CN106046809A - 一种骨架易密实的1‑1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土 - Google Patents

一种骨架易密实的1‑1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种骨架易密实的1‑1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：由上层沥青混凝土层、下层为高粘度改性乳化沥青粘结层，上层沥青层的铺装厚度为1.0‑1.5cm，下层的喷适量为0.8‑1.0kg/㎡。本发明的路面超薄磨耗层的混合料形成骨架密实型的超超薄路面，使得路面具有良好的稳定性、耐久性、安全性能。可在新建路面和旧路面预防养护方面应用。

Description

一种骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土
技术领域
本发明属于道路工程中所用的建筑材料技术领域，目的在于提出一种易密实型的超超薄磨耗层沥青混合料配方和设计方法，可有效降低路面造价、施工方便、性能优良的路面，可广泛应用于高速公路、其它高等级公路面层的施工及路面改造工程中。
技术背景
超薄磨耗层是一般采用间断半开式级配改性热沥青混合料，在经处理过的路面上摊铺形成的超薄上面层，它能够解决路面轻微裂缝、轻微松散，车辙，表面渗水，贫油、老化，抗滑性能下降等病害。超薄磨耗层一般采用最大公称粒径为9.5mm或4.75mm的“细”沥青混合料。目前使用铺装厚度一般为20mm～25mm的超薄磨耗层，既实现了旧路面表面功能的恢复，也可用于新建路面的抗滑层，是当前较为有效的预防性养护技术手段之一。由于铺装厚度较薄，使用期间将经受较为严酷的交通、环境等因素的考验，往往需要采取高性能改性沥青材料，其造价较传统的40mm加铺方案有所降低，但总体并不显著。而且对于预防性养护工程而言，加铺20mm～25mm的铺装时，往往需要全断面加铺或是铣刨处理以确保路面纵向行车安全，项目实施时难以做到针对性。
一般的超薄磨耗层最薄只能做到20mm厚度，例如法国的novachip、BBTM、BBUM等等，混合料类型一般均为骨架空隙结构，即路面空隙率较大、构造深度大、雨水天气达到横向排水效果，减少水雾更有利于行车安全，依靠改性沥青或者高粘度改性乳化沥青作为作为防水粘结层，防止水渗入中下面层和底基层。但是排水结构在使用一段时间后就会被泥沙堵塞，如不使用专业清洗设备，很难使路面达到应有的使用效果，路面维护保养成本较高。近些年在国内比较常见的UTAC、SAC和SMA级配在薄层罩面工程中的应用，骨架密实结构的沥青混合料，在实际施工控制难点较大，压实度难以保证。经常使用温拌技术，减缓降温幅度，确保路面可压实。为了超薄磨耗层技术的推广应用，必须突破两个限制，一是20mm厚度的限制，二是突破超薄层降温快，难以压实的瓶颈。因此，研究应用较小厚度的易于压实的超超薄磨耗层技术势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，本发明的路面超薄磨耗层的混合料形成骨架密实型的超超薄路面，使得路面具有良好的稳定性、耐久性、安全性能。可在新建路面和旧路面预防养护方面应用。
本发明实现目的的技术方案如下：
本发明的优点和积极效果如下：
本发明中的沥青采用高弹性改性沥青，此种沥青低温延度较一般改性的延度提高2-3倍，高温性能优良，软化点可以达到90℃，高温不析漏，在不添加纤维的情况下，较高的油石比能够保证路面不泛油。且高弹改性沥青的混合料较常规改性沥青混合料-10℃低温弯曲极限应变提高了近一倍、疲劳寿命提高了5倍以上，成型后的路面行车感觉比较柔软，抗开裂性能优良
本发明中必须配合使用高粘度复合改性乳化沥青作为防水粘结层，保证超超薄磨耗层与原路面(不需铣刨和拉毛处理)的有效结合。
本发明中所用的混超超薄磨耗层沥青混凝土室内压实成型为了与实际施工情况更接近，设计过程中只采用马歇尔方法，进行体积指标设计，并且将双面击实次数降低到25次每面，马歇尔成型厚度为1.5cm，目标空隙率为3.5％，成型温度175℃，对于混合料力学性能指标的测定，需要制定标准试件，成型方法一致，只需调整击实次数至50次，此时和目标空隙率比较接近。
具体的实施方式
为了理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明提供一种公称粒径为6mm的骨架密实级配沥青混合料铺装路面，由包含集料、填料、高性能沥青制成。该混合料最大公称粒径为6mm，混合料生产过程中可以选择性添加温拌剂(一般气温低于15℃时选用)，铺装结构层厚度为10mm～15mm。充分利用优质的材料组合，通过合理的设计达到路面纹理均匀，防水抗滑的功能，具有超强的耐久性。
一、关于集料和填料部分：
该混合料采用的集料为高强度、耐磨性能优的石料，石灰岩、玄武岩均可，最大公称粒径为6mm。粗集料采用5-7mm(沙粒)，细集料采用0-3mm。细集料(1.18-2.36mm部分)完全是圆滑颗粒，可增加施工和易性，会有助于压实，同时降低空隙率增强胶结料劲度；另一方面，由于混合料为骨架结构，从而减少车辙风险。
混合料中各组分的质量百分配比为：
5-7mm粗料：67％-74％；
0-3mm细砂：18％-25％；
矿粉6％-7％
石灰1％-2％
油石比5.8％-6.2％
所用的填料是石灰石矿粉与石灰的混合物，按重量计的组分比例为石灰石矿粉∶石灰＝3～6：1，石灰具有较强的碱性，可提高混合料的水稳定性，增强材料的抵抗动水冲刷性能。
优选的集料及填料构成矿料整体级配范围如下：
二、关于高弹性改性沥青部分
