CN101134655A - 片麻岩沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的片麻岩沥青混凝土由片麻岩集料、沥青胶结料、矿粉、无机类抗剥落剂或有机类抗剥落剂组成。其制备方法是：按配比取材料；将160－170℃的沥青加入至175－180℃集料中拌和80－90秒钟，而后加入无机类抗剥落剂和矿粉搅拌80－90秒钟，再经成型工序即可；或者，用水浴法使有机类抗剥落剂加热至60－80℃，而后将其加入120－135℃的沥青搅拌均匀，再加热至160－170℃，然后将其加入至175－180℃集料中拌和80－90秒钟，而后加入矿粉搅拌80－90秒钟，再经成型工序即可。本发明对于片麻岩在高等级路面上的推广应用、降低工程造价、缩短工程期限、节约资源等方面具有重大的经济和社会效益。

Description

片麻岩沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路材料领域，特别是一种片麻岩沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
高等级公路要求面层的石料既具有良好的耐磨性以提高高速行车的安全，又要与沥青有良好的粘附性以延长使用寿命。中国地域辽阔，地质构造的千差万别使一些地区富含酸性石料，而碱性、中性石料较为匮乏。从全国范围看，只有料源稀少的部分中性优质石料能同时满足这两项要求。近年来，我国高速公路发展迅猛，优质石料匮乏的问题日益突出，在这种情况下，一味追求使用优质石料势必会增大投资，提高工程造价，延长工程建设工期。因此，有必要另辟途径。
目前，采用的酸性集料铺筑的沥青混凝土路面，因集料与沥青的粘附性往往达不到要求，路面成型后在水分子浸蚀下，经反复受荷而使沥青与矿料脱离，最终直至松散掉粒，所以常常需要添加有效的抗剥落剂来改善其路用性能。有机类抗剥落剂作为一种表面活性物质，它能降低沥青-矿料界面张力，提高沥青与矿料的粘附性。抗剥落剂大都具有两亲性，即具有极性基团(亲水性)和非极性基团(憎水性)两部分。其吸附于沥青与矿料界面上时，就形成定向分子层，极性基团定向于矿料表面，非极性基团朝向外面，使矿料表面产生憎水性，增强了矿料与沥青的粘结效果。使用掺加碱性材料的无机类抗剥落剂如消石灰和水泥，既可使集料在拌和时表面得以碱性化，同时沥青中掺入碱性材料可以提高软化点和粘度，减小针入度，有利于改善沥青与矿料间的粘结。
在我国，部分地区片麻岩储量十分丰富，片麻岩中SiO2的含量高达60％，是一种典型的酸性石料，与沥青的粘附性差。如果通过添加无机类或有机类抗剥落剂，制备出符合高等级公路国家规范要求的片麻岩沥青混凝土，这必将对于降低工程造价，合理利用资源具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：制备一种片麻岩沥青混凝土，以促进我国储量丰富的片麻岩在高等级路面上的应用，从而降低工程造价。同时，提供这种片麻岩沥青混凝土的容易推行的制备方法，使其路用性能满足高等级公路的需求。
本发明按下述技术方案解决其技术问题：
本发明提供的片麻岩沥青混凝土，由片麻岩集料、沥青胶结料、矿粉和抗剥落剂组成。各组成的重量配比分别为集料90-94％，沥青胶结料4-6％，矿粉1-4％，无机类抗剥落剂1-2％或有机类抗剥落剂0.12-0.24‰。
本发明提供的上述片麻岩沥青混凝土，其制备方法是：
方法一：按配比取材料；将160-170℃的沥青加入至175-180℃片麻岩集料中拌和80-90秒钟；而后同时加入一定量的无机类抗剥落剂和矿粉搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土。
方法二：采用水浴法将流动性差的有机类抗剥落剂加热至60-80℃，而后将有机类抗剥落剂按设定的比例(根据厂家提供的建议)加入120-135℃的沥青中搅拌均匀；再将160-170℃的该混合沥青加入至175-180℃片麻岩集料中拌和80-90秒钟，而后加入矿粉搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土。
本发明提供的上述片麻岩沥青混凝土，其成型方法是：采用国家《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔标准击实成型、轮碾法成型或旋转压实(Superpave)成型。
本发明提供的片麻岩沥青混凝土，因采用储量丰富的片麻岩，可大大缓解优质石料的匮乏问题，使资源得到合理利用，并且利于降低高等级公路的工程造价。
本发明通过添加无机类或有机类抗剥落剂，能够制备出路用性能满足高等级公路国家规范要求的片麻岩沥青混凝土。这对于片麻岩在高等级路面上的大规模推广应用、缩短工程期限、带动沿线经济的发展、节约资源等方面具有重大的经济效益和社会效益。
