CN110482910A - 一种贯入式沥青混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种贯入式沥青混凝土及其制备方法和应用，所述混凝土包括以下重量百分含量的组分：石料67～80％、填料0～20％和沥青10～23％；其中，所述石料由以下重量百分含量的组分组成：20～32％粒径为2.36～4.75mm的石料、15～25％粒径为4.75～9.5mm的石料、15～25％粒径为9.5～13.2mm的石料和25～35％粒径为13.2～16mm的石料；其制备工艺增加了将石料加热和预拌两道工艺，施工便捷，保证了沥青胶结料灌入更完全，从而加强了材料的抗水损害、抗老化、高温抗车辙、抗开裂能力和对基底的粘结性，且具极强的拉伸变形能力，在路桥面的铺装中有重要的应用前景。

Description

一种贯入式沥青混凝土及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种路面材料，具体涉及一种贯入式沥青混凝土及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着交通压力的不断增大，以及极端气候的频繁出现，沥青路面高温车辙、低温开裂等破坏现象频繁出现。为了减少沥青路面早期病害，提高路面使用性能，一方面可以从路面材料设计入手，另一方面可以改善路面结构设计。

目前，我国的沥青路面材料大多采用AC型沥青混凝土，采用了最大密实原则来确定级配曲线，并根据马歇尔法确定最佳沥青用量。根据马歇尔法和最大密实级配曲线设计的这一类型的混凝土性能之间存在不可调和的矛盾。如高温稳定性和疲劳性能的矛盾，高温稳定性和低温抗裂性的矛盾，密实耐久性和抗滑性之间的矛盾等。为了提高沥青混凝土的高温稳定性，采取了各种技术措施以及通过采用高性能改性沥青已基本解决了沥青混凝土的车辙问题；根据这一体系设计的沥青混凝土，沥青用量有限，另外往往需要掺入过多的填料，使得沥青材料的良好变形能力无法发挥，使得沥青混凝土拉伸变形能力差，使得沥青混凝土容易产生疲劳、开裂、水损害、易老化等一系列问题。如何在确保车辙抵抗力的前提下，较大地提高沥青混凝土的拉伸变形能力，成为亟待解决的问题。

沥青贯入式路面作为一种常用的路面铺设结构指的是用沥青贯入碎(砾)石作基层、联结层、面层的路面。即在初步压实的碎石(或破碎砾石)上，分层浇洒沥青、撒布嵌缝料，或再在上部铺筑热拌沥青混凝土封层，经压实而成的沥青面层。传统的沥青贯入式路面充分利用了粗集料之间的嵌挤，使其在混凝土中形成了骨架，在一定的条件下可达到抗车辙的效果。传统的沥青贯入式沥青路面利用粗集料之间的嵌挤，理论上在混凝土中形成了骨架，然而其施工步骤繁琐，且施工质量难以管理，且混凝土中粗集料所形成的骨架结构通常达不到稳定状态，导致其路用性能通常达不到理想的效果。

因此，目前亟待开发一种骨架结构稳定、路用性能更好，施工方便的路面材料。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种施工方便，变形协调能力和抗疲劳性能好，对基底的粘结性好的路面材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种贯入式沥青混凝土，包括以下重量百分含量的组分：石料67～80％、填料0～20％和沥青10～23％；其中，所述石料由以下重量百分含量的组分组成：20～32％粒径为2.36～4.75mm的石料、15～25％粒径为4.75～9.5mm的石料、15～25％粒径为9.5～13.2mm的石料和25～35％粒径为13.2～16mm的石料。

本发明石料级配、沥青用量、填料材料等方面与传统的沥青贯入式路面不同，本发明碎石按照一定级配设计，无细集料，且油石比大，可使混凝土中的骨架间隙率达到最小；另外，由于沥青的密度远小于细集料，沥青多了石料少了因此质量更轻。贯入式沥青混凝土中的碎石形成骨架起支撑作用，是荷载的主要承担者和传递者，这保证了混凝土具有良好的高温抗车辙能力，可作为结构层用于路面结构中的下面层；其沥青与填料均匀搅拌后形成胶浆，灌入碎石中，主要起粘结、填充、密封作用，这使制备的沥青混凝土具有优良的拉伸变形能力和抗裂性能，可作为应力吸收(消散)层用于旧水泥路面加铺沥青层的底面层或半刚性基层沥青路面结构的下面层，可改善目前沥青路面出现车辙、开裂等问题。

