CN104233918A - 一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层及其制作方法涉及一种通过大粒径橡胶块改性沥青和纤维连同单粒径碎石所构成的路面结构层及其制作方法。由集料、纤维和橡胶块改性沥青组成。制作方法包括：1）施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗；2）制备橡胶块改性沥青；3）制备橡胶块改性沥青玛蹄脂；4）在洒布橡胶沥青玛蹄脂前，检查各项指标；5）橡胶块改性沥青玛蹄脂洒布；6）撒铺碎石；7）碾压；8）对大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层进行清扫。本发明产品生产成本低、能耗低、无污染、产品储存稳定性高。其制备方法施工方便、简单易行，易于应用在工业化生产中。
Description
技术领域
本发明一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层及其制作方法涉及一种通过大粒径橡胶块改性沥青和纤维连同单粒径碎石所构成的路面结构层及其制作方法。
背景技术
我国各地沥青路面绝大多数都是采用半刚性水稳基层，但是，由于半刚性基层材料本身特点，极易产生反射裂缝。除此之外，在道路改造工程中，新旧路面接缝处存在裂缝并发展为反射裂缝。反射裂缝的出现破坏了路面结构整体性和连续性，引发其他早期病害，加速沥青路面的破坏，大大减少道路使用寿命。
近几年，国内外采用在基层和面层之间或者旧路与新面层之间设置橡胶沥青应力吸收层，来减弱半刚性基层或者旧路面的收缩裂缝以及反射裂缝向沥青面层传递。
常规的橡胶沥青应力吸收层(Stress Absorbing Membrane Interlayer，简称SAMI)是由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成。通常是指在路面上洒布2～2.5kg/m2的橡胶沥青，同时在橡胶沥青上撒布一定量（一般建议为12～15kg/m2）的粒径9～12mm的预拌沥青碎石，形成1cm左右厚度的橡胶沥青应力吸收层，能有效地防止水分的侵入，同时与下面层和铺装层粘结紧密。
但是，常规SAMI所用橡胶沥青是采用20～40目橡胶粉与基质沥青混合高温反应制成，胶粉需要废旧轮胎经过切条切块，然后再由胶体磨加工到0.4mm～1mm细度。胶粉的制作过程中，消耗大量能量，从而提高了成本。另外，胶粉在溶胀反应过程中，速度缓慢，将存在不同程度的脱硫塑化，使橡胶沥青的性能指标不稳定，从而影响使用效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中能量消耗大、成本高和质量不稳定的缺陷，提供一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层及其制作方法。
一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层及其制作方法是采取以下技术方案实现的：
一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层由集料、纤维和橡胶块改性沥青组成，所述集料采用粒径为9.5mm～13.2mm的碎石料，按照集料重量计的0.2～0.5%的橡胶块改性沥青进行预裹附；所述纤维采用木质素絮状纤维，纤维的掺加比例为橡胶块改性沥青质量的3%－5%；
所述碎石料为石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。
所述碎石采用反击式破碎机轧制。
所述预裹附温度在120℃以上，预裹附的集料堆放时间不宜超过两周。
大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层的制作方法包括如下步骤，
（1）施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗
所述清扫采用滑移车和人工方式结合，将原路面进行全面清扫，再用森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰吹净，清除旧路或基层表面的浮灰和泥浆；清扫完毕后，将此路段开放交通，利用车轮有吸附作用清洁路面；
（2）制备橡胶块改性沥青
（2-1）确定橡胶块、煤焦油及活化剂的掺量
选择至少三个不同的橡胶块、煤焦油和活化剂掺量进行试验，所述各组分掺量范围为基质沥青质量的22％～28％、10%~20%和0.5%~1%，分别以2%、1%和0.2%的间隔掺入基质沥青，制备橡胶块改性沥青，通过橡胶块改性沥青性能试验得到确定的掺量；
（2-2）生产橡胶块改性沥青
采用橡胶沥青生产设备，采取间歇式方式生产；并对成品橡胶块改性沥青及时进行检验，以确保产品质量；
（3）制备橡胶块改性沥青玛蹄脂
将木质纤维按照基质沥青质量的5%加入到橡胶块改性沥青反应釜中，搅拌15~30s，形成橡胶块改性沥青玛蹄脂。
（4）在洒布橡胶沥青玛蹄脂前，检查各项指标
a、空气温度和地面温度都不低于15℃；
b、下承层干燥，路缘石防护良好；
c、需用的设备进入待命状态，所述设备包括橡胶沥青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机；
（5）橡胶块改性沥青玛蹄脂洒布
a、橡胶沥青玛蹄脂洒布量采用2.4～3kg/m2，可视试验路效果定；
