CN110924302A - 一种基于改良粗集料石子界面的sma改性沥青混凝土桥面铺装 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，借鉴毛栗子形状，针对酸性花岗岩石子与酸性沥青粘接结差的问题，采用包裹聚合物砂浆和表面喷射微细纤维的方法，改良酸性花岗岩石子成为碱性界面，形成裹浆长毛的粗集料石子，改良后的粗集料石子与沥青玛蹄脂的粘附性大幅度提高；在沥青玛蹄脂中掺入石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物改性剂，形成空间网络结构，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织。采用裹浆长毛的改良粗集料石子和石墨烯碳纤维改性沥青玛蹄脂混合料的SMA沥青混凝土钢桥面铺装，大幅度钢桥面SMA铺装的强度、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力等性能。

Description

一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面 铺装

技术领域

本发明涉及路面工程领域，涉及一种沥青混凝土铺装，尤其涉及一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装。

背景技术

钢桥面的沥青混凝土铺装一直是行业性难题，钢箱梁是大型薄壁空间结构，在荷载作用下，钢箱梁会发生伸长、缩短、弯曲、扭转等变形，桥面铺装要求具有追随钢箱梁一起协同变形的能力；另一方面，桥面铺装直接承受车轮荷载碾压，需要抵抗车轮荷载产生的局部变形，还要保持外观平整，便于行车。这种互相矛盾的需求就决定了钢桥面铺装工程技术的复杂性。

钢桥面沥青混凝土铺装设计应该满足以下要求：足够的强度与刚度及良好的变形追从性、高温稳定性、低温抗裂性、抗车辙能力、抗滑能力、良好的疲劳抗裂性能、抗水损害能力、与桥面板良好的粘结性能、防水性能和各层铺装材料之间需要具有可靠的粘结性能。

对于钢桥面沥青混凝土铺装苛刻的要求，较好的解决方法就是采用双层沥青混凝土铺装方案。沥青混凝土铺装面层的着重点是应该足够的强度与刚度、抗车辙能力、抗滑能力、良好的疲劳抗裂性能、抗水损害能力和高温稳定性和低温抗裂性；下层的着重点是良好的变形追从性、防水性能和高温稳定性。

目前，钢桥面铺装通常采用SMA沥青混凝土面层和GA浇筑式沥青混凝土下层的双层铺装方案，SMA+GA双层沥青混凝土铺装协同工作，优势互补，使用效果较好，应用广泛。

SMA沥青混凝土的结构组成特点可概括为“三多一少，5mm以上的粗集料比例高达70％～80％，细集料少，矿粉的用量达7％～13％，沥青用量较多，有的甚至高达6.5％～7％，使用纤维作为稳定剂。

自然界的石灰石等碱性骨料通常强度太低，石灰石等碱性粗骨料不适合作为沥青混凝土的粗骨料。自然界的花岗岩、石英石等酸性骨料通常强度较高，但是花岗等酸性粗骨料与酸性沥青两者粘附性较差，花岗岩等酸性粗骨料也不适合直接作为沥青混凝土的粗骨料。玄武岩等酸碱度中性的骨料强度适中，中性骨料与酸性沥青两者粘附性尚可，玄武岩骨料通常作为沥青混凝土的粗集料。

但是，玄武岩等中性石料只有少数地区才有，大多数项目不得不使用酸性花岗岩粗集料替代玄武岩等中性粗集料，并采取掺入沥青中抗剥落剂和消石灰措施，改善花岗粗集料岩石子与酸性沥青的粘附性，效果不理想。

酸性花岗岩粗集料与沥青的粘附界面薄弱的区域，两者界面不友好，会导致粘附性较差，在水动力作用和超载车辆反复作用，导致沥青膜与粗集料表面剥离，两者界面产生微裂缝，关于酸性的花岗岩粗集料石子用于SMA沥青混凝土的研究是亟需解决的事情。

