CN101525493B - 轻质沥青混合料及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质沥青混合料及其配制方法，要解决的技术问题是配制沥青混合料，利用工业废弃材料。本发明包含的重量比组分为：沥青10％～15％、粉煤灰陶粒55％～63％、石灰岩细集料25％～32％和粉煤灰2％～4％。配制方法：计算合成矿料毛体积相对密度和有效相对密度、油石比，将沥青、粉煤灰陶粒、石灰岩细集料和粉煤灰制作试件，检测毛体积相对密度，轻质沥青混合料的理论最大相对密度，计算轻质沥青混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度体积指标，测定路用性能。本发明与现有技术相比，采用工业废料粉煤灰和粉煤灰陶粒作原材料，既可以节约资源，又能保护环境，且价格低廉，配制方法减少了配制过程中试验的工作量。

Description

轻质沥青混合料及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种用于公路路面的铺装材料及其配制方法，特别是一种用于桥面的轻质沥青混合料及其配制方法。

背景技术

利用轻质沥青混合料用作桥面铺装材料，可以减轻铺装层附加在桥面上的恒载，提高桥梁结构的安全性。同时，由于轻质沥青混合料采用了多孔轻质骨料，还具有吸音、降噪功能，能够减少行车造成的噪声污染。现有技术一般用现行的《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规定的方法，采用高强页岩陶粒作粗集料，掺加石灰岩细集料、矿粉和沥青配制轻质沥青混合料。页岩陶粒是用页岩烧制而成，需要耗费岩石资源。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料，每年排放大量的工业废料粉煤灰，对废弃的粉煤灰进行综合治理、资源的合理利用，对可持续发展具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻质沥青混合料及其配制方法，要解决的技术问题是合理配制沥青混合料，充分利用工业废弃材料，降低轻质沥青混合料的成本。

本发明采用以下技术方案：一种轻质沥青混合料，所述轻质沥青混合料包含的重量比组分为：沥青10％～15％、粉煤灰陶粒55％～63％、石灰岩细集料25％～32％和粉煤灰2％～4％。

本发明的沥青为70号道路石油沥青。

本发明的高强粉煤灰陶粒堆积密度为600kg/m³级。

本发明的粉煤灰陶粒颗粒级配为5mm～25mm的连续级配。

本发明的粉煤灰烧失量小于12％。

本发明的述轻质沥青混合料包含的重量比组分为：70号道路石油沥青∶粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰＝11∶57.8∶28.5∶2.7。

一种轻质沥青混合料的配制方法，包括以下步骤：一、选择原料沥青、粉煤灰陶粒、石灰岩细集料和粉煤灰，计算合成矿料毛体积相对密度γ_sb和有效相对密度γ_se： ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1^{\′}}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2^{\′}}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}},$ ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}},$ $\mathrm{\ω}=100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}}),$ c＝0.033ω²-0.2936ω+0.9339，γ_se＝cγ_sa+(1-c)γ_sb；二、计算油石比： $q_a=\frac{{0.09\mathrm{\γ}}_a}{{87\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}+100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}){\mathrm{\γ}}_a;$ 三、按比例将沥青、粉煤灰陶粒、石灰岩细集料和粉煤灰混合，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0702-2000方法制作马歇尔试件；四、检测马歇尔试件的毛体积相对密度γ_f，测定轻质沥青混合料的理论最大相对密度γ_t，计算得轻质沥青混合料空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度体积指标VFA： $\mathrm{VV}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f}{{\mathrm{\γ}}_t}),$ $\mathrm{VMA}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f(100-P_b)}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}),$ $\mathrm{VFA}=100\frac{\mathrm{VMA}-\mathrm{VV}}{\mathrm{VMA}};$ 五、测定混合料的路用性能。

本发明的方法测定混合料的路用性能为检验轻质沥青混合料的高温抗车辙性能、检验轻质沥青混合料的水稳定性、检验轻质沥青混合料的低温弯曲性能。

本发明与现有技术相比，采用工业废料粉煤灰和粉煤灰陶粒作原材料，制得轻质沥青混合料，变废为宝、变害为利，既可以节约资源，又能保护环境，且价格低廉，通过计算、混合、测试，确定沥青混合料的各组分的质量比率，可直接控制混合料的体积指标，又减少了配制过程中试验的工作量。

附图说明式

图1是本发明的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的轻质沥青混合料，包含的重量比组分为：70号道路石油沥青10％～15％、粉煤灰陶粒55％～63％、石灰岩细集料25％～32％和粉煤灰2％～4％。

沥青的选用符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求的70号道路石油沥青。

用工业废料粉煤灰烧制的高强粉煤灰陶粒作粗集料。高强粉煤灰陶粒堆积密度为600kg/m³级，颗粒级配为5mm～25mm的连续级配，其它技术性能应满足《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》(GB/T1743.1-1998)中表5、表6和表8的要求。

石灰岩细集料选用符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中表4.9.2规定的技术要求的材料。

粉煤灰选用工业废料粉煤灰作填料，要求其烧失量应小于12％，并应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中表4.10.1规定的技术要求。