本发明采用的是高弹性改性沥青，成分及比例为：基质沥青：高聚物：抗老化剂：合成酯类增塑剂:稳定剂＝100:6.3:4.0:1.0：0.22,生产工艺同普通改性沥青生产一致。基质沥青选用韩国SK70，高聚物选用SBS和/或SBR，抗老化剂选用糠醛抽出油，糠醛抽出油主要成分为芳香组分和不饱和组分，合成酯类增塑剂为邻苯二甲酸二己酯，邻苯二甲酸二辛脂，磷酸二苯辛脂，磷酸三辛酯中的一种或几种任意组合，稳定剂选用片硫(片硫磺)。
上述高弹性改性沥青是以基质沥青、高聚物、抗老化剂、合成酯类增塑剂和稳定剂为原料制得一种高弹改性沥青，此种沥青低温延度较一般改性的延度提高2-3倍，高温性能优良，软化点可以达到90℃，高温不析漏，在不添加纤维的情况下，较高的油石比能够保证路面不泛油。且高弹改性沥青的混合料较常规改性沥青混合料-10℃低温弯曲极限应变提高了近一倍、疲劳寿命提高了5倍以上，成型后的路面行车感觉比较柔软，抗开裂性能优良。
表1列示的是高弹改性沥青的检测数据
检测项目 实测结果 单位 参考标准
25℃针入度 86 0.1mm 60-100
5℃延度 74 cm ≥70
软化点(环球法) 97 ℃ ≥85
弹性恢复25℃ 95 ％ ≥85
老化后延度(TFOT) 42 cm ≥30
运动粘度 2.0 Pa·s ≤3
三、关于温拌剂
温拌剂如果选用可按改性沥青质量的0.5-1.0％添加，温拌剂建议采用无水型温拌添加剂(EVOTHERM 3G)，先制作温拌沥青然后生产时直接使用。
四、关于高粘度改性乳化沥青粘结层
粘结层采用专用的高粘度的超快破乳的复合改性乳化沥青，特点是：乳化沥青的蒸发残留物具有高软化点、高延度、高弹性恢复的特点，保证粘结材料本身具有高抗剪强度，实现优良的粘结性，粘结层喷施量为0.8-1.0kg/㎡。
高粘度改性乳化沥青粘结层的成分，以及生产方法的步骤如下：
成分：基质沥青60-70份，SBS聚合物改性剂3-4份，快裂快凝型乳化剂(AA63D)0.3-0.5份，乳化沥青稳定剂0.1份，SBR胶乳3-4份(液体)，水30-35份。
⑴将基质沥青加热至160-180℃，投放SBS聚合物改性剂搅拌，使改性剂充分溶胀；
⑵将混合物以4500-5500rpm的剪切速率进行剪切20-40min，得到SBS改性沥青；
⑶将乳化剂和稳定剂用水按比例稀释，加入盐酸调节pH值，调节pH值至达到1.5-2.0，配成皂液；
⑷调节改性沥青温度至160-170℃，皂液温度调节至40-50℃；
⑸将步骤⑶的皂液、步骤⑵的SBS改性沥青和SBR胶乳过入乳化沥青胶体磨，制备成复合改性乳化沥青。
表2列示的是高粘度改性乳化沥青粘结层的检测数据
表3列示的是防水粘结层(高粘度改性乳化沥青粘结层)的检测数据
五、施工工艺要求
在施工工艺方面，必须采用同步一体化摊铺设备，复合改性乳化沥青需要加热到80℃使用，同步工艺使粘结层与罩面层混合料在小于10秒的时间内结合，保证了粘层对混合料更好的抓持力。在适合铺筑沥青超薄面层的道路上比铺筑其他热沥青混合料面层，可节约造价约20％～25％。
为了保证混合料的初始压实，摊铺机熨平板应具有合适的振捣频率和振幅，要特别注意摊铺速度的控制，摊铺速度过慢，料温下降幅度过大，摊铺速度过快，又容易引起表面离析，合适的摊铺速度为3-4m/s，摊铺过程中不准随意停机，混合料摊铺后温度要求不低于165℃。
混合料在180℃～190℃温度拌和，摊铺温度175℃～185℃，摊铺后立即紧跟碾压，可采用钢轮压路机先振动碾压2遍，再静压4-6遍，在环境温度25℃条件下，一般30min可开放交通(冷却至50℃以下)。压实度的高低直接影响到沥青路面的使用寿命和早期损害的可能性，超薄磨耗层的压实必须使用15t的高频震动压路机，并在较高温度时充分震动压实2～3遍，以获得良好的压实度。由于混合料在冷却到110℃以下时用震动方式容易造成集料压碎，因此，在110℃以下时不应再用震动碾压，由于沥青玛蹄脂的存在，压实不允许采用胶轮压路机。
配合比的设计极为复杂，一般包括以下工序：(1)选择沥青混合料性能参数，(2)材料选择与检验，(3)选择设计试验方案，(4)检验各组成试验方案下沥青混合料体积指标与性能指标，(5)建立沥青混合体积、性能指标与材料用量关系数学模型，(6)根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比，
六、集料和填料
集料：玄武岩，最大公称粒径为6mm；采用的混合料中各组分的质量百分配比为：0-3mm：18-25％，5-7mm：67-74％，矿粉6％，石灰2％，油石比5.8-6.2％。
表4合成矿料级配为：
七、其他
混合料目标空隙率为3-3.5％。夏季高温时空隙率可按3.5％设计，春秋季节气温较低时可适当提高油石比，必要时可采用热拌(添加温拌剂)热铺的方式。
根据本发明配方在天津城市公路试验确定的最佳配合比，不仅节省了成本，创造了经济效益，而且为我国在石料紧缺的区域进行沥青单层超薄路面施工积累了经验，值得其它单位借鉴。
实施例1～6：
下面针对采用中值级配，不同油石比，在1-1.5cm沥青单层路面施工的配合比试验及验证来说明本发明的优势。
表5混合料中值级配材料组成比例
材料比例 5-7mm 0-3mm 矿粉 石灰 油石比
中值级配 70 22 6 2 5.8-6.2
表6混合料试验检测结果
实施例7～9：
表7本发明1-1.5cm的超超薄沥青路面面层混合料的实施例配比(％)
实施例 材料比例 5-7mm 0-3mm 矿粉 石灰 油石比
7 粗 74 18 6 2 6.3
8 中 70 22 6 2 6.2
9 细 67 25 6 2 6.1
按照表7配方均可生产沥青混合料，集料和填料分别加热，通过计量进入拌锅，干拌5s，添加高弹性改性沥青(或温拌高弹改性沥青)，拌合40s，即可生产出成品沥青混合料，此混合料可铺筑1-1.5cm的超薄沥青路面，都可以取得良好的技术效果、经济效果。

