CN108191299A - 基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料及其制备方法与应用，所述橡胶沥青混合料包括基质沥青34‑40份、橡胶粉8‑12份、硬脂酸‑丙三醇三酯0.3‑0.5份、季戊四醇0.7‑0.9份、硅粉4‑6份、硅烷偶联剂0.65‑0.80份、集料20‑24份，使用本发明的橡胶沥青混合料，能够有效防反射裂缝、抗滑抗永久变形，特别是能够在防温度裂缝的同时提高抗车辙性能。

Description

基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料及其制备方法与 应用

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种橡胶沥青混合料，尤其涉及一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料及其制备方法与应用。

背景技术

通常在城市道路建设中，新建道路的路面大部分采用沥青路面，基层采用强度高、刚度大的半刚性基层。随着交通量的快速增长和气候等因素的反复作用下，促使半刚性基层的裂缝逐渐向上扩展，进而造成多数沥青路面会出现常见的反射裂缝，雨雪水通过裂缝不断渗入到道路基层或旧路面，路面内部产生强力冲刷、路面唧浆现象，即出现沥青应力吸收层与下承层(半刚性基层或水泥混凝土路面)之间粘结不牢的现象，不仅破坏了路面结构整体性和连续性，还在一定程度上削弱路面结构强度，最终造成结构性破坏，极大的降低了道路的使用寿命，难以满足现代交通对路面使用性能的要求。

目前解决上述问题的主要抗裂措施主要有增加沥青加铺层或沥青面层的厚度、设置土工合成材料夹层如土工布、玻纤格栅、改性沥青油毛毡等；设置应力吸收层、设置级配随碎石过渡层等等方法。综合比较，掺入纤维改善沥青混合料，具有缓解荷载冲击、抗裂抗疲劳及防止反射裂缝的性能。研究发现橡胶沥青能够显著遏制裂缝的发生，是面层的理想材料。所述橡胶沥青是指含量15％以上的轮胎橡胶粉在高温和充分拌合的条件下，与沥青溶胀反应得到的改性沥青交接材料。其中，轮胎橡胶粉来源于因过度磨损而报废的废旧轮胎，其中有效成分特别是添加剂的回收利用，可在解决环境压力的同时创造出经济效益，将废旧轮胎通过机械加工方式加工成胶粉用于沥青改性或者沥青混合料改性，是公知的废旧轮胎无害化处理方式。由于橡胶和沥青同属于高分子有机材料，具有一定程度的天然亲和性，所以用废胎胶粉改性沥青是很好的发展方向。橡胶沥青路面的行车舒适性较好，能有效降低汽车轮始与路面作用产生的震动和噪音，在我国的道路建设中得到普遍应用。橡胶沥青由于是采回收轮脸作为改性主材，相比乙烯-丁二烯嵌技共聚物(SBS)改性沥青具有成本优势，橡胶沥青相对于普通沥青，高温、低温稳定性能和抗老化性能都有一定的提升，但是纯轮胎橡胶配方的橡胶沥青，在高温稳定性、粘附性、拭老化性和施工性能上还存在不足。综合国内外近几年技术的发展，虽然现有的橡胶沥青应力吸收层是铺筑于半刚性基层与沥青路面之间或者水泥混凝土路面与沥青路面之间的、具有高变形能力的橡胶沥青层，主要用于缓解裂缝部位的应力集中，防止沥青路面形成反射裂缝，具有抗反射裂缝、抗水损坏、超强的粘性等功能特点，然而实际工程中，易出现橡胶沥青“上移”乃至沥青面层“泛油”的现象，导致沥青面层出现推移、拥包、车辙等诸多病害现象，严重影响了路面使用性能，缩短了路面使用寿命。此外，由于温度对半刚性基层材料的性能影响非常明显，当外界温度变化时，半刚性基层内部的温度会出现随着厚度变化的现象，由于材料明显的温缩性，产生的温度梯度直接导致了温度应力的产生，在我国北方地区，一般在气候的影响下，温差能达到10-1℃左右，顶面应力可以达到2-3MPa，由于半刚性基层材料强度有限，抗弯拉强度难以达到这么高的数值，因而温度变化所产生的应力足以使半刚性基层产生裂缝。对于温度寒冷的北方地区，温度低、冰冻现象普遍存在，冬季的低温是引起温度裂缝的主要原因，温差带来的影响是一主要问题。本发明针对温度带来的温度应力问题，研究一种橡胶沥青混合料，能够获得防反射裂缝、抗滑抗永久变形，特别是防温度裂缝同时提高抗车辙性能的效果。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本发明提供一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料及其制备方法与应用，使用本发明的橡胶沥青混合料，能够有效防反射裂缝、抗滑抗永久变形，特别是能够在防温度裂缝的同时提高抗车辙性能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料，包括以下成分：

