CN104448847B - 一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青及其制备方法与浇注式沥青混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：SBS（I‑D）改性沥青70～75份，特立尼达湖沥青20～25份，青川岩（NES‑1）沥青4～6份；还公开了其制备方法，包括以下步骤：将原料SBS（I‑D）改性沥青和原料特立尼达湖沥青加热养护后混合均匀，继续养护，然后将称取的青川岩（NES‑1）沥青加入混合沥青中；还公开了采用该改性硬质沥青制备的浇注式沥青混凝土。本发明的有益效果是：能有效地提高浇注式沥青混凝土的高温稳定性，防止钢桥面铺装层车辙病害的产生，大大提高桥梁的使用的寿命及铺装层的长期路用性能；原材料易获取，成本合理，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及道路沥青技术领域，具体地，涉及一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青及其制备方法与浇注式沥青混凝土。
背景技术
正交异性钢桥面板由于具有构件质量轻、运输和架设方便、施工周期短等特点，因而多用于大跨径桥梁及城市高架桥跨度较大桥段的梁体结构。而浇注式沥青混凝土由于具有优良的防水性能、低温性能、抗老化性能、抗疲劳性能及对钢桥面板优良的随从性的特点，被广泛应用于钢桥面板上铺装层的建设中。然而，浇注式沥青混凝土明显的缺陷是其高温稳定性不足，采用该混凝土的钢桥面铺装层普遍存在车辙病害。
钢桥面铺装层车辙病害调查研究结果表明，沥青高温性能不足是导致浇注式沥青混凝土铺装层产生车辙病害的重要原因；从材料组成上来看，高含量沥青及高用量矿粉组成的沥青胶浆占据浇注式沥青混合料质量的30％～40％，决定其属于典型的悬浮密实型结构，结合沥青胶浆理论可知沥青胶浆对沥青混合料强度起着决定性作用，而沥青胶浆取决于沥青性质与粉胶比大小，且当浇注式沥青混合料级配组成确定时，沥青性质就是沥青胶浆性能的决定性因素。因此，针对改性硬质沥青的高温性能开展优化研究对提高浇注式沥青混凝土的高温抗车辙性能意义重大。虽然国内外学者在浇注式沥青混凝土的改性硬质沥青改良方面进行了许多探索，但目前仍未得到的解决浇注式沥青混合料高温稳定性不足的有效措施。
综上所述，随着大跨径桥梁及城市高架桥建设的日益增多，钢桥面铺装层浇注式沥青混凝土高温性能不足的问题解决将日益紧迫，特别需要一种显著改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止钢桥面铺装层车辙病害产生、大大提高桥梁使用寿命及铺装层长期路用性能、改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青及其制备方法，还提供了一种采用该改性硬质沥青制备的浇注式沥青混凝土。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 70～75份，
特立尼达湖沥青 20～25份，
青川岩(NES-1)沥青 4～6份。
为得到利于提高浇注式沥青混合料改性硬质沥青的高温性能，发明者首先结合SBS(I-D)改性沥青的优越高低温性能、湖沥青凝胶体含量丰富而具有较高硬度及青川岩(NES-1)沥青富含大分子沥青质而具有极强抗车辙性能的特点确定原材料；然后选取10℃延度、25℃针入度、25℃拉伸强度、软化点及180℃旋转黏度作为改性硬质沥青的低温性能、感温性、内聚力、高温性能及粘滞性能的评价指标，利用有限制的混料均匀设计方法，制定研究方案；并利用DPS统计分析软件对均匀设计各方案的改性硬质沥青性能测试结果开展回归分析，建立了改性硬质沥青各性能指标与原材料掺配比例之间的回归预测模型；最后在满足改性硬质沥青技术要求的前提下，以高软化点、高粘聚力及高黏度为优化方向，对预测方案进行优选及性能验证，从而确定了本专利中改性硬质沥青的配方，该配方得到的改性硬质沥青适用于流动成型的浇注式沥青混凝土。
所述的改性硬质沥青25℃针入度为27.2～28.7(0.1mm)，10℃延度为14.8～18.9cm，软化点为93.0～94.0℃，180℃旋转黏度为0.82～0.88Pa·s，25℃延度测力值为12.2～17.8N。
该配方以兼具高温稳定性及低温柔韧性的SBS(I-D)改性沥青作为掺配的母体沥青，以胶体类型为凝胶体、具有较高硬度及软化点、结构稳定且与沥青具有极好混溶性的特立尼达湖沥青作为天然调和剂，以富含大分子沥青质、与岩石具有极强吸附力、灰分含量较低的青川岩(NES-1)沥青作为抗车辙改性剂，解决了现有技术存在的难题，能有效地提高浇注式沥青混凝土的高温稳定性，防止钢桥面铺装层车辙病害的产生，大大提高桥梁的使用的寿命及铺装层的长期路用性能；原材料获取方便，成本合理，能应用于大规模施工生产中。
优选的，所述的SBS(I-D)改性沥青的25℃针入度为40～60(0.1mm)，5℃延度≥20cm，软化点≥60℃；所述的特立尼达湖沥青25℃针入度为0～5(0.1mm)，软化点≥90℃，灰分含量为33％～38％，密度为1.3～1.5(g/cm3)；青川岩(NES-1)沥青其灰分≤15％，粒度≤18μm，含水量≤2％。
