CN110540381A - 一种基于沥青胶浆的沥青混合料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于沥青胶浆的沥青混合料制备方法,属于道路工程技术领域。具体涉及一种采用沥青胶浆制备沥青混合料的方法。具体涉及其制备方法,包括以下两个步骤:(1):强制搅拌状态下,将加热后的矿粉、沥青胶结料依次加入到拌和机中搅拌,制备成沥青胶浆;(2):向(1)所制备的沥青胶浆中投入加热后的粗集料和细集料强制搅拌,即得到成品沥青混合料。本方法无论对于传统的沥青混合料,还是对于沥青胶结料粘度高、矿粉用量大的特殊沥青混合料,皆可实现矿粉与沥青均匀的分布于混合料中,混合料内部的粘聚力、高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳寿命均优于采用传统方法,且大幅缩短了沥青混合料生产周期。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域,具体涉及一种采用沥青胶浆制备沥青混合料的方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展,促进了高速公路建设的投入,截止2016年底,我国建成通车的高速公路总历程达到13万公里,居世界第一。其中,沥青路面具有驾驶舒适性和安全性好、施工速度快、维护方便等优点,被广泛应用于我国高等级公路建设中。
沥青混合料传统的拌和方法有两类,第一类是将加热后的粗细集料加入拌和缸中干拌3-5s,然后喷入热沥青继续搅拌5-10s,最后加入矿粉搅拌10-20s即可;第二类是将加热后的粗细集料和矿粉同时加入拌和缸中干拌3-5s,然后喷入热沥青继续搅拌15-30s即可。
然而,近年来随着我国高速公路建设对沥青路面的功能多样性和整体结构提出了更高的要求,大量的聚合物改性沥青、橡胶改性沥青及特种沥青被用于拌制沥青混合料。这些高粘度的沥青材料虽然在一定程度上满足了目前高速公路建设的需求,对于提高路面使用寿命具有积极作用。但由于沥青胶结料粘度大,在采用传统方法拌制沥青混合料过程中很难与大量的矿粉在有限的拌和时间内混合均匀,混合料中局部矿粉团结,局部矿粉缺失,从而严重影响混合料内部的粘聚性,造成早期沥青路面在雨水作用下易出现矿粉析出,形成白色的浆状物附着在路表,泛白处继续发展就会出现路面松散、脱落和抗曹等结构性病害。
在此背景下,有必要探求一种针对沥青胶结料粘度高、矿粉用大的混合料制备新方法,以适应目前高速公路建设对沥青混合料的特殊要求。
发明内容
针对沥青混合料传统拌和方法存在的技术缺陷,本发明的目的是提供一种基于沥青胶浆的沥青混合料制备方法。该方法先是将矿粉和沥青胶结料进行充分的强制搅拌,制备成均匀的沥青胶浆;然后将沥青胶浆与粗、细集料在特殊条件下拌和,从而形成沥青混合料。本方法无论对于传统的沥青混合料,还是对于沥青胶结料粘度高、矿粉用量大的特殊沥青混合料,皆可实现矿粉与沥青均匀的分布于混合料中,混合料内部的粘聚力、高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳寿命均优于采用传统方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现:
(1)强制搅拌状态下,将加热后的矿粉、沥青胶结料依次加入到拌和机中,搅拌时间为10s-200s,制备成沥青胶浆。所述矿粉为石灰岩矿粉,矿粉加热温度为20℃-180℃;所述沥青胶结料为重交道路石油沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青及复合改性沥青中的一种;所述矿粉占沥青胶浆的质量百分比为48.9%-63.6%、沥青占沥青胶浆的质量百分比为36.4%-51.1%,总质量为100%;所述拌和机为振动式搅拌机或传统间歇式搅拌机的一种。
(2)向步骤(1)所制备的沥青胶浆中投入加热后的粗集料和细集料,强制搅拌10s-40s,既得到成品沥青混合料。所述粗集料和细集料为石灰岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩等路用碎石,质量满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求;所述粗集料、细集料的加热温度为150℃-220℃;所述沥青胶浆占沥青混合料的质量百分比为6.1%-16.5%。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明将矿粉与沥青胶结料在拌和机中单独强制搅拌,使得矿粉在各种沥青胶结料中能够充分分散,避免了矿粉局部团结、局部缺失,保障了沥青混合料内部粘聚力的匀一性,从而使沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳寿命得到大幅提升;另外,生产过程中可预先制备合格的沥青胶浆,大幅缩短了沥青混合料生产周期。
附图说明
图1 为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中基于沥青胶浆的沥青混合料制备工艺流程图。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明作进一步描述,应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
实施例1
室内试验的实施例:制备重交通道路石油沥青混合料AC-13,沥青混合料技术指标按照我国江苏地区气候环境下的高速公路标准选择。
沥青采用韩国进口“双龙”重交通道路石油沥青AH-70,技术指标见表1:
表1 重交通道路石油沥青AH-70检测结果
