CN102070313B - 一种无添加剂冷补沥青料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种无添加剂冷补沥青料及其制备方法。本发明属于公路工程建设材料技术领域。它采用煤油或柴油的一种作为溶剂，先将结合料90号道路沥青或70号道路沥青或SBS改性沥青的一种按一定比例加入由煤油或柴油的一种中混合而成液体沥青，再利用传统热拌沥青搅拌设备将液体沥青按一定工艺与集料混合制成冷补沥青料，待冷补沥青料降至常温后，用密闭容器包装待用。

Description

一种无添加剂冷补沥青料及其制备方法

一.所属技术领域

本发明属于公路建设范畴，为公路工程建设材料技术领域。

二.背景技术

沥青路面在长期的使用过程中，会出现松散、坑洞、剥落等病害。路面病害不仅降低了路面的服务能力，而且影响道路正常通行，高速道路上的坑洞甚至可能引发交通事故。因此对于路面出现的坑洞、破损需要及时加以修补。

目前，修补路面坑洞大都采用热拌沥青混合料，它对于地点集中，工程量较大的路面维修是可行的，但对于地点分散，工程量小的路面维修，不仅因数量太少而沥青拌和厂难以生产，而且施工单位对热沥青混合料的保温和修补操作也感到不便，特别在冬季和雨水较多的春季，因此道路养护部门十分需要一种能够随时可以用于路面修补的材料。

冷补沥青料就是这样一种材料。冷补沥青料不同于普通热拌沥青混合料，它是事先将沥青混合料预拌好，采用金字塔形自然堆放或用袋装好储存起来，当发现路面上出现坑洞时，随时运到现场，进行路面修补。由于使用时在常温下进行摊铺和压实，因而将这种材料称之为储存式冷补沥青料。

冷补沥青料必须具有良好的疏松性和压实性，而这两者既相矛盾又统一，这是冷铺沥青混合料配制技术的难点，但又是配制技术的关键和依据。影响冷补沥青料的性能主要有以下因素。

1.沥青的粘度

沥青在混合料中起着粘结松散集料成为整体的作用。根据粘附理论，沥青要粘附在集料表面，充分而必要的条件是能够浸润集料表面，为此沥青必须具有一定的流动性以易于铺展。液体沥青在不很高的温度下已成流动液体，有利于浸润集料表面。当温度降至常温时，粘度增大，内聚力也增大，于其他物体粘结性降低，使所拌混合料易于分散；但由于其表面仍存在微弱的粘结性，当在外力作用下使它们紧密接触时，则又会形成粘结而成为整体。同时在低温下沥青又不致粘度过大而使混合料无法操作，因此必须使用液体沥青，但其轻质油分应不致挥发过快。

液体沥青应属于一种中凝或慢凝的液体沥青，而且其粘度宜控制在1Pa·s～10Pa·s范围内。

2.沥青的用量

当沥青用量较多时，集料表面沥青膜较厚，自由沥青较多，相互之间容易粘结，混合料易结块成团，结团后也不易打散。当沥青用量较少时，不足以充分裹覆集料表面，沥青与集料之间形成弱界面，虽混合料有较好的疏松性，但集料颗粒之间粘结性差，碾压不能使混合料形成整体，路面容易出现松散。因此，冷铺沥青混合料有一适宜的沥青用量，但不能用常规马歇尔试验方法确定。根据我们的试验资料归纳，适宜的结合料用量可按以下经验公式估算：

P＝0.021a+0.056b+0.099c+0.12d+1.2

式中P———冷铺沥青混合料结合料用量，％；

a———大于2.36mm颗粒重量百分率，％；

b———0.3mm～2.36mm颗粒重量百分率，％；

c———0.075mm～0.3mm颗粒重量百分率，％；

d———小于0.075mm颗粒重量百分率，％。

3.沥青中的添加剂

在冷补沥青料的添加剂中，主要成分是催干剂，如亚硫酸盐废液(Sulphitewasteliquor)、环烷酸皂(Naphthenatesoap)等，以便使刚生产出来处于自然堆放的混合料表面的液体沥青中的溶剂迅速的地挥发，形成一层沥青膜，将里面的冷补沥青料与空气隔绝，从而保护里面的冷补沥青料中的溶剂停止或减缓挥发，达到长期存储的目的。当冷补沥青料摊铺后，随着溶剂柴油或煤油的快速挥发，附着在集料上的液体沥青迅速还原为普通沥青，从而使摊铺的冷补沥青料具有初步的稳定性，当冷补沥青料中的溶剂完全挥发完毕，冷补沥青料完全还原为沥青混合料。

4.集料级配与矿粉用量

冷补沥青料是用于路面修补的材料，需要广泛的适应性，既可用于修补浅的坑洞，又可用于修补深的坑洞，为此最好有较粗和较细两种不同粒径的混合料，但养护部门只愿意使用一种规格的材料，同时较粗粒径又易造成掉粒，所以冷铺材料宜设计成一种较细级配的混合料。为提高混合料的承载能力和表面粗糙度，其集料宜设计成近似SMA以能形成骨架结构的级配，但矿粉用量控制在1％～3％范围内，这样有利于提高混合料疏松性和强度。冷铺混合料推荐级配列如表1。

