CN102173696A - 一种路面透水应力吸收层及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路面透水应力吸收层及其制备工艺，设置在路面半刚性基层与沥青下面层之间，其所用材料重量份比组成为：橡胶沥青3～4份，20-30mm碎石43～48份，10-20mm碎石26～31份，5-10mm碎石6～10份，3-5mm碎石7～9份，0-3mm石屑或机制砂7～9份，石灰粉1～2份。本发明透水应力吸收层有更加优良的抗车辙能力、良好的水稳定性、优良的抗疲劳性能，有效解决了半刚性基层沥青路面的反射裂缝与水损害问题，而且经济效益、社会效益及环境效益显著，推广应用前景广阔。

Description

一种路面透水应力吸收层及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种高速公路路面材料，具体涉及一种用橡胶沥青拌制几种规格的石料及石灰粉，经铺筑、碾压得到路面透水应力吸收层，属于道路建筑材料技术领域。

背景技术

我国高速公路的主要路面结构形式是半刚性基层沥青路面，半刚性基层的优势是板体性强，承载能力高，但其自身的弱点难以克服。首先，半刚性基层的收缩裂缝及引起的反射裂缝难以避免，其次由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青层和反射裂缝中渗入的水分，导致基层表面产生冲刷、唧浆及沥青混合料水损害。大量研究及实践表明，在半刚性基层与沥青面层之间铺筑一层透水应力吸收层可以有效的解决上述技术难题。

目前，透水应力吸收层一般采用大粒径(最大公称粒径大于26.5mm)沥青混合料，空隙率在13％以上。目前研究与应用的透水应力吸收层通常采用聚合物改性沥青(如SBS改性沥青)作为沥青胶结料，品种相对单一，而且造价相对较高，不利于大规模推广应用。

国内外的研究与应用实践表明，橡胶沥青是一种高品质低成本的胶结料，不仅改善沥青的温度敏感性，提高沥青的高温性能、低温性能与抗老化能力，而且橡胶沥青的生产消耗了大量废旧轮胎，减小了废旧轮胎带来的“黑色污染”。本发明将橡胶沥青用作透水应力吸收层的胶结料，研发出一种新型透水应力吸收层，即橡胶沥青透水应力吸收层，目的是将橡胶沥青的优势与大粒径混合料的结构优势相结合，可以说是“强强联合”，能够充分发挥二者的优势。一方面，充分利用橡胶沥青粘附性强、弹性恢复性能好、低温抗裂性能突出的优势，旨在提高透水应力吸收层的高温性能、低温性能、水稳性能及应力吸收能力。同时，橡胶沥青的应用促进了废旧轮胎的综合利用，保护环境，节约资源，降低工程造价。专利CN101220579A公开了一种橡胶粉改性沥青碎石桥面防水层及其施工方法，该防水层设置在桥梁水泥混凝土铺装层与桥面沥青铺装层之间，采用单粒级碎石，厚度为5-20mm，主要起粘结与防水作用；专利CN101649121A公开了一种橡胶沥青碎石下封层工艺，该封层是铺筑在半刚性基层顶部的一层功能层，其主要功能是起粘结、防水及防反射裂缝等作用，采用单粒级碎石，铺筑厚度一般为10-15mm，因此不作为路面结构层。

发明内容

本发明的目是提供一种能够解决半刚性基层沥青路面反射裂缝及水损害，并且可作路面结构层的、集性能优良、资源节约、环境友好于一体的路面透水应力吸收层及其制备工艺。

本发明采取的技术方案为：

一种路面透水应力吸收层，设置在路面半刚性基层与沥青下面层之间，铺筑厚度12-15em，其所用材料重量份比组成为：

橡胶沥青：         3～4份，

20-30mm碎石：      43～48份，

10-20mm碎石：      26～31份，

5-10mm碎石：       6～10份，

3-5mm碎石：        7～9份，

0-3mm石屑或机制砂：7～9份，

石灰粉：           1～2份。

所述的橡胶沥青中橡胶粉的加入量为基质沥青质量的15％-20％。

所用的橡胶沥青由橡胶粉现场改性基质沥青而得，橡胶粉一般由废旧轮胎粉碎磨制而成，基质沥青一般采用70号道路石油沥青。各种粗集料(20-30mm、10-20mm、5-10mm、3-5mm碎石)应使用轧制的坚硬岩石，其颗粒性状良好，细长及扁平颗粒含量不应超过15％，压碎值应不大于20％，粗集料与沥青应有良好的粘结力。细集料(石屑或机制砂)采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分。可以使用机制砂和石屑作为细集料，但不得采用天然砂。细集料棱角性必须大于42％，砂当量值不小于65％。石灰粉可采用干燥消石灰粉或生石灰粉，石灰质量应符合III级以上的技术指标。

