CN110510921A - 一种排水型沥青混合料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种排水型沥青混合料及制备方法。该沥青混合料包括下述质量分数的组分：油石比为4.8％～5.1％的超高粘改性沥青、95％～97％的集料和3％～5％的矿粉；上述百分比均为各组分分别相对于所述集料和所述矿粉总量的百分比；其中，超高粘改性沥青的技术指标为：在60℃时，动力粘度大于105Pa·s；在60℃时，剪切应力大于1000Pa；软化点大于100℃；‑20℃时，弯曲工作量大于1MPa，弯曲刚度小于100MPa。由此制得的沥青混凝土层能够有效地保证路面的强度和稳定性，采用本发明的沥青混合料制备得到混凝土磨耗层，提高了与原路面的粘结性，施工速度快。

Description

一种排水型沥青混合料及制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程用建筑材料领域，具体涉及一种排水型沥青混合料及制备方法。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，对交通通行能力的要求日益提高，道路建设的规模也得到了较大的提高。但在道路运营后，路面表面层在车辆荷载和自然环境综合作用下，容易出现抗滑能力下降，甚至松散、剥落、坑槽等水损害病害，以及水平剪切力的作用下所产生的表面裂缝等破坏，裂缝为水进入路面提供了通道，加速了路面病害的产生。此外，随着汽车工业和物流行业的快速发展，超载车辆及车流量迅速增加，导致道路路面损害日益严重，降低了道路使用年限。但迫于交通压力，许多道路无法封闭施工，大多是半封闭施工或夜间施工，造成道路维修质量不尽人意，使用寿命不长，从而增加了周期养护维修费用。因此，要求道路表面层应具有较高的抗滑能力、较强的抗剪切变形能力、优良的水稳定性以及耐久性能，并能通过经济、有效的技术对道路路面损害进行快速维修。
排水型沥青混合料是一种采用开级配的具有较大空隙率的沥青混合料，具有良好的排水和抗滑性能，可有效地减少雨天时水雾对视线的影响和制动距离的延长，提高行驶的安全性；抑制轮胎与铺装之间的空气爆破音，并吸收车辆的引擎声等噪声，具有降噪功能，是一种安全环保的路面结构。但是排水沥青混合料为骨架空隙结构，由于细集料比例小，石料之间的接触以点接触为主，大空隙使沥青胶结料更容易受到水的侵蚀和热氧老化，并且在交通荷载、水流冲刷反复作用下，容易造成排水沥青铺面的松散和剥离，尤其在重载交通多的主干道、寒冷地区以及交叉口等处的排水沥青铺装更容易发生飞散，因此，要求沥青胶结料具有优异的黏附性和耐老化性能，形成较厚的沥青膜。
目前热拌沥青混合料罩面分为薄层罩面与超薄层罩面，薄层罩面的厚度通常为3-4cm，超薄层罩面厚度可下降到1.5～2.5cm，节约厚度2.0cm左右，经济性显著，但是由于厚度太薄，如何有效地保证路面的强度和稳定性是该技术的难点之一。
因此，不论是薄层还是超薄层排水型沥青混合料，目前主要存在以下技术问题：1、沥青混合料需要粘结性更好的高粘度改性沥青，减少骨料飞散，并能够形成较厚的沥青膜；2、薄层或超薄层罩面结构承载力不足，且在行车荷载作用下易跑砂，对混合料的强度和稳定性要求更高，以防止路面松散；3、施工中最大的困难是由于层面厚度较薄容易冷却，又不宜使用振动压路机，不易达到较高的密实度。因此，要求道路表面不仅应具有较高的抗破坏能力、较高的稳定度，并且施工过程简单、高效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中排水型沥青混合料中骨料飞散、路面的强度和稳定性不高的缺陷而提供一种高性能排水型沥青混合料及制备方法。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种排水型沥青混合料，其包括下述质量分数的组分：油石比为4.8％～5.1％的超高粘改性沥青、95％～97％的集料和3％～5％的矿粉；上述百分比均为各组分分别相对于所述集料和所述矿粉总量的百分比；
其中，所述超高粘改性沥青的技术指标为：在60℃时，动力粘度大于105Pa·s；在60℃时，剪切应力大于1000Pa；软化点大于100℃；-20℃时，弯曲工作量大于1MPa，弯曲刚度小于100MPa。
