CN105036702A - 一种减霾沥青路面材料及环保型沥青路面结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减霾沥青路面材料及环保型沥青路面结构，该环保型沥青路面结构包括自上而下依次铺设在垫层上的上面层、中面层、下面层以及基层；上面层和中面层采用双层摊铺且同时压实的施工方式筑造而成；上面层是由减霾沥青混凝土材料制备而成的减霾沥青混凝土上面层；中面层是环氧沥青混凝土层；减霾沥青混凝土上面层的厚度为20～25mm。本发明具有良好的路用性能与环保性能且经济高效的优点，能够实时净化空气，降解汽车尾气和空气中的PM2.5，进而达到更好的减霾效果。

Description

一种减霾沥青路面材料及环保型沥青路面结构

技术领域

本发明属于沥青路面技术领域，具体涉及一种减霾沥青路面材料及基于该减霾沥青路面材料所形成的环保型沥青路面结构。

背景技术

随着空气质量逐渐恶化，雾霾天气现象出现频率越来越高，它们在人们毫无防范的时候侵入人体呼吸道和肺叶中，从而引起呼吸系统疾病、心血管系统疾病等，长期处于这种环境还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤。另外，雾霾天气还增加了行车的风险，因雾霾天气造成的几十辆车辆连环追尾的事故屡见不鲜，损失惨重。因此，为了人们的身体健康以及行车安全，减少雾霾天气迫在眉睫。

雾霾的源头多种多样，如各种机动车排放的尾气、北方冬季烧煤供暖所产生的废气、工业生产排放的废气、建筑工地和道路交通产生的扬尘、垃圾焚烧、火山喷发等，雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的。目前，人们已经广泛使用负离子空气净化器，用于净化室内空气。但是大环境中的雾霾问题仍然没有得到解决。公路的覆盖面积广，处于开放环境中，如果能够使公路具备净化空气，降解汽车尾气和空气中PM2.5的功能，那么该技术就能够有效缓解雾霾污染。

随着科学技术的发展一些新材料相继出现，如负离子颗粒。负离子颗粒广泛应用于纺织、保健品、化妆品等各行各业，如果将传统负离子颗粒应用于沥青路面材料中形成减霾沥青路面材料，存在三大技术难题：(1)传统负离子颗粒的抗压强度难以满足沥青路面的使用要求。如果直接将传统负离子颗粒应用于沥青路面，它们会在使用过程中被汽车碾碎，严重影响沥青路面整体承载能力。(2)传统负离子颗粒对汽车尾气降解作用有限。(3)负离子颗粒在路面上面层材料替代哪部分集料，掺加量控制在多少，可以兼顾路面材料的承载能力和空气净化作用。

将减霾沥青路面材料应用于路面结构时，在受到行车荷载和外界环境因素的影响时，其路面结构体系的力学性能和使用性能发生较大的变化。如何利用新型路面材料的特点，在保证路面结构整体承载力的前提下，将它们合理组合解决雾霾问题是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的路用性能与环保性能且经济高效的减霾沥青混凝土材料及基于该材料所形成的环保型沥青路面结构。该减霾沥青混凝土材料以及环保型沥青路面结构能够实时净化空气，降解汽车尾气和空气中的PM2.5，进而达到更好的减霾效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种负离子颗粒，其特征在于：所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

作为优选，本发明所提供的负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

或者，

所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

或者，

所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

一种用于制备如上所述的负离子颗粒的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)按前述的配比将电气石、纳米二氧化钛、活性氧化铝以及麦饭石混合后进行纳米加工，形成负离子粉；

2)按前述的配比向步骤1)所得到的负离子粉中加入粘土及矿泉水，搅拌均匀后，在2000℃条件下煅烧成型，自然冷却后形成负离子颗粒。

一种根据如前所述的方法制备得到的负离子颗粒；所述负离子颗粒的粒径为2mm～5mm。

一种减霾沥青混凝土材料，包括沥青、石料以及填料，所述石料的级配是AC-13C或AC-16C，所述石料的粒径是0～16mm或0～19mm；所述填料是石灰岩磨制的矿粉；其特征在于：所述减霾沥青混凝土材料还包括如前所述的负离子颗粒；所述负离子颗粒替代部分粒径范围是2.36～4.75mm内的石料。

作为优选，本发明所提供的负离子颗粒替代部分粒径范围是2.36～4.75mm内的石料时，负离子颗粒的替代量不高于石料和填料总体积的20％。

一种环保型沥青路面结构，其特征在于：所述环保型沥青路面结构包括自上而下依次铺设在垫层上的上面层、中面层、下面层以及基层；所述上面层和中面层采用双层摊铺且同时压实的施工方式筑造而成；所述上面层是由前所述的减霾沥青混凝土材料制备而成的减霾沥青混凝土上面层；所述中面层是环氧沥青混凝土层；所述减霾沥青混凝土上面层的厚度为20～25mm。