矿粉采用江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩矿粉,技术指标见表2:
表2 石灰岩矿粉检测结果
粗集料选择江苏省溧阳市上沛石料厂生产的玄武岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
细集料选择江苏省溧阳市上沛石料厂生产的玄武岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
拌和机采用无锡市石油仪器设备有限公司生产的自动混合料拌和机WSY-102。
对粗集料、细集料及矿粉进行级配组成计算,合成级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,结果见表3:
表3 AC-13沥青混合料合成级配
孔径(㎜) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
合成级配(%) | 100.0 | 97.7 | 76.8 | 51.5 | 36.8 | 28.6 | 20.3 | 12.9 | 8.6 | 6.2 |
要求范围(%) | 100.0 | 90-100 | 68-85 | 38-68 | 24-50 | 15-38 | 10-28 | 7-20 | 5-15 | 4-8 |
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法,确定AC-13沥青混合料中重交通道路石油沥青AH-70的质量百分数为4.7%(沥青质量占沥青混合料总质量百分比);矿粉的质量百分比为6.2%(矿粉质量占沥青混合料总质量百分比)。
由以上可知,在沥青胶浆中矿粉的质量百分比为56.9%、沥青的质量百分比为43.1%,沥青胶浆占沥青混合料的质量百分比为10.9%,粗集料与细集料合计占沥青混合料的质量百分比为89.1%。
结合附图1,制备上述基于沥青胶浆的沥青混合料,按如下步骤:
(1)强制搅拌状态下,将加热至180℃的矿粉和160℃的韩国进口“双龙”AH-70重交通道路石油沥青依次加入到拌和机中,搅拌10s,制备成沥青胶浆。其中,矿粉占沥青胶浆的质量百分比为56.9%,沥青占沥青胶浆的质量百分比为43.1%。
(2)向步骤(1)所制备的沥青胶浆中投入加热至150℃的粗集料和细集料,强制搅拌10s,既得到成品沥青混合料。其中,粗集料、细集料合计占沥青混合料的质量百分比为89.1%。
按照传统方法制备上述重交通道路石油沥青混合料AC-13,步骤如下:
(1)将加热至170℃的粗集料、细集料加入拌和缸中干拌3s;
(2)然后向步骤(1)所得产物中喷入加热至150℃的AH-70重交通道路石油沥青继续搅拌10s;
(3)最后向步骤(2)所得产物中加入矿粉再搅拌20s即得到热拌沥青混合料AC-13。
将本发明所述方法和传统方法制备的重交通道路石油沥青混合料AC-13,分别在室内成型试件后进行高温性能(马歇尔稳定试验、动稳定试验)、低温性能(低温弯曲试验)、水稳定性(马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂试验)及疲劳寿命(四点弯曲小梁疲劳寿命试验)评价,检测结果见表4。
表4 重交通道路石油沥青混合料AC-13试验结果
备注:试验温度为15℃、目标应变为600με、加载频率为10HZ、试验终止条件为50%。
从以上试验结果可以看出,采用本发明所述方法制备的重交通道路石油沥青混合料AC-13,其高温性能、低温性能、水稳定性及疲劳寿命均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,且优于传统方法制备的沥青混合料,尤其是反应矿粉与沥青在混合料中分散效果的水稳定性指标,得到大幅提升。
实施例2
室内试验的实施例:制备SBS改性沥青混合料AC-13,沥青混合料技术指标按照我国江苏地区气候环境下的高速公路标准选择。
沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的SBS改性沥青(I-D),技术指标见表5:
表5 SBS改性沥青(I-D)检测结果
矿粉采用江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩矿粉,技术指标见表6:
表6 石灰岩矿粉检测结果
粗集料选择江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
细集料选择江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
拌和机采用无锡市石油仪器设备有限公司生产的自动混合料拌和机WSY-102。
对粗集料、细集料及矿粉进行级配组成计算,合成级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,结果见表7:
表7 AC-13沥青混合料合成级配
孔径(㎜) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
合成级配(%) | 100.0 | 93.7 | 73.9 | 52.4 | 34.1 | 23.0 | 16.5 | 12.3 | 7.9 | 4.6 |
要求范围(%) | 100.0 | 90-100 | 68-85 | 38-68 | 24-50 | 15-38 | 10-28 | 7-20 | 5-15 | 4-8 |
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法,确定AC-13沥青混合料中SBS改性沥青(I-D)的质量百分数为4.8%(沥青质量占沥青混合料总质量百分比);矿粉的质量百分比为4.6%(矿粉质量占沥青混合料总质量百分比)。
