CN109485308B - 一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料及其制备方法。由单级配细粒碎石骨架及改性沥青胶浆及增粘剂组成；三者按重量比为单级配细粒碎石：改性沥青：增粘剂＝100:(32～51)：(20～50)；本发明采用高掺量的橡胶粉、SBS、粘度调节组分、增塑组分及交联组分对基质沥青的溶‑凝胶体系进行调控，通过高温高速剪切使各组分在基质沥青中均匀分布，SBS分子链与橡胶粉通过交联组分形成复合空间弹性网络结构，增塑组分的加入削弱了空间弹性网络结构内部的分子间作用力，使得沥青胶体兼具高劲度与高粘弹性，克服了石料表面裹附的沥青薄膜在厚度和粘弹性上容易存在的矛盾。

Description

一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料及其制备方法。

背景技术

海绵城市的概念一经提出，就受到了广大城市建设和研究人员的热切关注。在众多的透水路面材料中，透水沥青混凝土具有抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等突出优点，成为道路工程领域排水路面铺装的关键性材料，极大地促进了海绵城市的建设。

透水沥青混凝土一般指压实后内部空隙率在20％左右，能够在混合料内部形成排水通道的新型沥青混凝土，由于材料内部存在连通空隙，可将上部雨水渗透至材料内部，并通过材料内部或下部排水结构将水横向排出，从而达到持续透水的效果。但目前透水沥青混凝土使用过程中也出现了较多问题：①当上部雨水含有泥土、尘渣、碎屑等杂物时，这些细小颗粒随雨水渗透至铺装层内并在铺装层内部小空隙处发生堵塞，导致铺装层内部空隙的连通结构破坏，使得铺装层透水功能丧失；②由于透水沥青路面存在较多的开放式空隙，一旦有沙土、碎屑等杂物落入表面的开放式空隙中，以常规手段难以将这些杂物清理，也造成铺装层透水功能降低直至完全丧失；③当现有透水沥青路面部分区域出现堵塞后，为使透水沥青道路恢复透水功能，往往只能将丧失透水功能的部分路面铣刨重铺，造成大量的人力与物力资源浪费，且修补的透水沥青材料内部空隙很难与原有透水沥青道路形成良好连通，限制了透水沥青路面铺装的透水功能。因此，需对现有透水沥青混凝土材料进行改进。

发明内容

本发明目的在于提供一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料及其制备方法，将该滤水嵌合料铺覆于既有的透水沥青混凝土表面，可有效防止各类杂物堵塞下层透水沥青混凝土内部排水空隙，同时保证道路透水功能、简化透水沥青沥青路面清理与保养工艺。

为实现上述目的，采用技术方案如下：

一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，由单级配细粒碎石骨架及改性沥青胶浆及增粘剂组成；三者按重量比为单级配细粒碎石：改性沥青：增粘剂＝100:(32～51)：(20～50)；

所述改性沥青按以下方式制备而来：

将基质沥青加热至160～170℃，开启高速剪切机至转速达到2000～3000rad/min，加入SBS，持续剪切10～20min；保持温度和剪切速度不变，加入粘度调节组分，持续剪切3～5min；将加热温度提升至165～175℃，剪切机转速调节至5000～6000rad/min，加入橡胶粉、增塑组分，持续高速剪切20～40min；降低剪切速度至3500～4500rad/min，加入交联组分，持续剪切20～40min，控制温度在185～200℃之间；剪切过程完成后，至于135～145℃烘箱中溶胀发育30～60min；在烘箱中取出样品，冷却后即得改性沥青；其原料按重量比为基质沥青：橡胶粉：SBS：粘度调节组分：增塑组分：交联组分＝100：(14～19)：(3～8)：(2～6)：(1～5)：(0.1～2)。

按上述方案，所述的基质沥青为70#或90#重交石油沥青。

按上述方案，所述的橡胶粉为40目或80目斜交胎硫化橡胶粉。

按上述方案，所述的SBS为线型或星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。

按上述方案，所述的粘度调节组分为古马隆-茚树脂、丁基、三元乙丙胶、酚醛树脂、妥尔油改性酚醛树脂、帖烯树脂、松香树脂、C9石油树脂或C5石油树脂中的一种或几种。

按上述方案，所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯、醋酸乙酯、邻苯二甲酸二环已酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛脂中的一种或任意混合。

