CN104944843A

CN104944843A - 一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料及其制备方法

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Publication number: CN104944843A
Application number: CN201510330819.9A
Authority: CN
Inventors: 高明; 刘云全; 范兴华; 朱建平; 陈千; 刘守军; 南雪峰; 金鑫
Original assignee: COMMUNICATION RESEARCH INSTITUTE OF LIAONING PROVINCE
Current assignee: Liaoning Traffic Science Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: CN104944843B

Abstract

本发明的目的是针对现有技术中尚无同时具有高致密性、可靠的高温抗变形能力和良好的低温变形能力、高耐疲劳能力的钢桥面铺装沥青混合料，提供了一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料及其制备方法，属于道路工程材料领域。该沥青混合料由质量百分含量为78.8～82.5％的集料，0.5～2.6％的沥青混合料抗车辙剂，1.8～5.7％的橡胶粉，9.2～12.5％的胶结料，0～6.0％的填料组成。制备方法为，将集料保温并将拌和锅加热，然后将集料、沥青混合料抗车辙剂和橡胶粉同时加入拌和锅拌合，再加入胶结料拌合，最后加入填料拌合。该沥青混合料为兼具密实不透水、高温抗车辙能力强、低温变形能力强三种性能于一身、造价低、施工简易的新型沥青混合料，尤其适用于季冻区高温及重载交通条件钢桥桥面的铺装。

Description

一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料领域，特别涉及一种适用于季冻区钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料及其制备方法。

背景技术

钢桥与传统的钢筋混凝土桥相比，拥有多方面显著的优点，目前，钢桥在国内外都得到了越来越广泛的应用。

钢桥的桥面铺装与普通的道路铺装相比，使用环境更加恶劣，因此，钢桥的桥面铺装材料需要具备更加全面、更加优异的性能：(1)钢桥的缺点是钢桥面板遇水容易锈蚀，因此钢桥面铺装层材料必须具有极佳的抗渗水能力；(2)钢材的导热系数比其它的土工材料高，再加上钢箱梁内部空间封闭不透风，从而导致钢桥面铺装层在夏季高温条件下，桥面铺装层材料的温度要比相同地区的沥青混凝土路面高10℃～15℃左右，多数可达到70℃，因此，钢桥面铺装层沥青混合料还必须拥有良好的高温抗变形能力；(3)在低温条件下，钢桥面铺装层材料的温度与空气温度接近，在东北季冻区，可达到-30℃左右，由于钢桥本身的结构特点原因，在车辆荷载作用下，钢桥面铺装层应变水平较高，可达一般沥青混凝土路面应变水平的2～5倍，因此，钢桥面铺装材料还必须要有极佳的低温韧性以及耐疲劳性能。

目前，在国内外钢桥面铺装工程中应用较多的主要有浇注式沥青混凝土、改性沥青SMA和环氧树脂沥青混凝土3种材料。与普通道路铺装层材料相比，季冻区钢桥面铺装层材料的使用条件更为恶劣，不但在夏季会达到很高的温度，冬季还会达到非常低的温度，这要求铺装层材料必须同时具有致密性、可靠的高温抗变形能力和良好的低温变形能力、耐疲劳能力，而目前的3种铺装层材料都只是在某些方面比较突出，尤其是不能同时兼顾高、低温两个方面的性能，季冻区钢桥面铺装需要一种性能更加全面、更为优异的材料。目前，钢箱梁桥在季冻区的应用呈现出逐渐增多的趋势，尤其是在城市立交高速发展的过程中，因此，研究密实不透水、高温抗变形能力强、低温变形能力强、耐疲劳性能强、与钢板粘结良好的钢桥面铺装沥青混合料已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中尚无同时具有高致密性、可靠的高温抗变形能力和良好的低温变形能力、高耐疲劳能力的钢桥面铺装沥青混合料的现状，提供了一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料及其制备方法。本发明的沥青混合料是一种兼具密实不透水、高温抗车辙能力强、低温变形能力强三种性能于一身、造价低、施工简易的新型沥青混合料，尤其适用于季冻区高温及重载交通条件钢桥桥面的铺装。

一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，由集料、沥青混合料抗车辙剂、橡胶粉、胶结料和填料组成；其中，各组分的质量百分比如下，总和为100％：

