CN108218296B - 一种轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强密水型沥青混合料，包括如下重量份数的各组分：基质沥青5~20份；页岩30~80份；矿料100份；岩沥青3~10份；复合改性剂1~5份；其中，所述矿料由粒径为0.075mm~15mm的辉绿岩、粒径小于0.075mm的石灰石矿粉按重量比100：4~7配置而成。本发明轻质高强密水型沥青混合料密度小、模量高，空隙率小，具有良好的路用性能。用于混凝土桥桥面铺装或高速公路路面铺装时，在路面结构厚度不变的情况下，能有效减轻铺装层质量，为混凝土桥梁结构或半刚性基层层结构承重减负；在相同的承载能力下，可以增大铺装层结构厚度，减少由混凝土桥面或半刚性基层开裂引起的反射裂缝，提高路面耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，涉及一种公路路面及混凝土桥桥面的铺装材料及其制备方法，尤其涉及一种轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着国家交通业的飞速发展，国内陆续建设了大量的公路，桥梁是公路建设的重要组成部分，部分高速公路中桥梁总长占到路面总长的10～15％。而水泥混凝土桥梁以高性价比的特点，在我国近代桥梁建设中占据很大比重，成为最常见的公路桥梁形式之一。随着使用时间的不断延长及车辆荷载的快速增长与累积，公路路面及混凝土桥的铺装结构安全性与耐久性都面临着严峻考验。目前国内早期建设的公路桥梁均已出现不同程度的车辙、裂缝、推移等病害，甚至出现桥梁结构的开裂破坏，其严重降低了行车的舒适性、安全性及桥梁结构的使用寿命，因此如何提高公路桥梁的使用寿命是亟需解决的难题。
轻集料沥青混合料具有密度低、模量高及优越的抗车辙性、水稳性和抗滑性等特性，可作为提高公路桥梁使用寿命的最佳混合料，但在实际铺面工程的应用仍处于起步阶段，且其工程应用价值没有受到应有的重视。利用轻集料开发高强密水沥青混合料，减轻桥梁二期恒载，兼顾提高铺装层抗车辙、抗开裂等性能，保护桥面及基层不受水损害等，提高路面的使用寿命具有重要的现实意义。
有鉴于上述现有的公路桥梁存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的公路桥梁存在的缺陷，而提供一种轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法，一方面减轻桥梁二期恒载，减小公路半刚性基层承重压力，提升承载能力，另一方面在路面结构承重范围内，可通过增大铺装厚度减少铺装层反射裂缝的产生，提高抗开裂、抗车辙、抗水损害性能，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种轻质高强密水型沥青混合料，包括如下重量份数的各组分：
其中，所述矿料由粒径为0.075mm～15mm的辉绿岩、粒径小于0.075mm的石灰石矿粉按重量比100：4～7配置而成。
作为一种优选的技术方案，所述复合改性剂包括如下重量份数的各组分：
作为一种优选的技术方案，所述基质沥青为70#～110#基质沥青。
作为一种优选的技术方案，所述页岩为碎石型页岩，粒径范围为3mm-15mm，堆积密度不大于900g/cm3，压碎值不大于30％，吸水率不大于3％。
作为一种优选的技术方案，所述岩沥青为北美岩沥青、布敦岩沥青或青川岩沥青中的任一种。
作为一种优选的技术方案，混合料最大粒径小于16mm；所述混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为90％-100％，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为40％-70％，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为35％-55％，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为5％-10％。
作为一种优选的技术方案，混合料的密度不大于1.9g/cm3，空隙率不大于3％，60℃动稳定度不小于8000次/mm。
一种轻质高强密水型沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按所述重量份数称重；
步骤2、将加热至175℃～185℃的所述辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和5-10秒；
步骤3、将加热至120℃～130℃且预裹覆所述基质沥青的所述页岩，加入所述步骤2所得产物中拌和5-10秒；
步骤4、将常温下的所述岩沥青和所述复合改性剂加入所述步骤3所得产物中，拌和5-10秒，
步骤5、将所述基质沥青预热至155℃～165℃后加入所述步骤4所得产物中拌和30-45秒；
步骤6、将所述石灰石矿粉加入所述步骤5所得产物中拌和10-15秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料。
作为一种优选的技术方案，所述拌和设备中的拌和温度为165℃～180℃。
作为一种优选的技术方案，所述步骤3中预裹覆的所述基质沥青的量为所述基质沥青总量的5％-15％。
采用上述技术方案，能够实现以下技术效果：
1、本发明轻质高强密水型沥青混合料，利用高掺量的轻质替代辉绿岩集料，有效将沥青混合料密度从2.6g/cm3减小到1.7g/cm3，且在不降低原有路面结构厚度的基础上减轻铺装结构自重30％以上，有效改善基层或桥梁结构受力状态，提高桥梁安全及耐久性；
2、本发明轻质高强密水型混合料可在铺装层相同恒载条件下，适当提高铺装层厚度，减少由于半刚性基层或混凝土桥桥面开裂引起的反射裂缝；