作为本发明的优选实施方式，所述石料为花岗岩、辉绿岩中的至少一种。

作为本发明的优选实施方式，所述填料为粉煤灰。

作为本发明的优选实施方式，所述沥青为SBS改性沥青、S-HV改性沥青、超高黏改性沥青至少一种。

其中，S-HV改性沥青为高粘沥青中的一种。

本发明还提供了所述的贯入式沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碎石加热，加入少量沥青拌合均匀，形成预拌碎石；

(2)加热沥青至贯入温度，同时分步多次加入填料，每次加入填料的量不超过填料总量的30％，再次加入填料前需充分搅拌均匀；

(3)将步骤(1)中的预拌碎石摊铺在目标路面或模具中，由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(4)将沥青或沥青胶浆由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护即可。

本发明与传统的沥青贯入式路面的不同之处在于其制备工艺增加了将骨/石料加热和预拌两道工艺，且将传统的沥青贯入式路面的分级摊铺优化为一次性摊铺，提高铺设效率和质量；条件具备时，可采用同步施工，在摊铺预拌热碎石的同时浇筑沥青胶结料，一次性摊铺完成，可进一步克服传统沥青贯入式路面采用分级摊铺导致的施工步骤繁琐且混合料空隙率大骨架不稳定等弊端。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中，所述碎石需加热至高于胶结料的贯入温度10～20℃；加入沥青的量为碎石质量0.5％～0.6％。作为本发明的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述沥青或沥青胶浆加热至温度为180～255℃，粘度≤0.28Pa.s。

沥青与填料均匀搅拌后形成胶浆经加热到相应温度，使其粘度达到0.28Pa.s以下，再将其灌入到经加热预拌的级配碎石中，预拌碎石的加热温度应比沥青胶结料的灌入温度高10℃，这保证了沥青胶结料能完全灌入热碎石中将碎石完全裹覆，克服了传统沥青贯入式路面集料之间的粘结性差，易出现松散、剥落等现象的弊端。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(4)中，养护时间不少于48小时。

本发明还要求保护所述混凝土在路面、桥面铺装过程中的应用。

可根据需要将制备不同大小的混凝土模块用于铺装路桥面，或在所需的路段直接进行混凝土制备得到相应的路桥面。

优选地，所述混凝土的厚度为3～10cm。

本发明提供了一种贯入式沥青混凝土，所述混凝土对材料的用量、配比及铺装方式(包括成型方式、施工温度)等进行了设计，铺设效率高，一次施工厚度可达3～10cm；其沥青膜厚，密实不透水，抗水损害能力、抗老化能力强，可作为长寿命路面结构的下承层，亦即其上直接做个表面磨耗层，寿命周期末，更换或维修磨耗层即可；其还具有良好的高温抗车辙性能和极其优良的拉伸变形能力，可有效防止低温开裂和疲劳开裂，对于白+黑路面结构或者(半)刚性基层，可作为应力消散层兼结构层，防止反射裂缝。另外，本发明的贯入式沥青混凝土还具有质量轻，施工快捷，对基底的粘结性好等特点，弥补了传统沥青贯入式路面施工步骤繁琐、骨架结构不稳定、结构层厚度受到限制等弊端，缩短了摊铺压实时间，能更早的开放交通；克服了浇筑式沥青混合料中沥青与细集料的含量较大，使其粗集料出于悬浮状态，导致其高温稳定性不足，路面易出现车辙、层间变形等问题，更有望在桥面铺装、应力吸收层、抗裂结构层等方面得到更广泛的应用。

附图说明

图1为实施例1中S-HV改性沥青胶浆粘温曲线。

图2为实施例2中超高黏改性沥青粘温曲线。

图3为拉拔试验原理图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明所述贯入式沥青混凝土的一种实施例，本实施例所述贯入式沥青混凝土包含以下重量百分含量的组分：石料72.8％、S-HV改性沥青15.8％、粉煤灰11.4％；其中，所述石料为辉绿岩，由以下重量百分含量的组分组成：29.33％粒径为13.2～16mm的石料、19.69％粒径为9.5～13.2mm的石料、20.94％粒径为4.75～9.5mm的石料和30.04％粒径为2.36～4.75mm的石料。

