CN104032639A - 抗凝冰超薄磨耗层路面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗凝冰超薄磨耗层路面及其制备方法，该抗凝冰超薄磨耗层路面由如下重量份的原料制备而成：10-15mm碎石15-17份；5-10mm碎石14-16份；粒径小于3mm的石屑11-13份；抗凝冰剂3-5份；改性沥青2.2-2.6份；聚合物改性乳化沥青1.1-1.4份；其中抗凝冰剂中氯化钠的含量为50-60％；聚合物改性乳化沥青的固含量≥65％。本发明通过在路面上铺筑抗凝冰超薄磨耗层，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路积雪结冰，为冬季道路抑制冻结问题提出新的解决方案，保证道路行驶安全。

Description

抗凝冰超薄磨耗层路面及其制备方法

技术领域

本发明涉及路面铺装技术领域，特别是涉及一种抗凝冰超薄磨耗层路面及其制备方法。

背景技术

路面积雪结冰影响道路表面抗滑性，妨碍道路畅通及行驶安全，这成为困扰道路管理部门的难题，因此，科学有效的路面抑制冰雪技术研发成为各国道路工作者关注的焦点。

目前路面除冰大体分为被动抑制路面凝冰技术和主动抑制路面凝冰技术两大类。

一类是被动抑制路面凝冰技术，根据采用的具体措施的不同，被动抑制路面凝冰技术分为人工清除法、机械清除法、撒融雪剂、撒砂石材料等。被动抑制路面凝冰技术存在效率低、费用高、经济效益较差等方面不利因素。撒融雪剂方法简单实用，是目前国内外较为流行的抑制路面凝冰方法，但是其成本高、对道路、构造物、土壤等周围环境的污染严重。就省内而言，2008年年初的雪灾对一些高速公路的通行造成极大地影响，如京珠北高速公路。通过灾后的初步评估，认为冰雪灾害给公路运输造成的经济损失巨大，融雪剂对路线周边环境污染严重，化学除雪易引起结构腐蚀、减少结构使用寿命，机械除雪易造成路面、桥面损伤、后期修复费用高，交通事故频发，交通应急体系不够完善等。

二类是主动抑制路面凝冰技术，关于主动抑制路面凝冰的技术措施主要有路面材料中添加蓄盐材料降低冰点、路面材料中添加高弹性材料产生自应力除冰、在路面材料中埋植能量转化系统除冰法等。盐化物沥青混合料是将盐化物替代部分或全部填料直接添加到沥青混合料中形成的新型沥青混合料。由于盐分的逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路积雪结冰，为冬季道路抑制冻结问题提出新的解决方案。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种抗凝冰超薄磨耗层路面。

具体的技术方案如下：

一种抗凝冰超薄磨耗层路面，其由如下重量份的原料制备而成：

其中抗凝冰剂中氯化钠的含量为50-60％；聚合物改性乳化沥青的固含量≥65％。

在其中一个实施例中，所述聚合物改性乳化沥青在三氯乙烯中的溶解度不小于97.5％，10℃的弹性恢复不小于60％。

在其中一个实施例中，所述抗凝冰超薄磨耗层路面的厚度为2.0-3.0cm。

本发明的另一目的是提供上述抗凝冰超薄磨耗层路面的制备方法。

具体的技术方案如下：

上述抗凝冰超薄磨耗层路面的制备方法，包括如下步骤：

(1)将10-15mm碎石、5-10mm碎石和粒径小于3mm的石屑混合后加热至180-200℃，将改性沥青加热至160-170℃，然后将上述原料置于沥青拌和设备的搅拌缸内拌和均匀(4-6秒)，然后加入抗凝冰剂拌和均匀(40-50秒)，得到温度为165-175℃的抗凝冰超薄磨耗层混合料；