本发明的轻质沥青混合料，合成级配符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中表4.10.1规定的AC-20C型混合料的级配范围。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0603-1993方法测定沥青相对密度γ_a；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0308-2000方法测定粉煤灰陶粒的表观相对密度γ₁和毛体积相对密度γ₁′；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0330-2005测定石灰岩细集料的表观相对密度γ₂和毛体积相对密度γ₂′；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T 0352-2000测定粉煤灰的表观相对密度γ₃。

本发明的轻质沥青混合料的配制方法，按照以下步骤配制沥青混合料各组分的质量比率：

一、选择原料为沥青、粉煤灰陶粒、石灰岩细集料和粉煤灰后，计算合成矿料混合料毛体积相对密度γ_sb和有效相对密度γ_se，计算公式为：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1^{\′}}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2^{\′}}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}}$

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}}$

$\mathrm{\ω}=100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}})$

c＝0.033ω²-0.2936ω+0.9339

γ_se＝cγ_sa+(1-c)γ_sb

式中：P₁为粉煤灰陶粒的质量比例，％；P₂为石灰岩细集料的质量比例，％；P₃为粉煤灰的质量比例，％；ω为合成矿料的吸水率，％；c为合成矿料的沥青吸收系数，％。

二、计算油石比，即沥青与所有矿料的质量比，计算公式为：

$q_a=\frac{{0.09\mathrm{\γ}}_a}{{87\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}+100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}){\mathrm{\γ}}_a$

式中：q_a为油石比，％；γ_a为沥青相对密度；γ_se为合成矿料有效相对密度；γ_sb合成矿料毛体积相对密度。

三、按现有技术方法将沥青、粉煤灰陶粒、石灰岩细集料和粉煤灰混合。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0702-2000方法制作马歇尔试件。

四、检测混合料的体积指标，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)T0705-2000方法测定马歇尔试件的毛体积相对密度γ_f；按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0711-1993方法测定轻质沥青混合料的理论最大相对密度γ_t，计算得轻质沥青混合料空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度体积指标VFA。

$\mathrm{VV}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f}{{\mathrm{\γ}}_t})$

$\mathrm{VMA}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f(100-P_b)}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}})$

$\mathrm{VFA}=100\frac{\mathrm{VMA}-\mathrm{VV}}{\mathrm{VMA}}$

式中：P_b为沥青占混合料总质量的百分率，％

五、测定混合料的路用性能，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0719-1993沥青混合料车辙试验方法检验轻质沥青混合料的高温抗车辙性能；采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0729-2000沥青混合料冻融劈裂试验方法检验轻质沥青混合料的水稳定性；采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0715-1993沥青混合料弯曲试验方法检验轻质沥青混合料的低温弯曲性能。

实施例1，如图1所示，制备轻质沥青混合料，包括以下步骤：

一、原材料选择

沥青：选用壳牌70号道路石油沥青，对其技术性能进行了检测，试验结果见表1所示，该沥青各项技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的要求。

粉煤灰陶粒：选用堆积密度为600 kg/m³级的高强粉煤灰陶粒，颗粒级配如表5所示，该高强粉煤灰陶粒的技术性能如表2所示，满足《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》(GB/T1743.1-1998)中表5、表6和表8的要求。

石灰岩细集料：选用符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求的石灰岩细集料，其技术性能见表3。

粉煤灰：选用工业废料粉煤灰作填料，其技术性能见表4，所用粉煤灰的各项性能符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中表4.10.1的相关技术要求。

二、选择材料的配合比例

选择各种矿料的质量比为：粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰＝63∶32∶3，各种矿料、合成矿料的级配见表5，满足合成级配在《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中表4.10.1规定的AC-20C型混合料的级配范围内。

三、材料参数测定

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0603-1993方法测定沥青相对密度γ_a；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0308-2000方法测定粉煤灰陶粒的表观相对密度γ1和毛体积相对密度γ₁′；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0330-2005测定石灰岩细集料的表观相对密度γ₂和毛体积相对密度γ₂′；按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T 0352-2000测定粉煤灰的表观相对密度γ₃。材料参数测定结果表6。

按照以下公式，计算合成矿料毛体积相对密度γ_sb和合成矿料有效相对密度γ_se。

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1^{\′}}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2^{\′}}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}}$

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}=\frac{P_1+P_2+P_3}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_3}}$

$\mathrm{\ω}=100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sa}}})$

c＝0.033ω²-0.2936ω+0.9339

γ_se＝cγ_sa+(1-c)γ_sb

式中：P₁为粉煤灰陶粒的质量比例，％；P₂为石灰岩细集料的质量比例，％；P₃为粉煤灰的质量比例，％；ω为合成矿料的吸水率，％；c为合成矿料的沥青吸收系数，％。

四、计算油石比

按照以下公式，计算油石比(沥青与所有矿料的质量比)：

$q_a=\frac{{900\mathrm{\γ}}_a}{{87\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}+100(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}){\mathrm{\γ}}_a$