b、在起步和终止位置铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程纸；
c、纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm；
d、撒铺碎石前禁止任何车辆、行人通过橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层；
（6）撒铺碎石
经过步骤（5）橡胶块改性沥青玛蹄脂洒布后立即撒铺碎石，碎石的级配构成采用粒径为Φ9.5mm~13.2mm的碎石进行撒铺；碎石撒铺量采用18±2kg/m2，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应补足；
（7）碾压
经过步骤（6）碎石撒铺后立即进行碾压作业，采用25T以上的胶轮压路机紧跟碎石撒铺车进行压实完成碾压。
（8）对大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层进行清扫，以清除没有粘结的松散碎石，避免影响大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层与上面层的粘结。
到此为止，大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层已经完成。为保证路面结构质量，在铺筑上层沥青混合料前，中间不开放交通，若期间必须开放交通，须待大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层施工完成3小时后方可开放交通，但车速不宜超过25km/h。在上面层沥青混合料施工前须加洒粘层油，粘层油洒布量控制在0.25kg/m2。
步骤（2-1）中橡胶沥青胶粉掺量的确定以177℃旋转粘度为主要指标，旋转粘度范围为1.5~4.0Pa·s，上限值4.0Pa·s保证良好的路用性能，下限值1.5Pa·s保证一定的施工性能，防止因粘度过大造成泵送、拌和困难；
步骤（2-1）中所述试验方法为：将废旧橡胶切割为边长为3~5cm块状颗粒，所述橡胶块掺量在基质沥青质量22%~28%的范围内，按照质量比为2％的间隔，选择至少三个不同的橡胶块掺量进行试验，并根据试验结果确定橡胶块掺量。
步骤（2-2）中所述的生产步骤为将废旧橡胶切割为边长为3~5cm块状颗粒，基质沥青采用70号普通沥青，加入沥青质量22%~28%的橡胶块，10%~20%的煤焦油，0.5%~1%RMCD橡胶力化学断链解聚剂或者再生胶活化剂910；置于反应罐内230～280℃高速剪切反应4～8小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶块改性沥青。
步骤（7）中所述碾压遍数为3遍，从洒布橡胶块改性沥青到碾压完成应及时完成，即当下承层温度为40°C 以上时，完成碾压时间为20 分钟，当下承层温度为18°C～40°C时，完成碾压时间为10分钟。
发明优点：
本发明是一种应力吸收防水层的新结构，在常规橡胶沥青应力吸收层的基础上改进完善而成，生产成本低、能耗低、无污染、产品储存稳定性高。对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显地减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝产生的目的。特别适用于解决半刚性基层沥青路面、水泥混凝土路面罩面层的反射裂缝问题。
本发明所述的方法生产的大粒径橡胶块改性沥青，不仅能够保证的技术性能和路用性能，满足沥青粘度、韧性等指标，还能够降低能源消耗和成本；所生产的中间物橡胶块改性沥青玛蹄脂性能更稳定，利于存储；大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层，增加了橡胶沥青用量，提高废旧轮胎利用率，绿色经济环保；其制备方法施工方便、简单易行，易于应用在工业化生产中。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明中橡胶块改性沥青的准备过程示意图。
具体实施方式
参照附图1，本发明一种大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层由集料、纤维和橡胶块改性沥青组成，所述集料采用粒径为9.5mm～13.2mm的碎石料，按照集料重量计的0.2～0.5%的橡胶块改性沥青进行预裹附；所述纤维采用木质素絮状纤维，纤维的掺加比例为橡胶块改性沥青质量的3%－5%；
所述碎石料为石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。
所述碎石采用反击式破碎机轧制。
所述预裹附温度在120℃以上，预裹附的集料堆放时间不宜超过两周。
大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层的制作方法包括如下步骤，
（1）施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗
所述清扫采用滑移车和人工方式结合，将原路面进行全面清扫，再用森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰吹净，清除旧路或基层表面的浮灰和泥浆；清扫完毕后，将此路段开放交通，利用车轮有吸附作用清洁路面；
（2）制备橡胶块改性沥青
（2-1）确定橡胶块、煤焦油及活化剂的掺量