(2)将待铺装路面清理干净后喷洒聚合物改性乳化沥青，然后立即将抗凝冰超薄磨耗层混合料均匀地摊铺在聚合物改性乳化沥青上；

(3)采用压路机进行静态碾压，即得所述抗凝冰超薄磨耗层路面。

在其中一个实施例中，步骤(2)中，聚合物改性乳化沥青的洒布温度为60-85℃，洒布量为0.8-1.0L/m²。

在其中一个实施例中，步骤(3)中，所述压路机的质量为11-13吨。

在其中一个实施例中，步骤(3)中，碾压2-3遍。

在其中一个实施例中，步骤(3)中，碾压操作在抗凝冰超薄磨耗层混合料温度降至150℃之前进行。

本发明抗凝冰超薄磨耗层是一种能主动抑制结冰的沥青路面，其厚度在2.0～3.0cm之间，大大降低了结构厚度，使抑制结冰的盐类物质能够充分析出(抗凝冰超薄磨耗层混合料持续Cl^ˉ析出量大于0.005mol/L)，具有抗滑性能好、防水耐磨、噪声小等优点，并且具有施工速度快和成型速度快的特点。本发明通过在路面上铺筑抗凝冰超薄磨耗层，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路积雪结冰，为冬季道路抑制冻结问题提出新的解决方案，保证道路行驶安全。

本发明通过在沥青混合料里添加盐化物类冻结抑制材料，一方面使沥青路面在冬季能主动抑制结冰，保证行车安全，同时有较长冻结抑制效果；另一方面将这种材料应用在路面表面超薄磨耗层里，由于超薄磨耗层的厚度只有2.0～3.0cm，不到传统沥青上面层的一半，所以就实现在盐化物类冻结抑制材料价格昂贵的前提下，大幅降低了工程成本。

与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：

(1)本发明使用超薄磨耗层作为抗凝冰剂材料的载体，结构层的厚度为2.0～3.0cm，为普通AC-13型沥青路面的二分之一。抗凝冰超薄磨耗层路面由于采用开级配沥青混合料设计，设计空隙率较大，抗凝冰超薄磨耗层路面的现场空隙率为10％-15％，因此更易于盐类的析出，更加有效的抑制路面结冰。与普通密级配沥青混合料结构层相比，抗凝冰超薄磨耗层路面厚度小，空隙率大，使盐类在整个抗凝冰超薄磨耗层结构层各个部位都能析出，而普通密级配沥青混合料结构层由于厚度大，且混合料空隙率小，如果将其作为抗凝冰剂材料的载体，则有可能产生只有结构层表面有盐类析出，而其内部或者底部的抗凝冰剂材料无法发挥主动抑制结冰的作用，造成材料的浪费且增加造价。此外，由于抗凝冰超薄磨耗层的级配特点，使得其在抗滑、减少水雾、降低噪声方面比普通路面优异。在抗滑性能方面，构造深度要求大于1.0mm，一般可以达到1.2-1.5mm；摩擦系数能在通车后长期得到保持甚至更好。在降噪性能方面，较普通沥青路面有更低的噪声表现。

(2)本发明使用聚合物改性乳化沥青作为层间黏结材料，在普通的热拌沥青混合料中，如果结构层太薄，会引起很多弊端，如温度下降过快导致压实度不足、集料离析，结构的整体性不足，从而引起与下承层粘结不足，在通车后很容易造成粒料脱落的风险。而使用聚合物改性乳化沥青(Novabond)作为粘层，其残留物含量在65％以上，并快速破乳具有良好的粘结性能；其次，使用专用的摊铺设备，摊铺混合料与洒布聚合物改性乳化沥青同时进行，这样就完全避免了传统工艺在粘层单独当作一道工序施工后再在其上摊铺沥青混合料，有效防止了粘层受到的污染或破坏，保证层与层之间有良好的粘结；再次，聚合物改性乳化沥青在60～85℃的温度下喷洒，抗凝冰超薄磨耗混合料摊铺在聚合物改性乳化沥青喷洒后3秒钟内进行，聚合物改性乳化沥青在热混合料热能作用下，上升裹附在混合料下部的石料四周，并开始破乳与凝固，这样就使得抗凝冰超薄磨耗层与下承层形成一层牢固的粘层膜，消除了结构脱落的可能，并且还很好地起到防水层的作用，能阻止地表水在行车压力下渗入到下一层之中，减少了由水破坏引起的坑槽。

(3)这种抗凝冰超薄磨耗层施工技术克服了一些常规的抑制路面凝冰技术如人工清除法、机械清除法、撒融雪剂、撒砂石材料等存在效率低、费用高、经济效益较差、对道路、构造物、土壤等周围环境的污染严重的缺点，其施工速度快和成型速度快的特点，造价较低，对路面设施及周围环境无破坏、无污染。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请做进一步的阐述。

