CN109437677B - 一种用于路面基层的补强材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于路面基层的补强材料及其制备方法，所述补强材料的对应混合料包括3.5～4.5质量份低标号沥青、1.0～2.0质量份水泥、95.0～98.0质量份矿料、1.0～3.0份质量矿粉；其中：低标号沥青的针入度20～60mm、软化点49～100℃、60℃动力粘度200～400pas、15℃延度100～200cm，矿料的合成级配设有相应要求，补强材料试件对动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比设有相关要求；所述制备方法对组分材料及中间材料都具有特定的加热保温的温度设置。从而通过对材料相关性能指标的设置并结合矿料合成级配以及在制备过程中对温度的控制，使补强材料既具备较好的抗车辙特等性能，同时又价格相对低廉。同时通过对试件相关性能测试，保证产品符合设计的性能要求。
Description
技术领域：
本发明涉及筑路材料及其制备方法，尤其涉及一种用于路面基层的补强材料及其制备方法
背景技术：
目前，随着公路交通量的增大、汽车轴载加大以及全球气候变暖灾害性天气的增加，公路的车辙的发生率也随之增加，给路面养护单位带来了很大的难题。
沥青路面结构主要是沥青混凝土面层和半刚性基层的组合形式，其中不少是双向单车道的路面形式。在养护维修的过程中采用的方式基本上以铣刨重铺为主，常用补强手段是：挖除半刚性基层，包括全挖除或挖除部分；或者直接在老沥青路面上加铺水泥稳定粒料后再铺筑一层热拌沥青混合料罩面。
对于加铺罩面的补强方法，虽能提高道路结构的使用性能，同时利用原有路面一部分基层的残余强度，降低大幅度全部开挖铣刨重铺的成本。但是这方式种需要较长的养护期，也就需要较长时期的施工交通管制，这给当地的交通造成很大的影响，甚至致使的养护措施得不到保证。此外，随着荷载次数的增加，加铺结构的反射裂缝依然会发生，其效果常常是治标不治本。
对于挖除半刚性基层，虽能通过使用沥青稳定碎石基层来改善路面结构的反射裂缝，但由于沥青性能改进的成本高，尤其作为较低层位的基层材料通过改性沥青，可谓价格昂贵，缺乏实际操作性。
发明内容：
本发明目的在于为克服上述现有技术之不足，提出一种用于路面基层的补强材料及其制备方法。其技术方案如下：
所述补强材料由混合料制成，该混合料包括下述质量份的组分材料：
低标号沥青3.5～4.5份，
水泥1.0～2.0份，
矿料95.0～98.0份，
矿粉1.0～3.0份；
所述低标号沥青为30低标号沥青号或50低标号沥青，且针入度20～60mm，软化点软化点不小于49℃，60℃动力粘度软化点不小于200pas，15℃延度大于100cm；
所述矿料通过分别为31.5mm、26.5、19.0、16.0、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075的筛孔时的通过率依次为100%、100～90%、80～60%、68～48%、62～42%、52～32%、40～20%、32～15%、25～10%、18～8%、14～5%、10～3%、6～2%；且粗集料嵌挤状况参数SSC%至少达到80%，所述粗集料状况参数 SSC% 为粗集料的密度与粗集料的捣实密度之比，所述粗集料为粒径大于13.2mm的矿料；
由所述补强材料制成的马歇尔试件的动稳定度不小于6500次/mm、残留稳定度至少达到80%、冻融劈裂强度比至少达到75%。
根据上述补强材料，进一步的方案是：
所述空隙率为3～6%。
所述马歇尔试件的小梁弯曲弯拉应变至少为2000uε；在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数至少为200000次。
所述矿料为石灰石或玄武岩。
所述矿粉为石灰石矿粉或玄武岩矿粉。
所述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
对于上述补强材料，其制备方法包括：
按设定质量份称取各组分材料；
将称取的矿料、矿粉和低标号沥青分别通过加热设备加热保温，矿料、矿粉的加热保温温度为175℃-190℃，时间3～3.5小时；低标号沥青加热保温温度为170℃-180℃，时间不少于4～4.5小时；
对拌合设备预加温至180℃；
将至保温温度的矿料和低标号沥青放入至预加温温度的拌合设备中进行预混合，然后再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，形成混合料；
将混合料放入加热设备中加热至165～175℃，并保持25～35min，形成预设补强材料；
将补强材料制成马歇尔试件，且符合：动稳定度不小于6500次/mm、残留稳定度至少达到80%、冻融劈裂强度比至少达到75%、空隙率为3～6% 的作为所需的补强材料。
根据上述制备方法，进一步的方案是：