基质沥青34-40份、橡胶粉8-12份、硬脂酸-丙三醇三酯0.3-0.5份、季戊四醇0.7-0.9份、硅粉4-6份、硅烷偶联剂0.65-0.80份、集料20-24份。

优选的，所述橡胶沥青混合料，包括基质沥青34份、橡胶粉10份、硬脂酸-丙三醇三酯0.4份、季戊四醇0.8份、硅粉5份、硅烷偶联剂0.75份、集料22份。

其中，橡胶粉来源于90％斜胶肽，10％子午胎，其相对密度1.1-1.2之间，橡胶烃含量＞60％，细度30-40目。

其中，SiO2含量大于99.5％的硅粉，粒径200-250目。

其中，对集料的控制为：限制筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％。

本发明还提供了一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备橡胶沥青：将橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇混合后，加入硅粉，再混合入硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，后加入筛选的集料混合搅拌，即制得本发明的橡胶沥青混合料；

其中，基质沥青首先通过快速升温至165～170℃，升温时间控制在15s内，从而防止沥青老化，并保证基质沥青与橡胶粉均匀溶胀。

优选的，加入橡胶粉后，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度4500r/min，温度控制在165～170℃左右，从而保证基质沥青与橡胶粉均匀溶胀。

其中，橡胶沥青和硅粉混合料混合搅拌时间35min，温度控制再150-155℃左右。

其中，加入集料后混合搅拌时间为3min，温度控制在165～170℃左右。

本发明还提供了一种如上方法制备得到的橡胶沥青混合料的应用，用于防道路反射裂缝，特别是防道路温度裂缝。

本发明中添加的硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇具有足够的调温能力，在用量较小的情况下储存较大的热量，不仅可以降低材料本身对橡胶沥青混合料的性能的影响，而且能够大大提高橡胶沥青混合料的自调温效果，使得在严寒的环境下，气温低、温差大的环境中，调控适应的温度，避免热量损耗，同时保证调温效果的持续性及稳定性。同时，将其加入橡胶沥青混合料中的工艺简单，不会出现沥青的短期老化，不会影响拌合的速度；同时价格低廉，容易大范围推广使用。

SiO2含量大于99.5％的硅粉，粒径200-250目，与硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇混合后，加入15％硅烷偶联剂，其中硅粉呈现不规则颗粒状，由于其不具备孔道，硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇只能吸附在硅粉颗粒表面，加入硅烷偶联剂且其含量为15％时，对硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇的分散性有较大影响，因为硅烷偶联剂的加入，使得硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇在硅粉中粒径分布均匀，分散性最好。

其中，橡胶粉的加入量是橡胶沥青生产过程中的需重点控制的内容之一，本发明中，当达到基质沥青34-40份与橡胶粉8-12份的比例后，紧密结合的橡胶颗粒才能发挥其高粘、高弹特性，才能起到对基质沥青性能的改善作用；但橡胶粉掺量过小或过大时，橡胶沥青粘度不够或者迅速增长，导致容易开裂或施工困难。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

(1)与现有技术相比，本发明所述的橡胶沥青混合料，采用传统基质沥青与橡胶粉的溶胀技术，充分混合集料和硅粉混合料，有效的控制混合料调控适应的温度，有效的保证调温效果的持续性及稳定性。

