CN108675730B - 冷拌冷铺式复合型沥青混合料及采用该混合料制备路面的方法 - Google Patents

冷拌冷铺式复合型沥青混合料及采用该混合料制备路面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷拌冷铺式复合型沥青混合料及采用该混合料制备路面的方法，该混合料包括冷拌沥青混合料70％～95％和复合灌浆材料5％～30％；采用该混合料制备路面的方法包括将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.1～0.5拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，养护1～5h即可。本发明的冷拌冷铺式复合型沥青混合料不仅能够实现冷拌冷铺，且采用其制备路面时无需现场拌至，储存时间长，工艺简单，冷拌冷铺后养护时间短，只需1～5小时即可，大大缩短工期，降低成本；而制备的路面体积稳定性、水稳定性高，强度大，变形性能优，抗车辙性强。

Description

冷拌冷铺式复合型沥青混合料及采用该混合料制备路面的 方法
技术领域
本发明属于沥青路面，尤其涉及一种冷拌冷铺式复合型沥青混合料及采用该混合料制备路面的方法。
背景技术
传统的沥青路面铺筑技术需要把沥青加热到160℃以上，石料加热到180℃以上，沥青混合料在摊铺时温度要保持在140℃以上，碾压时温度要保持在120℃以上，而在此过程中需要耗费大量的能源，排放大量的二氧化碳，同时在沥青高温加热时会释放有害气体，造成环境和人体的伤害，因此沥青铺筑技术是一种高能耗，污染大的落后技术。为解决传统的沥青铺筑技术带来的污染问题，目前沥青路面传统的冷拌冷铺技术主要包括：乳化沥青混合料冷拌技术、冷补沥青混合料技术和冷拌树脂沥青混合料技术。其中，乳化沥青混合料冷拌技术主要是通过乳化沥青与集料在常温下进行拌和施工，主要是应用于基层的乳化沥青冷再生或者沥青路面养护的表面薄层处置，存在养护时间长，性能不能满足沥青路面结构层的要求；冷补沥青混合料技术主要是冷补沥青与集料混合在常温下进行施工，主要应用于路面坑洞的小面积快速短期修补，性能远远低于常规的沥青路面；冷拌树脂沥青混合料技术主要是将冷拌树脂沥青与集料混合形成高性能的冷拌树脂沥青混合料，主要是应用于钢桥面的面层铺装，但是该技术存在养生时间长、造价昂贵等缺点。
因此，现亟需一种能够冷拌冷铺，且性能高、养护时间短的沥青路面。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够实现冷拌冷铺，且性能高、养护时间短的复合型沥青混合料；
本发明的第二目的是提供一种采用复合型沥青混合料制备路面的方法。
技术方案：本发明冷拌冷铺式复合型沥青混合料，按质量百分比包括：冷拌沥青混合料70％～95％和复合灌浆材料5％～30％；其中，所述冷拌沥青混合料包括冷补沥青和集料，或者冷补沥青、矿粉和集料。
本发明将柔性的冷拌沥青混合料与刚性的灌浆材料相混合，不仅能实现冷拌冷铺的施工要求，性能明显优于普通沥青路面性能，且后期施工后养护时间短。优选的，冷拌沥青混合料可包括冷补沥青1～7％、矿粉0～4％及集料90～97％，采用冷补沥青、矿粉及集料复配的冷补沥青混合料具有优越的抗水损害性能，且经济环保。
进一步说，冷拌沥青混合料的孔隙率为10～40％，该孔隙率内能够有效地将冷拌沥青混合料与刚性的灌浆材料相混合，且性能优，倘若孔隙率低于10％，则会导使得灌浆材料难易灌满，从而导致性能降低，而孔隙率高于40％会使得刚性灌浆材料过多，从而导致低温性能和疲劳性能大幅降低。冷补沥青按质量百分比优选可包括道路石油沥青39～94.9％、沥青稀释剂5～60％和抗剥落剂0.1～1％，该复配的冷补沥青不仅环保，且与集料具有更好的粘附性能。优选的，沥青稀释剂可为醇醚类生物回收油和/或脂肪酸酯类生物回收油。
更进一步说，复合灌浆材料按质量百分比可包括：水泥15～82％、无机填料10～50％、增强改性剂5～11％、保水剂0.3～2％、增韧剂1.1～5％、减水剂0.2～0.8％、膨胀剂1.2～5％、早强剂0.2～1.2％及着色剂0～10％。优选的，水泥至少可包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氯氧镁水泥、硫氧镁水泥或磷酸盐水泥中的两种。无机填料可为200～800目石粉和/或50～160目砂子，本发明采用200～800目石粉和/或50～160目砂子，其分散性优，能够有效防止浆体离析。减水剂至少可包括萘系减水剂、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、三聚氰胺减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或几种，该复配的灌浆材料早期强度提升快、流动性好、成本低及生产工艺简单。