所用集料由3mm～5mm和0～3mm碎石材料配合而成，其中3mm～5mm碎石应采用硬质岩石轧制而成，具有良好的棱角性。

三.发明内容

1.发明无添加剂冷补沥青料的目的

冷补沥青料从上世纪90年代起开始在我国的公路、市政部门推广，距今已近20年了，可使用规模至今仍然很小。究其原因，生产冷补沥青料的添加剂价格高昂是冷补沥青料难于推广的关键。经过多年的引进、研制，国产冷补沥青料添加剂的价格虽已有了很大的降幅，但仍维持在10～20万元/吨之间，平摊于来，每吨冷补沥青料的价格要高于同级配普通沥青混合料200元左右，而普通沥青混合的价格大约300元/吨，高出近70％。

如果能发明一种不含添加剂的冷补沥青料，且价格与相同级配沥青砼的价格基本相同，那么，冷补沥青料将会被公路、市政部门大面积使用。

2.本发明一种无添加剂冷补沥青料及其制备方法解决其技术问题采用的技术方案。

从技术背景的描叙中我们知道，只要将冷补沥青料与空气隔绝，使附着在冷补沥青料骨料表面的液体沥青中的溶剂不挥发，冷补沥青料即可实现长期存储。普通的冷补沥青料，都是通过加入其中的添加剂，使处于自然堆放的混合料表面的液体沥青中的溶剂迅速地挥发，形成一层沥青膜，将里面的冷补沥青料与空气隔绝，从而保护里面的冷补沥青料中的溶剂停止或减缓挥发，达到长期存储的目的。如果我们将生产出来的冷补沥青料置于密闭的容器中，那么，即使冷补沥青料中不加入添加剂，置于密闭容器中的冷补沥青料中的溶剂也无法挥发，同样可以达到长期存储的目的。

无添加剂冷补沥青料制备方法：采用煤油或柴油的一种作为溶剂，先将一定量的溶剂注入液体沥青配制罐中，再将结合料90号道路沥青或70号道路沥青或SBS改性沥青的一种按一定比例一定温度边搅拌边加入其中，混合而成液体沥青。再利用传统热拌沥青搅拌设备将液体沥青按一定工艺与集料混合制成冷补沥青料自然堆放，待冷补沥青料降至常温后，用密闭容器包装待用。

3.冷补沥青料的检验

水剥离试验：

将充分搅拌后的成品料浸入水中，仔细观察、寻找未完全裹覆或剥离的集料，如果发现有未完全裹覆或剥离的集料，应重新设置沥青流量，增加沥青加入量0.25％，然后重新生产并取样试验，直到满足要求。

滚动试验：

此试验用于控制沥青的最小用量。取少量新制成的成品料，放在一张纸巾上，试图产生像圆木一样的滚动，察看其连接情况是否良好，如果破碎，说明沥青量偏少，应增加沥青量0.25％，然后重新生产并取样进行试验，直到满足要求。

纸迹试验：

此试验用于控制沥青的最大用量。取少量新制成的成品料，自然放置在一张纸巾上，观察残留在纸上的痕迹，正常痕迹应为残留在纸上的黑色斑点。如果出现严重的墨迹，说明沥青加入量偏多，应减少沥青加入量0.25％，然后重新生产并取样进行试验，直到满足要求。

沥青抽取试验：

沥青抽取试验参照ASTM-2172标准执行，其合格范围为3～7％。

抗剥离试验：

将冷补沥青料50克投入装有400mm蒸馏水的烧杯中，沸腾后加热3分钟，并每一秒钟搅拌一次，其合格值为：95％以上的液体该性沥青保护层不会溶解。

注：此试验取样的样品应为生产后放置48小时后的成品。

使用效能试验：

在松散状态下，取冷补沥青料平铺在300×450×65的铸铁平锅上(未压实)，厚度为50mm，然后将其放入较冷房间或冰柜内，温度为-10℃(其中夏季配方为15℃、春、秋季配方为5℃)，恒温放置24小时后，在沥青料保持在较冷房间或冰柜的条件下，用铝勺刺入使其重新混合，如样品容易刺入，而且可以以很小的团块混合，说明使用效能良好。

粘结试验：

取两份冷补混合料，每份800克放入标准的马歇尔铸模内(φ102×63.5mm)，放入4℃恒温室中2～3小时，取出后双面各击实5次，制作试件，脱模后放在标准筛上，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，破损率不得大于40％。

马歇尔试验：

称混合料1180克在常温下装入试模中，双面各击实50次，连同试模一起以侧面竖立方式置110℃烘箱中养生24小时，取出后再双面各击实25次，再连同试模在室温中竖立放置24小时，脱模后在60℃恒温水槽中养生30分钟，进行马歇尔试验，马歇尔试验稳定度不小于3千牛。