本发明中，所述油石比可为4.8％、4.9％、5％或5.1％。
本领域技术人员均应该理解，油石比是指沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数。
本发明中，所述超高粘改性沥青可通过本领域常规方法制得，一般只要是符合前述提及的技术指标即可，较佳地其制备方法包括下述步骤：将基质沥青以及SBS改性剂、稳定剂、增粘剂和相容剂的混合物在180±5℃剪切0.5～3小时，175～185℃下搅拌发育1～3小时即可，例如将所述混合物在180±5℃剪切1小时，180℃下搅拌发育1.5小时。
其中，所述剪切的速度可为本领域常规，较佳地为4000～6000r/min，例如5000r/min。
其中，所述超高粘改性沥青的配方组分，按重量计较佳地包括下述组分：所述基质沥青67～81.9％、所述SBS改性剂4～8％、所述稳定剂0.1～0.3％、所述增粘剂10～15％和所述相容剂4～10％，上述百分比为各组分分别相对于超高粘改性沥青总量的百分比。所述基质沥青的用量较佳地为72.7％。所述SBS改性剂的用量较佳地为5％、6％或7％。所述稳定剂的用量较佳地为0.2％。所述增粘剂的用量较佳地为13％。所述相容剂的用量较佳地为6％。
在一实施例中，所述超高粘改性沥青的配方可为：所述基质沥青的用量为72.7％、所述SBS改性剂的用量为8％、所述稳定剂的用量为0.3％、所述增粘剂的用量为13％和所述相容剂的用量为6％。
其中，所述基质沥青、所述SBS改性剂、所述稳定剂、所述增粘剂和所述相容剂的种类均为本领域常规，且均市售可得。所述基质沥青较可为70号基质沥青。所述SBS改性剂可为线型YH-791SBS改性剂或线型4303SBS改性剂。所述稳定剂可为硫磺。所述增粘剂可为树脂类增粘剂。所述相容剂可为橡胶油。
本发明中，所述集料的用量可为95％、96％或97％。
本发明中，所述集料较佳地为玄武岩、石灰岩、辉绿岩中的一种或多种，例如石灰岩，或者石灰岩和玄武岩的混合物。
本发明中，所述集料的粒径可为本领域常规，较佳地为：0～3mm粒径，3～5mm粒径，5～10mm粒径中的两档或三档，例如，粒径0～3mm集料和粒径3～5mm集料的混合物，或者粒径0～3mm集料、粒径3～5mm集料和粒径5～10mm集料的混合物。
当所述集料为粒径分别为0～3mm和3～5mm的集料的混合物时，粒径0～3mm集料和粒径3～5mm集料的质量比较佳地为(11～13)：(84～86)，例如11：84或12：85。
当所述集料为粒径分别为0～3mm、3～5mm和5～10mm的集料的混合物时，粒径0～3mm集料：粒径3～5mm集料：粒径5～10mm集料的质量比较佳地为(8～10)：(19～21)：(67～69)，例如9：20：68。
根据本领域常识，所述集料的质量分数与所述矿粉的质量分数之和为100。
在本发明一优选实施例中，所述集料为粒径分别为0～3mm和3～5mm的集料的混合物，其中粒径0～3mm的集料、粒径3～5mm的集料和所述矿粉的质量比为11：84：5。
粒径0～3mm的集料、粒径3～5mm的集料和所述矿粉的质量比还可以为12：85：3。
在本发明另一优选实施例中，所述集料为粒径分别为0～3mm、3～5mm和5～10mm的集料的混合物，其中粒径0～3mm的集料、粒径3～5mm的集料、粒径5～10mm的集料和所述矿粉的质量比为9：20：68：3。
本发明中，所述矿粉可为本领域常规使用的矿粉，较佳地为石灰岩矿粉。
本领域技术人员均应该理解，矿料一般指的是矿粉和集料的混合物。
本发明中，矿料的级配筛孔一般为标准筛孔，较佳地为4.75mm，2.36mm，1.18mm和0.075mm。
其中，较佳地，通过2.36mm筛孔的所述矿料的比例为9％～20％；通过1.18mm筛孔的所述矿料的比例为7％～17％；通过0.075mm筛孔的所述矿料的比例为3％～9％。
其中，较佳地，通过4.75mm筛孔的所述矿料的比例为50％～70％；通过2.36mm筛孔的所述矿料的比例为10％～22％；通过1.18mm筛孔的所述矿料的比例为6％～18％；通过0.075mm筛孔的所述矿料的比例为2％～6％。
上述比例是指通过筛孔的矿料质量与所述矿料的总质量之比。
本发明中，所述沥青混合料的空隙率较佳地为17～23％，例如17％、20％或23％。
本发明中，所述沥青混合料的动稳定度较佳地大于7500次/mm。