集料：78.8～82.5％

沥青混合料抗车辙剂：0.5～2.6％

橡胶粉：1.8～5.7％

胶结料：9.2～12.5％

填料：0～6.0％；

其中，上述的集料为石灰岩、玄武岩或者辉绿岩等岩性石料，粒径小于11.5mm；其作用为，构成混合料中的主骨架，使混合料在高温时具有较大的内摩阻力，降低沥青胶结料的应变水平，提高沥青混合料的高温抗永久变形能力；

上述的沥青混合料抗车辙剂的主要成分为树脂类材料，包括现有的各种沥青混合料抗车辙剂，例如，辽宁省交通科学研究院的“路宝”高模量沥青混凝土外加剂、深圳海川新材料科技有限公司的“车辙王”抗车辙剂、江苏理想环球新材料有限公司的路孚8000抗车辙剂、法国PRI公司的PR MODULE抗车辙剂和PRPLAST S抗车辙剂、德国rub柏林有限责任公司的DUROFLEX抗车辙剂、德国巴赛尔集团的Domix沥青道路抗车辙剂等；其作用为，其在沥青胶结料中呈丝、片状的分布，可提高沥青混合料中沥青胶结料在高温时抗拉、剪能力，有利于车辆荷载应力在混合料中的更大的范围内扩散，从而提高沥青混合料的高温稳定性，并可承担部分低温变形，提高沥青混合料的低温变形能力；

上述的橡胶粉为粒径小于20目的橡胶粉、废橡胶粉、含硫橡胶粉或含硫废橡胶粉；其主要作用为，在低温条件下，承担混合料中大部分的拉、剪变形，降低沥青胶结料的应变水平，从而提高沥青混合料的低温变形能力，且不降低混合料的高温性能；

上述的胶结料为基质沥青或者改性沥青，基质沥青可选用70号、90号或者110号等标号的石油沥青，改性沥青为SBS改性沥青或者其它聚合物改性沥青；其作用为，将其它组分胶结为整体，并承担混合料中少部分的低温变形；

上述的填料为石灰岩质矿粉、水泥或二者的混合物；其作用为提高胶结料的高温稳定性、改善胶结料的粘结性能，并填充空隙，还可控制混合料的成本。

上述钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

1、将集料放置于180～190℃的烘箱中保温3～4h；

2、将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度将集料、沥青混合料抗车辙剂和橡胶粉按比例同时加入拌和锅拌合1.5～3min；

3、在上述温度下，向锅内按比例加入胶结料拌合1.5～3min；

4、在上述温度下，向锅内按比例加入填料拌合1.5～3min，得到高性能沥青混合料。

本发明的高性能沥青混合料空隙率＜2.0％，具有与浇筑式沥青混凝土、环氧树脂沥青混合料相同的抗渗水性能，能够给钢板以足够的防锈保护；本方法制备的高性能沥青混合料高温抗变形能力强，在70℃高温条件下，其抗变形能力仍然可达改性沥青SMA混合料60℃的水平；本方法制备的沥青混合料拥有良好的低温韧性，在-10℃条件下，低温破坏应变高于浇筑式沥青混合料，并可达到树脂沥青混合料2倍以上，在-30℃条件下，低温破坏应变仍可达高速公路SBS改性沥青混合料-10℃的水平。

本发明制备的沥青混合料与现有技术相比，特点有4个：

(1)密实不透水

按照本方法制备的高性能沥青混合料的空隙率低于2％，内部空隙不连通，具有与浇筑式沥青混合料、环氧树脂沥青混合料一样的致密性，可达到防止钢桥桥面板受水锈蚀的目的。

(2)高、低温性能俱佳

高温抗变形能力远远优于浇筑式沥青混凝土，70℃条件下的抗变形能力仍可达到高速公路SBS改性沥青SMA混合料60℃的水平；低温变形能力优于浇筑式沥青混凝土以及环氧树脂沥青混合料。

(3)施工工艺简单，工程造价低

本方法制备的高性能沥青混合料与传统沥青混合料相比，其组成材料更多，材料本身的指标要求也较高，因此成本有所提高，但是相同厚度的条件下，每平米造价仅比改性沥青SMA混合料增加100～150元/m²，而且，本方法制备的高性能沥青混合料的施工工艺与改性沥青SMA混合料相似，因此总成本更低，与浇筑式沥青混凝土相比，单层成本至少可节约30％，与环氧树脂沥青混合料相比，单层成本至少可节约50％；