本发明采用冷拌冷铺式复合型沥青混合料制备路面的方法，包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，养护即可。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该冷拌冷铺式复合型沥青混合料不仅能够实现冷拌冷铺，且采用其制备路面时无需现场拌至，储存时间长，工艺简单，冷拌冷铺后养护时间短，只需1～5h即可，大大缩短工期，降低成本，而制备的路面体积稳定性、水稳定性高，强度大，变形性能优，抗车辙性强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，按质量百分比包括：冷拌沥青混合料70％～95％和复合灌浆材料5％～30％。其中，所述冷拌沥青混合料按质量百分比包括冷补沥青1～7％、矿粉0～4％及集料90～97％；冷补沥青按质量百分比包括：道路石油沥青39～94.9％、沥青稀释剂5～60％和抗剥落剂0.1～1％。复合灌浆材料按质量百分比包括：水泥15～82％、无机填料10～50％、增强改性剂5～11％、保水剂0.3～2％、增韧剂1.1～5％、减水剂0.2～0.8％、膨胀剂1.2～5％、早强剂0.2～1.2％及着色剂0～10％。
优选的，增强改性剂可为硅灰和/或偏高岭土；保水剂可为羟丙基甲基纤维素和/或吸水性树脂SAP；增韧剂可为粉末状的乙烯-醋酸乙烯共聚合物和/或SBR丁苯树脂；膨胀剂可为氧化镁和/或氧化钙；早强剂至少可包括氯化钙、氯化铝或氯化锂中一种；着色剂至少可包括铁黑、墨粉或炭黑粉中一种。
本发明采用的原料均购自市售。其中，沥青稀释剂购自浙江嘉澳环保科技股份有限公司；抗剥落剂购自镇江道一材料科技有限公司。
实施例1
冷拌冷铺式复合型沥青混合料组分：冷拌沥青混合料85％和复合灌浆材料25％。
冷拌沥青混合料组分：冷补沥青3％、矿粉2％和集料95％，其中集料配比如下表1所示。
冷拌沥青混合料的制备方法包括如下步骤：将断级配的集料与冷补沥青进行充分拌和均匀，最后加入矿粉，拌和均匀，即可。
冷补沥青组分：70#道路石油沥青94.8％、沥青稀释剂5％和沥青抗剥落剂0.2％。
复合灌浆料组分：普通硅酸盐水泥22％、铝酸盐水泥45％、600目石粉10％、50目细沙5％、硅灰10％、羟丙基甲基纤维素0.3％、乙烯-醋酸乙烯共聚合物2％、粉剂萘系减水剂0.1％、粉剂聚羧酸减水剂0.2％、氧化钙1.2％、氯化铝0.2％和铁黑粉4％。其中，氧化钙和氧化镁的比例为1:4。
该实施例中采用的沥青稀释剂为醇醚类生物回收油，沥青抗剥落剂为非胺类抗剥落剂。
采用上述混合料制备路面的方法包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，直至完全填满沥青混合料中的孔隙，并溢出沥青混合料表面，采用毛刷将沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生3小时，即可。
表1断级配集料组成
粒径范围/mm 10-15 5-10 0-3.0
质量百分比/％ 78 12 5
其中，该表1中的断级配集料的质量百分比以冷拌沥青混合料为单位计算。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对采用该混合料制备的路面进行性能检测，结果如表2所示。
表2冷拌型复合路面试验结果
通过表2可知，本发明的混合料孔隙率、稳定度、流值、劈裂强度比、残留稳定度和动稳定度均达到技术要求。由此可知，采用该混合料不仅能够实现冷拌冷铺，且体积稳定性、水稳定性高，强度大，变形性能优，抗车辙性强。
实施例2
冷拌冷铺式复合型沥青混合料组分：冷拌沥青混合料83％和复合灌浆材料17％。
冷拌沥青混合料组分：冷补沥青3.5％、矿粉1.5％和集料95％，其中集料配比表3所示。