低温操作和易性试验：

用于冬季寒冷季节补坑的混合料，应在松散状态下经-10℃的冰箱保持24小时无明显的凝聚结块现象，且能用铁铲方便的拌合操作。

3.本发明一种无添加剂冷补沥青料及其制备方法与现有技术相比的经济效果。

本发明一种不含添加剂的冷补沥青料，以市场价格柴油7000元/吨、沥青5000元/吨计算，每吨冷补沥青料与相同级配沥青砼的价格差：(7000-5000)×20％＝40元，考虑到生产冷补沥青料时骨料基本不需加热，每吨冷补沥青料与相同级配沥青砼的生产成本基本相同。

本发明的包装使用50KG的塑胶桶，市场价格30元/只，每吨的包装费用在600元左右。但包装桶是循环使用，每只桶的使用寿命在100次左右，平摊到每吨的包装费用基本可以忽略。

四.具体实施方式

首先，要由工程养护部门根据养护的具体情况，提出相应的级配、使用的季节，这是进行技术配方设计的首要依据。同时在既定的生产条件下，由于生产不含添加剂冷补沥青料原辅材料的多样性，达到相同的技术指标可以提出不同的就是方案，因此比较技术方案，降低生产成本，是技术配方设计的第二个依据。其次是确定技术配方中所需的材料。(1)沥青的选择：沥青的性能决定了冷补沥青料的性能。改性沥青因与骨料的粘结性较好，能改善混合料使用初期的稳定性，若有可能，应尽量选择改性沥青。(2)溶剂的选择：若使用柴油，“0～-30#”符合国家标准的车用柴油均可使用，配制时可根据冷补沥青料使用的季节和温度要求选用相应的牌号(推荐使用低温牌号的柴油)；若使用煤油，3#煤油使用范围最广，采购也相对容易，推荐使用3#煤油。(3)集料的选择：应由100％高度粉碎的、符合JTJ032-94规范“沥青面层用粗集料质量技术要求”和“沥青面层细集料质量技术要求”的石灰石、玄武石、花岗石等组成。集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，具有良好的颗粒形状，细长扁平颗粒含量≯20％、含水量≤4％、泥沙含量≤2％、压碎值≯30、洛杉矶磨耗损失≯30％。(4)冬、夏季节配方的选择：

配方	使用月份	使用温度范围
			冬季配方	11-3	-30℃-20℃
夏季配方	3-11	0℃-50℃

冷补沥青料的使用季节与温度

实施例1

90#沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

实施例2

90#沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

实施例3

70#沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

实施例4

90#沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

实施例5

I-D改性沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

实施例6

I-D改性沥青配制液体沥青的配比

冷补沥青料的配比

以上六个实施例，分别在G318国道武汉经济开发区段、G318国道荆州小北门段、武汉市沿江大道武汉关段、武汉市和平大道余家头段、武汉市梅苑路段、武汉市江夏区文化路段实施，经使用效果观察，其抗滑性、抗剥落性、耐磨性、高温稳定性均已达到预期效果。

Claims (7)

1.一种无添加剂冷补料，由结合料、溶剂以及集料混合而成，其特征在于，其中结合料的组成P为：

P＝0.021a+0.056b+0.099c+0.12d+1.2，

式中：

P——添加剂冷补料中所用结合料的％(重量百分含量)，

a——粒径大于2.36mm的颗粒的％(重量百分含量)，

b——粒径为0.3mm～2.36mm的％(重量百分含量)，

c——粒径为0.075mm～0.3mm的％(重量百分含量)，

d——粒径小于0.075mm颗粒的％(重量百分含量)；

其中，所述结合料为沥青，所述溶剂为煤油或柴油。

2.根据权利要求1所述的无添加剂冷补料，其特征在于：所述沥青为90号道路沥青或70号道路沥青或SBS改性沥青。

3.根据权利要求1所述的无添加剂冷补料，其特征在于：所述溶剂的含量为18～26％(重量百分含量)。

4.一种如权利要求1所述的无添加剂冷补料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将结合料按照所需比例加入溶剂中混合形成液体料；

(2)利用搅拌设备将上述液体料与集料混合制成冷补料；

(3)将上述冷补料冷却至常温；

(4)将冷却后的冷补料用密闭容器包装待用。

5.根据如权利要求4所述的无添加剂冷补料的制备方法，其特征在于：结合料加入时应为中凝或慢凝状态，其粘度控制在1Pa·s～10Pa·s范围内。

6.根据如权利要求4所述的无添加剂冷补料的制备方法，其特征在于：结合料加入时加热温度为80℃～120℃，加热应采用导热油或水浴方式。

7.根据如权利要求4所述的无添加剂冷补料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，当集料含水量≤4％(重量百分含量)时，对于集料不需加热或微热即可；当集料含水量＞4％(重量百分含量)时，应先将集料加热到60℃烘干。