本发明中，所述沥青混合料的肯塔堡飞散损失率较佳地小于3％。
本发明中，所述沥青混合料的低温弯曲破坏应变较佳地大于12*103με。
本发明还提供一种所述排水型沥青混合料的制备方法，其包括以下步骤：将所述超高粘改性沥青、所述集料与所述矿粉混合均匀即可。
较佳地，包括下述步骤：先将所述超高粘改性沥青和所述集料混合，再与所述矿粉混合均匀即可；
更佳地，包括下述步骤：(1)将所述超高粘改性沥青加热至180℃，(2)再将步骤(1)中所述超高粘改性沥青与190～200℃(例如195℃)所述集料搅拌混合，形成混合物，(3)再将所述矿粉加入步骤(2)中的混合物中，搅拌混合即得。
其中，步骤(2)中，在将所述集料与所述超高粘改性沥青混合之前，较佳地，将所述集料搅拌混合60s～90s，例如60s。
其中，步骤(2)中，将所述集料与所述超高粘改性沥青混合之后，所述搅拌混合的时间较佳地为60s～90s，例如60s。
其中，步骤(3)中，在加入所述矿粉之后，所述搅拌混合的时间较佳地为60s～90s，例如60s。
所述搅拌混合一般在拌合机中进行。
本发明中，所述加热的设备可为本领域常规加热装置。
本发明还提供一种排水型沥青混凝土磨耗层，其包括喷洒在原路面的粘结层及铺设在所述粘结层上的所述沥青混凝土层；
其中，所述沥青混凝土层的材料为如前所述的沥青混合料。
本发明中，所述沥青混凝土层的厚度较佳地为15～20mm，例如15mm或20mm。
本发明中，所述粘结层的厚度非常薄，可以忽略不计，所述沥青混凝土磨耗层的厚度即可等于所述沥青混凝土层的厚度。
本发明中，所述粘结层的材料为本领域常规的乳化沥青。
本发明还提供了一种所述沥青混凝土磨耗层的施工方法，其包括：将所述乳化沥青喷洒于原路面上，形成一所述粘结层，再在所述粘结层上摊铺所述沥青混合料，形成一所述沥青混凝土层，碾压即可。
一般地，采用双钢轮压力机进行所述碾压。
一般地，在喷洒所述乳化沥青之前对所述原路面进行清扫处理。
较佳地，所述乳化沥青的喷洒量为0.3～0.5kg/m2，例如0.4kg/m2。
其中，用于喷洒所述乳化沥青的设备为本领域常规的设备。
较佳地，在所述乳化沥青喷洒于原路面上之后，待其破乳凝结后再进行摊铺所述沥青混合料。
较佳地，用于所述摊铺的设备为本领域传统摊铺机。
较佳地，所述摊铺速度为8～10m/min，例如10m/min。
较佳地，所述双钢轮压力机的碾压压力不小于12吨。
较佳地，所述碾压的过程分为：初压1遍，复压1～2遍，终压1遍。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1)本发明的沥青混合料提高了高温抵抗塑性变形的能力、抵抗骨料飞散的能力和抵抗低温开裂的能力，以及将沥青混凝土层厚度减到15～20mm，提高了路面的密实度。
2)采用本发明的沥青混凝土层混合料和粘结层制备得到混凝土磨耗层，提高了与原路面的粘结性，且施工速度快、开放交通快；可以用于路面的快速排水功能型养护，可抵抗车轮荷载和自然因素对路面的破坏作用，提升路面质量，延长排水型沥青路面的使用寿命和维修周期。
3)采用本发明的沥青混合料，能够提高排水型沥青铺面的抗松散能力和抗剥离能力。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，所使用的超高粘改性沥青应满足下述指标：所述超高粘改性沥青的技术指标为：在60℃时，动力粘度大于105Pa·s；在60℃时，剪切应力大于1000Pa；软化点大于100℃；-20℃时，弯曲工作量大于1MPa，弯曲刚度小于100MPa；其可由下述方法制备：将基质沥青(70号基质沥青)以及SBS改性剂(线型YH-791SBS改性剂)、稳定剂(硫磺)、增粘剂(树脂类增粘剂)和相容剂(橡胶油)的混合物在180±5℃下，以5000r/min剪切1小时，180℃下搅拌发育1.5小时即可，其中，按重量计，基质沥青为72.7％、SBS改性剂8％、稳定剂0.3％、增粘剂13％和相容剂6％。
实施例1-5
实施例1-5的原料组分均如表1所述。
表1
原料组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
超高粘改性沥青油石比/％ 5.1 5 4.9 4.9 4.8
集料/％ 95 97 97 97 97
矿粉/％ 5 3 3 3 3