3、同时本发明轻质高强密水型沥青混合料参考AC型混合料级配中值与上限部分进行级配设计，空隙小，具有优良的密水防水效果及低温性能，防止半刚性基层或桥面水损害，同时掺入岩沥青和复合改性剂提高高温抗车辙性能，具有优异的综合路用性能。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明公开了一种轻质高强密水型沥青混合料，包括如下重量份数的各组分：
其中，矿料由粒径为0.075mm～15mm的辉绿岩、粒径小于0.075mm的石灰石矿粉按重量比100：4～7配置而成。
作为一种优选的技术方案，复合改性剂包括如下重量份数的各组分：
作为一种优选的技术方案，基质沥青为70#～110#基质沥青。
作为一种优选的技术方案，页岩为碎石型页岩，粒径范围为3mm-15mm，堆积密度不大于900g/cm3，压碎值不大于30％，吸水率不大于3％。
作为一种优选的技术方案，岩沥青为北美岩沥青、布敦岩沥青或青川岩沥青中的任一种。
作为一种优选的技术方案，混合料最大粒径小于16mm；混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为90％-100％，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为40％-70％，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为35％-55％，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为5％-10％。
作为一种优选的技术方案，混合料的密度不大于1.9g/cm3，空隙率不大于3％，60℃动稳定度不小于8000次/mm。
本发明还公开了一种轻质高强密水型沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按重量份数称重；
步骤2、将加热至175℃～185℃的辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和5-10秒；
步骤3、将加热至120℃～130℃且预裹覆基质沥青的页岩，加入步骤2所得产物中拌和5-10秒；
步骤4、将常温下的岩沥青和复合改性剂加入步骤3所得产物中，拌和5-10秒，
步骤5、将基质沥青预热至155℃～165℃后加入步骤4所得产物中拌和30-45秒；
步骤6、将石灰石矿粉加入步骤5所得产物中拌和10-15秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料。
作为一种优选的技术方案，拌和设备中的拌和温度为165℃～180℃。
作为一种优选的技术方案，步骤3中预裹覆的基质沥青的量为基质沥青总量的5％-15％。
为了进一步说明本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的轻质高强密水型沥青混合料及其制备方法进行详细的描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按以下步骤制备轻质高强密水型沥青混合料：
步骤1、按如下重量份数称重：90#基质沥青、页岩、矿料、青川岩沥青、复合改性剂分别为5份、30份、100份、10份、5份；
其中，页岩粒径为3～15mm，矿料由粒径为0.075～15mm的辉绿岩和石灰石矿粉按重量比100：4称重；
另外复合改性剂由10份聚乙烯、10份聚丙烯、5份聚硫橡胶、10份SBS改性剂配置而成；
步骤2、将加热至175℃～185℃的辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和10秒；
步骤3、将加热至120℃～130℃且预裹覆基质沥青的页岩，加入步骤2所得产物中拌和10秒；
步骤4、将常温下的青川岩沥青和复合改性剂加入步骤3所得产物中，拌和5秒，
步骤5、将基质沥青预热至155℃～165℃后加入步骤4所得产物中拌和30秒；
步骤6、将石灰石矿粉加入步骤5所得产物中拌和10秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料。
其中，拌合设备中的拌和温度为165℃，步骤3中预裹覆的基质沥青的量为基质沥青总量的5％。
该混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为90％，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为45％，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为40％，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为8％。
实施例2
按以下步骤制备轻质高强密水型沥青混合料：
步骤1、按如下重量份数称重：110#基质沥青、页岩、矿料、青川岩沥青、复合改性剂分别为20份、80份、100份、3份、1份；
其中，页岩粒径为3～15mm，矿料由粒径为0.075～15mm的辉绿岩和石灰石矿粉按重量比100：7称重；
另外复合改性剂由40份聚乙烯、40份聚丙烯、20份聚硫橡胶、20份SBS改性剂配置而成；
步骤2、将加热至175℃～185℃的辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和10秒；
步骤3、将加热至120℃～130℃且预裹覆基质沥青的页岩，加入步骤2所得产物中拌和10秒；
步骤4、将常温下的青川岩沥青和复合改性剂加入步骤3所得产物中，拌和10秒，
步骤5、将基质沥青预热至155℃～165℃后加入步骤4所得产物中拌和35秒；
步骤6、将石灰石矿粉加入步骤5所得产物中拌和15秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料。