式中：q_a为油石比，％；γ_a为沥青相对密度；γ_se为合成矿料有效相对密度；γ_sb合成矿料毛体积相对密度。

计算得油石比为12.4％。确定沥青的质量比为：11％。

由于矿料的质量比为：粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰＝63∶32∶3，加入沥青后，混合料的配方为：沥青∶粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰＝11∶57.8∶28.5∶2.7。按现有技术方法混合为混合料。

五、测定混合料体积指标

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0705-2000方法测定混合料的毛体积相对密度γ_f；按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0711-1993方法测定混合料的理论最大相对密度γ_t。计算得混合料空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度等体积指标VFA。

$\mathrm{VV}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f}{{\mathrm{\γ}}_t})$

$\mathrm{VMA}=100(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f(100-P_b)}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{sb}}})$

$\mathrm{VFA}=100\frac{\mathrm{VMA}-\mathrm{VV}}{\mathrm{VMA}}$

式中：P_b为沥青占混合料总质量的百分率，％

表7给出了试验结果和《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)对AC-20C型沥青混合料的技术要求。由表7可见，本发明环保型轻质沥青混合料的体积指标完全满足规范要求。

六、测定混合料的路用性能

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0719-1993沥青混合料车辙试验方法检验混合料的高温抗车辙性能；采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T0729-2000沥青混合料冻融劈裂试验方法检验混合料的水稳定性；采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)T0715-1993沥青混合料弯曲试验方法检验混合料的低温弯曲性能。

表8、表9、表10分别给出了车辙、冻融劈裂和小梁弯曲试验结果和《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)对AC-20C型沥青混合料性能的要求。由表可见，本发明的轻质沥青混合料的技术性能完全满足规范要求。

本发明的轻质沥青混合料的最佳配方为：70号道路石油沥青∶粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰粉＝11∶57.8∶28.5∶2.7。该配方的体积指标和各项技术性能均满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)对AC-20C型沥青混合料性能的要求。

表1  壳牌70号道路石油沥青技术性能

表2  高强粉煤灰陶粒技术性能

项目	技术要求	试验结果
			筒压强度(MPa)	≮4.0	4.3
吸水率(％)	≯15	4.2
			烧失量(％)	≯5	1.2
含泥量(％)	≯3	0.4
			煮沸质量损失(％)	≯5	1.5

表3  石灰岩细集料技术性能

检验指标	技术要求	试验结果
			表观相对密度	≮2.50	2.663
含泥量(＜0.075mm的含量)	≯3	3.9
			砂当量(％)	≮60	78
亚甲蓝值g/kg	≯25	13
			水洗法＜0.075颗粒含量(％)	≯15	7.5

棱角性(流动时间)(s)

≯30

58

表4  粉煤灰的技术性能

检验指标	技术要求	试验结果
			含水量	≯1	0.15
亲水系数	＜1	0.69
			塑性指数	＜4	2.3
外观	无团粒结块	无团粒结块
			烧失量(％)	≯12	5

表5  各种矿料、合成矿料的级配

表6  材料参数试验结果

γa	γ1	γ1′	γ2	γ2′	γ3	γsb	γse
								1.028	0.734	0.712	2.663	2.662	0.855	0.936	0.945

表7  本发明混合料的体积指标

试件编号	油石比(％)	毛体积相对密度	理论最大相对密度	空隙率(％)	矿料间隙率(％)	沥青饱和度(％)
							1	12.4	0.916	0.954	4.0	13.0	69.2

2	12.4	0.914	0.954	4.2	13.2	68.1
							3	12.4	0.917	0.954	3.9	12.9	69.7
4	12.4	0.915	0.954	4.1	13.1	68.6
							5	12.4	0.917	0.954	3.9	12.9	69.7
6	12.4	0.915	0.954	4.1	13.1	68.6
							均值	12.4	0.916	0.954	4.0	13.0	69.0
规范要求				3～6	≮13	65～75

表8  60℃车辙试验结果

表9  冻融劈裂试验结果

油石比(％)	无条件劈裂强度(MPa)	条件劈裂强度(MPa)	TSR(％)	规范要求(％)
					12.4	0.928	0.752	81.0	≥75

表10  -10℃小梁弯曲试验结果

Claims (6)

1.一种轻质沥青混合料，其特征在于：所述轻质沥青混合料包含的重量比组分为：沥青10％～15％、高强粉煤灰陶粒55％～63％、石灰岩细集料25％～32％和粉煤灰2％～4％。

2.根据权利要求1所述的轻质沥青混合料，其特征在于：所述沥青为70号道路石油沥青。

3.根据权利要求2所述的轻质沥青混合料，其特征在于：所述高强粉煤灰陶粒堆积密度为600kg/m³级。

4.根据权利要求3所述的轻质沥青混合料，其特征在于：所述高强粉煤灰陶粒颗粒级配为5mm～25mm的连续级配。

5.根据权利要求4所述的轻质沥青混合料，其特征在于：所述高强粉煤灰烧失量小于12％。

6.根据权利要求5所述的轻质沥青混合料，其特征在于：所述轻质沥青混合料包含的重量比组分为：70号道路石油沥青∶高强粉煤灰陶粒∶石灰岩细集料∶粉煤灰＝11∶57.8∶28.5∶2.7。

Images