按上述方案，所述的交联组分为硫磺、聚苯乙烯、丙烯酸、苯乙烯型离子交换树脂、二亚乙基三胺、过氧化二异丙苯中的一种或任意混合。

上述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料的制备方法，包括以下步骤：

将单级配细粒碎石于190～205℃烘箱中鼓风加热4～8h，将改性沥青于170～180℃烘箱中加热2～4h；

在170～180℃的搅拌锅中分别按顺序加入单级配细粒碎石、改性沥青、增粘剂，持续搅拌90～180s；

从搅拌锅中取出并在160～170℃范围内碾压成型，形成滤水嵌合料。

按上述方案，所述的单级配细粒碎石为干燥洁净的玄武岩或辉绿岩集料，其粒径范围需通过4.75mm方孔筛及特制的3.5mm方孔筛进行筛分，选取粒径范围为3.5～4.75mm，碎石石粉及泥含量不高于1.2wt％。

按上述方案，所述的增粘剂为硅铝酸钠或磺酸化聚苯乙烯。

本发明所述的滤水嵌合料直接铺覆于既有的透水沥青路面，嵌合于透水沥青路面的表面空隙中，为使本发明滤水嵌合料发挥最佳效果，透水沥青路面材料最大公称粒径宜≥13mm，铺覆高度高于透水沥青路面不宜大于10mm。本发明所得的高强单级配细粒碎石需对颗粒的针片状进行测定，针片状颗粒最大长度方向尺寸L与最小厚度方向尺寸b的比值L/b＞2:1的颗粒数量占比不得高于10％；本发明所得改性沥青性能指标：软化点≥92℃，5℃延度≥40cm，25℃弹性恢复≥95％，粘韧性≥28N·m，60℃粘度≥90000Pa·s。

本发明的有益效果如下：

本发明采用高掺量的橡胶粉、SBS、粘度调节组分、增塑组分及交联组分对基质沥青的溶-凝胶体系进行调控，通过高温高速剪切使各组分在基质沥青中均匀分布，SBS分子链与橡胶粉通过交联组分形成复合空间弹性网络结构，增塑组分的加入削弱了空间弹性网络结构内部的分子间作用力，使得沥青胶体兼具高劲度与高粘弹性，克服了石料表面裹附的沥青薄膜在厚度和粘弹性上容易存在的矛盾。

本发明提供了一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，采用所述的高劲度高粘改性沥青与特殊粒径范围的高强单级配细粒碎石制备的混合料，与现有透水沥青混合料相比，具有集料颗粒粒径更小、油石比更低、骨架空隙更小且更密集，采用该方法制备出的滤水嵌合料，其集料表面所形成的沥青胶浆层更薄且粘弹性更优，避免了沥青胶浆层之间的粘结力不足导致混合料溃散，采用更低的油石比可保证混合料拥有较高的透水系数，混合料内部形成大量的细小单级配集料骨架连通空隙，混合料拥有高透水率且可过滤掉大部分水中所含的颗粒物。

本发明提出的一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，直接铺覆于既有的透水沥青路面，部分嵌合于透水沥青路面的表面空隙中，在透水沥青路面形成一层小孔径、高空隙率、高透水速率的滤水嵌合料，可将雨水中大部分杂物颗粒过滤，有效防止各类杂物堵塞下层透水沥青混凝土内部排水空隙，对堆积于滤水嵌合料表面的杂物采用普通道路清扫车辅以高压水枪冲洗即可清扫干净；同时本发明滤水嵌合料铺覆厚度较薄，若存在部分空隙堵塞，其翻新工艺较简便，避免现有透水沥青混凝土道路翻新所造成的大量人力、物力浪费。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

(1)高劲度高粘改性沥青的制备

按各组分质量比例为：基质沥青：橡胶粉：SBS：粘度调节组分：增塑组分：交联组分＝100：18：6：5：4：1.1；分别选取基质沥青、粘度调节组分、增塑组分、交联组分；将基质沥青加热至165℃，开启高速剪切机至转速达到2600rad/min，加入SBS，持续剪切20min；保持温度和剪切速度不变，加入增粘组分，持续剪切5min；将加热温度提升至170℃，剪切机转速调节至6000rad/min，加入橡胶粉、增塑组分，持续高速剪切40min；降低剪切速度至4500rad/min，加入交联组分，持续剪切40min；以上剪切过程控制温度在195℃；剪切过程完成后，将样品至于145℃烘箱中溶胀发育60min；在烘箱中取出样品，冷却后即得高劲度高粘改性沥青。

基质沥青为90#重交石油沥青；橡胶粉为80目斜交胎硫化橡胶粉；SBS为线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)；粘度调节组分为古马隆-茚树脂：酚醛树脂＝0.4:0.6组成的混合物；增塑组分为醋酸乙酯；交联组分为硫磺。

