CN110922097A - 一种沥青路面修补材料及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沥青路面修补材料及施工方法。所公开的修补材料包括：集料、矿粉、可激发材料和乳化沥青；所述可激发材料为含有高介电损耗物质成分的矿料。所公开的施工方法包括：材料拌合制备施工用修补材料；将施工用修补材料浇筑于待修补沥青路面或待修补沥青路面的坑槽中；之后利用微波照射激发浇筑好的材料及新浇筑材料与旧路面的接触区域，至修补材料内部温度达到140℃以上；最后进行碾压修整。本发明的修补材料适合现场常温拌合、产生强度快，整体工艺耗时约10‑15分钟，同时新旧路面具有良好界面结构、且不渗水、耐久性能好。

Description

一种沥青路面修补材料及施工方法
技术领域
本发明涉及沥青路面修补技术，具体涉及一种沥青路面修补材料及沥青路面修补施工方法。
背景技术
目前，沥青路面的修补主要采用热拌和冷补两种修补沥青混合料。
热拌修补沥青混合料的加热拌合与运输需要专用设备，耗能大、施工要求高；施工时必须对修补界面进行干燥处理，不适用潮湿条件下的路面修补，而且在新旧沥青混合料结合处因存在较大温差，会出现弱薄弱粘结层，极易产生二次裂缝与破损；沥青混合料路面初期病害一般较小，而热拌沥青混合料一般须采用大型设备进行铺筑与压实，常见路面的小坑槽较难使用大型设备摊铺压实，必须将小的病害处使用大型铣刨设备将病害周围一定区域内的沥青混合料路面全部铣刨掉，再重新进行铺筑压实，这种方法虽能较好完成病害的处理，但一般不能及时解决处于初期阶段的病害，其修补效率也极低且会造成较大资源浪费，此外，扩大铣刨面积势必增加新旧混凝土结合长度，造成更多的热-冷或新-旧薄弱界面，从而加大了沥青混凝土路面后期破坏的可能。
冷补沥青混合料除压路机外虽不需要其他特殊的施工设备，可以有效缩短通车时间，但材料的长期耐久性不足，而且也不适于潮湿有水条件下的路面修补，只能用于应急使用。
此外，现有冷补和热拌修补技术在施工时均需压实以确保使用性能，但是，由于边角无法充分压实，在雨水的进入极易造成破损道面出现二次甚至于多次破坏。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之一是提供一种沥青路面修补材料。
为此，本发明所沥青路面修补材料包括：集料69-71质量份、矿粉9-11质量份、可激发材料19-21质量份、乳化沥青为5.0-5.2质量份；所述可激发材料为含有高介电损耗物质成分的矿料。
进一步，本发明所述高介电损耗物质成分为Fe2O3、Fe3O4、Al2O3和Cr2O3中的一种或两种以上。
具体方案中，本发明的集料选用具有合理级配的石灰岩集料；所述矿粉选用石灰岩磨细料；所述可激发材料选用铁矿渣、铝矿渣和铬矿渣中的一种或两种以上的混合料。
进一步，本发明的可激发材料为具有合理级配的矿渣集料。
进一步优选的，本发明的集料为13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm九种单粒径的集料配置而成，各粒径集料的质量比范围为5-7：30-34：20-22：4-5：0.5-1：0.5-1：2-4：1-2：1-3；所述矿粉选用表观相对密度大于等于2.50t/m3、含水量的质量百分比大于等于1％的石灰岩磨细料；所述可激发材料选用4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm四种单粒径的矿料配置而成，四种粒径矿料的质量比范围为14-16：3-5：1-2：2-4。
进一步，本发明的修补材料还包括3-4质量份的水。
同时，本发明还提供一种沥青路面修补施工方法。为此，本发明所提供的沥青路面修补施工方法包括：
将本发明的沥青路面修补材料与水拌合制备施工用修补材料；将所制备的施工用修补材料浇筑于待修补沥青路面或待修补沥青路面的坑槽中；利用微波照射激发浇筑好的材料及新浇筑材料与旧路面的接触区域，至修补材料内部温度达到140℃以上；对修补后的路面进行碾压修整。