本申请针对酸性粗集料石子与酸性沥青粘结力差的问题，采用聚合物砂浆界面剂和微细合成纤维对粗集料石子界面进行改良处理，形成一种外裹微细纤维聚合物砂浆薄层的石子骨料，将粗集料石子改良为“裹浆长毛石子”，可改善粗集料石子与沥青的界面亲和性，提高沥青和粗集料石子的粘附性，从而改善AMS沥青混凝土混合料的工作性能。

本申请针对现有的SMA沥青混凝土铺装的沥青玛蹄脂的耐久性和低温时韧性不足等问题，在传统的SBS沥青玛蹄脂中增加了石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物改性剂，形成空间网络结构，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织，提高沥青玛蹄脂的材料性能，可有效地改善了沥青玛蹄脂的工作性能。

通过改良粗集料石子界面技术，大幅度的改善了酸性花岗岩粗集料与酸性沥青的粘结能力，也提高了SMA沥青混凝土的抗水损害能力；通过改性沥青玛蹄脂技术处理，提高了SMA改性沥青混凝土铺装的低温时韧性，新型的钢桥面SMA沥青混凝土铺装具有优良的工作性能，改性SMA沥青混凝土其材料强度、高温稳定性、低温抗裂性、防水性能、抗车辙能力、抗水损害能力和追从性均有大幅度的改善，延长SMA沥青混凝土铺装使用寿命。

发明内容

发明目的：针对酸性花岗岩粗集料石子与酸性沥青粘结力差的问题，粗集料石子外裹微细纤维聚合物砂浆薄层，可改善粗集料石子与沥青的界面亲和性，提高了SMA沥青混凝土的抗水损害能力；传统的SBS沥青玛蹄脂中增加了聚合物改性剂、石墨烯海绵和碳纤维丝等，形成空间网络结构，改善SMA改性沥青混凝土铺装的工作性能。

技术方案：本发明的一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，包括改良粗集料石子和改性沥青玛蹄脂，所述的改良粗集料石子是由粗集料石子内核、聚合物水泥砂浆外裹层和胶粘微细纤维毛层组成，聚合物水泥砂浆外裹层包裹粗集料石子内核，胶粘微细纤维毛层胶粘锚固在聚合物水泥砂浆外裹层之上，形成改良粗集料石子；所述的改性沥青玛蹄脂在SBS改性沥青、少量的细集料、矿粉、纤维稳定剂、抗氧化剂和抗剥离剂构成混合物的基础上，再掺入石墨烯海绵、碳纤维丝、聚合物改性剂和橡胶改性剂，混合形成改性沥青玛蹄脂，加热改性沥青玛蹄脂之后，投料改良粗集料石子，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子和改性沥青玛蹄脂的SMA沥青混凝土混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层。

优选地，改良粗集料石子的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将粗集料石子内核洗净烘干，采用喷洒和浸渍聚合物乳液的方法，粗集料石子内核的表面形成薄薄的一层聚合物乳液包裹层，采用喷射丙烯纤维微细纤维的方法，包裹聚合物乳液薄层的粗集料石子内核的表面形成胶粘微细纤维毛；

第二步：聚合物水泥砂浆外裹层由水性高分子聚合物胶乳、普通硅酸盐水泥、石英砂和硅粉为主要成分，并加入多种改性助剂配制而成，首先制备干预拌砂浆，其重量配合比为：水泥15-25％、聚合物乳液8-12％、石英砂40-60％、硅粉5-10％、碳纳米管气凝胶颗粒0.5-1％、石墨烯0.05-0.1％，聚羧酸高效减水剂0.5-1％、促凝剂0.03-0.12％等搅拌均匀，然后将干预拌砂浆10kg与水4～7kg放入容器中，再次使用电动搅拌器充分搅拌均匀，形成聚合物水泥砂浆；