空隙率％ 17 20 23 20 23
沥青混凝土层厚度/mm 15 15 15 20 20
其中，超高粘改性沥青的用量、集料、矿粉中的百分比均为质量百分比。
上述集料均由碎石组成，碎石的具体种类及配比如表2所示，上述矿粉具体为石灰岩矿粉。
表2
(以上数据是指质量比，例如数据第一行是指：在实施例1中，粒径为0～3mm的集料：粒径为3～5mm的集料：矿粉的质量比为11：84：5)
实施例1-5的沥青混合料的制备方法，包括下述步骤：
(1)将超高粘改性沥青加热至180℃；
(2)将拌和机升温至180℃，投入195℃的集料搅拌，搅拌60s；再掺入步骤(1)的超高粘改性沥青，搅拌60s；最后加入矿粉搅拌60s，即得。
实施例1～5中的沥青混凝土磨耗层的施工方法，其包括：首先对原路面清扫处理，采用常规设备喷洒乳化沥青，喷洒量0.4kg/m2，形成一粘结层；待其破乳凝结后即可使用传统摊铺机摊铺沥青混合料，摊铺速度为10m/min，形成一沥青混凝土层，采用不小于12吨的双钢轮压力机初压1遍，复压1～2遍，终压1遍即可，由于粘结层厚度非常薄，可忽略不计，沥青混凝土层的厚度与沥青混凝土磨耗层的厚度即可相等。
对比例1-2
对比例1
对比例1中制备沥青混合料，采用普通高粘改性沥青代替超高粘改性沥青，其他组分和用量以及制备方法与实施例2保持一致。其中普通高粘改性沥青的指标如下：在60℃时，动力粘度大于50000Pa·s；在60℃时，剪切应力小于100Pa；软化点90～95℃；-20℃时，弯曲工作量小于100kPa，弯曲刚度大于500MPa。
对比例2
对比例2中制备沥青混合料，采用与对比例1相同的普通高粘改性沥青代替超高粘改性沥青，其他组分和用量以及制备方法与实施例4保持一致。
效果实施例
对实施例1-5、对比例1-2中的沥青混合料按照本领域常规方法制成马歇尔试件和车辙板，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)测定沥青混合料的常规性能。表3为实施例1～5、对比例1～4中的沥青混合料的性能指标。
对实施例1-5中的沥青混合料按照如下方法制备磨耗层：首先选取300mm×300mm×40mm的SMA-13沥青混合料车辙板充当路面，采用常规设备喷洒乳化沥青，喷洒量为0.4kg/m2，形成一粘结层；待其破乳凝结即可使用常规设备摊铺沥青混合料，摊铺量为本领域常规，形成一沥青混凝土层，之后利用轮碾机将沥青混合层碾压至15mm和20mm(由于粘结层厚度非常薄，可忽略不计，沥青混凝土层的厚度与沥青混凝土磨耗层的厚度即可相等)，采用双面锯切割成100mm×100mm×55～60mm的试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)测定磨耗层的常规性能，测得磨耗层的性能与表3中沥青混合料的性能指标相同。
表3
由表3可知，本发明实施例1-5制得的沥青混合料的性能指标均明显优于对比例1-2。尤其是动稳定度、肯塔堡飞散损失和破坏应变几个指标，本发明的超薄磨耗层排水沥青混合料具有更好的高低温稳定性和抗飞散能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种排水型沥青混合料，其特征在于，其包括下述质量分数的组分：油石比为4.8％～5.1％的超高粘改性沥青、95％～97％的集料和3％～5％的矿粉；上述百分比均为各组分分别相对于所述集料和所述矿粉总量的百分比；
其中，所述超高粘改性沥青的技术指标为：在60℃时，动力粘度大于105Pa·s；在60℃时，剪切应力大于1000Pa；软化点大于100℃；-20℃时，弯曲工作量大于1MPa，弯曲刚度小于100MPa。
2.如权利要求1所述的排水型沥青混合料，其特征在于，所述油石比为4.9％或5％；
和/或，所述超高粘改性沥青的制备方法包括下述步骤：将基质沥青以及SBS改性剂、稳定剂、增粘剂和相容剂的混合物在180±5℃剪切0.5～3小时，175～185℃下搅拌发育1～3小时即可；
所述超高粘改性沥青的制备方法中，所述剪切的速度较佳地为4000～6000r/min，例如5000r/min。
3.如权利要求2所述的排水型沥青混合料，其特征在于，所述超高粘改性沥青的配方组分，按重量计包括下述组分：所述基质沥青67～81.9％、所述SBS改性剂4～8％、所述稳定剂0.1～0.3％、所述增粘剂10～15％和所述相容剂4～10％，上述百分比为各组分分别相对于所述超高粘改性沥青原料总量的百分比。