优选的，本发明施工过程中微波照射时长5-10min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的修补材料可通过微波加热使可激发材料和修补材料中的水分等高介电损耗物质在微波磁场作用下产生大量分子运动，从而产生大量内部摩擦热，进而使修补材料在全深范围内温度均匀升高、乳化沥青破乳，内部水分汽化排除从而使所述修补材料快速产生强度。并且，本发明的修补材料可选用具有一定微空隙的矿渣作为可激发材料，有助于修补材料加热后中水蒸气的快速挥发。
本发明的可激发材料还具有优异的棱角型，可显著提高修补区域路面抗滑系数，增强行车安全性，
进一步，本发明的修补施工工艺还利用原沥青路面中集料和沥青中有微量高介电损耗物质，在加热修补材料同时对原路面亦有一定程度加热效果，使受激发区域内的原路面受热软化，新旧界面有效融合，在碾压成型后形成新旧路面具有良好界面结构、且不渗水、耐久性能好、与热拌沥青混合料相当。
本发明的修补材料适合现场常温拌合、产生强度快，整体工艺耗时约10-15分钟，并且无需动用大型拌合楼进行加热拌合，也无需使用保温卡车运输热料，仅需在现场使用小型搅拌机拌合即可，用多少拌多少，不存在浪费，可降低材料成本与材料浪费率。
附图说明
图1为对比例1和实施例1在同条件下激发5min后红外热成像图，
其中图中左半边圆为实施例1材料的热红外成像图，右半边圆为对比例1材料的热红外成像图；
图2为对比例5和实施例1在同条件下激发5min后红外热成像图，其中左半边圆为实施例1材料的红外热成像图，右半边圆为对比例5材料的热红外成像图；
图3为对比例6和实施例1在同条件下激发5min后红外热成像图，其中左半边圆为实施例1材料的红外热成像图，右半边圆为对比例6材料的热红外成像图。
具体实施方式
本发明的集料除了发挥常规集料的作用外，同时起到热传递和协助水分扩散的作用。具体示例中，所用集料选用具有一定级配要求的石灰岩集料，例如，由13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm九种单粒径的集料配置而成，其质量比范围为5-7：30-34：20-22：4-5：0.5-1：0.5-1：2-4：1-2：1-3；再此示例基础上，进一步的示例中，为更好的满足公路使用标准，其中13.2mm、9.5mm、4.75mm三档集料的压碎值、洛杉矶磨耗损失、相对密度、吸水性、坚固性、针片状、水绣面含量、软石含量指标须满足《公路沥青路面施工规范》中高速公路、一级公路表面层对粗集料的基本要求，其中2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm六档集料的原石、坚固性、表观密度指标须满足《公路沥青路面施工规范》中高速公路、一级公路对细集料的基本要求。
本发明修补材料中的可激发材料可在微波(如微波发生车)照射下被激发，产生热，同时发挥热传递、协助水分扩散以及部分集料等作用，其成分中需含有高介电损耗物质成分，如，Fe2O3、Fe3O4、Al2O3和Cr2O3中的一种或两种以上，具体如，铁矿渣、铝矿渣、铬矿渣等冶金废渣，该类材料中Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3或Al2O3等高介电损耗所占质量分数不低于15％。优选的方案中，本发明的可激发材料还需满足一定的级配要求，例如：由4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm四种单粒径的可激发矿料配置而成，其质量比为14-16：3-5：1-2：2-4。
本发明修补材料种的矿粉可选用石灰岩磨细料，优选表观相对密度不小于2.50t/m3,含水量不大于1％。除此之外，矿粉的其他指标须满足《公路沥青路面施工规范》中高速公路、一级公路表面层对矿粉的基本要求。本发明修补材料中的乳化沥青也需须满足《公路沥青路面施工规范》中对乳化沥青的基本要求。
实施例1：
该实施例的修补材料由矿料、乳液两部分组成，所述矿料由下述原材料按照以下质量份混和而成：集料70份、矿粉10份、可激发材料20份、乳化沥青5.0份；
其中：所述矿料选择满足技术要求的石灰岩矿料，其中13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm各档矿料质量比为5：33：21：4：0.5：0.5：2：2：2；
