CN106007489A - 超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法 - Google Patents

超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及路面施工材料及路面施工方法，具体是一种超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法。本发明的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的组成成分及质量百分比为：聚合物改性乳化沥青（9～15）%、集料（75～80）%、填料（0.5～3）%、纤维（0.1～0.3）%、橡胶粉（0～3）%、水（5～10）%，总量为100%。本发明材料耐磨性、粘附性、防水性好，施工路面抗裂能力强，稳定性好，施工方便。

Description

超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法
技术领域
本发明涉及路面施工材料及路面施工方法，具体是一种超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法。
背景技术
高速公路路面通常的设计寿命为15～20年，交付使用后长则10余年，短则5～6年，需要对表面层维修罩面或保养一次。我国的高速公路沥青路面，早期的已经使用了10余年，相当一部分已经使用5～6年以上。同时，由于某些高速公路沥青面层厚度较薄，工期较紧，结构不尽合理，材料质量不好，施工管理或监理不严，开放交通后交通量迅速增长以及车辆超载等种种原因，致使我国已建的高速公路普遍存在早期损坏的现象，需要维修养护。
美国SHRP计划研究表明，如果能及时采取正确的预防性养护措施，在预防性养护工程上花费1美元，可以节省以后四至五美元的翻修费用，并延迟路面重建时间达五六年之久。在路面出现明显破坏之前，在恰当的时间对合适的路面采用合理的预防性养护措施，可以较长时间地使路面性能处于较好的状态；若不进行预防性养护，路面性能将较快地下降到较坏的水平。倘若推迟路面养护，不仅使路面长期处于低的服务水平，并且使路面将面临大修或重建，造成寿命期的高费用。
近年来，我国一些科研机构和施工单位，在借鉴国外成功经验的基础上，在部分高速公路和城市干道进行了以微表处、雾封层、沥再生为代表的冷拌沥青混合料或冷喷，以Noverchip超薄磨耗层、薄层罩面、碎石封层为代表的热拌沥青混合料或热喷等预防性养护技术的研究和应用，取得了一定程度上的成功。不过，冷拌沥青混合料或冷喷传统预防性养护技术由于受到材料性能、施工水平、交通环境及自然环境等因素的影响，普遍存在路面耐久性能低平均寿命只有2年左右，噪音污染较大，路面抗滑系数低且衰减速度快，工艺适用范围小等缺陷；热拌沥青混合料或热喷预防性养护技术的路面综合性能卓越，耐久性能较好平均寿命在3～4年左右，但存在造价普遍较高，工艺复杂，高耗能，高污染，不能修复路面的局部病害等缺陷。因此，现状对沥青路面预防性养护提出了新的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种材料耐磨性、粘附性、防水性好，路面抗裂能力强，稳定性好，施工方便的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料及沥青路面预防性养护方法。
本发明的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的组成成分及质量百分比为：聚合物改性乳化沥青(9～15)％、集料(75～80)％、填料(0.5～3)％、纤维(0.1～0.3)％、橡胶粉(0～3)％、水(5～10)％，总量为100％。
所述集料包括粗集料和细集料，粗集料粒径为4.75mm～9.5mm，细集料粒径为0～4.75mm；由粗集料和细集料组成的混合料属于间断级配，通过以下标准筛网的质量百分率为：9.5mm的筛网(100)％、4.75mm的筛网(55～78)％、2.36mm的筛网(36～56)％、1.18mm的筛网(23～37)％、0.6mm的筛网(15～27)％、0.3mm的筛网(10～20)％、0.15mm的筛网(7～14)％、0.075mm的筛网(5～10)％。
所述纤维为5～10mm的玻璃纤维。
所述橡胶粉为60目的路用废胎硫化橡胶粉。
本发明的超粘纤维磨耗层沥青路面预防性养护方法，包括如下步骤：
1)按照上述超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的组成成分及质量百分比混合搅拌制备超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料；
2)将微细颗粒高粘改性乳化沥青均匀的喷洒于被养护路面上，微细颗粒高粘改性乳化沥青的喷洒量为0.3Kg/m2～0.6Kg/m2；
3)将步骤1)所得的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料同步均匀的摊铺在步骤2)所得的微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层上；