作为优选，本发明所提供的中面层是级配为公称最大粒径13mm的环氧沥青混凝土层；所述中面层的厚度为70mm，20℃抗压回弹模量为6000～8000Mpa。

作为优选，本发明所提供的下面层是沥青稳定碎石混合料层；所述下面层是级配为公称最大粒径25mm的沥青稳定碎石ATB-25；所述下面层厚度为120mm。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)减霾沥青混凝土材料采用负离子颗粒替代上面层混合料中2.36mm～4.75mm粒径范围内的石料，这在一定程度上影响了上面层混合料的高温稳定性能，因此减霾沥青混凝土材料的铺筑厚度要尽可能的小，只需要其在路表发挥空气净化功能即可，因此其厚度应该尽可能的小，2cm即可。按照传统单层摊铺单层碾压的路面施工工艺，减霾沥青混凝土只能采用公称最大粒径10mm的AC-10级配。本发明由于采用了上面层和下面层同时摊铺同时压实的施工技术，使得减霾沥青混凝土的公称最大粒径不在受到其摊铺厚度的限制，可以采用公称最大粒径13mm的AC-13C级配或公称最大粒径16mm的AC-16C级配，减霾沥青混凝土的抗车辙性能大大提升。

(2)本发明通过负离子颗粒成分的改进和活性氧化铝的掺入，提高了传统负离子颗粒的抗压强度，使得负离子颗粒的压碎值能够满足路用集料压碎值的要求。通过加入纳米二氧化钛提高了负离子颗粒的汽车尾气降解作用，避免了汽车尾气所导致的二次颗粒物污染。通过将2.36mm～4.75mm粒径范围的负离子颗粒掺加到沥青路面上面层混合料中，并控制负离子颗粒掺量小于石料和填料总体积的20％，在保证沥青路面承载能力的同时，实现沥青路面的空气净化作用，减少雾霾的作用。实验表明该减霾沥青路面材料对PM2.5的最佳减霾效率可达56μg/m³·min。

(3)减霾沥青混凝土上面层虽然能够净化空气，降解汽车尾气和空气中的PM2.5，但其抗车辙性能较普通沥青混合料仍较差，当其与沥青路面常用的下面层材料如SBS改性中粒式沥青混凝土，高模量沥青混凝土组合时，路面结构的高温稳定性能很难满足道路的使用要求。本发明采用的环氧沥青混凝土下面层，它是通过在沥青中添加热固性环氧树脂和固化剂，经固化反应而形成的一种强度高、韧性好的沥青混凝土。它能与减霾沥青混凝土上面层形成牢固的粘结，不因温度变化和交通荷载的作用而脱开，20℃抗压回弹模量为6000～8000Mpa，具有足够的热稳定性能。

(4)本发明减霾沥青路面在保证沥青路面承载能力的同时，实现沥青路面的空气净化作用，减少雾霾的作用。实验表明该减霾沥青路面材料对PM2.5的最佳减霾效率可达56μg/m³·min。

附图说明

图1是本发明所提供的环保型沥青路面结构示意图；

其中：

1-垫层；2-基层；3-下面层；4-中面层；5-上面层。

具体实施方式

现结合实施例对本发明进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。

首先，本发明公开了一种负离子颗粒，负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

实施例1

实施例2

实施例3

负离子颗粒的粒径为2～5mm。

其次，本发明公开了用于制备如上所述的负离子颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)按前述的配比将电气石、纳米二氧化钛、活性氧化铝以及麦饭石混合后进行纳米加工，形成负离子粉；

2)按前述的配比向步骤1)所得到的负离子粉中加入粘土及矿泉水，搅拌均匀后，在2000℃条件下煅烧成型，自然冷却后形成负离子颗粒。

第三，本发明还公开了一种减霾沥青混凝土材料，减霾沥青混凝土材料由沥青、石料、填料和负离子颗粒组成。

沥青采用SBS改性沥青。

石料的级配为AC-13C，粒径为0～16mm，其部分2.36～4.75mm范围内的石料，用负离子颗粒替代，负离子颗粒的掺量控制在石料和填料总体积的20％以内。

填料为石灰岩磨制的矿粉。

最后，本发明公开了一种采用减霾沥青混凝土材料所形成的环保型沥青路面结构。参见图1，环保型沥青路面结构自上而下依次铺设有减霾沥青混凝土上面层5，环氧沥青混凝土中面层4，沥青稳定碎石下面层3；减霾沥青混凝土上面层5、环氧沥青混凝土中面层4及沥青稳定碎石下面层3自上而下筑造在基层2上。减霾沥青混凝土上面层5和环氧沥青混凝土中面层4是采用双层摊铺且同时压实的施工方式筑造形成。这种路面结构既能够满足空气净化，减少雾霾作用，并且还具有良好的高温稳定性能，能够满足沥青路面的使用要求。