本实例所述贯入式沥青混凝土的合成级配见表1。

表1合成级配组成表

本实施例通过JTG E20-2011中T 0625-2011沥青旋转黏度试验以确定沥青胶浆的贯入温度。将粉煤灰与S-HV改性沥青均匀搅拌形成沥青胶浆，粉胶比为4.2：5.8，测出沥青胶浆在各温度下的旋转粘度并通过origin线性拟合得到的粘温曲线如图1所示。由图1看出当S-HV改性沥青胶浆的温度大于或等于227℃时，沥青胶浆的粘度达到0.28Pa.s以下。因此确定S-HV改性沥青胶浆(粉胶比为4.2：5.8)的贯入温度为227℃。

本实施例制备方法如下：

将级配碎石与S-HV改性沥青放入烘箱中加热至200℃，按油石比为0.6％的比例放入搅拌机均匀搅拌90s，得到预拌碎石；将油石比为0.6％的预拌碎石与车辙板试模放入烘箱加热至高于胶结料的贯入温度10℃的温度；沥青用电炉加热至227℃以上，在加热搅拌的同时分步加入相应质量的粉煤灰，并搅拌均匀制备沥青胶浆；待沥青胶浆达到相应的温度时，将预热的试模从烘箱中取出，在试模中铺一张裁好的普通纸(可用报纸)，使底面与侧面均被纸隔离，将预拌碎石取出倒到试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；然后将加热至相应温度的沥青或沥青胶浆由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护48h即可。

实施例2

本发明所述贯入式沥青混凝土的一种实施例，本实施例所述贯入式沥青混凝土包含以下重量百分含量的组分：石料78.4％、超高黏改性沥青22.6％和填料0％；其中，所述石料为辉绿岩，由以下重量百分含量的组分组成：29.33％粒径为13.2～16mm的石料、19.69％粒径为9.5～13.2mm的石料、20.94％粒径为4.75～9.5mm的石料和30.04％粒径为2.36～4.75mm的石料。

本实例所述贯入式沥青混凝土的合成级配见表2。

表2合成级配组成表

本实施例通过JTG E20-2011中T 0625-2011沥青旋转黏度试验以确定超高黏改性沥青的贯入温度。测出超高黏改性沥青在各温度下的旋转粘度并通过origin线性拟合得到的粘温曲线如图2所示。由图2看出当超高黏改性沥青的温度大于或等于245℃时，沥青胶浆的粘度达到0.28Pa.s以下。因此确定超高黏改性沥青的贯入温度为245℃。

本实施例制备方法如下：

将级配碎石与超高黏改性沥青放入烘箱中加热至200℃，按油石比为0.6％的比例放入搅拌机均匀搅拌90s，得到预拌碎石；将油石比为0.6％的预拌碎石与车辙板试模放入烘箱加热至高于胶结料的贯入温度10℃的温度；沥青用电炉加热至245℃以上，待沥青或沥青达到相应的温度时，将预热的试模从烘箱中取出，在试模中铺一张裁好的普通纸(可用报纸)，使底面与侧面均被纸隔离，将预拌碎石取出倒到试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；然后将加热至相应温度的沥青由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护48h。

实施例3

本发明所述贯入式沥青混凝土的一种实施例，本实施例所述贯入式沥青混凝土包含以下重量百分含量的组分：石料80％、SBS改性沥青10％、粉煤灰10％；其中，所述石料为辉绿岩，由以下重量百分含量的组分组成：32％粒径为13.2～16mm的石料、15％粒径为9.5～13.2mm的石料、25％粒径为4.75～9.5mm的石料和28％粒径为2.36～4.75mm的石料。

本实施例通过JTG E20-2011中T 0625-2011沥青旋转黏度试验以确定改性沥青的贯入温度。本实施例制备方法如下：

将级配碎石与沥青放入烘箱中加热，按油石比为0.5％的比例放入搅拌机均匀搅拌90s，得到预拌碎石；将油石比为0.5％的预拌碎石与车辙板试模放入烘箱加热至高于胶结料的贯入温度10℃的温度；沥青用电炉加热至贯入温度以上，待沥青或沥青达到相应的温度时，将预热的试模从烘箱中取出，在试模中铺一张裁好的普通纸(可用报纸)，使底面与侧面均被纸隔离，将预拌碎石取出倒到试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；然后将加热至相应温度的沥青由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护48h。

实施例4

本发明所述贯入式沥青混凝土的一种实施例，本实施例所述贯入式沥青混凝土包含以下重量百分含量的组分：石料57％、S-HV改性沥青23％、粉煤灰20％；其中，所述石料为花岗岩，由以下重量百分含量的组分组成：20％粒径为13.2～16mm的石料、25％粒径为9.5～13.2mm的石料、15％粒径为4.75～9.5mm的石料和35％粒径为2.36～4.75mm的石料。