第三步：将表面包裹聚合物乳液薄层已形成胶粘微细纤维毛层的粗集料石子内核(11)投入到聚合物水泥砂浆之中，搅拌均匀，在聚合物水泥砂浆初凝前，取出粗集料石子内核，粗集料石子内核的表面形成聚合物水泥砂浆外裹层和胶粘微细纤维毛层，裹浆层厚度宜为0.5～1.0mm；

第四步：为了提高裹胶纤维改良石子骨料产品的生产速度，为了加快砂浆界面剂的凝固速度，宜采用蒸压养护措施，快速形成改良粗集料石子成品，仓库储存。

优选地，一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的制备方法，包括以下步骤：

第一步：调配改性沥青，按照重量配合比为：基质沥青100份；SBS改性剂6～8份；丁苯橡胶粉4～6份，EVA聚合物改性剂3～5份；碳纤维丝4～6份；石墨烯海绵颗粒1～2份；

第二步：调配改性沥青玛蹄脂，按照重量配合比为：改性沥青100份；矿粉110～160份；纤维稳定剂为5～10份；抗剥落剂2～4份；抗氧剂1～2份；蓖麻油：1～2份；

第三步：进行SMA沥青混凝土备料，按照重量配合比为：改良粗集料石子用量70～80％；改性沥青玛蹄脂用量是20～30％；

第四步：加热改性沥青玛蹄脂后，投料改良粗集料石子，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子和改性沥青玛蹄脂混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，而形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层。

由于钢桥面表面粗造度相对较小和钢桥面板的刚度较低，在车辆超载和极端气温的恶劣使用条件下，沥青混凝土铺装与钢桥面板之间容易出现疲劳粘接破坏，导致沥青混凝土桥面铺装出现裂缝，桥面铺装破损影响交通，引起桥面渗水锈蚀钢板，影响结构耐久性。

SMA沥青混凝土具有较好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力和耐久性，可以基本胜任钢桥面沥青混凝土铺装面层。

GA浇注式沥青混凝土是一种具有流淌特性的物质，因为其细集料和沥青含量大，因此拌制而成的混合料具有几乎为零的空隙率，这对钢桥面板具有极佳的防水保护功能，因为其沥青含量高，混合料变形能力强，其优异的钢板变形追随性也越来越多的被大跨径钢桥桥面铺装得以青睐，GA浇注式沥青混凝土作为铺装下层是非常合理的。

SMA沥青混凝土混合料是由沥青、矿粉、纤维稳定剂及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料，SMA是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂两大部分组成的，SMA沥青混凝土具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力和耐久性，被广泛应用在新建桥梁的铺装面层。

自然界中，石灰石等碱性骨料与沥青粘附性优良，但是，石灰石等碱性骨料通常强度太低，石灰石等碱性粗骨料不适合作为沥青混凝土的粗骨料。

自然界中，玄武岩等中性骨料与沥青粘附性尚可，玄武岩等中性骨料的强度和耐磨性尚可，因此，SMA沥青混凝土面层的粗集料石子通常采用玄武岩等中性骨料，并且采取掺入沥青中抗剥落剂和消石灰措施，改善玄武岩等中性骨料与沥青粘附性。

自然界中，花岗岩、石英石等酸性骨料的强度和耐磨性优良，但是花岗岩等酸性骨料与沥青粘附性很差，酸性沥青与花岗岩等酸性骨料粗集料石子界面出现剥离剥落，因此，坚硬的花岗岩酸性骨料是不可以直接作为SMA沥青混凝土的粗集料石子。

目前，为了提高花岗岩酸性粗集料与沥青的粘附性，通常沥青混合料中掺入抗剥落剂和消石灰，主要目的是利用其增加混合料中的碱性来抵消石子骨料的酸性，以便提高沥青混凝土的强度和水稳性，但是，实际的改善效果并不太理想。