4)将步骤3)摊铺完成的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料在大气中养生0.5h～2h后开放交通。
上述步骤中，喷洒微细颗粒改性乳化沥青、搅拌超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料、及摊铺超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料均由同一台设备同步一体化完成。
上述步骤中使用的微细颗粒高粘改性乳化沥青为快裂型，蒸发残留物含量为60％～70％，乳化沥青的颗粒粒径分布特点是1～5微米，加热温度为45℃～75℃。
本发明在诸多沥青路面预防性养护“冷工艺”和“热工艺”技术的基础上，提出了全新的沥青路面预防性养护方法，它克服了“热工艺”技术的高耗能、高污染和高成本以及传统“冷工艺”技术的抗滑性能衰减快、高噪音、易脱落、耐久性低等方面的缺陷，且施工快捷、工艺简单、可局部处理路面病害。与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、高耐磨性。超粘纤维磨耗层施工后，耐磨骨料与掺入的纤维(或纤维和橡胶粉)及乳化沥青结合料形成交错网状结构，类似微观领域中的分子结构物理模型。纤维(或纤维和橡胶粉)、沥青和骨料紧密相连，裹缚，缠绕，有效地限制了骨料的滑移、脱落。因此，采用超粘纤维磨耗层能极大地提高路面的耐磨性，有效地延长了道路的使用寿命。
2、高粘附性。由于使用微细颗粒高粘改性乳化沥青，首先在旧路面上形成一个超强粘结层，同时与掺有纤维(或纤维和橡胶粉)的冷拌沥青混合料进行粘结。并且微细颗粒高粘改性乳化沥青向下流入旧有路面的裂缝中，向上反流到超粘磨耗冷拌骨料的空隙中，形成一个带有立体网络结构的沥青粘结层，大大提高了新铺磨耗层与旧路面层的粘结性，防止新铺磨耗层的脱落。
3、高防水性。超粘纤维磨耗层具有双层封水功能，透水系数基本为零，在路面形成一个致密的防水层，能够有效地阻止雨水渗透到路面下层，防止路面由于水损坏而导致的破坏和病害
4、高度应力吸收和应力扩散，超强的抗裂能力。具有网络缠绕独特结构的超粘纤维磨耗层，由于纤维(或纤维和橡胶粉)本身高抗拉伸强度和高弹性模量值的特性，有效地提高了磨耗层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。利用超粘纤维磨耗层进行应力吸收中间层施工。铺设于旧沥青面层与新沥青面层或新建路基和新建沥青面层之间的超粘纤维磨耗层粘结层，兼具极高的张力与弹力，加之独特的结构，对外界的应力具有极其有效的吸收和扩散功能，是一种很好的应力吸收中间层(SAMI)。
5、高稳定性。具有独特的网络结构和综合力学性能超粘纤维磨耗层用作沥青路面耐磨层或养护施工，北方寒冬季节里，超粘纤维磨耗层因为高弹性模量值，延伸力强，其抗拉强度远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉应变，降低了面层的低温脆裂性，能够有效的抑制了沥青道路常规裂缝—低温收缩裂缝的产生，避免了面层最大的“敌人”—水的破坏。
6、施工快捷性。加快养护施工速度、缩短开放交通时间也是衡量道路养护工艺先进性的体现。超粘纤维磨耗层专用设备，是在一台设备上同时完成乳化沥青洒布、纤维(或纤维和橡胶粉)切割掺入、冷拌混合料拌和、混合料摊铺的所有过程。这种连续施工工艺极大地缩短了沥青道路养护的时间，缩短了开放交通的时间。超粘纤维磨耗层耐磨层施工后，乳化沥青破乳后30分钟即可开放交通。
具体实施方式
实施例1
本实施例应用的工程概括是：某国道路段，为双向四车道一级公路，设计车速为100Km/h。原路面为环氧沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13，整体路面结构完整，主要病害为宽度在1～5mm的网状裂缝。本实施例的超粘纤维磨耗层预防性养护试验选择在该路段实施，超粘纤维磨耗层设计厚度为11mm。
1)、用超粘纤维磨耗层专用设备制备超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料；
本步骤中所用超粘纤维磨耗层混合料由集料、聚合物改性乳化沥青、玻璃纤维、填料和水组成，所述集料采用江苏省溧阳市上沛镇石料厂生产的玄武岩粗集料(4.75mm-9.5mm)和细集料(0-4.75mm)混合而成，混合后的集料按照标准筛进行水洗筛分试验，试验结果见表1。上述各种材料按照4.75mm-9.5mm粗集料：0-4.75mm细集料：聚合物改性乳化沥青：玻璃纤维：填料：水＝38：42：10.9:0.1:0.5:8.5的质量百分率在超粘纤维磨耗层专用设备中进行拌和。
表1 超粘纤维磨耗层合成级配
所述聚合物改性乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的慢裂快凝型乳化沥青，其性能指标如表2。
表2 超粘纤维磨耗层用聚合物改性乳化沥青检测结果
所述纤维采用中国巨石股份有限公司生产的喷射无捻粗纱型玻璃纤维，特克斯数约为2400TEX(g/km)，长度为10mm。
所述填料采用PO42.5普通硅酸盐，性能指标满足国标要求。
所述拌和水采用饮用水。
所述超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的性能指标如表3。
