渣的沥青混凝土磨耗层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中洒布的量为0.6-0.9kg/m2。
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