采用包裹微细纤维聚合物砂浆改良酸性花岗岩粗集料石子，进行酸性花岗岩粗集料石子骨料界面改良处理，让花岗岩粗集料石子骨料穿上“聚合物砂浆外衣”和长出“丙烯纤维毛发”，改良后的花岗岩粗集料石子骨料与沥青有更好的粘结强度及界面亲和性，提高沥青和粗集料石子的粘附性，从而改善SMA沥青混凝土铺装面层的工作性能。

沥青玛蹄脂是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成混合物，沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的SMA沥青混凝土混合料，与传统的AC沥青混凝土相比，SMA沥青混凝土的使用寿命增加40％左右。

SBS沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。添加纤维稳定剂，使沥青结合料保持高粘度，其摊铺和压实效果较好。间断级配在表面形成大孔隙，构造深度大，抗滑性能好。同时混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混合料的路面性能。

为了进一步提高SMA沥青混凝土的耐久性，在SBS沥青玛蹄脂中，掺入丁苯橡胶粉、EVA聚合物改性剂、抗氧剂、石墨烯海绵颗粒和碳纤维丝等，形成改性沥青玛蹄脂。掺入丁苯橡胶粉和EVA乳液对提高基础沥青的低温抗裂性和韧性有明显效果，掺入抗氧剂对提高基础沥青的抗老化性有明显效果，掺入石墨烯海绵颗粒和碳纤维丝改性沥青路，形成空间网络结构，具有优越的高温稳定性、低温抗裂性、摩擦系数高、噪音降低、路面温度低等优势，提高了SBS沥青玛蹄脂低温时韧性。

大跨径桥梁的钢桥面沥青混凝土铺装的粘结防水层要求很高：具有良好的不透水性能；与钢桥面和沥青面层具有足够的粘结力；碾压后的无破损性；良好的耐高、低温性能；不低于面层设计寿命的耐久性；施工工艺简单、方便、快捷。

现有的水性环氧乳化沥青防水层属于刚性粘结防水层，其软化点过高，防水层固化后表面光滑而且缺少剩余化学键力，水性环氧乳胶沥青防水层与沥青混凝土铺装层之间粘附性很差，导致沥青混凝土铺装层滑移。

SBS改性乳化沥青粘结防水层是以SBS共聚热塑性弹性体作改性剂，并加入多种橡胶，合成树脂、表面活性剂，乳化剂、防霉剂等多种辅助材料，经专用设备精制而成的一种高弹性优质防水涂料。具有较好的拉伸强度、表面摩擦系数大和低温抗裂性强等特性，但是，SBS改性乳化沥青粘结防水层与钢桥面的初始粘结力不够强，其软化点偏低，高温稳定性改善不理想，并且SBS改性乳化沥青在施工中容易产生空鼓起包。

针对钢桥面沥青混凝土铺装的粘结防水层高要求，本申请将乳化沥青、丙烯酸脂共聚乳液、水性环氧、SBS改性剂、氯丁橡胶等按照一定的配合比，调制出一种刚柔适中的粘结防水层，具有优良的粘结强度高、软化点适中、低温抗裂性强、高温稳定性好、追从性好和施工方便等特性，适合作为钢桥面沥青混凝土铺装的粘结防水层。

本发明提供一种基于改良石子界面和石墨烯碳纤维改性沥青的SMA桥面铺装，酸性花岗岩石子包裹微细纤维聚合物砂浆，改良酸性花岗岩石子成为碱性界面，形成裹浆长毛的粗集料石子，改良后的粗集料石子与沥青玛蹄脂的粘附性大幅度提高；在沥青玛蹄脂中掺入石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物粘胶改性剂，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物粘胶改性剂则相当于结缔组织，可改善沥青玛蹄脂的空间网络结构，提高沥青玛蹄脂的材料性能。采用裹浆长毛的改良粗集料石子和石墨烯碳纤维改性沥青玛蹄脂两者混合料，摊铺SMA沥青混凝土钢桥面铺装，可大幅度钢桥面SMA铺装的强度、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力等性能，新型的使用SMA沥青混凝土钢桥面铺装面层使用寿命可以达到30年。