上述路面透水应力吸收层的制备工艺，包括如下步骤：

(1)向加热熔融的沥青中加入橡胶粉制备橡胶沥青；

(2)按比例将各粒径的粗细石料混合，加热条件下干拌均匀；

(3)将步骤(1)制得的热橡胶沥青加入到步骤(2)所得的石料中进行拌制，然后加入石灰粉拌和，拌和温度为180-190℃；

(4)将步骤(3)制得产物在不低于175℃、不高于200℃的温度下出料，经铺筑、碾压后即可得到路面透水应力吸收层；其中碾压包括初压、复压和终压。

本发明中步骤(1)优选70号道路石油沥青，首先将基质沥青在135℃-160℃下加热熔化，然后加入橡胶粉，边搅拌边加热升温至185-195℃，拌制时间为45-60分钟得橡胶沥青。步骤(1)所述搅拌方法可以采用高速剪切装置或其他机械搅拌装置之一种，所述的橡胶粉为40-60目。

步骤(2)所述的加热干拌，时间为7-10s，加热温度为190-200℃。

步骤(3)所述的将步骤(1)热的橡胶沥青加入到步骤(2)所得石料中进行拌制，拌制时间为15-20s，然后加入石灰粉拌和，拌和时间为35-45s，拌和温度为180-190℃。

混合料的铺筑、碾压工艺与普通大粒径沥青混合料基本相同，主要区别在于碾压的温度要求：初压温度应控制在170～180℃之间；复压温度不低于140℃，优选140～160℃；终压的结束温度不低于95℃。

本发明是一种高速公路路面结构层，材料由橡胶沥青、多粒径碎石及石灰粉组成，铺筑厚度为12-15mm，室内外研究及应用表明，本发明提出的新型路面透水应力吸收层具有以下优势：

a)更加优良的抗车辙能力；

b)良好的水稳定性；

c)优良的抗疲劳性能；

d)有效解决了半刚性基层沥青路面的反射裂缝与水损害问题，而且经济效益、社会效益及环境效益显著，推广应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明橡胶沥青的制备工艺流程图；

图2为本发明路面透水应力吸收层的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：施工现场制备新型透水应力吸收层

(1)橡胶沥青的制备

橡胶沥青的现场制备可采用专用的橡胶沥青生产设备或其它改性沥青生产设备。基质沥青采用AH-70沥青，其技术指标见表1。橡胶粉由废旧轮胎常温粉碎磨制而成，粒度为60目，其相对密度为1.15。

表1AH-70沥青的技术指标

将AH-70沥青加热至160℃，橡胶粉的掺量为基质沥青的17％，加入橡胶粉后采用高速剪切装置拌制20分钟，搅拌转速为1000-1500转/分钟，拌制温度为195℃，待橡胶粉在基质沥青中分散均匀，再持续搅拌40分钟，使橡胶粉与基质沥青在高温下充分反应。表2是橡胶沥青的技术指标。

表2橡胶沥青的技术指标

从表1、表2可以看出，橡胶沥青的软化点比基质沥青提高了11.3℃，说明橡胶粉的加入明显改善了沥青的高温性能；橡胶沥青的针入度指数大于基质沥青，表明橡胶沥青对温度的变化敏感性低，其温度稳定性好；橡胶沥青的低温延度高于基质沥青，说明低温性能也得到显著改善。

(2)沥青混合料的拌制

通过室内试验确定橡胶沥青与各种矿料的用量。现场如采用LB3000型沥青混合料拌和站，一拌缸沥青混合料(3000公斤)所需各种原材料用量分别为：橡胶沥青99公斤，20-30mm碎石1410公斤，10-20mm碎石840公斤，5-10mm碎石270公斤，3-5mm碎石240公斤，0-3mm石屑210公斤，生石灰粉30公斤。

先将各种石料加热至200℃左右，输入拌缸后干拌15s，然后喷入橡胶沥青再湿拌20s，拌制温度控制在180-190℃，最后加入石灰粉继续拌制25-30s，即可得到所需产品，出料装车运送工地摊铺。

(3)透水应力吸收层铺筑与碾压

透水应力吸收层的铺筑、碾压工艺与普通大粒径沥青混合料基本相同。初压温度控制在170～180℃，采用双轮振动压路机(13吨)。压路机应紧跟摊铺机，初压第一遍前进静压，后退振动；第二遍前进后退均为振压。压实速度宜为1.5～2km/h，为防止过分振动振碎粗骨料，压路机宜采用高频低幅进行压实，相邻碾压带轮迹重合为20cm左右。洒水装置进行间断洒水，只要保证不粘轮即可。振动过后，胶轮压路机(25吨)再碾压1-2遍，温度不低于150℃，随后即可以进行赶光。赶光采用10吨钢轮压路机，速度可控制在3-4km/h，温度不宜低于95℃。

