CN108863169A - 防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和应用 - Google Patents

防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和应用。本发明其良好的自身强度和与上面层间的粘结强度，可以保证应力吸收夹层作为中间结构有很好的稳定性和整体性，使整个结构的有效寿命大大增加，增加其经济性，使资源得到有效利用。反射裂缝试验表明当发生相同情况的反射裂缝时，WTR/APAO改性沥青应力吸收层可以承受更大的力而不至于发生产生过大的裂缝，因此可以说明在防反射裂缝方面，其性能是优异的。因此可以认为WTR/APAO改性沥青应力吸收层的应用不仅能够将废旧轮胎再利用的问题，起到很好的绿色节能环保的作用，同时也使应力吸收层的性能和适用性得到了优化。

Description

防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和应用，属于工程技术领域。
背景内容
我国沥青道路中半刚性基层应用广泛，而半刚性基层在强度形成过程中，由于干缩和温缩变形易产生裂缝，半刚性基层和旧路原有裂缝(接缝)边缘易于移动变形，引起与裂缝对应位置的沥青混凝土面层底部产生应力集中，从而形成的反射裂缝病害。同时发射裂缝病害也广泛发生在“白改黑”的旧路维护和低等级水泥公路的改造升级中，在原有水泥路面上加铺新沥青面层极易受到反射裂缝病害的破坏。综上，反射裂缝问题一直是我国较为严重的沥青路面病害问题。而采用应力吸收层来防治反射裂缝问题是目前公认的较为有效的处置方法。
在解决路面反射裂缝的问题中，设置沥青混合料应力吸收层是一种应用较为广泛且能够有效延缓反射裂缝的方法。所用的沥青混合料的集料主要是粒径小于9.5mm的细集料，从而形成一种砂粒式的混合料，其具有较小的模量从未有着较好的延展性，以此来扩散消弭路面下部结构所产生的应力。同时其采用沥青多为高聚合物改性沥青，沥青有着良好的粘弹性和韧性，沥青用量多在9％左右，从而能够使富含沥青的砂粒式混合料在抵抗反射裂缝过程中有良好的吸收应力进而通过自愈合不至于发生破坏。其中橡胶粉改性沥青在工程中应用较为广泛，其制作和生产已经实现了机械化生产。摊铺厚度一般在0.6-2mm之间，实际工程中应用的橡胶粉改性沥青应力吸收层能够有效延缓反射裂缝病害。
胶粉改性沥青应力吸收层虽能较好的防治反射裂缝病害的发生，但是其层间的粘结性能和水稳定性、耐久性的研究还有不足，需进一步加强。因此对其粘结性能和耐久性能的加强是其进行优化创新的研究方向。
土工织物应力吸收层也是一种能够有效方式反射裂缝的结构形式，应用的土工织物种类丰富多样，有土工布、玻璃纤维、土工格栅等。将土工织物放置在基层和面层之间并用热沥青或者乳化沥青喷洒在其上，然后在其上摊铺面层。土工织物应力吸收层结构较薄，道路工程领域中有着较多的应用。
土工织物应力吸收层有着较好的防治反射裂缝性能，但是其缺点也较为明显，应为采用土工织物和纤维等材料，其层间的抗剪切性能较差，易发生滑移，在选用的时候应考虑实际路面状况和交通、气候等条件。适用性受到了一定限制。
缩略语和关键术语定义
WTR：废胶粉，Waste Tire Rubber，是由废旧轮胎加工处理成的黑色橡胶颗粒。
APAO：非晶态α-烯烃共聚物，Amorphous poly alpha olefin,一种低分子量的非晶态塑性体材料。
反射裂缝：在旧水泥混凝土路面或者在半刚性基层上的加铺的沥青面层由于受到下部结构的拉应力作用而使加铺的沥青面层产生的路面裂缝。
改性沥青混合料应力吸收层：由高含量(9％左右)的特种改性沥青制备成的富沥青砂粒式沥青混合料，一般设置在基层和沥青面层之间的厚度在0.6-2cm的延缓反射裂缝的层状结构。