本发明采用马歇尔击实仪成型两种试件，一种是试件两面各击实75次，试件直径为101.6±0.2mm，试件高度为63.5±1.3mm，作马歇尔稳定度试验，结果表明：使用改性沥青，掺加1％-2％重量比的无机类抗剥落剂(消石灰)的马歇尔稳定度为9-13kN，掺加0.12‰-0.24‰重量比的有机类抗剥落剂的马歇尔稳定度为9-12kN，均满足规范大于8kN的要求。
另一种是将试件两面各击实50次，试件直径为101.6±0.2mm，试件高度为63.5±1.3mm，作混合料冻融劈裂试验，结果表明：使用改性沥青，掺加1％-2％重量比的无机类抗剥落剂的冻融劈裂残留强度比为85-90％，掺加0.12-0.24‰的有机类抗剥落剂的冻融劈裂残留强度比为80-87％，均满足规范大于80％的要求。另外同样的方法若改用道路石油沥青或特立尼达湖改性沥青，也能满足国家规范要求。表明掺加抗剥落剂后，片麻岩沥青混凝土的抗水损害性能满足规范要求。
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作车辙板状试件，试件长300mm×宽300mm×高50mm，作高温抗车辙动稳定度试验。结果表明：使用不同沥青，掺加1％-2％重量比的无机类抗剥落剂的动稳定度为1000-7000次/mm，掺加0.12-0.24‰的有机类抗剥落剂的动稳定度为1000-6000次/mm，掺加不同沥青种类的动稳定度均满足相应规范要求。表明掺加抗剥落剂后，片麻岩沥青混凝土的高温抗车辙性能满足规范要求。
附图说明
图1是掺加无机类抗剥落剂的片麻岩沥青混凝土制备流程图。
图2是掺加有机类抗剥落剂的片麻岩沥青混凝土制备流程图。
具体实施方式
本发明提供的片麻岩沥青混凝土，由片麻岩集料、沥青胶结料、矿粉和抗剥落剂组成，各组成的重量配比分别为片麻岩集料90-94％、沥青胶结料4-6％、矿粉1-4％、无机类抗剥落剂1-2％或有机类抗剥落剂0.12-0.24‰。掺加抗剥落剂可以提高片麻岩沥青混凝土的路用性能。
有机类抗剥落剂的掺量可根据生产厂家所提供的建议而定。
所用的沥青胶结料，可以采用道路石油沥青、特立尼达湖改性沥青、SBS改性沥青中的一种。
所用的无机类抗剥落剂一般采用高钙消石灰、白云石生石灰、高钙消石灰、白云石消石灰、二次消化白云石灰中的一种，或几种的混合物。有机类抗剥落剂为胺类化合物或非胺类化合物，例如：胺类化合物可采用以多胺、醇胺、酰胺、烷基氧化烯胺、咪唑啉、醛胺缩合为主要成分的产品；非胺类化合物可采用以磷羟基化合物为主要成分的产品。
所用的矿粉采用石灰石矿粉，其技术指标满足国家《公路沥青路面施工技术规范》。
本发明提供的上述片麻岩沥青混凝土，其制备方法流程参见图1和图2。
方法一(见图1)：按设计的片麻岩沥青混凝土的配比取集料并加热至175-180℃，将160-170℃的热态沥青加入片麻岩集料中拌和80-90秒钟至均匀，而后同时加入定量的无机类抗剥落剂(消石灰)和矿粉搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土。
方法二(见图2)：采用水浴法将流动性差的有机类抗剥落剂加热至60-80℃，而后按设定比例加入120-135℃的沥青中充分搅拌均匀，再将160-170℃的该混合沥青加入至175-180℃片麻岩集料中拌和80-90秒钟，而后加入定量矿粉搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土。
上述的成型工序可以采用国家《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的马歇尔击标准实成型方法或轮碾法成型方法。其中，马歇尔击标准实成型方法是：将片麻岩沥青混凝土双面各击实75或50次。轮碾法成型方法是：先在一个方向预压2个往返，而后调转180°，再碾压12个往返左右可达要求。上述的成型工序也还可以采用旋转压实(Superpave)成型：根据交通水平具体情况选择旋转压实次数，例如当设计ESALs≥30(百万)时，旋转压实参数分别为Nini＝9，Ndesign＝125，Nmax＝205。
下面结合具体实施例对本发明提供的方法作进一步说明，但不限定本发明。
采用下述原材料，按照本发明前述提供的制备方法，制备出AC-20、Superpave19的片麻岩沥青混凝土：
原材料：
1.集料：片麻岩。
2.沥青：P676-22 SBS改性沥青及特立尼达湖改性沥青TMA-50。
3.矿粉：石灰石矿粉。
4.无机类抗剥落剂：消石灰。
5.有机类抗剥落剂：乙烯基胺类抗剥落剂。
实施例1和2为掺加1％消石灰的AC-20C片麻岩沥青混凝土，其合成级配设计见表1：实施例1采用PG76-22SBS改性沥青，最佳油石比为4.7％。实施例2采用特立尼达湖改性沥青TMA-50，最佳油石比为5.1％。实施例1和2的路用性能结果如表4所示。
实施例3和4为掺加沥青用量的0.4％的乙烯基胺类抗剥落剂的AC-20C片麻岩沥青混凝土，其合成级配设计见表2：实施例3采用PG76-22SBS改性沥青，最佳油石比为4.6％；实施例4采用特立尼达湖改性沥青TMA-50，最佳油石比为5.0％。实施例3和4的路用性能结果如表5所示。
