CN103613331B - 一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料及其制备方法。所涉及的混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：56%～85%，SBS改性阳离子乳化沥青：6％～10％，油鞣皮革颗粒：6％～22％，石灰岩矿粉：2％～5％，水泥：1%～4%；水：0～3%；上述原料的体积百分比之和为100%。所涉及的制备方法包括以下步骤：先将玄武岩集料、油鞣皮革颗粒混合，接着加入石灰岩矿粉和水泥混匀；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水搅拌均匀。本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料充分利用油鞣皮革，满足混合料路用性能要求，极大提高乳化沥青混合料的韧性，明显降低其干燥收缩性能。

Description

一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料及制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别涉及一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料及其制备方法。

背景技术

乳化沥青混合料以乳化沥青为结合料，吸收了沥青混凝土柔性好和水泥混凝土强度高的优点，能够在常温条件下施工，克服了沥青混凝土高温变软、施工污染环境和水泥混凝土接缝设置复杂等缺点，在公路中下面层和基层结构中应用，对于降低能耗，实现环保施工，非常有利，一直备受公路界关注。近几年，国内外对乳化沥青混合料进行了一定研究，目前，虽然能够实现乳化沥青混合料路面的现场成型，其路用性能也得到了一定的改善，甚至在高温稳定性和水稳性等方面明显达到了普通热拌沥青混合料的性能指标要求，但仍然存在以下问题：

第一，乳化沥青混合料体积稳定性差、耐久性受环境影响变化大等问题，主要表现在材料整体均匀性差、干缩以及开裂现象严重等；

第二，工程中通常采用的塑料薄膜覆盖虽然能够改善乳化沥青混合料的干缩，但也会影响水分的蒸发和混合料强度的形成，从而延长了路面开放交通时间；

第三，乳化沥青混合料通常采用掺加水泥的工艺提高其早期强度，以尽快开放交通，但掺加水泥后容易导致混合料变脆，韧性降低，在超载或恶劣气候条件下，致使路面板断裂。

针对传统乳化沥青混合料易产生韧性较差和干燥收缩等问题，本发明的目的在于，提供一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料。

本发明提供的路用高韧低收缩乳化沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：56%～85%，SBS改性阳离子乳化沥青：6％～10％，油鞣皮革颗粒：6％～22％，石灰岩矿粉：2％～5％，水泥：1%～4%；水：0～3%；上述原料的体积百分比之和为100%；

其中，玄武岩集料的粒径范围为0.075mm～13.2mm，油鞣皮革颗粒粒径范围为：粒径为（4.75～2.36）mm的油鞣皮革颗粒：2％～10％，粒径为（2.36～1.18）mm的油鞣皮革颗粒：2％～7％，粒径为（1.18～0.6）mm的油鞣皮革颗粒：2％～5％。

优选的，所述的路用高韧低收缩乳化沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：63%～78%，SBS改性阳离子乳化沥青：8％～10％，石灰岩矿粉：3％～4％，水泥：2%～3%；水：0～2%；粒径为（4.75～2.36）mm油鞣皮革颗粒：4％～8％，粒径为（2.36-1.18）mm的油鞣皮革颗粒：3％～6％，粒径为（1.18-0.6）mm的油鞣皮革颗粒：2％～4％，上述原料的体积百分比之和为100%。

上述路用高韧低收缩乳化沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：先将玄武岩集料、油鞣皮革颗粒混合，接着加入石灰岩矿粉和水泥；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水搅拌均匀。

本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料具有如下优点：

第一，可充分利用废旧油鞣皮革，明显提高了乳化沥青混合料的韧性，改善了其抗干燥收缩的能力，解决了传统乳化沥青混合料易干缩和开裂的问题；

第二，混合料性能满足乳化沥青混合料路用性能要求，完全可以在道路工程中使用，并且具有充分利用废旧材料以及提高乳化沥青路面工程耐久性等优点。

第三，与传统路用冷拌沥青混合料相比，本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料的弯拉强度提高1倍以上，干缩率极大降低。

具体实施方式

油鞣皮革用油鞣法制成，富有弹性和延伸性，物理机械强度好；因此，本发明充分利用废旧油鞣皮革，结合乳化沥青混合料生产工艺，制得路用高韧低收缩乳化沥青混合料。本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料提高了乳化沥青混合料的韧性，改善了干燥收缩性能，且其它性能指标满足乳化沥青混合料要求。因此，该路用高韧低收缩乳化沥青混合料完全可以在道路工程中使用，并且具有充分利用废旧皮革材料以及提高乳化沥青路面工程耐久性等优点。

本发明材料中的玄武岩集料也可以用石灰岩集料，这取决于冷拌沥青混合料在路面中的使用部位；若用于上面层，推荐使用玄武岩集料，因为该集料的硬度较高，生产的混合料耐磨性较好；若用于中下面层，可以使用石灰岩或玄武岩集料，因为石灰岩集料虽然与沥青的粘附性较好，但其硬度较低，若用于上面层，会导致路面耐磨性降低。