Overlay Test(OT试验)：是由美国德克萨斯州交通运输部门提出的一种以循环次数来体现沥青混合料对反射裂缝的敏感性的试验方法。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，本发明公开了一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层及其制备方法和应用。本发明其良好的自身强度和与上面层间的粘结强度，可以保证应力吸收夹层作为中间结构有很好的稳定性和整体性，使整个结构的有效寿命大大增加，增加其经济性，使资源得到有效利用。反射裂缝试验表明当发生相同情况的反射裂缝时，WTR/APAO改性沥青应力吸收层可以承受更大的力而不至于发生产生过大的裂缝，因此可以说明在防反射裂缝方面，其性能是优异的。因此可以认为WTR/APAO改性沥青应力吸收层的应用不仅能够将废旧轮胎再利用的问题，起到很好的绿色节能环保的作用，同时也使应力吸收层的性能和适用性得到了优化。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
包括改性沥青和石灰岩；改性沥青与石灰岩的质量比为8.8:100；所述改性沥青包括基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物；基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物的质量比为100:15:4；所述石灰岩的径粒大小a＜13.2mm；石灰岩的径粒的配比比例为:9.5mm≤a＜13.2mm的占0.79％；4.75mm≤a＜9.5mm的占21.87％；2.36mm≤a＜4.75mm的占25.98％；1.18mm≤a＜2.36mm的占2.66％；0.6mm≤a＜1.18mm的占2.09％；0.3mm≤a＜0.6mm的占12.41％；0.15mm≤a＜0.3mm的占10.24％；0.075mm≤a＜0.15mm的占8.09％，和占比为15.87％的径粒小于＜0.075mm的石灰岩矿粉。
进一步的改进，所述改性沥青的制备方法如下：将基质沥青加热到170℃，在剪切状态下分别加入WTR和非晶态α-烯烃，高速剪切的剪切速度为3000r/min，剪切温度为170℃、剪切时间30min；然后机械搅拌10min进行发育，搅拌速率为1000r/min，搅拌10min得到改性沥青；其中，基质沥青的质量：非晶态α-烯烃的质量：WTR的质量比＝100：4：15。
进一步的改进，所述石灰岩为产自湖南的石灰岩；所述WTR的径粒为80目，产自武汉合得力橡胶粉有限公司。APAO为美国亨斯迈公司产2385型。
一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备方法，包括如下步骤：将改性沥青和石灰岩按照改性沥青：石灰岩为8.8:100的质量比混合，其中将径粒范围≥0.075mm且＜13.2mm的石灰岩与改性沥青混合，并在175℃的温度下搅拌均匀，然后加入径粒＜0.075mm的石灰岩矿粉继续在175℃的温度下搅拌均匀；然后在160℃下压实即得复合改性沥青应力吸收层；其中改性沥青包括基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物；基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物的质量比为100:15:4；所述石灰岩的径粒大小a＜13.2mm；石灰岩的径粒的配比比例为:9.5mm≤a＜13.2mm的占0.79％；4.75mm≤a＜9.5mm的占21.87％；2.36mm≤a＜4.75mm的占25.98％；1.18mm≤a＜2.36mm的占2.66％；0.6mm≤a＜1.18mm的占2.09％；0.3mm≤a＜0.6mm的占12.41％；0.15mm≤a＜0.3mm的占10.24％；0.075mm≤a＜0.15mm的占8.09％，和占比为15.87％的径粒小于＜0.075mm的石灰岩矿粉。
进一步的改进，所述述改性沥青的制备方法如下：将基质沥青加热到170℃，在剪切状态下分别加入WTR和非晶态α-烯烃，高速剪切的剪切速度为3000r/min，剪切温度为170℃、剪切时间30min；然后机械搅拌10min进行发育，搅拌速率为1000r/min，搅拌10min得到改性沥青；其中，基质沥青的质量：非晶态α-烯烃的质量：WTR的质量比＝100：4：15。
进一步的改进，所述石灰岩为产自湖南的石灰岩；所述WTR的径粒为80目。
上述防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层用于防治反射裂缝病害。