(4)具有良好的环境效益

本方法制备的高性能沥青混合料中的橡胶粉，完全可使用废橡胶粉，因此本方法制备的高性能沥青混合料的应用，还可起到减少排放、保护环境的作用，会产生良好的环境效益。

本方法制备的高性能沥青混合料与环氧树脂沥青混合料、浇筑式沥青混凝土相比，还具有施工简便、开放交通快、环境效益好的优点，是适合于季冻区钢桥桥面铺装的一种材料。该方法制备出的沥青混合料应用前景巨大。

具体实施方式

以下通过实施实例进一步说明本发明方法。

实施实例采用的原料说明如下：

沥青混合料抗车辙剂为国产“路宝牌”高模量沥青混凝土外加剂和法国PRMODULE高模量沥青混凝土抗车辙外加剂。

30目、40目和60目硫化橡胶粉为辽宁瑞德公路科技有限公司生产。

水泥为辽宁山水工源水泥有限公司生产的矿渣硅酸盐水泥P·S32.5。

基质沥青为辽河90号道路石油沥青；成品改性沥青为盘锦辽河油田大力特种沥青厂生产的SBS改性沥青；自制SBS改性沥青按常规工艺获得，其中的SBS为中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司生产的热塑性丁苯橡胶(4303)，所制得的产品的具体性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的要求。

实施例1

高性能沥青混合料，各组分的质量百分比如下：

粒径2.36～4.75mm的石灰岩：78.8％

“路宝”高模量外加剂：1.0％

40目硫化橡胶粉：3.6％

成品SBS改性沥青：10.6％

石灰岩质矿粉：4.0％

水泥：2.0％。

制备方法为：将粒径为2.36～4.75mm的石灰岩集料放置于190℃的烘箱中保温4h；再将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度，将8000g的2.36～4.75mm石灰岩集料、101.5g的“路宝牌”高模量沥青混凝土外加剂、365.5g的40目硫化橡胶粉同时加入锅内拌合3min，之后加入1076.1g的成品SBS改性沥青拌合3min，最后加入406.1g的石灰岩质矿粉和203g的水泥拌合2min，即得到高性能沥青混合料。

将该混合料用车辙成型仪碾压成型车辙试件进行高温车辙动稳定度试验与低温小梁弯曲破坏应变试验。

实施例2

高性能沥青混合料，各组分的质量百分比如下：

粒径2.36～4.75mm的石灰岩：82.0％

PR MODULE高模量沥青混凝土抗车辙剂：1.5％

40目废轮胎橡胶粉：3.5％

自制SBS改性沥青：12.0％

石灰岩质矿粉：1.0％。

制备方法为：将粒径为2.36～4.75mm石灰岩集料放置于190℃的烘箱中保温3h；再将拌和锅加热至185～190℃，然后保持该温度，将8000g的粒径为2.36～4.75mm石灰岩集料与146.3g的PR MODULE高模量沥青混凝土抗车辙剂、341.5g的40目废轮胎橡胶粉拌合3min，之后加入1170.7g的自制SBS改性沥青拌合3min，最后，加入97.6g的石灰岩质矿粉拌合3min，即得到高性能沥青混合料。

实施例3

高性能沥青混合料，各组分的质量百分比如下：

2.36～4.75mm的玄武岩：80.0％

PR MODULE高模量沥青混凝土抗车辙剂：1.0％

40目橡胶粉：3.1％

成品SBS改性沥青：12.5％

水泥：3.4％。

制备方法为：将粒径为2.36～4.75mm的玄武岩集料放置于180℃的烘箱中保温4h；再将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度，将8200g的粒径2.36～4.75mm玄武岩集料与102.5g的PR MODULE高模量沥青混凝土抗车辙剂、317.8g的40目橡胶粉拌合1.5min，之后加入1281.3g的成品SBS改性沥青拌合1.5min，最后加入348.5g水泥拌合1.5min，即得到高性能沥青混合料。