通过采用符合上述优选性能参数要求的SBS(I-D)改性沥青、特立尼达湖沥青和青川岩(NES-1)沥青，进一步提升了成品的质量和性能，保证了产品的成品率；采用粒度加工至微米级的粉末状的青川岩(NES-1)沥青更利于提高青川岩(NES-1)沥青分散的均匀性，使成品具有更好的抗车辙性能。本发明所采用的SBS(I-D)改性沥青、特立尼达湖沥青和青川岩(NES-1)沥青均为市售产品。
优选的，一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 75份，
特立尼达湖沥青 20份，
青川岩(NES-1)沥青 5份。
优选的，所述的改性硬质沥青25℃针入度为28.7(0.1mm)；10℃延度为17.4cm；软化点为93.0℃；180℃旋转黏度为0.86Pa·s；25℃延度测力值为12.2N。
所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料SBS(I-D)改性沥青和原料特立尼达湖沥青均置于170～190℃烘箱中加热养护2.0～3.0h；
S2、按所述原料重量比称取经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青，将称取的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青混合并搅拌至混合均匀，掺配完成后放入180～200℃烘箱中继续养护1.0～1.5h，且养护期间对所述混合沥青进行搅拌；
S3、按所述原料重量比称取青川岩(NES-1)沥青，将称取的青川岩(NES-1)沥青加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，并在搅拌均匀后，放入180～200℃烘箱中继续养护1.0～1.5h，且养护期间对所述混合沥青进行搅拌，得到成品。
该制备方法加工工艺简单，能应用于大规模施工生产中。
所述的步骤S2中，按所述原料重量比称取特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青之前，还包括分别将经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青搅拌均匀的步骤，且将称取的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青混合并搅拌至混合均匀的具体操作步骤为：将称取的特立尼达湖沥青缓慢加入到SBS(I-D)改性沥青中，边加边搅拌保证混合均匀。
所述的步骤S3中，将称取的青川岩(NES-1)沥青加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，并搅拌均匀的具体操作步骤为：将称取的青川岩(NES-1)沥青缓慢加入到特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，边加边搅拌，充分搅拌均匀。
通过上述混合、搅拌操作，利于物料的均匀混合，能够提高混合效率、缩短搅拌时间、降低操作人员劳动强度。
采用所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青制备的浇注式沥青混凝土，其制备原料中包含改性硬质沥青。
优选的，浇注式沥青混凝土由以下重量比的原料制备而成：改性硬质沥青11份，矿粉25份，玄武岩集料64份。
采用上述配方制备得到适用于流动成型的浇注式沥青混凝土，该浇注式沥青混凝土流动性为9.5～10.1s，贯入度为2～2.7mm，贯入度增量为0.22～0.26mm，动稳定度为4500～4700次/min，低温弯拉应变为7.00×10-3～8.00×10-3，低温弯拉强度为11～12MPa。以上指标均满足公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对浇注式沥青混凝土的性能要求，且高温稳定性较常规浇注式沥青混凝土提高了3～4倍。
综上，本发明的有益效果是：
1、本发明配方以兼具高温稳定性及低温柔韧性的SBS(I-D)改性沥青作为掺配的母体沥青，以胶体类型为凝胶体、具有较高硬度及软化点、结构稳定且与沥青具有极好混溶性的特立尼达湖沥青作为天然调和剂，以富含大分子沥青质、与岩石具有极强吸附力、灰分含量较低的青川岩(NES-1)沥青作为抗车辙改性剂，解决了现有技术存在的难题，能有效地提高浇注式沥青混凝土的高温稳定性，防止钢桥面铺装层车辙病害的产生，大大提高桥梁的使用的寿命及铺装层的长期路用性能。
2、本发明原材料获取方便，成本合理，制备方法加工工艺简单，能应用于大规模施工生产中；混合、搅拌操作，利于物料的均匀混合，能够提高混合效率、缩短搅拌时间、降低操作人员劳动强度。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 75份，
特立尼达湖沥青 20份，
青川岩(NES-1)沥青 5份。
所述的SBS(I-D)改性沥青的25℃针入度为40～60(0.1mm)，5℃延度≥20cm，软化点≥60℃；所述的特立尼达湖沥青25℃针入度为0～5(0.1mm)，软化点≥90℃，灰分含量为33％～38％，密度为1.3～1.5(g/cm3)；青川岩(NES-1)沥青其灰分≤15％，粒度≤18μm，含水量≤2％。
