CN105819751B - 一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法 - Google Patents

一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法,先将70#道路石油沥青加热至120℃‑170℃,再将胶粉与SBS改性剂均匀加入,先机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min,最后在170℃烘箱中静置溶胀60min得到胶粉/SBS复合改性沥青;再与矿料、玄武岩纤维拌合制成掺BF胶粉/SBS复合改性沥青AR‑SMA13混合料。本发明所述的混合料采用SBS改性剂替代胶粉改性沥青中的部分胶粉,不仅提高了胶粉改性沥青的整体性能、稳定性,而且可以改善胶粉改性沥青与玄武岩纤维之间的浸润性、界面作用,大幅度提高了其抗疲劳开裂性能,疲劳寿命比SBS改性沥青混合料、常规橡胶沥青混合料有显著的增大。

Description

一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法
技术领域
本发明属于道路建设材料、养护技术领域,特别涉及一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法。
背景技术
对于沥青路面,疲劳开裂是由于荷载的重复作用,在远低于材料的极限强度下导致路面开裂的一种破坏现象。重复荷载作用下的疲劳损坏过程一般包括三个阶段,即裂缝的形成、裂缝的扩展和断裂破坏。沥青混合料的疲劳性能就是其在反复荷载作用下抵抗这种疲劳破坏的能力。
综合国内外近几年技术的发展,主要的抗裂性的措施有:掺入纤维改善沥青混合料的抗裂性及防止反射裂缝的性能,公路工程中常用的纤维有木质素纤维、聚脂纤维、有机纤维、钢纤维等;将少量聚合物均匀地混入沥青中,可使沥青的使用性能得到很大的提升,成为提高沥青性能的有效途径。可作沥青改性剂的聚合物一般分为热塑性橡胶类、橡胶类、树脂等;设置应力吸收层,在旧混凝土路面及沥青加铺层之间,一是采用的粘结材料如橡胶沥青或改性沥青等粘层油的抗剪强度应满足层间抗剪性能要求,二是需要有一个合适的劲度和韧度,来分散加铺层底部的应力应变及防止裂缝的扩展。
随着国内外研究的深入,废旧轮胎已逐步开始用于高速公路的建设,这也成为轮胎橡胶这种固体废弃物的主要处理方式之一。而把废橡胶应用于高速公路,不但可以获得环境效益和降低造价,而且对路用性能也有一定的改善。随着研究的深入,橡胶沥青混合料较基质沥青混合料有了较明显的改善,但是仍然不能够满足当前道路环境对沥青路面抗疲劳开裂性能的要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法,通过本发明可以大幅度地提高沥青路面的抗疲劳开裂性能,延长道路的使用寿命;同时促进对废胎胶粉的运用,以缓解废轮胎所带来的固体污染现状。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料,以质量百分比计,包括如下组分组成:70#道路石油沥青4.821%~5.270%、胶粉0.697%~0.709%、SBS改性剂(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)0.0995%~0.1016%、玄武岩纤维0.279%~0.288%、矿料93.376%~94.154%。
进一步的,胶粉为磨细的斜交胎胶粉,其细度范围为30目~80目。
进一步的,矿料包括粗细集料和矿粉,矿粉占矿料总质量的11%;其中,粗细集料材质为玄武岩,粗细集料中1#料、2#料、3#料与4#料分别占矿料总质量的42%、30%、0%与17%;矿粉为粒度为0.075mm以下磨细的石灰岩。
进一步的,所述的复合改性沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实断级配。
上述高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将70#道路石油沥青加热至120±5℃,随后继续加热直至170±5℃,在继续加热过程中,将胶粉与SBS改性剂均匀地加入70#道路石油沥青中,然后在180±5℃条件下机械高速旋转搅拌30-40min,再在175±5℃条件下剪切乳化20-30min,最后于170±5℃下静置溶胀60-70min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;
(2)分别于173±5℃下预加热矿料中的粗细集料和矿粉6h以上;
(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃,先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内拌合15-18s,再掺入玄武岩纤维拌合15-18s,再加入步骤(1)保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90-95s,最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s,制得所述的复合改性沥青混合料。
与现有技术相比,本发明具有以下有优点:
(1)本发明所述的高抗疲劳开裂性能的胶粉复合改性沥青混合料,可以大幅度地提高沥青混合料的抗疲劳开裂性能,延长道路的使用寿命;
(2)本发明所述的高抗疲劳开裂性能的胶粉复合改性沥青混合料,在提高沥青混合料的抗疲劳开裂同时并不降低沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能及水稳定性;
(3)本发明所述的高抗疲劳开裂性能的胶粉复合改性沥青混合料,使用经济实惠的废旧材料橡胶粉替代部分昂贵的SBS改性剂,降低沥青路面的造价;
(4)本发明所述的高抗疲劳开裂性能的胶粉复合改性沥青混合料,具有突出的社会环保意义,不仅能够大量消耗废旧轮胎、解决环境污染问题,而且能够延长路面使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法做进一步说明。
实施例1:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出800g沥青用电炉加热至170℃过程中,将112g胶粉与16gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热11160.6g粗细集料和1379.4g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的11160.6g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为5266.8g、3762.0g、0.0g、2131.8g)加入拌合锅拌合15s,掺入37.6g玄武岩纤维拌合15s,加入777.48g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的1379.4g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例2:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出400g沥青用电炉加热至170℃过程中,将56g胶粉与8gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热1014.6g粗细集料和入125.4g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的1014.6g