Claims (6)

1.一种骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：由上层沥青混凝土层、下层为高粘度改性乳化沥青粘结层，上层沥青层的铺装厚度为1.0-1.5cm，下层的喷适量为0.8-1.0kg/㎡，两层的成分具体组成如下：
所述上层沥青混凝土的各组分按照总量比的质量百分配比为如下：
5-7mm粗料：66％-75％；
0.01-3mm细砂：18％-25％；
6％-7％的矿粉；
1％-2％的石灰；
高弹改性沥青，油石比5.8％-6.2％；
所述高弹改性沥青的组成为：基质沥青：高聚物：抗老化剂：合成酯类增塑剂:稳定剂＝100:6.3:4.0:1.0：0.22；
所述高粘度改性乳化沥青粘结层的成分为：基质沥青60-70份，SBS聚合物改性剂3-4份，快裂快凝型乳化剂0.3-0.5份，乳化沥青稳定剂0.1份，SBR胶乳3-4份，水30-35份；
施工工艺要求为：上层沥青混凝土层与下层为高粘度改性乳化沥青粘结层在小于10秒的时间内结合。
2.根据权利要要求1所述的骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：所述细砂中1.18-2.36mm的部分完全是圆滑颗粒。
3.根据权利要要求1所述的骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：当室外温度小于10℃，在上层中加入温拌剂，温拌剂为无水型添加剂，其用量为总重量的0.5-1％。
4.根据权利要要求1所述的骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：所述超超薄磨耗层沥青混凝土的目标空隙率为3-3.5％。
5.根据权利要要求1所述的骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：所述高弹性改性沥青中基质沥青选用韩国SK70，高聚物选用SBS和/或SBR，抗老化剂选用糠醛抽出油，糠醛抽出油主要成分为芳香组分和不饱和组分，合成酯类增塑剂为邻苯二甲酸二己酯，邻苯二甲酸二辛脂，磷酸二苯辛脂，磷酸三辛酯中的一种或几种任意组合，稳定剂选用片硫。
6.根据权利要要求1所述的骨架易密实的1-1.5cm超超薄磨耗层沥青混凝土，其特征在于：所述高粘度改性乳化沥青粘结层的生产方法的步骤如下：
⑴将基质沥青加热至160-180℃，投放SBS聚合物改性剂搅拌，使改性剂充分溶胀；
⑵将混合物以4500-5500rpm的剪切速率进行剪切20-40min，得到SBS改性沥青；
⑶将乳化剂和稳定剂用水按比例稀释，加入盐酸调节pH值，调节pH值至达到1.5-2.0，配成皂液；
⑷调节改性沥青温度至160-170℃，皂液温度调节至40-50℃；
⑸将步骤⑶的皂液、步骤⑵的SBS改性沥青和SBR胶乳过入乳化沥青胶体磨，制备成复合改性乳化沥青。
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