所述预混合的时间为1.5~2min。
所述加热设备为烘箱。
本发明通过对组成补强材料中的沥青材料的进行选择，例如选择低标号的30号或50号沥青，并通过对所选择沥青相关性能指标的控制，例如对软化点、动力粘度、延度等性能指标的控制，再结合矿料的合成级配，使补强材料既具备较好的抗车辙特性能、水稳定性能和较好的低温性能，同时又价格相对低廉，还有具有较好的寿命周期（尤其相对水泥基层），使路面铺设在保证较好质量前提下的成本降低；同时本发明通过在制备方法中对温度等恰到好处的控制，保证了补强材料的性能的最终能够实现，并通过对补强材料试件的性能测试，确保补强材达到设计的性能水平。
附图说明
图1是经历13个月车辆行驶的修复道路的路面状态，图片中的道路是本发明补强材料用于贵州省G312国道的大修工程中的一段路面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例采用的沥青为50号沥青，对该沥青进行针入度、软化点、60℃动力粘度、15℃延度的性能进行检测。测得：针入度40.5 mm；软化点52℃；60℃动力粘度220pas；15℃延度110cm。因此该50号沥青符合制作补强材料所需沥青的性能要求。
本实施例补强材料的对应混合料按下述质量份称取：
上述50号沥青取3.5质量份；
水泥1质量份；
石灰石98质量份；
石灰石粉1质量份。
上述的石灰石矿料是由粒径等级分别为0~5mm、5~-10mm、10~-20mm、20~-31.5mm形成如表1所示的合成级配集料，符合本发明补强材料对矿料的合成级配要求。
表1
并且测得上述混合料中粒径13.2mm以上的粗集料密度为1.178g/cm3。
将称取的50号沥青置于烘箱中加热，温度至170℃，保温4小时；将称取的石灰石矿料、石灰石矿粉分置于一烘箱中加热，温度至175℃，保温3小时；拌合设备预热，使拌合设备中对应拌合容器的温度保持在180℃。
将至保温温度的矿料和50号沥青放入保持在预加热温度的拌合设备中进行预混合，预混合1.5min后，再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，一般需要搅拌1.5min，由此形成混合料。
将上述混合料放入烘箱中加热至175℃，并保持30min，形成补强材料。
将补强材料制成马歇尔试件，该试件的动稳定度为6933次/mm，残留稳定度为88.4%，冻融劈裂强度比88.1%。
并且测得空隙率为4.9%，捣实密度 1.324g/cm3，则粗集料嵌挤状况参数SSC%=混合料中粗集料的密度/“粗集料”的捣实密度=1.178/1.324=89.0%
因此本实施例得到的补强材料符合设计要求，其高温性能显著，若与同级配的SBS改性沥青和70号道路石油沥青混合料相比，具有更好的高温性能，并且动稳定度、疲劳性能至少与SBS改性沥青混合料的相当，但成本要低5%-10%。
进一步的对上述试件进行小梁弯曲弯拉应变试验和疲劳寿命试验，小梁弯曲拉应变为2231uε，具有较好的低温性能。在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数为221584次，疲劳性能显著的优于70号沥青稳定碎石混合料。
上述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
实施例2
本实施例采用的沥青为30号沥青，对该沥青进行针入度、软化点、60℃动力粘度、15℃延度的性能进行检测。测得：针入度30.5 mm；软化点65℃；60℃动力粘度280pas；15℃延度102cm。因此该30号沥青符合制作补强材料所需沥青的性能要求。
本实施例补强材料的对应混合料按下述质量份称取（每一质量份为1千克）：
上述30号沥青3.75质量份，即3.75千克；
水泥取1.5质量份；
石灰石97质量份；
石灰石矿粉2质量份。
上述的石灰石矿料是由粒径等级分别为0~5mm、5~-10mm、10~-20mm、20~-31.5mm形成如表2所示的合成级配集料，符合本发明补强材料对矿料的合成级配要求
表2
并且测得上述混合料中粒径13.2mm以上的粗集料密度为1.107g/cm3。
将称取的50号沥青置于烘箱中加热，温度至170℃，保温4.4小时；将称取的石灰石矿料、石灰石矿粉分置于一烘箱中加热，温度至175℃，保温3.4小时；对拌合设备预热，使拌合设备中对应拌合容器的温度保持在180℃。
将至保温温度的矿料和30号沥青放入保持在预加热温度的拌合设备中进行预混合，预混合1.5min后，再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，一般需要搅拌2.0min，由此形成混合料。
将上述混合料放入烘箱中加热至175℃，并保持25min，形成补强材料。
将补强材料制成马歇尔试件，该试件的动稳定度为6621次/mm，残留稳定度为81.9%，冻融劈裂强度比80.3%。