由以上可知,在沥青胶浆中矿粉的质量百分比为48.9%、沥青的质量百分比为51.1%,沥青胶浆占沥青混合料的质量百分比为9.8%,粗集料与细集料合计占沥青混合料的质量百分比为90.2%。
结合附图1,制备上述基于沥青胶浆的沥青混合料,按如下步骤:
(1)强制搅拌状态下,将加热至20℃的矿粉和170℃的SBS改性沥青(I-D)依次加入到拌和机中,搅拌80s,制备成沥青胶浆。其中,矿粉占沥青胶浆的质量百分比为48.9%,沥青占沥青胶浆的质量百分比为51.1%。
(2)向步骤(1)所制备的沥青胶浆中投入加热至190℃的粗集料和细集料,强制搅拌20s,既得到成品沥青混合料。其中,粗集料、细集料合计占沥青混合料的质量百分比为90.2%。
按照传统方法制备上述SBS改性沥青混合料AC-13,步骤如下:
(1)将加热至195℃的粗集料、细集料加入拌和缸中干拌5s;
(2)然后向步骤(1)所得产物中喷入加热至170℃的SBS改性沥青继续搅拌5s;
(3)最后向步骤(2)所得产物中加入矿粉再搅拌15s即得到热拌沥青混合料AC-13。
将本发明所述方法和传统方法制备的SBS改性沥青混合料AC-13,分别在室内成型试件后进行高温性能(马歇尔稳定试验、动稳定试验)、低温性能(低温弯曲试验)、水稳定性(马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂试验)及疲劳寿命(四点弯曲小梁疲劳寿命试验)评价,检测结果见表8。
表8 SBS改性沥青混合料AC-13试验结果
备注:试验温度为15℃、目标应变为600με、加载频率为10HZ、试验终止条件为50%。
从以上试验结果可以看出,采用本发明所述方法制备的SBS改性沥青混合料AC-13,其高温性能、低温性能、水稳定性及疲劳寿命均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求,且优于传统方法制备的沥青混合料,尤其是反应矿粉与沥青在混合料中分散效果的水稳定性指标,得到大幅提升。
实施例3
室内试验的实施例:制备橡胶沥青混合料SMA-13,沥青混合料技术指标按照我国江苏地区气候环境下的高速公路标准选择。
沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的橡胶沥青RV2,技术指标见表9:
表9 橡胶沥青RV2检测结果
矿粉采用江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩矿粉,技术指标见表10:
表10 石灰岩矿粉检测结果
粗集料选择江苏省金坛市薛堡镇石料厂生产的辉绿岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
细集料选择江苏省金坛市薛堡镇石料厂生产的辉绿岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
拌和机采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的振动式沥青混合料拌和机ZDL-20L。
对粗集料、细集料及矿粉进行级配组成计算,合成级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,结果见表11:
表11 SMA-13沥青混合料合成级配
孔径(㎜) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
合成级配(%) | 100.0 | 96.2 | 60.7 | 27.0 | 19.8 | 18.9 | 16.5 | 19.4 | 11.7 | 10.5 |
要求范围(%) | 100.0 | 90-100 | 50-75 | 20-34 | 15-26 | 14-24 | 12-20 | 10-16 | 9-15 | 8-12 |
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法,确定SMA-13沥青混合料中橡胶沥青RV2的质量百分数为6.0%(沥青质量占沥青混合料总质量百分比);矿粉的质量百分比为10.5%(矿粉质量占沥青混合料总质量百分比)。
由以上可知,在沥青胶浆中矿粉的质量百分比为63.6%、沥青的质量百分比为36.4%,沥青胶浆占沥青混合料的质量百分比为16.5%,粗集料与细集料合计占沥青混合料的质量百分比为83.5%。
结合附图1,制备上述基于沥青胶浆的沥青混合料,按如下步骤:
(1)强制搅拌状态下,将加热至80℃的矿粉和185℃的橡胶沥青RV2依次加入到拌和机中,搅拌200s,制备成沥青胶浆。其中,矿粉占沥青胶浆的质量百分比为63.6%,沥青占沥青胶浆的质量百分比为36.4%。
(2)向步骤(1)所制备的沥青胶浆中投入加热至220℃的粗集料和细集料,强制搅拌40s,既得到成品沥青混合料。其中,粗集料、细集料合计占沥青混合料的质量百分比为83.5%。
按照传统方法制备上述SAM-13改性沥青混合料,步骤如下:
(1)将加热至200℃的粗集料、细集料加入拌和缸中干拌4s;
(2)然后向步骤(1)所得产物中喷入加热至185℃的橡胶沥青RV2继续搅拌8s;
(3)最后向步骤(2)所得产物中加入矿粉再搅拌10s即得到热拌改性沥青混合料SMA-13
将本发明所述方法和传统方法制备的橡胶沥青混合料SMA-13,分别在室内成型试件后进行高温性能(马歇尔稳定试验、动稳定试验)、低温性能(低温弯曲试验)、水稳定性(马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂试验)及疲劳寿命(四点弯曲小梁疲劳寿命试验)评价,检测结果见表12。