矿粉选择满足要求的石灰岩磨细矿粉；可激发矿料选用炼钢厂的废钢渣破碎而成，其中4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm各档可激发矿料质量比为14：3：1：2；
乳化沥青选用阳离子慢裂型乳化沥青，固含量63％。
施工过程为：
将修补材料与水3.5质量份比使用滚筒式搅拌机拌合时间宜控制在45秒；
然后将混合料人工浇筑于已清扫的沥青路面坑槽中，浇筑厚度宜为坑槽深度的1.1倍左右，并使用塑料抹子将混合料表面抹平；
使用微波设备照射修补坑槽及周边5cm的旧路面，激发8分钟，混合料内部温度达152℃以上。
最后使用2吨小型压路机碾压5遍，使坑槽内修补材料表面与旧路面平齐。
完成修补后，进行相关性能测试，完成修补后，进行相关性能测试，其中修补材料压实度、修补料劈裂强度依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中相关规定进行测试；测试项目中温度测试均使用数显接触式温度计测试，测温范围-50-500℃，精度±0.5℃，每点位测试3次取平均值；界面拉拔强度测试采用UTM-100万能试验机测试，测试范围：0～100kN，加载速度50mm/min，将界面钻芯试件加工成直径50mm、高度50mm试件，粘结界面处于试件中部且垂直于受力方向，平行测试2组取平均值；界面粘结状态通过外观观测确定。
测试结果表明：8min时混合料(修补材料)内部温度最高可达170℃，沥青路面新-旧界面温度达168℃，原路面受激发区域温度亦有一定升高，温度变化梯度较小，碾压成型后新-旧界面痕迹模糊，表面构造良好。
1d后钻心取样，压实性能良好，压实度达98％以上，具体测试结果如表1所示。
表1实施例1沥青路面修补材料修补路面测试结果
Figure BDA0002265556100000071
实施例2：
与实施例1不同的是，该实施例中的可激发材料为铝厂的废弃铝矿渣，且各组分的质量配比为：集料69份、矿粉11份、可激发材料21份、乳化沥青5.1份；拌和时用水3质量份。
实施例3：
与实施例1不同的是，该实施例中的可激发材料为废弃的铬矿渣，且各组分的质量配比为：集料71份、矿粉9份、可激发材料19份、乳化沥青5.2份；拌和时用水4质量份。
对比例1：
基于实施例1内容，将可激发矿料替换为相同量及相同级配的普通石灰岩石料，其它材料及激发条件不变。
结果表明：激发8min,修补材料中乳化沥青尚未破乳，有大量水分存在，修补材料未能形成强度，具体测试结果如表2；
将对比例1和实施例1在同条件下激发5min,其红外热成像图如附图1所示。
表2对比例1测试结果
Figure BDA0002265556100000081
对比例2：
基于实施例1内容，不使用微波照射提升修补路面强度，按照传统自然破乳及碾压破乳方法进行强度提升，其它条件不变。
结果表明：修补材料中乳化沥青在施工完8h后逐渐破乳，修补材料中有大量水分存在，修补材料未能形成强度；之后使用2吨小型压路机碾压5遍，使坑槽内修补材料表面与旧路面平齐，表面有水珠渗出，3d后钻性取样，混合料内部依然有少量水分存在，且松散，界面未能有效粘结在一起，具体测试结果如表3：
表3对比例2测试结果
Figure BDA0002265556100000082
Figure BDA0002265556100000091
对比例3：
基于传统热拌修补沥青混合料修补实施例1同样坑槽，由于坑槽较小，选用典型AC-13沥青混合料作为修补材料，人工摊铺混合料，使用2吨小型压路机碾压5遍，使坑槽内修补材料表面与旧路面平齐。完成修补后，进行相关性能测试。
结果表明：该种修补方法原材料运输保温要求高，材料浪费大，且修补后界面处混合料温度明显降低，形成明显结构缝隙，整体压实度明显不足，具体测试结果如表4所示。
表4对比例3测试结果
Figure BDA0002265556100000092
对比例4：
基于传统冷补沥青混合料修补实施例1相同坑槽，选用人工摊铺混合料，使用2吨小型压路机碾压5遍，使坑槽内修补材料表面与旧路面平齐。完成修补后，进行相关性能测试。