该改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、取一定质量的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青(TLA)作为原料，将原料SBS(I-D)改性沥青和原料特立尼达湖沥青均置于180℃烘箱中加热养护2.5h；
S2、分别将经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青搅拌均匀，然后按所述原料重量比称取SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青，将称取的特立尼达湖沥青缓慢加入到SBS(I-D)改性沥青中，边加边搅拌保证混合均匀，掺配完成后放入190℃烘箱中继续养护1h，且隔30min搅拌一次；
S3、按所述原料重量比称取青川岩(NES-1)沥青，将称取的青川岩(NES-1)沥青缓慢加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，边加边搅拌，充分搅拌均匀后，放回190℃烘箱中继续养护1h，且隔30min搅拌一次，得到成品。
该实施例得到的改性硬质沥青关键指标测试结果为：25℃针入度为28.7(0.1mm)，10℃延度为17.4cm，软化点为93.0℃，180℃旋转黏度为0.86Pa·s，25℃延度测力值为12.2N，其主要技术指标均满足公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对浇注式沥青混凝土改性硬质沥青的性能要求。
实施例2：
一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 70份，
特立尼达湖沥青 24份，
青川岩(NES-1)沥青 6份。
所述的SBS(I-D)改性沥青的25℃针入度为40～60(0.1mm)，5℃延度≥20cm，软化点≥60℃；所述的特立尼达湖沥青25℃针入度为0～5(0.1mm)，软化点≥90℃，灰分含量为33％～38％，密度为1.3～1.5(g/cm3)；青川岩(NES-1)沥青其灰分≤15％，粒度≤18μm，含水量≤2％。
该改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、取一定质量的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青(TLA)作为原料，将原料SBS(I-D)改性沥青和原料特立尼达湖沥青均置于170℃烘箱中加热养护3h；
S2、分别将经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青搅拌均匀，然后按所述原料重量比称取SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青，将称取的特立尼达湖沥青缓慢加入到SBS(I-D)改性沥青中，边加边搅拌保证混合均匀，掺配完成后放入180℃烘箱中继续养护1.5h，且隔30min搅拌一次；
S3、按所述原料重量比称取青川岩(NES-1)沥青，将称取的青川岩(NES-1)沥青缓慢加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，边加边搅拌，充分搅拌均匀后，放回180℃烘箱中继续养护1.5h，且隔30min搅拌一次，得到成品。
该实施例得到的改性硬质沥青关键指标测试结果为：25℃针入度为27.2(0.1mm)，10℃延度为14.8cm，软化点为94.0℃，180℃旋转黏度为0.88Pa·s，25℃延度测力值为17.8N，其主要技术指标均满足公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对浇注式沥青混凝土改性硬质沥青的性能要求。
实施例3：
一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 71份，
特立尼达湖沥青 25份，
青川岩(NES-1)沥青 4份。
所述的SBS(I-D)改性沥青的25℃针入度为40～60(0.1mm)，5℃延度≥20cm，软化点≥60℃；所述的特立尼达湖沥青25℃针入度为0～5(0.1mm)，软化点≥90℃，灰分含量为33％～38％，密度为1.3～1.5(g/cm3)；青川岩(NES-1)沥青其灰分≤15％，粒度≤18μm，含水量≤2％。
该改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、取一定质量的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青(TLA)作为原料，将原料SBS(I-D)改性沥青和原料特立尼达湖沥青均置于190℃烘箱中加热养护2.0h；
S2、分别将经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青搅拌均匀，然后按所述原料重量比称取SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青，将称取的特立尼达湖沥青缓慢加入到SBS(I-D)改性沥青中，边加边搅拌保证混合均匀，掺配完成后放入200℃烘箱中继续养护1.0h，且隔30min搅拌一次；