附图说明
图1为防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备流程图；
图2为马歇尔稳定度测试结果；
图3为马歇尔流值测试结果；
图4为浸水马歇尔试验测试结果；
图5为老化后马歇尔试验测试结果；
图6为常温下斜剪强度试验结果；
图7为高温下斜剪强度试验结果；
图8为OT试验初始荷载试验结果。
具体实施方式
防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备方法如图1所示，其中所选用的混合料级配，如下表所示，所选取集料(石料)为湖南产石灰岩，混合料的最佳油石比为8.8％(改性沥青：石料＝8.8:100)。
表1.应力吸收层混合料(即石灰岩)所用集料用量占比
2.3本发明技术方案带来的有益效果
将WTR/APAO改性沥青应力吸收层与现在应用较为广泛的SBS改性沥青应力吸收层和橡胶粉改性沥青应力吸收层进行性能上的对比。得到的结果如图2-5所示。
图2～5是常规性能试验所得结果。通过图2、3发现，与SBS和WTR相比，WTR/APAO改性沥青应力吸收层有着较高的稳定度和较低的流值，这表明应力吸收层自身有着较强的抗变形能力和强度。通过图4发现，WTR/APAO改性沥青应力吸收层的浸水后残留稳定度值(IRS)高于WTR且略低于SBS，但是其在浸水后所能承受的力是最大的，这说明其在抗水损坏方面的性能也是优异的。通过图5发现，三种改性沥青应力吸收层在长期老化后的残留稳定度值(RMSR)较为接近，但是WTR/APAO改性沥青应力吸收层在老化后所能承受的力最大，这说明其在老化后的性能还是最佳的，其抵抗老化作用的影响是优异的。
斜剪试验是测试层间的粘结强度和抗剪强度的常用方法。采用斜剪试验测试三种应力吸收层和上面层之间在常温和高温下的粘结强度从而来表征各自的抗剪强度。由图6可知，在常温下三种应力吸收层的粘结强度均在规范规定的最小值之上，但是WTR/APAO改性沥青应力吸收层的粘结强度是最高的，WTR改性沥青应力吸收层的粘结强度是最小的，这表明三种应力吸收层在常温的抗剪强度均达到了规范要求，WTR/APAO改性沥青应力吸收层的抗剪切性能最优。通过图7可以发现，在60℃的高温下，WTR改性沥青应力吸收层的粘结强度下降较大，已经不能够满足规范要求的最小值，但是SBS和WTR/APAO改性沥青应力吸收层的粘结强度远远满足规范要求，其中WTR/APAO改性沥青应力吸收层的粘结强度最大，这表明无论在高温还是正常情况下WTR/APAO改性沥青应力吸收层都具有优异的抗剪切性能。
OT试验是通过模拟实际路面的反射裂缝来研究材料的抗反射裂缝性能的。按照规范TEX-248-F的要求，OT试验模拟的裂缝长度为0.635mm、加载波形采用三角波、试验温度在25℃。当试验循环次数达到1200次或者当荷载缩减到初始荷载的93％时结束试验。通过OT试验发现三种应力吸收层混合料在常规条件下和浸水之后，其荷载循环次数均达到了1200而荷载未衰减到初始荷载的93％。这表明三种应力吸收层的抗反射裂缝性能均较为优异，但是通过图8可以发现，WTR/APAO改性沥青应力吸收层产生0.635mm裂缝所需要的荷载最大，这表明该应力吸收层在相同情况下更能够抵御反射裂缝病害而不至于轻易发生破坏。
综上所述，可以发现与SBS和橡胶粉改性沥青应力吸收层相比，WTR/APAO改性沥青应力吸收层具有更好的抗反射裂缝性能和抗剪切性能。同时常规性能指标说明该应力吸收层自身的强度较高，有很好的耐久性(抗水损坏和老化)。其良好的自身强度和与上面层间的粘结强度，可以保证应力吸收夹层作为中间结构有很好的稳定性和整体性，使整个结构的有效寿命大大增加，增加其经济性，使资源得到有效利用。反射裂缝试验表明当发生相同情况的反射裂缝时，WTR/APAO改性沥青应力吸收层可以承受更大的力而不至于发生产生过大的裂缝，因此可以说明在防反射裂缝方面，其性能是优异的。因此可以认为WTR/APAO改性沥青应力吸收层的应用不仅能够将废旧轮胎再利用的问题，起到很好的绿色节能环保的作用，同时也使应力吸收层的性能和适用性得到了优化。