表12 橡胶沥青混合料SMA-13试验结果
备注:试验温度为15℃、目标应变为600με、加载频率为10HZ、试验终止条件为50%。
从以上试验结果可以看出,采用本发明所述方法制备的橡胶沥青混合料SMA-13,其高温性能、低温性能、水稳定性及疲劳寿命均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求,且优于传统方法制备的沥青混合料,尤其是反应矿粉与沥青在混合料中分散效果的水稳定性指标,得到大幅提升。
实施例4
室内试验的实施例:制备复合改性沥青混合料OGFC-13,沥青混合料技术指标按照我国江苏地区气候环境下的高速公路标准选择。
沥青采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的复合改性沥青30S2,技术指标见表13:
表13 复合改性沥青30S2检测结果
矿粉采用江苏省溧阳市上沛石料厂生产的石灰岩矿粉,技术指标见表14:
表14 石灰岩矿粉检测结果
粗集料选择江苏省金坛市薛堡镇石料厂生产的玄武岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
细集料选择江苏省金坛市薛堡镇石料厂生产的玄武岩碎石,技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
拌和机采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的振动式沥青混合料拌和机ZDL-20L。
对粗集料、细集料及矿粉进行级配组成计算,合成级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,结果见表15:
表15 OGFC-13沥青混合料合成级配
孔径(㎜) | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
合成级配(%) | 100.0 | 90.3 | 51.8 | 14.5 | 12.3 | 9.5 | 7.9 | 6.1 | 5.6 | 3.1 |
要求范围(%) | 100.0 | 85-100 | 40-71 | 10-30 | 9-20 | 7-17 | 6-14 | 5-12 | 4-9 | 3-7 |
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法,确定OGFC-13沥青混合料中复合改性沥青70S3的质量百分数为3.0%(沥青质量占沥青混合料总质量百分比);矿粉的质量百分比为3.1%(矿粉质量占沥青混合料总质量百分比)。
由以上可知,在沥青胶浆中矿粉的质量百分比为50.8%、沥青的质量百分比为49.2%,沥青胶浆占沥青混合料的质量百分比为6.1%,粗集料与细集料合计占沥青混合料的质量百分比为93.9%。
结合附图1,制备上述基于沥青胶浆的沥青混合料,按如下步骤:
(1)强制搅拌状态下,将加热至30℃的矿粉和180℃的复合改性沥青70S3依次加入到拌和机中,搅拌10s,制备成沥青胶浆。其中,矿粉占沥青胶浆的质量百分比为50.8%,沥青占沥青胶浆的质量百分比为49.2%。
(2)向步骤(1)所制备的沥青胶浆中投入加热至190℃的粗集料和细集料,强制搅拌18s,既得到成品沥青混合料。其中,粗集料、细集料合计占沥青混合料的质量百分比为93.9%。
按照传统方法制备上述SAM-13改性沥青混合料,步骤如下:
(1)将加热至195℃的粗集料、细集料加入拌和缸中干拌3s;
(2)然后向步骤(1)所得产物中喷入加热至180℃的复合改性沥青70S3继续搅拌5s;
(3)最后向步骤(2)所得产物中加入矿粉再搅拌10s即得到热拌复合改性沥青混合料OGFC-13。
将本发明所述方法和传统方法制备的复合改性沥青OGFC-13,分别在室内成型试件后进行高温性能(马歇尔稳定试验、动稳定试验)、低温性能(低温弯曲试验)、水稳定性(马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂试验)及疲劳寿命(四点弯曲小梁疲劳寿命试验)评价,检测结果见表16。
表16 复合改性沥青混合料OGFC-13试验结果
备注:试验温度为15℃、目标应变为600με、加载频率为10HZ、试验终止条件为50%。
从以上试验结果可以看出,采用本发明所述方法制备的复合改性沥青混合料OGFC-13,其高温性能、低温性能、水稳定性及疲劳寿命均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求,且优于传统方法制备的沥青混合料。
Claims (3)
1.一种基于沥青胶浆的沥青混合料制备方法,其特征在于,按照先后顺序包含以下步骤:步骤一:强制搅拌状态下,将加热后的矿粉、沥青胶结料依次加入到拌和机中,搅拌时间为10s-200s,制备成沥青胶浆;步骤二:向步骤一所制备的沥青胶浆中投入加热后的粗集料和细集料,强制搅拌10s-40s,既得到成品沥青混合料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述拌和机为振动式拌和机、传统强制式拌和机。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述沥青胶结料为重交通道路石油沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青及复合改性沥青。
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