CN101323509A - 橡胶改性稳定粒料类材料及其制备和施工方法 - Google Patents

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饶波华
朱宝林
邓晓轩
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Abstract

本发明一种橡胶改性稳定粒料类材料，其组成成分的质量百分比为：橡胶材料1％～20％，结合料5％～15％，粒料50％～94％，水0％～15％；该橡胶改性稳定粒料类材料，是由上述的粒料、结合料和橡胶材料，掺入水，经拌合摊铺碾压成型。其制备和施工方法是：(1)测出所用粒料的含水率；(2)确定所用粒料的最佳含水率；(3)计算施工的需水量；(4)确定所要掺入橡胶材料的成分；(5)拌合均匀，摊铺碾压成型，成型后洒水养护。本发明橡胶改性稳定粒料类材料具有密度小、韧性好、抗裂性能强、变形能力大、抗疲劳破坏能力强等优点，并再利用了废旧橡胶，经济和环境效益良好，应用领域广泛。

Description

橡胶改性稳定粒料类材料及其制备和施工方法
(一)技术领域：
本发明涉及一种橡胶改性稳定粒料类材料及其制备和施工方法，属于土木工程及交通技术领域。
(二)背景技术：
无机稳定粒料类材料作为高等级公路基层在我国甚至在世界范围内被广泛地应用。但无机稳定粒料基层在交通荷载和干燥环境的双重作用下，易收缩开裂。该基层裂缝会反射到沥青面层，不仅使车辆行驶质量下降，而且也破坏路面整体结构，导致结构强度的削弱(如裂缝处弯沉增大、路面回弹模量降低等)。这一缺点至今还没有行之有效的解决办法。此外，无机稳定粒料基层也存在抗冻性不足和抗疲劳破坏能力不足的缺点。
另一方面，我国汽车工业高速发展，废旧轮胎大量产生，实现废旧轮胎的无害化、高附加值的处理是迫切需要解决的问题。
(三)发明内容：
本发明的目的是提供一种橡胶改性稳定粒料类材料及其制备和施工方法，利用橡胶具有一定弹性、塑性变形大、延伸率大、干缩系数和热膨胀系数低等特点，利用废弃轮胎橡胶制造的橡胶颗粒或橡胶纤维作为掺合料，掺入到稳定粒料类基层中，可有效地提高稳定粒料类公路基层的抗裂性、抗冻性、抗疲劳性，从而形成一种高耐久性的新型路面基层材料。同时，也为废旧橡胶利用开辟了一种新的途径，能取得良好的环境效益和经济效益。
本发明一种橡胶改性稳定粒料类材料，其组成成分的质量百分比为：
橡胶材料        1％～20％，
结合料          5％～15％，
粒料            50％～94％，
水              0％～15％
本发明的橡胶改性稳定粒料类材料，是由上述的粒料、结合料和橡胶材料，掺入水，经拌合摊铺碾压成型。
该橡胶材料是粒径为0.1mm～40mm的橡胶颗粒、直径为0.1mm～40mm的橡胶纤维或它们的混合物，粒径或直径为0.1mm～2mm的橡胶材料为细橡胶材料，粒径或直径为2mm～40mm的橡胶材料为粗橡胶材料。该橡胶材料可用废旧轮胎粉碎制造；使用时，所述橡胶材料可原状掺入，如需要加强橡胶材料与粒料的界面胶结强度，可进行表面改性后掺入。表面改性需要使用橡胶表面改性剂，该橡胶表面改性剂为硅烷偶联剂、NaOH溶液等。
该结合料可采用下述几类按一定质量百分比组合成的材料：①A类(水泥类)，普通硅酸盐水泥100％，或水泥与粉煤灰按1∶0.5～1∶2的比例混合。②B类(石灰粉煤灰类)，石灰与粉煤灰按1∶1～1∶3的比例混合。③C类(有机无机混合类)，各类聚合物粉末、聚合物胶乳、液体树脂(如丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、环氧树脂)等有机材料5～30％，A类或B类结合料70～95％。
其中，可视施工或设计需要，在结合料中含有水泥时，可掺入缓凝剂(如糖蜜、木质素磺酸盐)或减水剂(如磺化奈甲醛缩合物、改性木质磺酸盐)或者缓凝剂和减水剂两者的组合。
该粒料为碎石、砂砾等材料中的一种或几种的组合；按粒径的大小可分为粗粒料，粒径为2mm～40mm；细粒料，粒径为0.075mm～2mm。
本发明一种橡胶改性稳定粒料类的制备和施工方法是：
(1)通过悉知的实验方法测出所用粒料的含水率；
(2)在室内进行击实实验，确定所用粒料的最佳含水率；