实施例5和6为掺加1％消石灰的Superpave19片麻岩沥青混凝土，其合成级配设计见表3：实施例5采用PG76-22SBS改性沥青，最佳油石比为4.5％；实施例6采用特立尼达湖改性沥青TMA-50，最佳油石比为4.9％。实施例5和6的路用性能结果如表6所示。
附表
表1  掺加1％消石灰的AC-20C片麻岩沥青混凝土合成级配设计
  孔径mm 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
  合成级配％ 100 93.6 87.9 74.4 56.8 39 3 31.0 20.2 15.7 12.1 8.9 6.0
表2掺加沥青用量0.4％乙烯基胺类抗剥落剂的AC-20C片麻岩沥青混凝土合成级配设计
  孔径mm 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
  合成级配％ 100 93.6 87.9 74.4 56.8 39.3 31.0 20.2 15.7 12.1 8.9 6.0
表3 掺加1％消石灰的Superpave19片麻岩沥青混凝土合成级配设计
    孔径mm 25 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
    合成级配％ 100 95.7 82.6 64.5 40.8 26.1 18.6 12.8 9.4 7.2 5.9
表4实施例1和实施例2的路用性能结果
路用性能 实施例1 实施例2
马歇尔稳定度，kN 11.8 10.2
流值，0.1mm 35 31
残留稳定度，％ 89.2 88.4
冻融劈裂残留强度比，％ 84.4 83.0
动稳定度，次/mm 5413 4412
表5 实施例3和实施例4的路用性能结果
路用性能 实施例3 实施例4
马歇尔稳定度，kN 11.0 10.4
流值，0.1mm 32 34
残留稳定度，％ 86.7 85.8
冻融劈裂残留强度比，％ 82.6 81.4
动稳定度，次/mm 4828 4482
表6 实施例5和实施例6的路用性能结果
路用性能 实施例5 实施例6
马歇尔稳定度，kN 10.3 10.2
流值，0.1mm 30 31
残留稳定度，％ 86.8 86.4
冻融劈裂残留强度比，％ 83.6 82.2
动稳定度，次/mm 5612 4628

Claims (8)

1.一种沥青混凝土，由集料、沥青胶结料、矿粉和抗剥落剂组成，其特征是片麻岩沥青混凝土，其各组成的重量配比分别为集料90-94％，沥青胶结料4-6％，矿粉1-4％，无机类抗剥落剂1-2％或有机类抗剥落剂0.12-0.24‰，集料采用片麻岩。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征是所用的沥青胶结料为道路石油沥青、特立尼达湖改性沥青、SBS改性沥青中的一种。
3.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于抗剥落剂为无机类或有机类抗剥落剂，其中：无机类抗剥落剂为高钙消石灰、白云石生石灰、高钙消石灰、白云石消石灰、二次消化白云石灰中的一种，或几种的混合物；有机类抗剥落剂为胺类化合物或非胺类化合物。
4.根据权利要求1所述的沥青混凝土，其特征在于矿粉为石灰石矿粉。
5.一种制备权利要求1至4中任一权利要求所述沥青混凝土的方法，其特征是采用以下的制备方法：
按配比取材料；将160-170℃的沥青加入至175-180℃片麻岩集料中拌和80-90秒钟，而后同时加入无机类抗剥落剂和矿粉再搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土；
或者，
采用水浴法将粘度较大流动性不太好的有机类抗剥落剂加热至60-80℃，而后将有机类抗剥落剂按设定的比例加入120-135℃的沥青中搅拌均匀，再将加热至160-170℃的该混合沥青加入至175-180℃片麻岩集料中拌和80-90秒钟，而后加入矿粉搅拌80-90秒钟，再经成型工序即可制成片麻岩沥青混凝土。
6.根据权利要求5所述的制备沥青混凝土的方法，其特征在于成型工序采用马歇尔标准击实成型方法：将拌和好的片麻岩沥青混合料双面各击实75或50次。
7.根据权利要求5所述的制备沥青混凝土的方法，其特征在于成型工序采用轮碾法成型方法：先在一个方向预压2个往返，而后调转180°，再碾压10-12个往返。
8.根据权利要求5所述的制备沥青混凝土的方法，其特征在于成型工序采用旋转压实成型方法：当设计ESALs≥30百万时，旋转压实参数分别为Nini＝9，Ndesign＝125，Nmax＝205。
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