具体技术要求和制备方法如下：

一、原材料要求

抗凝冰超薄磨耗层路面的原材料组成如下：

其中10-15mm碎石、5-10mm碎石作为粗集料、粒径小于3mm石屑作为细集料、抗凝冰剂作为填料、改性沥青作为胶结料、聚合物改性乳化沥青作为层间粘结材料，使用开级配沥青混合料设计方法，具体级配、材料指标要求如下：

1、级配范围

抗凝冰超薄磨耗层路面采用的级配类型使其有较大的空隙率，且表面粗糙，路用性能良好。抗凝冰超薄磨耗层(KNB-I型)级配范围见表1。

表1抗凝冰超薄磨耗层(KNB-I型)级配范围表

2、粗、细集料技术要求

所选粗集料应为典型高等级公路路面使用集料，满足我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)关于抗滑表层的使用质量要求标准，宜为玄武岩、辉绿岩，集料粘附性应达到5级要求，当达不到要求时，宜掺加消石灰、水泥、或用饱和石灰水处理后使用，必要时同时添加抗剥落剂综合处理，粗集料须满足下表2的各项指标。

表2粗集料技术要求

试验	单位	规范要求	测试方法
				石料压碎值，不大于	％	26	T0316–2005
洛杉矶磨耗损失，不大于	％	28	T0317–2005
				狄法尔磨耗损失，不大于	％	18	T0318–2005
坚固性，不大于	％	12	T0314–2005
				粗集料磨光值，不小于	BPN	42	T0321
粘附性，不小于	—	5	T0616–2005
				表观相对密度，不小于	—	2.60	T0304–2005
吸水率，不大于	％	2.0	T0304–2005
				软石含量，不大于	％	3	T0320–2005
细长扁平颗粒含量，不大于	％	10	T0312–2005
				单个破碎面，不小于	％	100	T0346–2005
两个或多个破碎面乎，不小于	％	90	T0346–2005

注：测试方法是指我国《公路工程集料试验规程》(JTG-2005)里的相关测试方法。

细集料必须采用机制砂(100％破碎加工而成)，应该洁净、干燥、无风化、无杂质，与沥青有良好的粘结能力，宜采用石灰岩加工，性能指标满足表3要求。

表3细集料技术要求

试验	单位	规范要求	测试方法
				表观相对密度，不小于	—	2.50	T0328–2005
小于0.075mm含量，不大于	％	15	T0327–2005
				砂当量，不小于	％	60	T0334–2005
亚甲蓝值，不大于	g/kg	25	T0349–2005
				棱角性(流动时间)，不小于	s	30	T0345–2005

注：测试方法是指我国《公路工程集料试验规程》(JTG-2005)里的相关测试方法。

3、抗凝冰剂技术要求

抗凝冰剂的主要化学成分包括：二氧化硅、氯化钠、氧化镁、氧化钙等，其中有效冻结抑制成分为氯化钠，占55％左右(50-60％)。抗凝冰剂作为一种填料添加到沥青混合料中。主要技术指标如表4所示。

表4抗凝冰剂MFL主要技术指标

4、改性沥青及聚合物改性乳化沥青

改性沥青及聚合物改性乳化沥青均由壳牌公司生产，改性沥青需满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F400-2004中聚合物改性沥青技术要求SBS类I-D的要求，聚合物改性乳化沥青性能指标须满足表5技术要求。

表5聚合物改性乳化沥青性能技术指标要求

二、施工工艺(制备方法)

抗凝冰超薄磨耗层路面的施工包括以下步骤：

(1)将10-15mm碎石、5-10mm碎石和粒径小于3mm的石屑混合后加热至180-200℃，将改性沥青加热至160-170℃，然后将上述原料置于沥青拌和设备的搅拌缸内拌和5秒，然后加入抗凝冰剂拌和40-50秒，得到温度为165-175℃的抗凝冰超薄磨耗层混合料；

(2)将待铺装路面清理干净后喷洒聚合物改性乳化沥青，然后立即将抗凝冰超薄磨耗层混合料均匀地摊铺在聚合物改性乳化沥青上；

(3)采用质量为11-13吨的压路机进行静态碾压，即得所述抗凝冰超薄磨耗层路面。

1、施工条件及准备工作

抗凝冰超薄磨耗层用于主动抑制路面结冰，并不能作为结构补强层。因此需要对原路面上的病害进行处置，包括其结构性破坏的维修和表面坑槽、裂缝等缺陷的修补。施工前彻底清扫路面，不能有积水及杂物。施工过程现场气温不得低于10℃，不可雨中施工。抗凝冰超薄磨耗层混合料可用任何型号的沥青拌和设备进行拌制，摊铺建议采用专用设备德国维特根公司生产的SF-1800型沥青摊铺机(或其衍生机)进行施工。该设备能够一次性完成聚合物改性乳化沥青喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平，使摊铺混合料与洒布聚合物改性乳化沥青同步进行。