测试结果：本修补方法，无需高温拌和，使用常温储存冷补料现场修补即可，修补工艺简单，混合料温度对压实度影响小，可常温压实，压实度较好，但新旧界面存在明显间隙，界面粘结性能较差，具体测试结果如表5所示。
表5对比例4测试结果
Figure BDA0002265556100000101
对比例5：
基于实施例1内容，用9.5mm档可激发材料替换20份9.5mm档石灰岩矿料，为使矿料级配与实施例一致，石灰岩矿料中13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm各档质量比为5：33：21：0：0：0：2：2：2。
其它材料及激发条件实施例1一致。
完成修补后，进行相关性能测试，测试结果表明：激发后随温度升高修补材料水分迅速蒸发、乳化沥青加速破乳，约在8min时修补区域温度低于实施例1，修补性能不及实施例1，具体测试结果如表6所示。
将对比例5和实施例1在同条件下激发5min,其红外热成像图如附图2所示。
表6对比例5测试结果
Figure BDA0002265556100000111
对比例6：
基于实施例1内容，用磨细可激发材料料替换全部10份矿粉，为使矿料级配与实施例一致，石灰岩矿料中13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm各档质量比为5：13：35：6：1.5：2.5：2：2：2。
其它材料及激发条件实施例1一致。
完成修补后，进行相关性能测试，测试结果表明：激发后随温度升高修补材料水分迅速蒸发、乳化沥青加速破乳，约在8min时修补区域温度分布不均匀，修补区域温度极差约30℃，修补性能不及实施例1，具体测试结果如表6所示。
将对比例6和实施例1在同条件下激发5min,其红外热成像图如附图3所示。
表6对比例6测试结果
Figure BDA0002265556100000112
Figure BDA0002265556100000121

Claims (9)

1.一种沥青路面修补材料，其特征在于，包括：集料69-71质量份、矿粉9-11质量份、可激发材料19-21质量份、乳化沥青为5.0-5.2质量份；所述可激发材料为含有高介电损耗物质成分的矿料。
2.权利要求1所述的沥青路面修补材料，其特征在于，所述高介电损耗物质成分为Fe2O3、Fe3O4、Al2O3和Cr2O3中的一种或两种以上。
3.权利要求1所述的沥青路面修补材料，其特征在于，所述集料选用具有合理级配的石灰岩集料；所述矿粉选用石灰岩磨细料；所述可激发材料选用铁矿渣、铝矿渣和铬矿渣中的一种或两种以上的混合料。
4.权利要求1所述的沥青路面修补材料，其特征在于，所述可激发材料为具有合理级配的矿渣集料。
5.权利要求1、2、3或4所述的沥青路面修补材料，其特征在于，所述集料为13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm九种单粒径的集料配置而成，各粒径集料的质量比范围为5-7：30-34：20-22：4-5：0.5-1：0.5-1：2-4：1-2：1-3；
所述矿粉选用表观相对密度大于等于2.50t/m3、含水量的质量百分比大于等于1％的石灰岩磨细料；
所述可激发材料选用4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm四种单粒径的矿料配置而成，四种粒径矿料的质量比范围为14-16：3-5：1-2：2-4。
6.权利要求1、2、3或4所述的沥青路面修补材料，其特征在于，还包括3-4质量份的水。
7.一种沥青路面修补施工方法，其特征在于，方法包括：
将权利要求1、2、3或4所述的沥青路面修补材料与水拌合制备施工用修补材料；
将所制备的施工用修补材料浇筑于待修补沥青路面或待修补沥青路面的坑槽中；
利用微波照射激发浇筑好的材料及新浇筑材料与旧路面的接触区域，至修补材料内部温度达到140℃以上；
对修补后的路面进行碾压修整。
8.权利要求7所述的沥青路面修补施工方法，其特征在于，拌和用水量为3-4质量份的水。
9.权利要求7所述的沥青路面修补施工方法，其特征在于，微波照射时长5-10min。
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