本发明材料中的沥青不能用普通沥青，只能用改性乳化沥青，因为普通沥青不能冷拌成型和施工；改性乳化沥青有SBS和SBR改性等种类，现阶段用的比较成熟的为SBS改性，该类改性乳化沥青可满足沥青混合料在高温和低温环境条件下具有较好路用性能的要求。乳化沥青的类型有阴离子、阳离子和非离子3种，在公路工程中一般用阳离子乳化沥青，因为该乳化沥青颗粒表面带正电荷，集料表面带负电荷，正负电荷间的作用促进了沥青颗粒与集料表面的有效粘附，从而提高混合料的整体路用性能；因此，本发明采用了SBS改性阳离子乳化沥青。

以下给出本发明的具体优选实施例，用于进一步说明本发明。这些实施例仅用于本领域技术人员充分的理解本发明，而不是用来限制本发明的范围。凡是在本发明技术方案之上进行的等同变换或者替换均属于本发明要求保护的权利范围之内。

实施例1：

原材料选择：以混合料总体积计，玄武岩集料：70%，SBS改性阳离子乳化沥青：8％，石灰岩矿粉：3％，普通硅酸盐水泥：3%；水：1%；（4.75-2.36）mm粒径的油鞣皮革颗粒占7％，（2.36～1.18）mm粒径的油鞣皮革颗粒占5％，（1.18～0.6）mm粒径的油鞣皮革颗粒占3％；

玄武岩集料：密度为2.576g/cm³，孔隙率为2.2%，对沥青粘附等级为4级，压碎值为15.0％，粒径为0.075mm～13.2mm，连续级配；

油鞣皮革：粒径范围为0.6mm～4.75mm，密度为1.013g/cm³；

石灰岩矿粉：密度为2.701g/cm³，无结块；

乳化沥青：SBS改性阳离子乳化沥青，乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵，密度为0.987g/cm³，1.18mm筛上剩余量为0.02%，粘度（C_25，3）为28s，与粗集料的裹覆面积>2/3，蒸发残留物含量为61%。

水泥：42.5R普通硅酸盐水泥，密度为3.101g/cm³，安定性合格。

混合料的集料级配如表1所示。

表1集料级配表（体积比%）

按照以下步骤制备路用高韧低收缩乳化沥青混合料：

首先，用剪刀将废旧油鞣革切至粒径范围为0.6mm～4.75mm的颗粒，并筛分为（4.75～2.36）mm粒径、（2.36～1.18）mm粒径和（1.18～0.6）mm粒径；在60℃将玄武岩集料、油鞣皮革颗粒、石灰岩矿粉和水泥烘干24小时；

然后，按照比例，将玄武岩集料、油鞣皮革颗粒混合，加入石灰岩矿粉和普通硅酸盐水泥；

最后，加入SBS改性阳离子乳化沥青和水，在室温条件下搅拌均匀，即可制得路用高韧低收缩乳化沥青混合料。

实施例2～9：

按照实施例1中描述的方法生产实施例2～9的路用高韧低收缩乳化沥青混合料，原料及其体积配合比如表2所示。

表2混合料配合比（体积比%）

以下是关于上述实施例的相关性能试验。

对实施例1～9中成型好的路用高韧低收缩乳化沥青混合料在温度为20℃、湿度为50%的条件下养护至不同龄期，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）进行性能测试。

一、马歇尔稳定度的测定

采用马歇尔击实仪，击锤重量4536g，自由下落高度457.2mm，在养护龄期为28d的试件两面各连续击实75次。试件为圆柱体试件。用马歇尔稳定度测定仪测试其稳定度和流值，试验温度为20℃，试验结果见下表3。

表3马歇尔试验结果

序号	稳定度（kN）	流值（mm）
			实施例1	11.3	2.72
实施例2	9.4	2.19
			实施例3	10.5	2.34
实施例4	10.9	2.56
			实施例5	11.0	2.76
实施例6	9.1	2.84
			实施例7	8.6	3.02
实施例8	11.0	2.13
			实施例9	8.3	2.02

二、动稳定度的测定

车辙板尺寸为300mm×300mm×50mm，试件养护龄期为28d。试验轮碾仪和车辙仪采用HLR-3型沥青混合料轮碾成型机和HLR-3型沥青混合料水路两用车辙试验机。试验轮往返碾压速度为42次/min，试验温度为60℃，结果见表4。

表4动稳定度试验结果

实施例序号	动稳定度（次/mm）
		实施例1	4613
实施例2	3327
		实施例3	3415
实施例4	3621
		实施例5	3780
实施例6	3275
		实施例7	3261
实施例8	4101
		实施例9	3210

三、冻融劈裂强度比的测定

试验采用马歇尔击实法成型的养护龄期为28d的标准圆柱体试件，试验温度为20℃，加载速率为50mm/min。试验仪器为路面强度仪和两块宽度为12.7mm，内侧曲率半径为75mm的金属压条。按照公式①和②计算混合料的劈裂抗拉强度，结果见表5。