其中，拌合设备中的拌和温度为180℃，步骤3中预裹覆的基质沥青的量为基质沥青总量的15％。
该混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为92％，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为50％，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为40％，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为6％。
实施例3
按以下步骤制备轻质高强密水型沥青混合料：
步骤1、按如下重量份数称重：70#基质沥青、页岩、矿料、布敦岩沥青、复合改性剂分别为10份、60份、100份、5份、3份；
其中，页岩粒径为3～15mm，矿料由粒径为0.075～15mm的辉绿岩和石灰石矿粉按重量比100：5.5称重；
另外复合改性剂由40份聚乙烯、30份聚丙烯、10份聚硫橡胶、20份SBS改性剂配置而成；
步骤2、将加热至175℃～185℃的辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和10秒；
步骤3、将加热至120℃～130℃且预裹覆基质沥青的页岩，加入步骤2所得产物中拌和10秒；
步骤4、将常温下的青川岩沥青和复合改性剂加入步骤3所得产物中，拌和10秒，
步骤5、将基质沥青预热至155℃～165℃后加入步骤4所得产物中拌和40秒；
步骤6、将石灰石矿粉加入步骤5所得产物中拌和15秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料。
其中，拌合设备中的拌和温度为165℃，步骤3中预裹覆的基质沥青的量为基质沥青总量的10％。
该混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为93％，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为48％，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为42％，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为7％。
对实施例1至3制备的轻质高强密水型沥青混合料进行性能检测，均符合下表1中的性能要求，其中以实施例3制备的轻质陶粒高强密水型沥青混合料的性能最佳。
表1轻质高强密水型沥青混合料技术要求
由以上实施例可知，本发明轻质高强密水型沥青混合料密度小、模量高，空隙率小，具有良好的路用性能。用于混凝土桥桥面铺装或高速公路路面铺装时，在路面结构厚度不变的情况下，能有效减轻铺装层质量，为混凝土桥梁结构或半刚性基层层结构承重减负；在相同的承载能力下，可以增大铺装层结构厚度，减少由混凝土桥面或半刚性基层开裂引起的反射裂缝，提高路面耐久性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种轻质高强密水型沥青混合料，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：
基质沥青 5~20份
页岩 30~80份
矿料 100份
岩沥青 3~10份
复合改性剂 1~5份；
其中，所述矿料由粒径为0.075mm~15mm的辉绿岩、粒径小于0.075mm的石灰石矿粉按重量比100：4~7配置而成；所述复合改性剂包括如下重量份数的各组分：
聚乙烯 10~40份
聚丙烯 10~40份
聚硫橡胶 5~20份
SBS改性剂 10~20份；
所述页岩为碎石型页岩，粒径范围为3mm-15mm，堆积密度不大于900g/cm3，压碎值不大于30%，吸水率不大于3%。
2.根据权利要求1所述的轻质高强密水型沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青为70#~110#基质沥青。
3.根据权利要求1所述的轻质高强密水型沥青混合料，其特征在于，所述岩沥青为北美岩沥青、布敦岩沥青或青川岩沥青中的任一种。
4.根据权利要求1所述的轻质高强密水型沥青混合料，其特征在于，混合料最大粒径小于16mm；所述混合料级配范围：筛孔尺寸为13.2mm的通过率为90%-100%，筛孔尺寸为4.75mm的通过率为40%-70%，筛孔尺寸为2.36mm的通过率为35%-55%，筛孔尺寸为0.075mm的通过率为5%-10%。
5.根据权利要求1所述的轻质高强密水型沥青混合料，其特征在于，混合料的密度不大于1.9g/cm3，空隙率不大于3%，60℃动稳定度不小于8000次/mm。
6.根据权利要求1所述的轻质高强密水型沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按所述重量份数称重；
步骤2、将加热至175℃~185℃的所述辉绿岩加入拌和设备内，并在拌和设备内拌和5-10秒；
步骤3、将加热至120℃~130℃且预裹覆所述基质沥青的所述页岩，加入所述步骤2所得产物中拌和5-10秒；
步骤4、将常温下的所述岩沥青和所述复合改性剂加入所述步骤3所得产物中，拌和5-10秒，
步骤5、将所述基质沥青预热至155℃~165℃后加入所述步骤4所得产物中拌和30-45秒；
步骤6、将所述石灰石矿粉加入所述步骤5所得产物中拌和10-15秒，即可得轻质高强密水型沥青混合料；所述步骤3中预裹覆的所述基质沥青的量为所述基质沥青总量的5%-15%。
7.根据权利要求6所述的轻质高强密水型沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述拌和设备中的拌和温度为165℃～180℃。
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