冷拌沥青混合料的制备方法包括如下步骤：将断级配的集料与冷补沥青进行充分拌和均匀，最后加入矿粉，拌和均匀，即可。
冷补沥青组分：70#道路石油沥青94.2％、沥青稀释剂5.6％和抗剥落剂0.2％。
复合灌浆料组分：普通硅酸盐水泥9％、硫铝酸盐水泥55％、600目石粉8％、50目细沙7％、硅灰11％、羟丙基甲基纤维素0.8％、乙烯-醋酸乙烯共聚合物3.2％、粉剂萘系减水剂0.2％、粉剂聚羧酸减水剂0.3％、氧化钙和氧化镁复合类膨胀剂1.5％、氯化铝0.3％和铁黑粉3.7％。其中，氧化钙和氧化镁的比例为1:4。
该实施例中采用的沥青稀释剂为脂肪酸酯类生物回收油，沥青抗剥落剂为胺类沥青抗剥落剂。
采用上述混合料制备路面的方法包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，直至完全填满沥青混合料中的孔隙，并溢出沥青混合料表面，采用毛刷将沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生2小时，即可。
表3断级配集料组成
粒径范围(mm) 10-15 5-10 0-3.0
质量百分比％ 50 35 10
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对采用该混合料制备的路面进行性能检测，结果如表4所示。
表4冷拌型复合路面试验结果
通过表4可知，本发明的混合料孔隙率、稳定度、流值、劈裂强度比、残留稳定度和动稳定度均达到技术要求。由此可知，采用该混合料不仅能够实现冷拌冷铺，且体积稳定性、水稳定性高，强度大，变形性能优，抗车辙性强。
实施例3
冷拌冷铺式复合型沥青混合料组分：冷拌沥青混合料87％和复合灌浆材料13％。
冷拌沥青混合料组分：冷补沥青3.2％、矿粉1.8％和集料95％，其中集料配比如表5所示。
冷拌沥青混合料的制备方法包括如下步骤：将断级配的集料与冷补沥青进行充分拌和均匀，最后加入矿粉，拌和均匀，即可。
冷补沥青组分：70#道路石油沥青92.7％、沥青稀释剂7％和抗剥落剂0.3％。
复合灌浆料组分：氯氧镁水泥30％、磷酸镁水泥30％、600目石粉10％、50目细沙12％、偏高岭土10.2％、羟丙基甲基纤维素2％、乙烯-醋酸乙烯共聚合物2.8％、粉剂萘系减水剂0.1％、粉剂聚羧酸减水剂0.4％、氧化钙和氧化镁2.2％、氯化铝0.3％及铁黑粉4％。
该实施例中采用的沥青稀释剂为质量比为1:1的脂肪酸酯类生物回收油和脂肪酸酯类生物回收油，沥青抗剥落剂为质量比为1:1的胺类抗剥落剂和非胺类沥青抗剥落剂，氧化钙和氧化镁的比例为1:4。
采用上述混合料制备路面的方法包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，直至完全填满沥青混合料中的孔隙，并溢出沥青混合料表面，采用毛刷将沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生1小时，即可。
表5断级配集料组成
粒径范围(mm) 10-15 5-10 0-3.0
质量百分比％ 30 56 9
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对上述制得的冷拌型沥青复合路面进行性能检测，结果如表6所示。
表6冷拌型复合路面试验结果
通过表6可知，本发明的混合料孔隙率、稳定度、流值、劈裂强度比、残留稳定度和动稳定度均达到技术要求。由此可知，采用该混合料不仅能够实现冷拌冷铺，且体积稳定性、水稳定性高，强度大，变形性能优，抗车辙性强。
对比例1
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于采用现有的乳化沥青混合料代替本发明的冷拌沥青混合料，其中，乳化沥青混合料具体包括乳化沥青4～9％、矿粉2.5～7％、水1～2％和碎石85～90％。
采用上述乳化沥青混合料制备路面的方法包括如下步骤：将乳化沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于乳化沥青混合料中，直至完全填满乳化沥青混合料中的孔隙，并溢出乳化沥青混合料表面，采用毛刷将乳化沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生24h，即可。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对采用该混合料制备的路面进行性能检测，结果如表7所示。