本实施例通过JTG E20-2011中T 0625-2011沥青旋转黏度试验以确定改性沥青的贯入温度。本实施例制备方法如下：

将级配碎石与沥青放入烘箱中加热，按油石比为0.6％的比例放入搅拌机均匀搅拌90s，得到预拌碎石；将油石比为0.6％的预拌碎石与车辙板试模放入烘箱加热至高于胶结料的贯入温度20℃的温度；沥青用电炉加热至贯入温度以上，待沥青或沥青达到相应的温度时，将预热的试模从烘箱中取出，在试模中铺一张裁好的普通纸(可用报纸)，使底面与侧面均被纸隔离，将预拌碎石取出倒到试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；然后将加热至相应温度的沥青由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护48h。

实施例5

本发明所述贯入式沥青混凝土的一种实施例，本实施例所述贯入式沥青混凝土包含以下重量百分含量的组分：石料67％、SBS改性沥青16％、粉煤灰17％；其中，所述石料为辉绿岩，由以下重量百分含量的组分组成：30％粒径为13.2～16mm的石料、25％粒径为9.5～13.2mm的石料、20％粒径为4.75～9.5mm的石料和25％粒径为2.36～4.75mm的石料。

本实施例通过JTG E20-2011中T 0625-2011沥青旋转黏度试验以确定改性沥青的贯入温度。本实施例制备方法如下：

将级配碎石与沥青放入烘箱中加热，按油石比为0.5％的比例放入搅拌机均匀搅拌90s，得到预拌碎石；将油石比为0.5％的预拌碎石与车辙板试模放入烘箱加热至高于胶结料的贯入温度10℃的温度；沥青用电炉加热至贯入温度以上，待沥青或沥青达到相应的温度时，将预热的试模从烘箱中取出，在试模中铺一张裁好的普通纸(可用报纸)，使底面与侧面均被纸隔离，将预拌碎石取出倒到试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；然后将加热至相应温度的沥青由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护48h。

对比例1

一种沥青贯入式路面材料，其材料规格和用量以及成型方式参考《公路沥青路面施工技术规范》，包含以下重量百分含量的组分：石料92.2％，S-HV改性沥青7.8％。

本对比例所述石料为辉绿岩级配如表3示。

表3合成级配组成表

本对比例制备方法如下：

(1)将沥青放入烘箱加热至180℃；

(2)将粒径为31.5～37.5mm的主层石料倒入试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(3)浇洒第一层沥青，该层沥青用量为3.6％；

(4)将粒径为13.2～19mm的石料作为第一层嵌缝料倒入试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(5)浇洒第二层沥青，该层沥青用量为2.8％；

(6)将粒径为9.5～13.2mm的石料作为第二层嵌缝料倒入试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(7)浇洒第三层沥青，该层沥青用量为1.4％；

(8)将粒径为2.36～4.75mm的石料作为封层料倒入试模中，并用小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(9)完成试件后将试件放置常温下养护48小时。

对比例2

该对比例为文献(李伟治.港珠澳大桥桥面铺装浇筑式沥青混凝土性能评价[J].广东建材,2018,34(03):19-23)内容。一种浇筑式沥青混凝土，包含以下重量百分含量的组分：粗集料47％，细集料37.8％和沥青15.2％；所述沥青为质量比为3:7的AH70#基质沥青与TLA湖沥青组成的混凝土沥青；所述粗集料为玄武岩，级配如表4所示。

表4粗集料合成级配组成表

所述细集料为石灰石，分为A(2.36～0.6mm)、B(0.6～0.212mm)、C(0.212～0.075mm)三档，级配如表5所示。

表5细集料合成级配组成表

将集料与沥青放入cooker机中拌和2.5h，拌和温度为250℃。

一、车辙试验

按照实施例及对比例的材料及方法分别制备用于车辙试验的试件，进行车辙试验：车辙试验是用以评价沥青混凝土高温性能有效可行的办法。采用《沥青及沥青混凝土试验规程》T0703-2011的方法成型车辙板，测定其动稳定度，实施例1、2与对比例的测试结果表6。(其中，对比例2实验结果参考文献结果)