(2)本发明所述的橡胶沥青混合料，具有防反射裂缝、抗滑抗永久变形，特别是防温度裂缝同时提高抗车辙性能的效果，并且制备过程简单，减少了能源的浪费。

(3)本发明所述的橡胶沥青混合料制备过程中，虽然采用了橡胶粉与基质沥青混合充分溶胀的方法，但通过控制基质沥青的升温过程及基质沥青与橡胶粉的溶胀速度及温度与时间，仍然避免了基质沥青与橡胶粉在相对现有技术温度低的前提下无法均匀溶胀的技术问题，极大的减少了能源的消耗而带来的环境污染的问题。

(4)本发明所述的橡胶沥青混合料制备过程中，特别的加入了硅粉混合料，能够大大提高橡胶沥青混合料的调温效果，使得在气温低、温差大的环境中，调控适应的温度，避免热量损耗。

(5)本发明的原料来源广泛，制备方法简单可控，产品质量稳定，利于生产及应用。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

橡胶沥青混合料，按照以下步骤制备：

(1)制备橡胶沥青：34份基质沥青首先通过快速升温至165～170℃，升温时间控制在15s内，将10份橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度4500r/min，温度控制在165～170℃左右，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将0.4份硬脂酸-丙三醇三酯与0.8份季戊四醇混合后，加入5份硅粉，再混合入0.75份硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料，取22份备用；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，时间35min，温度控制再150-155℃左右；后加入筛选的集料混合搅拌，搅拌时间为3min，温度控制在165～170℃左右，即制得本发明的橡胶沥青混合料。

对比例1

橡胶沥青混合料，按照以下步骤制备：

(1)制备橡胶沥青：34份基质沥青首先通过快速升温至165～170℃，升温时间控制在15s内，将10份橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度4500r/min，温度控制在165～170℃左右，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将0.4份聚乙烯蜡与0.8份三羟甲基乙烷混合后，加入5份硅粉，再混合入0.75份硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料，取22份备用；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，时间35min，温度控制再150-155℃左右；后加入筛选的集料混合搅拌，搅拌时间为3min，温度控制在165～170℃左右，即制得本发明的橡胶沥青混合料。

对比例2

橡胶沥青混合料，按照以下步骤制备：

(1)制备橡胶沥青：34份基质沥青首先通过快速升温至165～170℃，升温时间控制在15s内，将10份橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度4500r/min，温度控制在165～170℃左右，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将0.4份聚乙二醇与0.8份石蜡混合后，加入5份硅粉，再混合入0.75份硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料，取22份备用；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，时间35min，温度控制再150-155℃左右；后加入筛选的集料混合搅拌，搅拌时间为3min，温度控制在165～170℃左右，即制得本发明的橡胶沥青混合料。

对比例3

橡胶沥青混合料，按照以下步骤制备：

(1)制备橡胶沥青：34份基质沥青首先通过快速升温至180～185℃，升温时间控制在15s内，将10份橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度3500r/min，温度控制在180～185℃左右，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将0.4份硬脂酸-丙三醇三酯与0.8份季戊四醇混合后，加入5份硅粉，再混合入0.75份硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料，取22份备用；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，时间35min，温度控制再170-175℃左右；后加入筛选的集料混合搅拌，搅拌时间为3min，温度控制在180～185℃左右，即制得本发明的橡胶沥青混合料。

上述实施例1及对比例1-3中所述的橡胶沥青混合料，研究软化点、针入度、延度等多方面的影响，从而观察橡胶沥青混合料的低温抗裂性能。经检测，结果见表1。

表1标准要求与实施例1及对比例1-3的检测结果对比

	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					软化点℃	53.9	49.1	49.9	51.3
针入度0.1mm	150.3	130.8	139.1	132.1
					延度cm	139.3	110.3	113.1	120.4