选择至少三个不同的橡胶块、煤焦油和活化剂掺量进行试验，所述各组分掺量范围为基质沥青质量的22％～28％、10%~20%和0.5%~1%，分别以2%、1%和0.2%的间隔掺入基质沥青，制备橡胶块改性沥青，通过橡胶块改性沥青性能试验得到确定的掺量；
（2-2）生产橡胶块改性沥青
采用橡胶沥青生产设备，采取间歇式方式生产；并对成品橡胶块改性沥青及时进行检验，以确保产品质量；
（3）制备橡胶块改性沥青玛蹄脂
将木质纤维按照基质沥青质量的5%加入到橡胶块改性沥青反应釜中，搅拌15~30s，形成橡胶块改性沥青玛蹄脂。
（4）在洒布橡胶沥青玛蹄脂前，检查各项指标
a、空气温度和地面温度都不低于15℃；
b、下承层干燥，路缘石防护良好；
c、需用的设备进入待命状态，所述设备包括橡胶沥青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机；
（5）橡胶块改性沥青玛蹄脂洒布
a、橡胶沥青玛蹄脂洒布量采用2.4～3kg/m2，可视试验路效果定；
b、在起步和终止位置铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程纸；
c、纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm；
d、撒铺碎石前禁止任何车辆、行人通过橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层；
（6）撒铺碎石
经过步骤（5）橡胶块改性沥青玛蹄脂洒布后立即撒铺碎石，碎石的级配构成采用粒径为Φ9.5mm~13.2mm的碎石进行撒铺；碎石撒铺量采用18±2kg/m2，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应补足；
（7）碾压
经过步骤（6）碎石撒铺后立即进行碾压作业，采用25T以上的胶轮压路机紧跟碎石撒铺车进行压实完成碾压。
（8）对大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层进行清扫，以清除没有粘结的松散碎石，避免影响大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层与上面层的粘结。
到此为止，大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层已经完成。为保证路面结构质量，在铺筑上层沥青混合料前，中间不开放交通，若期间必须开放交通，须待大粒径橡胶块改性沥青玛蹄脂碎石封层施工完成3小时后方可开放交通，但车速不宜超过25km/h。在上面层沥青混合料施工前须加洒粘层油，粘层油洒布量控制在0.25kg/m2。
步骤（2-1）中橡胶沥青胶粉掺量的确定以177℃旋转粘度为主要指标，旋转粘度范围为1.5~4.0Pa·s，上限值4.0Pa·s保证良好的路用性能，下限值1.5Pa·s保证一定的施工性能，防止因粘度过大造成泵送、拌和困难；
步骤（2-1）中所述试验方法为：将废旧橡胶切割为边长为3~5cm块状颗粒，所述橡胶块掺量在基质沥青质量22%~28%的范围内，按照质量比为2％的间隔，选择至少三个不同的橡胶块掺量进行试验，并根据试验结果确定橡胶块掺量。
步骤（2-2）中所述的生产步骤为将废旧橡胶切割为边长为3~5cm块状颗粒，基质沥青采用70号普通沥青，加入沥青质量22%~28%的橡胶块，10%~20%的煤焦油，0.5%~1%RMCD橡胶力化学断链解聚剂或者再生胶活化剂910；置于反应罐内230～280℃高速剪切反应4～8小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶块改性沥青。
步骤（7）中所述碾压遍数为3遍，从洒布橡胶块改性沥青到碾压完成应及时完成，即当下承层温度为40°C 以上时，完成碾压时间为20 分钟，当下承层温度为18°C～40°C时，完成碾压时间为10分钟。
步骤（2）中制备的橡胶块改性沥青各项指标如下表所示。
表1 本发明橡胶块改性沥青性能
本发明的集料技术要求见表2。
表2 SAMI应力吸收层用粗集料质量技术要求
集料级配满足级配范围如表3所示 ：
表3 集料级配范围要求表
本发明中可以采用的木质素絮状纤维技术指标应满足表4的要求。
表4 木质素絮状纤维标准
本发明制作方法的步骤（2-2）中橡胶块改性沥青应满足以下技术要求，其抽检项目、抽检频率符合表5的要求。
表5 橡胶沥青技术要求
橡胶沥青同步碎石封层车可将沥青结合料的喷洒和骨料的撒布同时进行，使沥青结合料与骨料之间有最充分的接触，以达到它们之间最大限度的粘结度。
与普通的碎石封层相比，橡胶沥青同步碎石封层缩短了喷洒粘结剂与撒布骨料之间的时间间隔，使骨料颗粒能更好的植入粘结剂中，以获得更多的裹覆面积。其更容易保证粘结剂和石屑之间稳定的比例关系，提高作业生产率，减少了机械配置，降低了施工成本。
表6 施工时间要求
| 下承层温度 | 完成碾压时间 |
| 40C 以上 | 20 分钟 |
| 18C 至40C之间 | 10 分钟 |
本发明制作方法中从洒布橡胶沥青到碾压完成应在表6规定时间内完成。
Claims (9)
1.一种改性沥青级配碎石应力吸收防水层，其特征在于：由集料和复合橡胶粉改性沥青组成，所述集料采用粒径为Φ9.5mm~13.2mm和粒径为Φ4.75mm~9.5mm的两档碎石料；采用按照集料重量计的0.2～0.5%的复合橡胶粉改性沥青进行预裹附，所述裹附温度为120℃以上，预裹附的集料堆放时间不超过两周。