上述实例仅仅是本发明的一个具体实施方式，对其的简单变换、替换等也均在发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层，其特征在于，包括改性沥青和石灰岩；改性沥青与石灰岩的质量比为8.8:100；所述改性沥青包括基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物；基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物的质量比为100:15:4；所述石灰岩的径粒大小a＜13.2mm；石灰岩的径粒的配比比例为:9.5mm≤a＜13.2mm的占0.79％；4.75mm≤a＜9.5mm的占21.87％；2.36mm≤a＜4.75mm的占25.98％；1.18mm≤a＜2.36mm的占2.66％；0.6mm≤a＜1.18mm的占2.09％；0.3mm≤a＜0.6mm的占12.41％；0.15mm≤a＜0.3mm的占10.24％；0.075mm≤a＜0.15mm的占8.09％，和占比为15.87％的径粒小于＜0.075mm的石灰岩矿粉。
2.如权利要求1所述的防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层，其特征在于，所述改性沥青的制备方法如下：将基质沥青加热到170℃，在剪切状态下分别加入WTR和非晶态α-烯烃，高速剪切的剪切速度为3000r/min，剪切温度为170℃、剪切时间30min；然后机械搅拌10min进行发育，搅拌速率为1000r/min，搅拌10min得到改性沥青；其中，基质沥青的质量：非晶态α-烯烃的质量：WTR的质量比＝100：4：15。
3.如权利要求1所述的防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层，其特征在于，所述石灰岩为产自湖南的石灰岩；所述WTR的径粒为80目。
4.一种防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将改性沥青和石灰岩按照改性沥青：石灰岩为8.8:100的质量比混合，其中将径粒范围≥0.075mm且＜13.2mm的石灰岩与改性沥青混合，并在175℃的温度下搅拌均匀，然后加入径粒＜0.075mm的石灰岩矿粉继续在175℃的温度下搅拌均匀；然后在160℃下压实即得复合改性沥青应力吸收层；其中改性沥青包括基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物；基质沥青、WTR和非晶态α-烯烃共聚物的质量比为100:15:4；所述石灰岩的径粒大小a＜13.2mm；石灰岩的径粒的配比比例为:9.5mm≤a＜13.2mm的占0.79％；4.75mm≤a＜9.5mm的占21.87％；2.36mm≤a＜4.75mm的占25.98％；1.18mm≤a＜2.36mm的占2.66％；0.6mm≤a＜1.18mm的占2.09％；0.3mm≤a＜0.6mm的占12.41％；0.15mm≤a＜0.3mm的占10.24％；0.075mm≤a＜0.15mm的占8.09％，和占比为15.87％的径粒小于＜0.075mm的石灰岩矿粉。
5.如权利要求4所述的防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备方法，其特征在于，所述改性沥青的制备方法如下：将基质沥青加热到170℃，在剪切状态下分别加入WTR和非晶态α-烯烃，高速剪切的剪切速度为3000r/min，剪切温度为170℃、剪切时间30min；然后机械搅拌10min进行发育，搅拌速率为1000r/min，搅拌10min得到改性沥青；其中，基质沥青的质量：非晶态α-烯烃的质量：WTR的质量比＝100：4：15。
6.如权利要求4所述的防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层的制备方法，其特征在于，所述石灰岩为产自湖南的石灰岩；所述WTR的径粒为80目。
7.如权利要求1-3任一所述的防治反射裂缝的复合改性沥青应力吸收层用于防治反射裂缝病害。
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