其中，软化点是对橡胶沥青混合料高温稳定性的评价标准，软化点高，意味着橡胶沥青混合料等粘温度高，混合料的高温稳定性好。针入度是对橡胶沥青混合料低温开裂的评价研究，针入度越大，反应其抗低温开裂性能越好；延度是评价橡胶沥青混合料粘结性和韧性的性能指标，延度越大，反应其抗低温开裂性能越好，结合表1来看，本发明橡胶沥青混合料的软化点、针入度、延度等数据均明显高于对比例1-3中的橡胶沥青混合料，说明本发明实施例1中的橡胶沥青混合料高温稳定性最好，并且抗低温开裂性能最佳。

上述实施例1及对比例1-3中所述的橡胶沥青混合料，按照JTJ52-2000规定的标准方法进行，经过车辙试验、马歇尔实验，研究孔隙率、稳定度、动稳定度次等多方面的影响，从而观察橡胶沥青混合料的抗车辙性能。经检测，结果见表1。

表1标准要求与实施例1及对比例1-3的检测结果对比

	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					孔隙率％	2.8	4.1	4.3	5.2
稳定度KN	10.3	7.34	6.41	8.91
					动稳定度次/mm	7102	4589	4901	6011

其中，结合表1来看，本发明橡胶沥青混合料的孔隙率、稳定度、动稳定度次等数据均明显优于对比例1-3中的橡胶沥青混合料，说明本发明实施例1中的橡胶沥青混合料抗车辙性能最好，并且抗低温开裂性能最佳。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料，包括以下成分：

基质沥青34-40份、橡胶粉8-12份、硬脂酸-丙三醇三酯0.3-0.5份、季戊四醇0.7-0.9份、硅粉4-6份、硅烷偶联剂0.65-0.80份、集料20-24份。

2.根据权利要求1所述的橡胶沥青混合料，包括基质沥青34份、橡胶粉10份、硬脂酸-丙三醇三酯0.4份、季戊四醇0.8份、硅粉5份、硅烷偶联剂0.75份、集料22份。

3.根据权利要求1-2任一项所述的橡胶沥青混合料，橡胶粉来源于90％斜胶肽，10％子午胎，其相对密度1.1-1.2之间，橡胶烃含量＞60％，细度30-40目。

4.根据权利要求1-3任一项所述的橡胶沥青混合料，SiO2含量大于99.5％的硅粉，粒径200-250目。

5.根据权利要求1-4任一项所述的橡胶沥青混合料，对集料的控制为：限制筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％。

6.一种基于道路工程应力吸收层的橡胶沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备橡胶沥青：将橡胶粉与基质沥青混合、搅拌，得到橡胶沥青；

(2)制备硅粉混合料：将硬脂酸-丙三醇三酯与季戊四醇混合后，加入硅粉，再混合入硅烷偶联剂，得到硅粉混合料；

(3)集料的筛选：采用间断级配集料，将集料进行筛分，限制筛孔通过率，得到筛孔4.75mm的通过率为25％～30％，筛孔2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％的集料；

(4)橡胶沥青混合料的制备：首先将步骤(1)制得的橡胶沥青与步骤(2)制得的硅粉混合料混合搅拌，后加入筛选的集料混合搅拌，即制得本发明的橡胶沥青混合料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，基质沥青首先通过快速升温至165～170℃，升温时间控制在15s内，从而防止沥青老化，并保证基质沥青与橡胶粉均匀溶胀。

8.根据权利要求6-7任一项所述的制备方法，加入橡胶粉后，橡胶沥青搅拌时间为70min，搅拌速度4500r/min，温度控制在165～170℃左右，从而保证基质沥青与橡胶粉均匀溶胀。

9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，橡胶沥青和硅粉混合料混合搅拌时间35min，温度控制再150-155℃左右。

10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，加入集料后混合搅拌时间为3min，温度控制在165～170℃左右。

11.一种权利要求1-10任一项制备得到的橡胶沥青混合料的应用，用于防道路反射裂缝，特别是防道路温度裂缝。