(3)计算施工的需水量：由粒料的含水率与最佳含水率的差值，得出使粒料含水率变成最佳含水率需要加入的水量m1。根据结合料的用量，计算出结合料水化的需水量m2。施工中的最终需水量即为m1和m2的总和。
(4)确定所要掺入橡胶材料的成分：橡胶材料的成分配比取决于粒料中粗粒料和细粒料的组成比例，具体来说，橡胶材料的粒径或直径对应于粗细粒料的粒径分布，即细橡胶材料在橡胶材料中的质量百分比等于细粒料在粒料中的质量百分比。粗橡胶材料在橡胶材料中的质量百分比等于粗粒料在粒料中的质量百分比。
(5)在符合规范要求级配的粒料中按照预定的配比掺入橡胶材料和结合料(可包括缓凝剂和减水剂)，拌合均匀，然后加入步骤(3)计算出的最终所需要的水，再次拌合均匀，经摊铺，碾压成型，成型后洒水养护。
本发明一种橡胶改性稳定粒料类材料及其制备和施工方法，其优点和功效是：该橡胶颗粒或橡胶纤维的掺入能有效的改善稳定粒料类材料的物理和力学性能。橡胶改性稳定粒料类材料表现出密度小、韧性好、抗裂性能强、变形能力大、抗疲劳破坏能力强等传统半刚性路面基层材料难以达到的卓越性能。它可广泛应用于高等级公路基层，尤其是冻土地区道路、重交通道路、机场跑道等的基层或垫层。另外由于大量使用废旧轮胎橡胶，原料来源广，成本低，不受地域性限制，生产能耗低，具有良好的经济效益和环境效益。
(四)具体实施方式：
实施例1：
本发明一种橡胶改性稳定粒料类材料，其组成成分的质量百分比为：
水泥8％、经表面改性的细橡胶材料3％、经表面改性的粗橡胶材料5％、细粒料28％、粗粒料46％、水10％。
所用橡胶表面改性剂为硅烷偶联剂，所用缓凝剂为糖蜜。其制备和施工方法是：先用硅烷偶联剂对橡胶材料进行表面改性；测定所用粒料的含水率，并在室内进行粒料的击实实验，确定粒料的最佳含水率，计算出最后需要加入的水量；将表面改性后的橡胶材料再与粗粒料、细粒料、水泥拌合，然后加入所需的水和缓凝剂糖蜜，再次拌合，经摊铺、碾压成型。后续进行洒水养护。可用于高等级公路基层。
实施例2：
本发明一种橡胶改性稳定粒料类材料，其组成成分的质量百分比为：
石灰6％、粉煤灰15％、经表面改性的橡胶纤维8％、粗粒料63％、水8％。
所用橡胶表面改性剂为硅烷偶联剂。其制备和施工方法是：先用硅烷偶联剂对橡胶纤维进行表面改性。测定所用粗粒料的含水率，并在室内进行粗粒料的击实实验，确定粗粒料的最佳含水率，计算出最后需要加入的水量；将表面改性后的橡胶纤维再与粗粒料、石灰、粉煤灰拌合，然后加入所需的水，再次拌合，经摊铺、碾压成型。后续进行洒水养护。可用于高等级公路基层。
实施例3：
环氧树脂2％、水泥8％、经表面改性的橡胶颗粒10％、粒料70％、水10％。
所用橡胶表面改性剂为NaOH溶液，所用缓凝剂为木质素磺酸盐，用量是水泥质量的2％。其制备和施工方法是：先用NaOH溶液对橡胶纤维进行表面改性。测定所用碎石的含水率，并在室内进行粒料的击实实验，确定粒料的最佳含水率，计算出最后需要加入的水量；将木质素磺酸盐与水泥拌合，再与粒料、橡胶颗粒拌合，然后加入所需的水和环氧树脂液体，再次拌合，经摊铺、碾压成型。后续进行洒水养护。可用于高等级公路基层。
实施例4：
水泥8％、粉煤灰12％、经表面改性的细橡胶颗粒2％、经表面改性的粗橡胶颗粒5％、细粒料17％、粗粒料46％、水10％。
所用橡胶表面改性剂为NaOH溶液，所用缓凝剂为木质素磺酸盐，用量是水泥质量的2％。其制备和施工方法是：先用NaOH溶液对橡胶纤维进行表面改性。将粗粒料和细粒料混合，测定混合后的粒料含水率，并在室内进行粒料的击实实验，确定粒料的最佳含水率，计算出最后需要加入的水量；将木质素磺酸盐与水泥拌合，再与粉煤灰、粗粒料、细粒料、橡胶颗粒拌合，然后加入所需的水，再次拌合，经摊铺、碾压成型。后续进行洒水养护。可用于高等级公路基层。
实施例5：
水泥9％、聚丙烯酸酯乳胶2％、经表面改性的橡胶材料8％、粒料72％、水9％。
所用橡胶表面改性剂为硅烷偶联剂。其制备和施工方法是：先用硅烷偶联剂对橡胶材料进行表面改性。测定所用粒料的含水率，并在室内进行粒料的击实实验，确定粒料的最佳含水率，计算出最后需要加入的水量；将表面改性后的橡胶材料再与水泥、粒料拌合，然后加入所需的水和聚丙烯酸酯乳胶，再次拌合，经摊铺、碾压成型。后续进行洒水养护。可用于高等级公路基层。