表3 超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料检测结果
2)用同一超粘纤维磨耗层专用设备喷洒微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层
冷喷乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的微细颗粒高粘改性乳化沥青，喷洒量按0.3Kg/m2控制，乳化沥青加热温度为45℃，喷洒时间比步骤1)滞后约30s，微细颗粒高粘改性乳化沥青性能指标如表4所示。
表4 微细颗粒高粘改性乳化沥青检测结果
检测项目 单位 检测结果 技术要求
破乳速度 —— 快裂 快裂
蒸发残留物含量 ％ 62 60～70
颗粒粒径分布 μm 1～4 1～5
3)由同一超粘纤维磨耗层专用设备将步骤1)所得的冷拌沥青混合料同步均匀的摊铺在步骤2)所得的微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层上，摊铺厚度按照11mm控制。
4)摊铺完成的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料在大气中养生45min后开放交通，养生期间禁止一切行人、车辆、牲畜等通行。
实施例2
本实施例的应用的工程概括是：某省道路段，为四级公路，路面宽度6.5m，设计车速为60Km/h。原路面为普通沥青混凝土AC-13，整体路面结构完整，主要病害为宽度在1～5mm的网状裂缝和深度在5mm的轻微车辙。本实施例超粘纤维磨耗层预防性养护试验选择在该路段实施，超粘纤维磨耗层设计厚度为8mm。
1)、用超粘纤维磨耗层专用设备制备超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料；
本步骤中所用超粘纤维磨耗层混合料由集料、聚合物改性乳化沥青、玻璃纤维、填料和水组成，所述集料采用贵州省毕节市杨家湾石料厂生产的玄武岩粗集料(4.75mm-9.5mm)和细集料(0-4.75mm)混合而成，混合后的集料按照标准筛进行水洗筛分试验，试验结果见表5。上述各种材料按照4.75mm-9.5mm粗集料：0-4.75mm细集料：聚合物改性乳化沥青：玻璃纤维：胶粉：填料：水＝39：42：10.2:0.2:0.4：2:6.2的质量百分率在超粘纤维磨耗层专用设备中进行拌和。
表5 超粘纤维磨耗层合成级配
所述聚合物改性乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司贵州分公司生产的慢裂快凝型乳化沥青，其性能指标如表6。
表6 超粘纤维磨耗层用聚合物改性乳化沥青检测结果
所述纤维采用中国巨石股份有限公司生产的喷射无捻粗纱型玻璃纤维，特克斯数约为2400TEX(g/km)，长度为5mm。
所述填料采用PO42.5普通硅酸盐，性能指标满足国标要求。
所述拌和水采用饮用水。
所述超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的性能指标如表7。
表7 超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料检测结果
2)用同一超粘纤维磨耗层专用设备喷洒微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层
冷喷乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的微细颗粒高粘改性乳化沥青，喷洒量按0.6Kg/m2控制，乳化沥青加热温度为60℃，喷洒时间比步骤1)滞后约30s，微细颗粒高粘改性乳化沥青性能指标如表8所示。
表8 微细颗粒高粘改性乳化沥青检测结果
检测项目 单位 检测结果 技术要求
破乳速度 —— 快裂 快裂
蒸发残留物含量 ％ 65 60～70
颗粒粒径分布 μm 1～5 1～5
3)由同一超粘纤维磨耗层专用设备将步骤1)所得的冷拌沥青混合料同步均匀的摊铺在步骤2)所得的微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层上，摊铺厚度按照8mm控制。
4)摊铺完成的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料在大气中养生60min后开放交通，养生期间禁止一切行人、车辆、牲畜等通行。
实施例3
本实施例的工程概括是：某省道路段，为三级级公路，路面宽度7.5m，设计车速为60Km/h。原路面为普通沥青混凝土AC-13，整体路面结构完整，主要病害为路面沥青膜脱落、抗滑性能差、轻微水损害和深度在5mm的轻微车辙。本实施例超粘纤维磨耗层预防性养护试验选择在该路段实施，超粘纤维磨耗层设计厚度为14mm。
1)、用超粘纤维磨耗层专用设备制备超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料；
本步骤中所用超粘纤维磨耗层混合料由集料、聚合物改性乳化沥青、玻璃纤维、填料和水组成，所述集料采用贵州省清镇市犁倭镇石料厂生产的玄武岩粗集料(4.75mm-9.5mm)和细集料(0-4.75mm)混合而成，混合后的集料按照标准筛进行水洗筛分试验，试验结果见表9。上述各种材料按照4.75mm-9.5mm粗集料：0-4.75mm细集料：聚合物改性乳化沥青：玻璃纤维：橡胶粉：填料：水＝42：38.5：9.8:0.3:0.5：2.5:6.4的质量百分率在超粘纤维磨耗层专用设备中进行拌和。