2、抗凝冰超薄磨耗层混合料生产

将10-15mm碎石、5-10mm碎石、粒径小于3mm的石屑加温至180～200℃，将改性沥青加温至160～170℃，然后把15～17份10-15mm碎石、14～16份5-10mm碎石、11～13份粒径小于3mm石屑，2.2～2.6份改性沥青输送至沥青拌和设备的搅拌缸内，先拌和5秒，然后加入3～5份抗凝冰剂后再拌和40-50秒，即可制成抗凝冰超薄磨耗层混合料，抗凝冰超薄磨耗层混合料的温度为165～175℃。抗凝冰超薄磨耗层混合料的技术要求按我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)执行。

3、摊铺与碾压

抗凝冰超薄磨耗层混合料在摊铺时，聚合物改性乳化沥青在60-85℃的温度下喷洒，喷洒量必须精确计量，以保证路面摊铺均匀。理想喷洒量约为0.8-1.0L/m²。同时应针对具体项目，由现场工程师计算喷洒量，并在现场由工程师根据具体路面情况进行调整。在不使用聚合物改性乳化沥青或者使用其他普通乳化沥青作为粘结材料时，会导致抗凝冰超薄磨耗层混合料路面脱皮、脱料等病害，无法将抗凝冰超薄磨耗层混合料与下承层连接成一个整体。抗凝冰超薄磨耗层混合料摊铺温度约为160～170℃，抗凝冰超薄磨耗层混合料摊铺在聚合物改性乳化沥青喷洒表面上，并由电加热的振动熨平板进行熨平。抗凝冰超薄磨耗层混合料碾压必须在路面温度降至150℃之前进行，在低于150℃温度碾压会造成抗凝冰超薄磨耗层混合料中的石料无法有效的重新排列，影响了路面的平整度及表面效果，同时对混合料之间的粘结产生不利影响。用质量为11～13吨的双钢轮压路机静态碾压两遍。压路机不能静止停留在刚刚摊铺好热沥青混合料表面上。压路机必须维护良好，具备可靠操作稳定性，装备有皂液水添加系统和刮板，从而防止新摊铺抗凝冰超薄磨耗层混合料粘在碾压轮上。工程师确定碾压操作宽度，新的路面在碾压完成，路面温度冷却到50℃之后就可以开放交通，一般从摊铺至开放交通需要5小时左右。

抗凝冰超薄磨耗层与几类除冰方式效果比较见下表6：

表6几类除冰方式效果比较

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种抗凝冰超薄磨耗层路面，其特征在于，其由如下重量份的原料制备而成：

其中抗凝冰剂中氯化钠的含量为50-60％；聚合物改性乳化沥青的固含量≥65％。

2.根据权利要求1所述的抗凝冰超薄磨耗层路面，其特征在于，所述聚合物改性乳化沥青在三氯乙烯中的溶解度不小于97.5％，10℃的弹性恢复不小于60％。

3.根据权利要求1所述的抗凝冰超薄磨耗层路面，其特征在于，所述抗凝冰超薄磨耗层路面的厚度为2.0-3.0cm，空隙率为10％-15％。

4.权利要求1-3任一项所述抗凝冰超薄磨耗层路面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将10-15mm碎石、5-10mm碎石和粒径小于3mm的石屑混合后加热至180-200℃，将改性沥青加热至160-170℃，然后将上述原料置于沥青拌和设备的搅拌缸内拌和均匀，然后加入抗凝冰剂拌和均匀，得到温度为165-175℃的抗凝冰超薄磨耗层混合料；

(2)将待铺装路面清理干净后喷洒聚合物改性乳化沥青，然后立即将抗凝冰超薄磨耗层混合料均匀地摊铺在聚合物改性乳化沥青上；

(3)采用压路机进行静态碾压，即得所述抗凝冰超薄磨耗层路面。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚合物改性乳化沥青的洒布温度为60-85℃，洒布量为0.8-1.0L/m²。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述压路机的质量为11-13吨。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，碾压2-3遍。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，碾压操作在抗凝冰超薄磨耗层混合料温度降至150℃之前进行。