Claims (19)

1、一种橡胶改性稳定粒料类材料，其组成成分的质量百分比为：
橡胶材料          1％～20％，
结合料            5％～15％，
粒料              50％～94％，
水                0％～15％
该橡胶改性稳定粒料类材料，是由上述的粒料、结合料和橡胶材料，掺入水，经拌合摊铺碾压成型。
2、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶材料使用时，所述橡胶材料原状掺入，如需要加强橡胶材料与粒料的界面胶结强度，则进行表面改性后掺入；表面改性需要使用橡胶表面改性剂。
3、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶材料采用粒径为0.1mm～40mm的橡胶颗粒，粒径0.1mm～2mm的橡胶材料为细橡胶材料，粒径2mm～40mm的橡胶材料为粗橡胶材料；由废旧轮胎粉碎制造。
4、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶材料采用直径为0.1mm～40mm的橡胶纤维，直径为0.1mm～2mm的橡胶材料为细橡胶材料，直径为2mm～40mm的橡胶材料为粗橡胶材料；由废旧轮胎粉碎制造。
5、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶材料采用橡胶颗粒和橡胶纤维的混合物，粒径或直径为0.1mm～2mm的橡胶材料为细橡胶材料，粒径或直径为2mm～40mm的橡胶材料为粗橡胶材料，由废旧轮胎粉碎制造。
6、根据权利要求2所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶表面改性剂采用硅烷偶联剂。
7、根据权利要求2所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该橡胶表面改性剂采用NaOH溶液。
8、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该结合料采用下述按一定质量百分比组合成的材料：A类之水泥类，普通硅酸盐水泥100％，或水泥与粉煤灰按1∶0.5～1∶2的比例混合。
9、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该结合料采用下述按一定质量百分比组合成的材料：B类之石灰粉煤灰类，石灰与粉煤灰按1∶1～1∶3的比例混合。
10、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该结合料采用下述按一定质量百分比组合成的材料：C类之有机无机混合类，各类聚合物粉末、聚合物胶乳、液体树脂有机材料5～30％，A类结合料70～95％。
11、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该结合料采用下述按一定质量百分比组合成的材料：C类之有机无机混合类，各类聚合物粉末、聚合物胶乳、液体树脂有机材料5～30％，B类结合料70～95％。
12、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该粒料为碎石、砂砾材料中的一种或几种的组合，采用粗粒料，其粒径为2mm～40mm；。
13、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该粒料为碎石、砂砾材料中的一种或几种的组合，采用细粒料，其粒径为0.075mm～2mm。
14、根据权利要求1所述的橡胶改性稳定粒料类材料的制备和施工方法，其特征在于：橡胶改性稳定粒料类的制备和施工方法是：
(1)通过悉知的实验方法测出所用粒料的含水率；
(2)在室内进行击实实验，确定所用粒料的最佳含水率；
(3)计算施工的需水量：由粒料的含水率与最佳含水率的差值，得出使粒料含水率变成最佳含水率需要加入的水量m1；根据结合料的用量，计算出结合料水化的需水量m2。施工中的最终需水量即为m1和m2的总和；
(4)确定所要掺入橡胶材料的成分：橡胶材料的成分配比取决于粒料中粗粒料和细粒料的组成比例，具体来说，橡胶材料的粒径或直径对应于粗细粒料的粒径分布，即细橡胶材料在橡胶材料中的质量百分比等于细粒料在粒料中的质量百分比；粗橡胶材料在橡胶材料中的质量百分比等于粗粒料在粒料中的质量百分比。
(5)在符合规范要求级配的粒料中按照预定的配比掺入橡胶材料和结合料，拌合均匀，然后加入步骤(3)计算出的最终所需要的水，再次拌合均匀，经摊铺，碾压成型，成型后洒水养护。
15、根据权利要求5所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：在使用包含有水泥组分的A类或C类结合材料时，掺入缓凝剂或减水剂，或者缓凝剂和减水剂都掺入。
16、根据权利要求15所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该缓凝剂采用糖蜜。
17、根据权利要求15所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该缓凝剂采用木质素磺酸盐。
18、根据权利要求15所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该减水剂采用磺化奈甲醛缩合物。
19、根据权利要求15所述的橡胶改性稳定粒料类材料，其特征在于：该减水剂采用改性木质磺酸盐。
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