S3、按所述原料重量比称取青川岩(NES-1)沥青，将称取的青川岩(NES-1)沥青缓慢加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，边加边搅拌，充分搅拌均匀后，放回200℃烘箱中继续养护1.0h，且隔30min搅拌一次，得到成品。
该实施例得到的改性硬质沥青关键指标测试结果为：25℃针入度为28.2(0.1mm)，10℃延度为18.9cm，软化点为93.4℃，180℃旋转黏度为0.82Pa·s，25℃延度测力值为14.6N，其主要技术指标均满足公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对浇注式沥青混凝土改性硬质沥青的性能要求。
实施例4：
采用实施例1～3所制备的改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青制备的浇注式沥青混凝土，其制备原料包含实施例1～3所制备的改性硬质沥青，优选的，其由以下重量比的原料制备而成：改性硬质沥青11份，矿粉25份，玄武岩集料64份。
制备方法为：(1)试验前准备：取一定质量比例的各档玄武岩集料于盆中，与矿粉一同放置240℃烘箱中加热4h；按照该发明制备改性硬质沥青；将沥青混合料拌和锅加热温度设置到240℃，提前均匀预热1h。(2)沥青混合料拌和：首先将玄武岩集料加入混合料拌和锅中，搅拌30s；然后将指定质量的改性硬质沥青加入到拌和锅(加入沥青前先将沥青搅拌均匀)，拌和6min；最后将矿粉加入拌和锅，拌和45min，制备得到浇注式沥青混凝土。
如上所述，可较好的实现本发明。
Claims (6)
1.一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，其特征在于，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 70～75份，
特立尼达湖沥青 20～25份，
青川岩(NES-1)沥青 4～6份；
所述的SBS(I-D)改性沥青25℃针入度为40～60(0.1mm)；5℃延度≥20cm；软化点≥60℃；
所述的特立尼达湖沥青25℃针入度为0～5(0.1mm)；软化点≥90℃；灰分含量为33％～38％；密度为1.3～1.5g/cm3；
所述的青川岩(NES-1)沥青其灰分≤15％；粒度≤18μm；含水量≤2％；所述的改性硬质沥青25℃针入度为28.7(0.1mm)；10℃延度为17.4cm；软化点为93.0℃；180℃旋转黏度为0.86Pa·s；25℃延度测力值为12.2N。
2.根据权利要求1所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青，其特征在于，由以下重量比的原料制备而成：
SBS(I-D)改性沥青 75份，
特立尼达湖沥青 20份，
青川岩(NES-1)沥青 5份。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将原料SBS(I-D)改性沥青和原料特立尼达湖沥青均置于170～190℃烘箱中加热养护2.0～3.0h；
S2、按所述原料重量比称取经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青，将称取的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青混合并搅拌至混合均匀，掺配完成后放入180～200℃烘箱中继续养护1.0～1.5h，且养护期间对所述混合沥青进行搅拌；
该步骤中，按所述原料重量比称取特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青之前，还包括分别将经步骤S1养护后的SBS(I-D)改性沥青和特立尼达湖沥青搅拌均匀的步骤，且将称取的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青混合并搅拌至混合均匀的具体操作步骤为：将称取的特立尼达湖沥青缓慢加入到SBS(I-D)改性沥青中，边加边搅拌保证混合均匀；
S3、按所述原料重量比称取青川岩(NES-1)沥青，将称取的青川岩(NES-1)沥青加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，并在搅拌均匀后，放入180～200℃烘箱中继续养护1.0～1.5h，且养护期间对所述混合沥青进行搅拌，得到成品。
4.根据权利要求3所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中，将称取的青川岩(NES-1)沥青加入到经步骤S2所得到的特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，并搅拌均匀的具体操作步骤为：将称取的青川岩(NES-1)沥青缓慢加入到特立尼达湖沥青和SBS(I-D)改性沥青的混合沥青中，边加边搅拌，充分搅拌均匀。
5.采用如权利要求1～2中任意一项所述的一种改善浇注式沥青混凝土高温性能的改性硬质沥青制备的浇注式沥青混凝土，其特征在于，制备原料中包含改性硬质沥青。
6.根据权利要求5所述的浇注式沥青混凝土，其特征在于，由以下重量比的原料制备而成：改性硬质沥青11份，矿粉25份，玄武岩集料64份。
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