碾压后进行现场检测，各项技术指标符合现行施工技术规范要求即获得成品的透水应力吸收层。

实施例2：实验室制备新型透水应力吸收层

本实施例中采用的基质沥青、石料与实施例1相同。

(1)橡胶沥青的配制

本实施例中采用的橡胶粉为40目，掺量为橡胶沥青总质量的20％。采用小型高速剪切装置或其他机械搅拌设备拌制橡胶沥青，拌制温度为190℃，搅拌时间50-60分钟。根据试验需要，一次可配制3公斤橡胶沥青，则需要AH-70基质沥青2.4公斤，橡胶粉0.6公斤。表3是橡胶沥青的技术指标。

表3橡胶沥青的技术指标

(2)沥青混合料的拌制

各种矿料的比例如表4。橡胶沥青的用量取为混合料总质量的3％。

表4各种矿料的比例

先将各种矿料在烘箱中加热至190-200℃，并保温2h以上，橡胶沥青加热至180℃左右，同时打开沥青混合料拌和机，设定温度为185℃。然后将各种石料加入拌锅内拌和8-10s，倒入称量好的橡胶沥青再继续搅拌40s，最后加入石灰粉，再持续拌制40s，即可获得所需沥青混合料。

(3)混合料成型

实验室可采用大型马歇尔击实仪或旋转压实仪压实成型沥青混合料试件。沥青混合料的压实温度为170-180℃，大马歇尔试件采用双面击实112次的成型方法。成型完成后室温养护24小时以后可以脱模，并测试试件的体积参数及力学性能，各项技术指标如符合现行施工技术规范，则得到所需的透水应力吸收层；如不满足要求，则需调整材料配比或更换原材料。性能测试：

实验室采用汉堡车辙试验、冻融劈裂试验、小梁低温弯曲试验及小梁疲劳试验(应变水平为800με)分别评价了上述新型路面透水应力吸收层的抗车辙性能、水稳定性、低温抗裂性能及抗疲劳性能，表5是本发明及对比材料(某改性沥青透水应力吸收层)的性能试验对比结果。

表5性能试验结果对比

由表5可以看出，与常用的改性沥青透水应力吸收层相比，本发明提出的新型路面透水应力吸收层在高温抗车辙性能、水稳定性、低温抗开裂与抗疲劳性能方面具有更加突出的优势。

Claims (8)

1.一种路面透水应力吸收层，设置在半刚性基层与沥青面层之间，其特征是，所用材料重量份比组成为：

橡胶沥青：         3～4份，

20-30mm碎石：      43～48份，

10-20mm碎石：      26～31份，

5-10mm碎石：       6～10份，

3-5mm碎石：        7～9份，

0-3mm石屑或机制砂：7～9份，

石灰粉：           1～2份。

2.根据权利要求1所述的路面透水应力吸收层，其特征是，所述的橡胶沥青中橡胶粉的加入量为基质沥青质量的15％-20％。

3.根据权利要求1所述的路面透水应力吸收层，其特征是，所述的石屑或机制砂棱角性必须大于42％，砂当量值不小于65％；所述的石灰粉用干燥的消石灰粉或生石灰粉。

4.权利要求1所述的路面透水应力吸收层的制备工艺，其特征是，包括如下步骤：

(1)向加热熔融的沥青中加入橡胶粉制备橡胶沥青；

(2)按比例将各粒径的粗细石料混合，加热条件下干拌均匀；

(3)将步骤(1)制得热的橡胶沥青加入到步骤(2)混料中进行拌制，然后加入石灰粉拌和，拌和温度为180-190℃；

(4)将步骤(3)制得产物在不低于175℃、不高于200℃的温度下出料，经铺筑、碾压后即可得到路面透水应力吸收层；其中碾压包括初压、复压和终压。

5.根据权利要求4所述的路面透水应力吸收层的制备工艺，其特征是，步骤(1)为将基质沥青在135℃-160℃下加热熔化，然后加入橡胶粉，边搅拌边加热升温至185-195℃，拌制时间为45-60分钟得橡胶沥青。

6.根据权利要求4所述的路面透水应力吸收层的制备工艺，其特征是，步骤(2)所述的加热干拌，时间为7-10s，加热温度为190-200℃。

7.根据权利要求4所述的路面透水应力吸收层的制备工艺，其特征是，步骤(3)所述的将步骤(1)热的橡胶沥青加入到步骤(2)混料中进行拌制，拌制时间为15-20s，然后加入石灰粉拌和，拌和时间为35-45s，拌和温度为180-190℃。

8.根据权利要求4所述的路面透水应力吸收层的制备工艺，其特征是，步骤(4)所述的初压温度应控制在170～180℃之间；复压温度不低于140℃；终压的结束温度不低于95℃。

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