2.根据权利要求1所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层，其特征在于：所述碎石料的石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。
3.权利要求1所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，
（1）施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗
所述清扫采用滑移车和人工方式结合，将原路面进行全面清扫，再用森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰吹净，清除旧路或基层表面的浮灰和泥浆；
（2）制备复合橡胶粉改性沥青
（2-1）确定橡胶粉的掺量
选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，所述掺量即质量百分比为基质沥青质量的16％～20％，从而得到确定的掺量；
（2-2）生产复合橡胶粉改性沥青
采用橡胶沥青生产设备，采取间歇式方式生产；并对成品橡胶沥青进行检验，以确保产品质量；
（3）在洒布橡胶沥青前，检查各项指标
a、空气温度和地面温度都不低于15℃；
b、下承层干燥，路缘石防护良好；
c、所需设备进入待命状态，所述设备包括橡胶沥青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机；
（4）复合橡胶粉改性沥青洒布
a、橡胶沥青洒布量采用2.2～2.8kg/m2，可视试验路效果定；
b、起步和终止位置应铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程纸；
c、纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm；
（5）撒铺碎石
经过步骤（4）复合橡胶粉改性沥青洒布后立即撒铺碎石，碎石的级配构成采用粒径为Φ9.5mm~13.2mm和粒径为Φ4.75mm~9.5mm的碎石进行撒铺，分两次进行；其中，先撒铺9.5mm~13.2mm档碎石，再撒铺4.75mm~9.5mm档碎石，粒径为Φ9.5mm~13.2mm和粒径为Φ4.75mm~9.5mm的碎石质量比为4:1；碎石撒铺量采用16±2kg/m2，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度，补足局部碎石撒铺量不足的地方；
（6）碾压
经过步骤（5）碎石撒铺后应立即进行碾压作业，采用25T以上的胶轮压路机紧跟碎石撒铺车进行压实完成碾压。
4.根据权利要求3所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）清扫完毕后，将此路段开放交通，利用车轮有吸附作用清洁路面后进行同步碎石施工。
5.根据权利要求3所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：步骤（2-1）中橡胶沥青胶粉掺量的确定以177℃旋转粘度为主要指标，旋转粘度范围为1.5~4.0Pa·s，上限值4.0Pa·s保证良好的路用性能，下限值1.5Pa·s保证一定的施工性能，防止因粘度过大造成泵送、拌和困难。
6.根据权利要求3所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：步骤（2-1）中所述试验方法为：将20目和60目货车轮胎即斜交胎橡胶粉按照质量3:2的比例拌合均匀，温度控制在177～204℃之间，拌和1小时后进行试验，所述橡胶沥青胶粉掺量按照质量比为1％或2％的间隔，选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，并根据试验结果确定橡胶粉掺量；所得橡胶沥青在下承层温度为40℃ 以上时，完成碾压时间为20 分钟，在下承层温度为18℃～40℃时，完成碾压时间为10分钟。
7.根据权利要求3所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：步骤（2-2）中所述的生产步骤为采用20目货车轮胎即斜交胎胶粉和60目货车胶粉以3:2的质量比混合进行膨化处理；处理后的橡胶粉以步骤（2-1）中确定的掺量添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，采用高速剪切机进行搅拌均匀,速度为3000r/min，泵送到反应罐中保持温度为150℃～218℃，经过45～60min时间的反应制得复合橡胶粉改性沥青。
8.根据权利要求7所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：所述膨化处理是利用大功率超声波聚能器和相应的剥离机械将硫化橡胶粉的S-S共价键断裂，尽量不切断C—C键，打破部分分子间的网架结构使其部分脱硫。
9.根据权利要求3所述的改性沥青级配碎石应力吸收防水层的制作方法，其特征在于：步骤（6）中所述碾压遍数为3遍，从洒布复合橡胶粉改性沥青到碾压完成应及时完成，即当下承层温度为40℃ 以上时，完成碾压时间为20 分钟，当下承层温度为18℃～40℃时，完成碾压时间为10分钟。
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