(2)透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料的制备

所述的滤水嵌合料由单级配细粒碎石骨架及高劲度高粘改性沥青胶浆组成，各组分的质量比例为：高强单级配细粒碎石：上述高劲度高粘改性沥青：增粘剂＝100:34：28；具体的制备方法为：按上述组分质量比分别选取高强单级配细粒碎石、高劲度高粘改性沥青、增粘剂，首先，将通过特定筛网的高强单级配细粒碎石于200℃烘箱中鼓风加热4h，将新制备未冷却的高劲度改性沥青于180℃烘箱中加热2h；然后，分别在180℃的搅拌锅中按顺序加入单级配细粒碎石、高劲度改性沥青、增粘剂，持续搅拌180s；最后，从搅拌锅中取出滤水嵌合料混合料样品，并在165℃碾压成型，形成滤水嵌合料；

所述的滤水嵌合料直接铺覆于既有的透水沥青路面，嵌合于透水沥青路面的表面空隙中，下部透水沥青路面材料最大公称粒径13.2mm，铺覆高度高于透水沥青路面8mm；

所述的高强单级配细粒碎石为干燥洁净的玄武岩集料，其粒径范围通过4.75mm方孔筛及特制的3.5mm方孔筛进行筛分，选取粒径范围为3.5～4.75mm的集料颗粒作为高强单级配细粒碎石，碎石石粉及泥含量0.6％；

所述的高强单级配细粒碎石对颗粒的针片状进行测定，针片状颗粒最大长度方向尺寸L与最小厚度方向尺寸b的比值L/b＞2:1的颗粒数量占比为5.1％；

所述的高劲度高粘改性沥青性能指标：软化点93℃，5℃延度43cm，25℃弹性恢复98％，粘韧性29N·m，60℃粘度≥106000Pa·s。

所述的增粘剂为磺酸化聚苯乙烯。

本实施例所制得的滤水嵌合料技术指标如下：

Claims (8)

1.一种透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于由单级配细粒碎石骨架及改性沥青胶浆及增粘剂组成；三者按重量比为单级配细粒碎石：改性沥青：增粘剂＝100:(32～51)：(20～50)；所述的单级配细粒碎石为干燥洁净的玄武岩或辉绿岩集料，其粒径范围需通过4.75mm方孔筛及特制的3.5mm方孔筛进行筛分，选取粒径范围为3.5～4.75mm，碎石石粉及泥含量不高于1.2wt％；所述的增粘剂为硅铝酸钠或磺酸化聚苯乙烯；

所述改性沥青按以下方式制备而来：

将基质沥青加热至160～170℃，开启高速剪切机至转速达到2000～3000rad/min，加入SBS，持续剪切10～20min；保持温度和剪切速度不变，加入粘度调节组分，持续剪切3～5min；将加热温度提升至165～175℃，剪切机转速调节至5000～6000rad/min，加入橡胶粉、增塑组分，持续高速剪切20～40min；降低剪切速度至3500～4500rad/min，加入交联组分，持续剪切20～40min，控制温度在185～200℃之间；剪切过程完成后，至于135～145℃烘箱中溶胀发育30～60min；在烘箱中取出样品，冷却后即得改性沥青；其原料按重量比为基质沥青：橡胶粉：SBS：粘度调节组分：增塑组分：交联组分＝100：(14～19)：(3～8)：(2～6)：(1～5)：(0.1～2)。

2.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的基质沥青为70#或90#重交石油沥青。

3.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的橡胶粉为40目或80目斜交胎硫化橡胶粉。

4.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的SBS为线型或星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。

5.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的粘度调节组分为古马隆-茚树脂、丁基、三元乙丙胶、酚醛树脂、妥尔油改性酚醛树脂、帖烯树脂、松香树脂、C9石油树脂或C5石油树脂中的一种或几种。

6.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯、醋酸乙酯、邻苯二甲酸二环已酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛脂中的一种或任意混合。

7.如权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料，其特征在于所述的交联组分为硫磺、聚苯乙烯、丙烯酸、苯乙烯型离子交换树脂、二亚乙基三胺、过氧化二异丙苯中的一种或任意混合。

8.权利要求1所述透水沥青混凝土表面用滤水嵌合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将单级配细粒碎石于190～205℃烘箱中鼓风加热4～8h，将改性沥青于170～180℃烘箱中加热2～4h；

在170～180℃的搅拌锅中分别按顺序加入单级配细粒碎石、改性沥青、增粘剂，持续搅拌90～180s；

从搅拌锅中取出并在160～170℃范围内碾压成型，形成滤水嵌合料。