4.如权利要求2或3所述的排水型沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青的用量为72.7％；
和/或，所述SBS改性剂的用量为5％、6％或7％；
和/或，所述稳定剂的用量为0.2％；
和/或，所述增粘剂的用量为13％；
和/或，所述相容剂的用量为6％；
和/或，所述基质沥青为70号基质沥青；
和/或，所述SBS改性剂为线型YH-791SBS改性剂或线型4303SBS改性剂；
和/或，所述稳定剂为硫磺；
和/或，所述增粘剂为树脂类增粘剂；
和/或，所述相容剂为橡胶油。
5.如权利要求1所述的排水型沥青混合料，其特征在于，所述集料的用量为96％；
和/或，所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩中的一种或多种，例如石灰岩和玄武岩的混合物；
和/或，所述集料的粒径为0～3mm粒径，3～5mm粒径，5～10mm粒径中的两档或三档，例如，粒径0～3mm集料和粒径3～5mm集料的混合物，或者粒径0～3mm集料、粒径3～5mm集料和粒径5～10mm集料的混合物。
6.如权利要求5所述的排水型沥青混合料，其特征在于，当所述集料为粒径分别为0～3mm和3～5mm的集料的混合物时，粒径0～3mm集料和粒径3～5mm集料的质量比为(11～13)：(84～86)，例如11：84或12：85；
当所述集料为粒径分别为0～3mm、3～5mm和5～10mm的集料的混合物时，粒径0～3mm集料、粒径3～5mm集料和粒径5～10mm集料的质量比为(8～10)：(19～21)：(67～69)，例如9：20：68；
当所述集料为粒径分别为0～3mm和3～5mm的集料的混合物时，粒径0～3mm的集料、粒径3～5mm的集料和所述矿粉的质量比为11：84：5或12：85：3；
当所述集料为粒径分别为0～3mm、3～5mm和5～10mm的集料的混合物时，粒径0～3mm的集料、粒径3～5mm的集料、粒径5～10mm的集料和所述矿粉的质量比为9：20：68：3。
7.如权利要求1所述的排水型沥青混合料，其特征在于，所述矿粉为石灰岩矿粉；
和/或，矿料指的是矿粉和集料的混合物，所述矿料的级配筛孔为4.75mm，2.36mm，1.18mm和0.075mm；
较佳地，通过2.36mm筛孔的所述矿料的比例为9％～20％；通过1.18mm筛孔的所述矿料的比例为7％～17％；通过0.075mm筛孔的所述矿料的比例为3％～9％；
较佳地，通过4.75mm筛孔的所述矿料的比例为50％～70％；通过2.36mm筛孔的所述矿料的比例为10％～22％；通过1.18mm筛孔的所述矿料的比例为6％～18％；通过0.075mm筛孔的所述矿料的比例为2％～6％；
上述比例是指通过筛孔的矿料质量与所述矿料的总质量之比；
和/或，所述沥青混合料的空隙率为17～23％，例如20％。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的排水型沥青混合料的制备方法，其特征在于，将所述超高粘改性沥青、所述集料与所述矿粉混合均匀即可。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：先将所述超高粘改性沥青和所述集料混合，再与所述矿粉混合均匀即可；
较佳地，所述制备方法包括下述步骤：(1)将所述超高粘改性沥青加热至180℃；(2)再将步骤(1)中所述超高粘改性沥青与190～200℃所述集料搅拌混合，形成混合物；(3)再将所述矿粉加入步骤(2)中的混合物中，搅拌混合即得。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在将所述集料与所述超高粘改性沥青混合之前，将所述集料搅拌混合60s～90s；
和/或，步骤(2)中，将所述集料与所述超高粘改性沥青混合之后，所述搅拌混合的时间为60s～90s；
和/或，步骤(3)中，在加入所述矿粉之后，所述搅拌混合的时间为60s～90s。
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