表7对比例1复合路面试验结果
通过表7可知，采用乳化沥青制备的路面的综合性能较差，这是由于乳化沥青是沥青加入乳化剂和水在高温高速剪切条件下所形成的不稳定的乳液状态，乳化沥青与石料拌和后的混合料由于本身乳化沥青性能较差，使得该混合料本身粘结强度低，抗水损害性能差，且乳化沥青在破乳过程中会留下大量的细小孔隙，导致强度和粘结性相对较差。
对比例2
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于采用现有的灌浆材料代替本发明的复合灌浆材料，其中，现有的灌浆材料包括：水泥35～61.8％、超细石英砂23～32％、粉煤灰5～15％的、活性填料8～10％的、膨胀剂2～8％的、早强剂0.1～0.5％、干粉减水剂0.1～0.4％。
采用上述灌浆材料制备路面的方法包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，直至完全填满沥青混合料中的孔隙，并溢出沥青混合料表面，采用毛刷将沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生50-72h，即可。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对采用该混合料制备的路面进行性能检测，结果如表8所示。
表8对比例2复合路面试验结果
通过该实施例和表8所示，现有的灌浆材料采用普通水泥基的材料养生时间更长，且本发明材料的灌浆材料复配增强改性材料和保水、增韧材料，使得最终混合料强度更大，可工作时间更长，抗水损害性能更强。
对比例3
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于采用现有的冷补沥青代替本发明的冷补沥青，其中，现有的冷补沥青以柴油或汽油为溶剂的冷补沥青。
采用上述冷补沥青制备路面的方法包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料与水按质量比1:0.3拌和形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，直至完全填满沥青混合料中的孔隙，并溢出沥青混合料表面，采用毛刷将沥青混合料表面的浮浆刮除，漏出混合料的构造，常温条件下养生1-5h，即可。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法对采用该混合料制备的路面进行性能检测，结果如表9所示。
表9对比例3复合路面试验结果
通过表9可知，采用柴油或汽油为溶剂的冷补沥青，由于两者组分差异性较大，拌制的冷补沥青混合料的抗水损害性能较差，且柴油或汽油易挥发容易产生污染。而本发明采用生物基的回收油，安全环保，且与集料具有更好的粘附性能，与沥青更容易复配且不容易挥发，综合性能更优异。
实施例4
设计4组试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于冷补沥青的组分含量，具体如下表10所示。
表10不同组分含量的冷补沥青
序号 70#道路石油沥青 沥青稀释剂 沥青抗剥落剂
1 39 60 1
2 94.9 5 0.1
3 36 62 2
4 96 3.95 0.05
采用上述的冷补沥青制备的路面进行性能检测，获得的结果如下表11所示。
表11冷拌型复合路面试验结果
通过表11可知，沥青稀释剂的过多加入、抗剥落剂的过少加入均会影响混合料的抗水损害性能，沥青稀释剂的加入过少使得冷补沥青很难常温拌和均匀，从而导致性能下降。
实施例5
设计6组试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于沥青混合料的组分含量，具体如下表12所示。
表12不同组分含量的沥青混合料
采用上述的冷补沥青制备的路面进行性能检测，获得的结果如下表13所示。
表13冷拌型复合路面试验结果
通过表13可知，冷补沥青和矿粉过多会导致沥青混合料的孔隙过小且存在很多封闭的孔隙，导致灌浆材料无法填充满混合料内部，使得整个混合料强度大大降低且影响综合性能，冷补沥青过少会导致整个混合料的刚性较强，抗变形能力差，流值满足不了规范要求，不能达到与沥青路面相似的舒适度。
实施例6