表6车辙试验结果

由表6看出，本发明实施例1、2测试结果远高于对比例1、2的路面结果及相关的技术要求。在试验中，传统沥青贯入式路面材料产生的车辙位移大于25mm，已超出自动车辙试验仪的量程范围，无法测出其动稳定度；究其原因可能在于：1、传统的沥青贯入式路面中的集料未经加热，导致沥青灌入集料的过程中流动性下降，未能完全将集料裹覆，使集料之间的粘结性差，易出现松散、剥落等现象；2、传统的沥青贯入式路面采用分级摊铺的施工方法，这会使一部分嵌缝料无法填充主层石料的空隙，导致混凝土存在较大的空隙率，达不到密实状态。而浇筑式沥青混凝土中沥青与细集料的含量较大，使其粗集料出于悬浮状态，导致其高温稳定性不足。本发明中的贯入式沥青混凝土中的粗集料形成了骨架，使混凝土的抗车辙能力有很大的提高。

二、混凝土弯曲试验

将实施例上述车辙板试件切割成250mm×30mm×35mm的小梁试件，进行小梁弯曲试验：混凝土弯曲试验是用以评价沥青混凝土低温抗裂性有效可行的办法。采用《沥青及沥青混凝土试验规程》T0715-2011的方法测定其最大弯拉应变，实施例1、2与对比例的测试结果表7，可见本发明制得的试件远高于技术要求，具有较好的低温抗裂性。(其中，对比例2实验结果参考文献结果)

表7小梁弯曲试验结果

由表7看出，实施例1和对比例两种混凝土的抗裂性能和变形协调能力相当，实施例2混凝土在-10℃的最大弯拉应变略大于对比例2中GMA10浇筑式沥青混凝土。因此，沥青混凝土在保证了一定的高温稳定性与抗车辙能力的同时还具有与浇筑式沥青混凝土相当的优良的抗裂性和与钢板保证良好的追从性，有望应用于桥面铺装。

三、拉拔试验

本试验采用拉拔试验来评价该沥青混凝土对基底的粘结性。拉拔试验原理如图3所示。按照实施例的材料及方法分别制备基底厚度为4cm、6cm和8cm的试件，进行拉拔试验：为了防治沥青路面结构发生推移、脱层等病害，混凝土需对基底有一定的粘结性。本试验分别测定了该沥青混凝土在不同的结构层厚度下对钢板基底和水泥混凝土基底的拉拔强度，实施例1、2与对比例的试验结果如表8所示。

表8沥青混凝土在各厚度下对基底的粘结强度(MPa)

由表8可得，本发明制得的混凝土对基底的粘结性强较好。

经过各种路用性能测试可得，本发明各实施例所述贯入式沥青混凝土性能满足各技术指标，且具有良好的高温抗车辙性能以下优良的低温抗裂性和变形协调能力，还具有质量轻、对基底的粘结性强、防水性能和抗疲劳性好、施工快捷等优势，有望应用于桥面铺装、应力吸收层、抗裂结构层等多方面领域。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种贯入式沥青混凝土，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：石料67～80％、填料0～20％和沥青10～23％；其中，所述石料由以下重量百分含量的组分组成：20～32％粒径为2.36～4.75mm的石料、15～25％粒径为4.75～9.5mm的石料、15～25％粒径为9.5～13.2mm的石料和25～35％粒径为13.2～16mm的石料。

2.如权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述石料为花岗岩、辉绿岩中的至少一种。

3.如权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述填料为粉煤灰。

4.如权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述沥青为SBS改性沥青、S-HV改性沥青、超高黏改性沥青中的至少一种。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的贯入式沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碎石加热，加入少量沥青拌合均匀，形成预拌碎石；

(2)加热剩余沥青至贯入温度，同时分步多次加入填料，每次加入填料的量不超过填料总量的30％，再次加入填料前需充分搅拌均匀；

(3)将步骤(1)中的预拌碎石摊铺在目标路面或模具中，由边至中转圈夯实一遍，做整平处理；

(4)将沥青或沥青胶浆由边至中地灌入到预拌碎石中，放置常温下养护即可。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述碎石需加热至高于胶结料的贯入温度10～20℃；加入的沥青的量为碎石质量0.5～0.6％。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述沥青或沥青胶浆加热至温度为180～255℃，粘度≤0.28Pa.s。

8.上述权利要求1～7任一权利要求所述贯入式沥青混凝土在路面、桥面铺装中的应用。

9.如权利要求8所述应用，其特征在于，所述贯入式沥青混凝土厚度为3～10cm。