并且测得空隙率为4.8%，捣实密度 1.365g/cm3。，则粗集料嵌挤状况参数 SSC%=粗集料的密度/“粗集料”的捣实密度=1.107/1.365=81.1%
因此本实施例得到的补强材料符合设计要求，其高温性能显著，若与同级配的SBS改性沥青和70号道路石油沥青混合料相比，具有更好的高温性能，并且动稳定度、疲劳性能至少与SBS改性沥青混合料的相当，但成本要低5%-15%。
进一步的对上述试件进行小梁弯曲弯拉应变试验和疲劳寿命试验，小梁弯曲拉应变为2231uε，具有较好的低温性能。在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数为208865次，疲劳性能显著的优于70号沥青稳定碎石混合料。
上述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
实施例3
本实施例采用的沥青为50号沥青，对该沥青进行针入度、软化点、60℃动力粘度、15℃延度的性能进行检测。测得：针入度48 mm；软化点56℃；60℃动力粘度290pas；15℃延度120cm。因此该50号沥青符合制作补强材料所需沥青的性能要求。
本实施例补强材料的对应混合料按下述质量份称取：
上述50号沥青4.0质量份；
水泥1.75质量份；
玄武岩95质量份；
玄武岩石粉3质量份。
上述的石灰石矿料是由粒径等级分别为0~5mm（即粒径＜5mm）、5~-10mm、10~-20mm、20~-31.5mm形成如表3的合成级配集料，符合本发明补强材料对矿料的合成级配要求
表3
并且测得上述混合料中粒径13.2mm以上的粗集料密度为1.281g/cm3。。
将称取的50号沥青置于烘箱中加热，温度至180℃，保温4.5小时；将称取的玄武岩矿料、玄武岩矿粉分置于一烘箱中加热，温度至185℃，保温3.5小时；对拌合设备预热，使拌合设备中对应拌合容器的温度保持在178℃。
将至保温温度的矿料和50号沥青放入保持在预加热温度的拌合设备中进行预混合，预混合1.5min后，再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，一般需要搅拌2.0min，由此形成混合料。
将上述混合料放入烘箱中加热至168℃，并保持32min，形成补强材料。
将补强材料制成马歇尔试件，该试件的动稳定度为7843次/mm，残留稳定度为90.2%，冻融劈裂强度比89.1%。
并且测得空隙率为4.2%，捣实密度 1.358g/cm3。，则粗集料嵌挤状况参数 SSC%=粗集料的密度/“粗集料”的捣实密度=1.281/1.358=94.3%
因此本实施例得到的补强材料符合设计要求，其高温性能显著，若与同级配的SBS改性沥青和70号道路石油沥青混合料相比，具有更好的高温性能，并且动稳定度、疲劳性能至少与SBS改性沥青混合料的相当，但成本要低5%-10%。
进一步的对上述试件进行小梁弯曲弯拉应变试验和疲劳寿命试验，小梁弯曲拉应变最为2344uε，具有较好的低温性能。在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数为234658次，疲劳性能显著的优于70号沥青稳定碎石混合料。
上述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
实施例4
本实施例采用的沥青为30号沥青，对该沥青进行针入度、软化点、60℃动力粘度、15℃延度的性能进行检测。测得：针入度33 mm；软化点62℃；60℃动力粘度310pas；15℃延度100cm。因此该30号沥青符合制作补强材料所需沥青的性能要求。
本实施例补强材料的对应混合料按下述质量份称取：
上述50号沥青4.5质量份；
水泥2质量份；
玄武岩96质量份；
玄武岩石粉2.8质量份。
上述的石灰石矿料是由粒径等级分别为0~5mm（即粒径＜5mm）、5~-10mm、10~-20mm、20~-31.5mm形成如表4的合成级配集料，符合本发明补强材料对矿料的合成级配要求
表4
并且测得上述混合料中粒径13.2mm以上的粗集料密度为1.256g/cm3。
将称取的30号沥青置于烘箱中加热，温度至178℃，保温4.2小时；将称取的玄武岩矿料、玄武岩矿粉分置于一烘箱中加热，温度至190℃，保温3.2小时；对拌合设备预热，使拌合设备中对应拌合容器的温度保持在180℃。
将至保温温度的矿料和30号沥青放入保持在预加热温度的拌合设备中进行预混合，预混合1.5min后，再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，一般需要搅拌2.0min，由此形成混合料。
将上述混合料放入烘箱中加热至175℃，并保持35min，形成补强材料。
将补强材料制成马歇尔试件，该试件的动稳定度为6992次/mm，残留稳定度为82.3%，冻融劈裂强度比80.6%。