设计6组试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于冷拌冷铺式复合型沥青混合料组分的组分含量，具体如下表14所示。
表14不同组分含量的冷拌冷铺式复合型沥青混合料组分
采用上述的冷补沥青制备的路面进行性能检测，获得的结果如下表15所示。
表15冷拌型复合路面试验结果
通过表15可知，冷拌沥青混合料过多，灌浆材料过少会导致孔隙超标，强度和抗水损害性能降低，变形过大，混合料性能不能满足规范要求；冷拌沥青过少，灌浆材料过多会导致整体混合料的刚性过大，强度太强，变形能力下降，不满足规范要求。
实施例7
设计6组试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于复合灌浆材料的组分含量，具体如下表16所示。其中，原料中水泥为加入量1:1:1的硫氧镁水泥、复合硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；无机填料为200～800目石粉；减水剂为加入量1:1:1的木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和三聚氰胺减水剂；增强改性剂为加入量1:1的硅灰和偏高岭土；保水剂为加入量1:1的羟丙基甲基纤维素和吸水性树脂SAP；增韧剂为加入量1:1的乙烯－醋酸乙烯共聚合物和SBR丁苯树脂；早强剂为加入量1:1的氯化钙和氯化锂；着色剂为加入量1:1的墨粉和炭黑粉。
表16不同组分含量的灌浆材料
采用上述的冷补沥青制备的路面进行性能检测，获得的结果如下表17所示。
表17冷拌型复合路面试验结果
通过表17可知，水泥组分过少会导致整个混合料的强度不能满足规范要求，会导致抗水损害性能降低不能满足要求；水泥组分过多，工作性调控助剂过少，会导致浆体流动性和工作性变差，导致浆体无法灌满大孔隙沥青混合料基体，使得混合料内部出现内部的空洞，引起强度及其它性能的衰减。

Claims (8)

1.一种冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于按质量百分比包括：冷拌沥青混合料70％～95％和复合灌浆材料5％～30％；所述冷拌沥青混合料按质量百分比包括冷补沥青1～7％、矿粉0～4％及集料90～97％，其中，冷补沥青按质量百分比包括：道路石油沥青39～94.9％、沥青稀释剂5～60％和抗剥落剂0.1～1％。
2.根据权利要求1所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述冷拌沥青混合料的孔隙率为10～40％。
3.根据权利要求1所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述沥青稀释剂为醇醚类生物回收油和/或脂肪酸酯类生物回收油。
4.根据权利要求1所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述复合灌浆材料按质量百分比包括：水泥15～82％、无机填料10～50％、增强改性剂5～11％、保水剂0.3～2％、增韧剂1.1～5％、减水剂0.2～0.8％、膨胀剂1.2～5％、早强剂0.2～1.2％及着色剂0～10％。
5.根据权利要求4所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述水泥至少包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氯氧镁水泥、磷酸镁水泥或硫氧镁水泥中的两种。
6.根据权利要求4所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述无机填料为200～800目的石粉和/或50～160目的砂子。
7.根据权利要求4所述的冷拌冷铺式复合型沥青混合料，其特征在于：所述减水剂至少包括萘系减水剂、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、三聚氰胺减水剂或聚羧酸减水剂中的一种。
8.一种采用权利要求1所述混合料制备路面的方法，其特征在于包括如下步骤：将冷拌沥青混合料均匀铺筑在施工路段上，复合灌浆材料形成液态浆料后，灌注于冷拌沥青混合料中，养护即可。
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