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为478.8g、342.0g、0.0g、193.8g)加入拌合锅拌合15s,掺入3.42g玄武岩纤维拌合15s,加入70.68g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的125.4g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例3:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出500g沥青用电炉加热至170℃过程中,将70g胶粉与10gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热6721.00g粗细集料和入830.68g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的6721.00g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为3171.706g、2265.504g、0.0g、1283.786g)加入拌合锅拌合15s,掺入22.66g玄武岩纤维拌合15s,加入468.20g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的830.68g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例4
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出600g沥青用电炉加热至170℃过程中,将84g胶粉与12gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热7894.3g粗细集料和975.7g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的7894.3g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为3725.4g、2661.0g、0.0g、1507.9g)加入拌合锅拌合15s,掺入26.61g玄武岩纤维拌合15s,加入549.94g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的975.7g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例5
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出550g沥青用电炉加热至170℃过程中,将77g胶粉与11gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热7520.5g粗细集料和929.5g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的7520.5g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为3549.0g、2535.0g、0.0g、1436.5g)加入拌合锅拌合15s,掺入25.35g玄武岩纤维拌合15s,加入523.9g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的929.5g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例6
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出530g沥青用电炉加热至170℃过程中,将74.2g胶粉与10.6gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热7209.0g粗细集料和891.0g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的7209.0g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为3402.0g、2430.0g、0.0g、1377.0g)加入拌合锅拌合15s,掺入24.3g玄武岩纤维拌合15s,加入502.2g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的891.0g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例7:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出420g沥青用电炉加热至170℃过程中,将58.8g胶粉与8.4gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热1028.84g粗细集料和入127.16g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,先将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的1028.84g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为485.52g、346.8g、0.0g、196.52g)加入拌合锅拌合15s,掺入3.468g玄武岩纤维拌合15s,加入71.672g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的127.16g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述的沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例8:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出915g沥青用电炉加热至170℃过程中,将128.1g胶粉与18.3gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热13528.0g粗细集料和1672.0g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的13528.0g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为6384.0g、4560.0g、0.0g、2584.0g)加入拌合锅拌合15s,掺入45.6g玄武岩纤维拌合15s,加入942.4g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的1672.0g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
实施例9:
先将东海70#道路石油沥青在烘箱里面加热至120℃,再取出845g沥青用电炉加热至170℃过程中,将118.3g胶粉与16.9gSBS改性剂均匀地加入热沥青中;然后先在180℃条件下机械高速旋转搅拌35min,再在175℃条件下剪切乳化25min;最后在170℃烘箱中静置溶胀60min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;在173℃烘箱里预加热10564.3g粗细集料和1305.7g矿粉(粒度为0.075mm以下的石灰岩)6h以上,将拌合锅加热至拌合温度160℃,然后将预加热后的10564.3g粗细集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为4985.4g、3561.0g、0.0g、2017.9g)加入拌合锅拌合15s,掺入35.61g玄武岩纤维拌合15s,加入735.94g上述保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90s,掺入预加热后的1305.7g矿粉拌合90s,制得所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料;所述沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实型断级配,沥青油石比为6.2%。
本发明实施例1-9所述的高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料(掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料)与对比例1-3所述的其他类型沥青混合料在不同应变水平下的平均疲劳试验结果见表1。
对比例1:
SBS改性沥青混合料是指沥青胶结料为SBS改性沥青的沥青混合料。
上述SBS改性沥青混合料的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将成品SBS改性沥青在160±5℃烘箱中加热至熔融状态,保温备用;
(2)分别于173±5℃下预加热矿料中的粗细集料和矿粉6h以上;
(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃,先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内拌合15-18s,再加入步骤(1)保温备用的SBS改性沥青拌合90-95s,最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s,制得所述的SBS改性沥青混合料。
对比例2:
胶粉改性沥青混合料是指沥青胶结料为胶粉改性沥青的沥青混合料。
上述胶粉改性沥青混合料的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将成品胶粉改性沥青在165±3℃烘箱中加热至熔融状态,保温备用;
(2)分别于173±5℃下预加热矿料中的粗细集料和矿粉6h以上;
(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃,先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内拌合15-18s,再加入步骤(1)保温备用的胶粉改性沥青拌合90-95s,最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s,制得所述的胶粉改性沥青混合料。
对比例3:
BF胶粉复合改性沥青混合料是指沥青胶结料为胶粉改性沥青,并且掺入玄武岩纤维BF的沥青混合料。
上述BF胶粉复合改性沥青混合料的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将成品胶粉改性沥青在165±3℃烘箱中加热至熔融状态,保温备用;
(2)分别于173±5℃下预加热矿料中的粗细集料和矿粉6h以上;
(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃,先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内拌合15-18s,再掺入玄武岩纤维BF拌合15-18s,再加入步骤(1)保温备用的胶粉改性沥青拌合90-95s,最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s,制得所述的胶粉改性沥青混合料。
表1 不同复合改性沥青混合料疲劳试验结果
从表1可以看出,对比不同种混合料在不同应变水平下的疲劳寿命,混合料的疲劳作用次数都随着控制应变水平的提高而降低,混合料的疲劳作用次数排序依次为:高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料(本发明所述的掺BF胶粉/SBS复合改性沥青混合料)>SBS改性沥青混合料>BF胶粉复合改性沥青混合料>胶粉改性沥青混合料。
总体来说,玄武岩纤维与SBS对混合料的疲劳改性效果较好,将两者与胶粉改性沥青混合料复合改性以后,对胶粉改性沥青混合料的抗疲劳开裂性能产生了大幅度的提高;同时,将SBS改性剂加入BF胶粉复合改性沥青混合料后,可以较大程度地提高BF胶粉复合改性沥青混合料的抗疲劳开裂性能,与SBS改性沥青混合料相比,高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的疲劳寿命是其2-3倍左右。
玄武岩纤维均匀分散于沥青混合料中,呈三维随机分布且相互搭接形成空间网络,这种空间网络结构能够有效的传递应力或消散应力,同时还能够借助纤维与沥青胶浆之间很好的粘结能力克服集料颗粒之间的相对滑移。
当沥青混合料在外力作用下产生裂缝或空隙时,玄武岩纤维空间网络结构尤如沥青混合料“微加筋”,将沥青混合料受损部位连成一体,使得裂纹扩展时的能量释放率减少从而延缓裂缝的扩展。
上面以举例方式对本发明进行了说明,但本发明不限于上述具体实施例,凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种高抗疲劳开裂性能的复合改性沥青混合料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)先将70#道路石油沥青加热至120±5℃,随后继续加热直至170±5℃,在继续加热过程中,将胶粉与SBS改性剂均匀地加入70#道路石油沥青中,然后在180±5℃条件下机械高速旋转搅拌30-40min,再在175±5℃条件下剪切乳化20-30min,最后于170±5℃下静置溶胀60-70min,得到胶粉/SBS复合改性沥青,保温备用;
(2)分别于173±5℃下预加热矿料中的粗细集料和矿粉6h以上;
(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃,先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内拌合15-18s,再掺入玄武岩纤维拌合15-18s,再加入步骤(1)保温备用的胶粉/SBS复合改性沥青拌合90-95s,最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s,制得所述的复合改性沥青混合料;
其中,所述的复合改性沥青混合料采用AR-SMA13骨架密实断级配,以质量百分比计,所述的复合改性沥青混合料包括如下组分组成:70#道路石油沥青4.821%~5.270%、胶粉0.697%~0.709%、SBS改性剂0.0995%~0.1016%、玄武岩纤维0.279%~0.288%、矿料93.376%~94.154%,其中,矿料包括粗细集料和矿粉,矿粉占矿料总质量的11%;粗细集料材质为玄武岩,粗细集料中1#料、2#料、3#料与4#料分别占矿料总质量的42%、30%、0%与17%。
2.如权利要求1所述的复合改性沥青混合料的制备方法,其特征在于,胶粉为磨细的斜交胎胶粉,其细度范围为30目~80目。
3.如权利要求1所述的复合改性沥青混合料的制备方法,其特征在于,矿粉为粒度为0.075mm以下磨细的石灰岩。
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