根据本发明的一个实施例，上面层5由公称最大粒径为13mm的减霾沥青混凝土材料构造而成，采用SBS改性沥青，采用级配为AC-13C。采用负离子颗粒替代上面层混合料中2.36mm～4.75mm粒径范围内的石料，按照常规方法施工，即可形成减霾沥青混凝土上面层。其中负离子颗粒的掺量为石料和填料总体积的10％；上面层5厚度为25mm。

中面层4由环氧沥青混凝土构造而成，采用的级配为公称最大粒径13mm的密级配沥青混合料AC-13。中面层4厚度为70mm。20℃抗压回弹模量为6500Mpa。

上面层5和中面层4采用双层摊铺并且同时压实施工技术筑造而成。

下面层3由沥青稳定碎石混合料构造而成，采用的级配为公称最大粒径25mm的沥青稳定碎石ATB-25。下面层3厚度为120mm。

基层2由水泥稳定级配碎石构造而成，厚度为400mm。

垫层1由水泥稳定级配砂砾构造而成，厚度为200mm。

Claims (10)

1.一种负离子颗粒，其特征在于：所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

电气石30~50份

纳米二氧化钛5~12份

活性氧化铝3~8份

麦饭石1~3份

粘土30~40份

矿泉水10~20份。

2.根据权利要求1所述的负离子颗粒，其特征在于：所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

电气石45份

纳米二氧化钛9份

活性氧化铝5份

麦饭石1份

粘土30份

矿泉水10份；

或者，

所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

电气石30份

纳米二氧化钛12份

活性氧化铝8份

麦饭石3份

粘土35份

矿泉水12份；

或者，

所述负离子颗粒由下述质量份数配比的原料制成：

电气石50份

纳米二氧化钛5份

活性氧化铝3份

麦饭石1份

粘土31份

矿泉水10份。

3.一种用于制备如权利要求1或2所述的负离子颗粒的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）按权利要求1或2所述的配比将电气石、纳米二氧化钛、活性氧化铝以及麦饭石混合后进行纳米加工，形成负离子粉；

2）按权利要求1或2所述的配比向步骤1）所得到的负离子粉中加入粘土及矿泉水，搅拌均匀后，在2000℃条件下煅烧成型，自然冷却后形成负离子颗粒。

4.一种根据权利要求3所述的方法制备得到的负离子颗粒。

5.根据权利要求4所述的负离子颗粒，其特征在于：所述负离子颗粒的粒径为2mm~5mm。

6.一种减霾沥青混凝土材料，包括沥青、石料以及填料，所述石料的级配是AC-13C或AC-16C，所述石料的粒径是0~16mm或0~19mm；所述填料是石灰岩磨制的矿粉；其特征在于：所述减霾沥青混凝土材料还包括如权利要求4或5所述的负离子颗粒；所述负离子颗粒替代部分粒径范围是2.36~4.75mm内的石料。

7.根据权利要求6所述的减霾沥青混凝土材料，其特征在于：所述负离子颗粒替代部分粒径范围是2.36~4.75mm内的石料时，负离子颗粒的替代量不高于石料和填料总体积的20%。

8.一种环保型沥青路面结构，其特征在于：所述环保型沥青路面结构包括自上而下依次铺设在垫层（1）上的上面层（5）、中面层（4）、下面层（3）以及基层（2）；所述上面层（5）和中面层（4）采用双层摊铺且同时压实的施工方式筑造而成；所述上面层（5）是由权利要求6或7所述的减霾沥青混凝土材料制备而成的减霾沥青混凝土上面层；所述中面层（4）是环氧沥青混凝土层；所述减霾沥青混凝土上面层（5）的厚度为20～25mm。

9.根据权利要求8所述的环保型沥青路面结构，其特征在于：所述中面层（4）是级配为公称最大粒径13mm的环氧沥青混凝土层；所述中面层（4）的厚度为70mm，20℃抗压回弹模量为6000~8000Mpa。

10.根据权利要求9所述的环保型沥青路面结构，其特征在于：所述下面层（3）是沥青稳定碎石混合料层；所述下面层（3）是级配为公称最大粒径25mm的沥青稳定碎石ATB-25；所述下面层（3）厚度为120mm。