${\mathrm{RT}}_1=\frac{0.006287{\mathrm{PT}}_1}{h_1}$    ①

${\mathrm{RT}}_2=\frac{0.006287{\mathrm{PT}}_2}{h_2}$    ②

式中：RT₁—未进行冻融循环的第1组试件的劈裂强度，MPa；RT₂—经受冻融循环的第2组试件的劈裂强度，MPa；PT₁—第1组试件的试验荷载最大值，N；PT₂—第2组试件的试验荷载最大值，N；h₁—第1组试件的平均高度，mm；h₂—第2组试件的平均高度，mm。最后，按照公式③计算混合料的冻融劈裂强度比。

   ③

式中：RT₂—经受冻融循环的第2组试件的劈裂抗拉强度，MPa；RT₁—未进行冻融循环的第1组试件的劈裂抗拉强度，MPa。

表5冻融劈裂强度比试验结果

实施例序号	冻融劈裂强度比（%）
		实施例1	98.6
实施例2	87.3
		实施例3	89.3
实施例4	90.7
		实施例5	92.6
实施例6	86.2
		实施例7	82.4
实施例8	95.4
		实施例9	80.8

四、弯拉强度的测试

试件采用静压成型的160mm×40mm×40mm试件，养护龄期为28d，试验温度为20℃。将试件长轴垂直于弯拉试验机的支撑圆柱，以10N/s的速率均匀地将荷载垂直地施加于试件上，直至折断，并按公式④计算弯拉强度，结果见表6。

$R_f=\frac{{1.5F}_{f}L}{b^3}$    ④

式中：F_f-折断时施加于试件的荷载（N）；L-支撑圆柱之间的距离（mm）；b-试件界面边长（mm）。

表6弯拉强度试验结果

实施例序号	弯拉强度（MPa）
		实施例1	1.75
实施例2	0.91
		实施例3	1.05
实施例4	1.24
		实施例5	1.53
实施例6	1.43
		实施例7	1.69
实施例8	1.58
		实施例9	0.80

五、干缩系数的测试

试件尺寸为100mm×100mm×515mm，成型1d后，在试件两端粘结6mm钢制测头，采用混凝土收缩率测试仪测定试件的初始长度L₀，然后将试件移入温度20℃，相对湿度50%的恒温恒湿养护室，分别测试养护龄期为7d和28d时试件长度L_t（单位：mm，精确至0.001mm），按公式⑤计算干缩率ε_t，采用三个平行试件，每个试件测量三次结果，计算平均值，结果见表7。

${\mathrm{\ϵ}}_t=\frac{L_0-L_t}{L}\×100$    ⑤

式中：ε_t-干缩率，%；L-标准棒长度，515mm；L₀-初始长度测试值，mm；L_t-养护龄期内测试长度值，mm；t-龄期，7天和28天。

表7干缩率试验结果

以上试验结果表明，本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料的马歇尔稳定度、流值、动稳定度和冻融劈裂强度比等路用性能满足公路工程乳化沥青混合料性能要求；与传统路用冷拌沥青混合料相比，本发明的路用高韧低收缩乳化沥青混合料的弯拉强度提高1倍以上，干缩率极大降低；因此，本路用高韧低收缩乳化沥青混合料可在具有较高抗弯拉强度和抗干缩要求的沥青路面工程中应用。

Claims (3)

1.一种路用高韧低收缩乳化沥青混合料，其特征在于，该路用高韧低收缩乳化沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：56%～85%，SBS改性阳离子乳化沥青：6％～10％，油鞣皮革颗粒：6％～22％，石灰岩矿粉：2％～5％，水泥：1%～4%；水：0～3%；上述原料的体积百分比之和为100%；

其中，玄武岩集料的粒径范围为0.075mm～13.2mm，油鞣皮革颗粒粒径范围为：粒径为（4.75～2.36）mm的油鞣皮革颗粒：2％～10％，粒径为（2.36～1.18）mm的油鞣皮革颗粒：2％～7％，粒径为（1.18～0.6）mm的油鞣皮革颗粒：2％～5％。

2.如权利要求1所述的路用高韧低收缩乳化沥青混合料，其特征在于，所述的路用高韧低收缩乳化沥青混合料由下列原料按体积百分比组成：玄武岩集料：63%～78%，SBS改性阳离子乳化沥青：8％～10％，石灰岩矿粉：3％～4％，水泥：2%～3%；水：0～2%；粒径为（4.75～2.36）mm油鞣皮革颗粒：4％～8％，粒径为（2.36-1.18）mm的油鞣皮革颗粒：3％～6％，粒径为（1.18-0.6）mm的油鞣皮革颗粒：2％～4％，上述原料的体积百分比之和为100%。

3.一种权利要求1所述的路用高韧低收缩乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将玄武岩集料、油鞣皮革颗粒混合，接着加入石灰岩矿粉和水泥混匀；最后加入SBS改性阳离子乳化沥青和水搅拌均匀。