实施例4

高性能沥青混合料，各组分的质量百分比如下：

粒径8～11.4mm的辉绿岩：55.0％

粒径5.6～8mm的辉绿岩：27.0％

“路宝”高模量外加剂：0.5％

60目硫化橡胶粉：1.8％

成品SBS改性沥青：11.8％

水泥：3.9％。

制备方法为：将粒径为5.6～8mm的辉绿岩集料放置于185℃的烘箱中保温3.5h；再将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度，将5902.4g的粒径为8～11.4mm的辉绿岩集料、将2897.6g的粒径为5.6～8mm辉绿岩集料与53.7g的“路宝”高模量外加剂、193.2g的60目硫化橡胶粉拌合2min，之后加入1266.3g的成品SBS改性沥青拌合2min，最后加入418.5g水泥拌合2min，即得到高性能沥青混合料。

实施例5

高性能沥青混合料，各组分的质量百分比如下：

粒径2.36～4.75mm的石灰岩：82.5％

“路宝”高模量外加剂：2.6％`

30目硫化橡胶粉：5.7％

90号基质沥青：9.2％

石灰岩矿粉：0％。

制备方法为：将粒径为2.36～4.75mm的石灰岩集料放置于185℃的烘箱中保温3.5h；再将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度，将8000g2.36～4.75mm的石灰岩集料与252.1g的“路宝”高模量外加剂、552.7g的30目硫化橡胶粉拌合2min，之后加入892.0g的90号基质沥青拌合2min，即得到高性能沥青混合料。

表1、高性能沥青混合料检测结果

由表1可以看出：实施例1、2、3、4、5的空隙率均小于2％，说明混合料具有良好的密实性，可有效防止钢桥表面受水锈蚀；实施例1、2、3、4、5的60℃的车辙动稳定度均在5500次/mm以上，70℃的车辙动稳定度均在5000次/mm左右，仍可达到改性沥青SMA混合料60℃的水平，远远高于浇筑式沥青混凝土300～1000次/mm的水平，说明实施例1、2、3、4、5混合料具有良好的高温抗变形能力；实施例1、2、3、4、5的-10℃的低温弯曲破坏微应变均达到7000με以上，远高于浇筑式沥青混凝土、改性沥青SMA混合料、环氧树脂沥青混合料的3000～6000με的水平，在-30℃的极端低温条件下，其破坏微应变仍可达高速公路改性沥青混合料的-10℃的水平，说明实施1、2、3、4、5具有良好的低温变形能力。综上所述，本发明提供的高性能沥青混合料是一种可以用作钢桥桥面铺装的优质材料。

Claims

1.一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，由集料、沥青混合料抗车辙剂、橡胶粉、胶结料和填料组成；其中，各组分的质量百分比如下：

集料：78.8～82.5％

沥青混合料抗车辙剂：0.5～2.6％

橡胶粉：1.8～5.7％

胶结料：9.2～12.5％

填料：0～6.0％。

2.根据权利要求1所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，所述的集料为岩性石料，粒径小于11.5mm；所述的岩性石料为石灰岩、玄武岩或者辉绿岩。

3.根据权利要求1所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，所述的橡胶粉为粒度小于20目的橡胶粉、废橡胶粉、含硫橡胶粉或含硫废橡胶粉。

4.根据权利要求1所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，所述的胶结料为基质沥青或者改性沥青。

5.根据权利要求1所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，所述的填料为石灰岩质矿粉、水泥或二者的混合物。

6.根据权利要求4所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料，其特征在于，所述的基质沥青为70号、90号或者110号的石油沥青；所述的改性沥青为SBS改性沥青或者其它聚合物改性沥青。

7.权利要求1所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将集料放置于180～190℃的烘箱中保温3～4h；

(2)将拌和锅加热至180～190℃，然后保持该温度将集料、沥青混合料抗车辙剂和橡胶粉按比例同时加入拌和锅拌合；

(3)在上述温度下，向锅内按比例加入胶结料拌合；

(4)在上述温度下，向锅内按比例加入填料拌合，得到高性能沥青混合料。

8.根据权利要求7所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的拌合时间为1.5～3min。

9.根据权利要求7所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的拌合时间为1.5～3min。

10.根据权利要求7所述的一种钢桥桥面铺装的高性能沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的拌合时间为1.5～3min。