表9 超粘纤维磨耗层合成级配
所述聚合物改性乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司贵州分公司生产的慢裂快凝型乳化沥青，其性能指标如表10。
表10 超粘纤维磨耗层用聚合物改性乳化沥青检测结果
所述纤维采用中国巨石股份有限公司生产的喷射无捻粗纱型玻璃纤维，特克斯数约为2400TEX(g/km)，长度为8mm。
所述填料采用PO42.5普通硅酸盐，性能指标满足国标要求。
所述拌和水采用饮用水。
所述超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料的性能指标如表11。
表11 超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料检测结果
2)用同一超粘纤维磨耗层专用设备喷洒微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层
冷喷乳化沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司贵州分公司生产的微细颗粒高粘改性乳化沥青，喷洒量按0.4Kg/m2控制，乳化沥青加热温度为64℃，喷洒时间比步骤1)滞后约30s，微细颗粒高粘改性乳化沥青性能指标如表12所示。
表12 微细颗粒高粘改性乳化沥青检测结果
检测项目 单位 检测结果 技术要求
破乳速度 —— 快裂 快裂
蒸发残留物含量 ％ 66 60～70
颗粒粒径分布 μm 1～5 1～5
3)由同一超粘纤维磨耗层专用设备将步骤1)所得的冷拌沥青混合料同步均匀的摊铺在步骤2)所得的微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层上，摊铺厚度按照14mm控制。
4)摊铺完成的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料在大气中养生60min后开放交通，养生期间禁止一切行人、车辆、牲畜等通行。

Claims (7)

1.一种超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料，其特征是，其组成成分及质量百分比为：聚合物改性乳化沥青（9～15）%、集料（75～80）%、填料（0.5～3）%、纤维（0.1～0.3）%、橡胶粉（0～3）%、水（5～10）%，总量为100%。
2.根据权利要求1所述的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料，其特征是：所述集料包括粗集料和细集料，粗集料粒径为4.75mm～9.5mm，细集料粒径为0～4.75mm；由粗集料和细集料组成的混合料属于间断级配，通过以下标准筛网的质量百分率为：9.5mm的筛网（100）%、4.75mm的筛网（55～78）%、2.36mm的筛网（36～56）%、1.18mm的筛网（23～37）%、0.6mm的筛网（15～27）%、0.3mm的筛网（10～20）%、0.15mm的筛网（7～14）%、0.075mm的筛网（5～10）%。
3.根据权利要求1所述的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料，其特征是：所述纤维为5～10mm的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料，其特征是：所述橡胶粉为60目的路用废胎硫化橡胶粉。
5.一种超粘纤维磨耗层沥青路面预防性养护方法，其特征是，包括如下步骤：
1）混合搅拌制备权利要求1－4之一的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料；
2）将微细颗粒高粘改性乳化沥青均匀的喷洒于被养护路面上，微细颗粒高粘改性乳化沥青的喷洒量为0.3Kg/m2～0.6Kg/m2；
3）将步骤1）所得的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料同步均匀的摊铺在步骤2）所得的微细颗粒高粘改性乳化沥青粘结层上；
4）将步骤3）摊铺完成的超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料在大气中养生0.5h～2h后开放交通。
6.根据权利要求5所述的超粘纤维磨耗层沥青路面预防性养护方法，其特征是：喷洒微细颗粒改性乳化沥青、搅拌超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料、及摊铺超粘纤维磨耗层冷拌沥青混合料均由同一台设备同步一体化完成。
7.根据权利要求5所述的超粘纤维磨耗层沥青路面预防性养护方法，其特征是：使用的微细颗粒高粘改性乳化沥青为快裂型，蒸发残留物含量为60%～70%，乳化沥青的颗粒粒径分布特点是1～5微米，加热温度为45℃～75℃。
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