并且测得空隙率4.4%，捣实密度1.360g/cm3，则粗集料嵌挤状况参数SSC%=粗集料的密度/“粗集料”的捣实密度=1.256/1.360=92.4%
因此本实施例得到的补强材料符合设计要求，其高温性能显著，若与同级配的SBS改性沥青和70号道路石油沥青混合料相比，具有更好的高温性能，并且动稳定度、疲劳性能至少与SBS改性沥青混合料的相当，但成本要低5%-15%。
进一步的对上述试件进行小梁弯曲弯拉应变试验和疲劳寿命试验，小梁弯曲拉应变最为2046uε，具有较好的低温性能。在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数为211960次，疲劳性能显著的优于70号沥青稳定碎石混合料。
上述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
验证实施例
本实施例以上述实施例1的补强材料用于贵州省三都县国道G312的大修工程中，作为路面修复的基层补强材料，该修复路面的启用实施时间是2107年9月10日，图1是2018年10月25日拍摄的该路面的状态，经历约13月的车辆行驶，从图1可清晰看出，该修复路面状态十分完好。
Claims (9)
1.一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：由混合料制成，该混合料包括下述质量份的组分材料：
低标号沥青3.5～4.5份，
水泥1.0～2.0份，
矿料95.0～98.0份，
矿粉1.0～3.0份；
所述低标号沥青为30低标号沥青号或50低标号沥青，且针入度20～60mm，软化点不小于49℃，60℃动力粘度软化点不小于200pas，15℃延度大于100cm；
所述矿料通过分别为31.5、26.5、19.0、16.0、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075 mm的筛孔时的通过率依次为100%、100～90%、80～60%、68～48%、62～42%、52～32%、40～20%、32～15%、25～10%、18～8%、14～5%、10～3%、6～2%；且粗集料嵌挤状况参数SSC%至少达到80%，所述粗集料嵌挤状况参数 SSC% 为粗集料的密度与粗集料的捣实密度之比，所述粗集料为粒径大于13.2mm的矿料，所述粗集料的密度为混合料中粗集料的质量与混合料的质量之比；
由所述补强材料制成的马歇尔试件的动稳定度不小于6500次/mm、残留稳定度至少达到80%、冻融劈裂强度比至少达到75%，且所述补强材料用于路面基层的压实厚度为8～12cm。
2.根据权利要求1所述的一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：所述马歇尔试件的空隙率为3～6%。
3.根据权利要求1所述的一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：所述马歇尔试件的小梁弯曲弯拉应变至少为2000uε。
4.根据权利要求1所述的一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：所述马歇尔试件的在用力水平为500 uε下，疲劳寿命次数至少为200000次。
5.根据权利要求1所述的一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：所述矿料为石灰石或玄武岩。
6.根据权利要求1所述的一种用于路面基层的补强材料，其特征在于：所述矿粉为石灰石矿粉或玄武岩矿粉。
7.根据权利要求1～6任一项所述补强材料的制备方法，其特征在于：包括：
按设定质量份称取各组分材料；
将称取的矿料、矿粉和低标号沥青分别通过加热设备加热保温，矿料、矿粉的加热保温温度为175℃-190℃，时间3～3.5小时；低标号沥青加热保温温度为170℃-180℃，时间为4～4.5小时；
对拌合设备预加温至170～180℃；
将至保温温度的矿料和低标号沥青放入至预加温的拌合设备中进行预混合，然后再加入矿粉和水泥，直至搅拌均匀，形成混合料；
将混合料放入加热设备中加热至165～175℃，并保持25～35min，形成预设补强材料；
将补强材料制成马歇尔试件，且符合：动稳定度不小于6500次/mm、残留稳定度至少达到80%、冻融劈裂强度比至少达到75%、空隙率为3～6%。
8.根据权利要求7所述补强材料的制备方法，其特征在于：所述预混合的时间为1.5~2min。
9.根据权利要求7所述补强材料的制备方法，其特征在于：所述加热设备为烘箱。
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|---|
| 水泥替代矿粉对沥青混合料性能的影响;韦泽鹏;《交通科技》;20170831(第4期);第132-134页 * |
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