有益效果：本发明的一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，具有以下有益效果：

现有的SMA沥青混凝土钢桥面铺装或多或少存在问题，近年国内外建成通车的大跨度钢桥，大多都存在SMA沥青混凝土钢桥面铺装寿命短或病害多等问题。

SMA沥青混凝土的结构组成特点可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。具体讲：SMA沥青混合料5mm以上的粗集料比例高达70％～80％，矿粉的用量达7％～13％，沥青用量较多，有的甚至高达6.5％～7％，使用纤维作为稳定剂。

SMA沥青混凝土虽然具有许多优点，但是，SMA沥青混凝土也存在着酸性花岗岩粗集料与酸性沥青粘结力很差和SBS沥青玛蹄脂低温时韧性不足二大问题，亟需改进SMA沥青混凝土的工作性能，以便延长SMA沥青混凝土的使用寿命。

从SMA的成型机理可以知道，SMA之所以具有良好的抗滑性，抗车辙能力和高温稳定性，是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，粗集料必须使用坚韧的、粗糙的、有棱角的优质石料，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。

粗集料石子的酸碱性对SMA沥青混凝土面层的工作性能是影响很大的，酸性沥青与酸性粗集料石子粘附性很差，由于水损害和超载车辆反复重压作用，酸性沥青与酸性粗集料石子界面出现剥离剥落，沥青与粗集料石子的粘附性出现破坏，导致SMA沥青混凝土面层破坏，影响交通运用。

目前，我国的SMA沥青混凝土大多采用玄武岩等中性石料作为粗集料，而这种石料只有少数地区才有，不得不使用酸性花岗岩粗集料替代玄武岩等中性粗集料，酸性花岗岩粗集料与酸性沥青的化学键粘结力很差，严重影响了SMA沥青混凝土使用性能，亟需一种将酸性花岗岩粗集料石子改良为碱性界面粗集料石子的技术措施。

丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液水泥砂浆的简称，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，具有良好的塑性延伸性、耐候性，耐久性，防水抗渗性，密实性和极高粘接力，丙乳砂浆寿命长，施工方便，长期浸泡在水里寿命在50年以上。

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维，聚丙烯材料的优点是强度较高，比重比一般聚合物低，完全不吸水，为中性材料，与酸碱不起作用，而且经济性好，这些特点使它特别适用于掺加在混凝土中。

本发明采用聚丙烯纤维丙乳砂浆包裹酸性花岗岩粗集料石子，进行酸性花岗岩粗集料石子骨料界面改良处理，让花岗岩粗集料石子骨料穿上“聚合物砂浆外衣”和长出“聚丙烯纤维毛发”，改良后的花岗岩粗集料石子骨料与沥青有更好的粘结强度及界面亲和性，提高改性沥青和酸性粗集料石子的粘附性，从而改善SMA沥青混凝土铺装面层的工作性能。

酸性花岗岩粗集料石子外裹聚丙烯纤维丙乳砂浆，形成“裹浆长毛石子”粗集料石子，改良粗集料石子的表层界面成为砂浆碱性界面，就可以与酸性沥青良好的化学键牢固连接，外裹聚丙烯纤维丙乳砂浆的改良酸性粗集料和酸性沥青两者可具有良好的粘聚力，提高了沥青混凝土的水稳性。

“裹浆长毛石子”的物理粗集料表面是凹凸不平的砂浆多孔粗糙的覆盖层，有利于沥青在粗集料表面微孔吸附，加强沥青与粗集料的物理粘结强度。

聚丙烯纤维丙乳砂浆与酸性石子骨料胶粘牢固，聚丙烯纤维的一端锚固生根在丙乳砂浆裹层内，“长毛石子”的聚丙烯纤维另外一端锚固于沥青混合料之中，改善了粗集料石子骨料和沥青的界面粘结强度，加强了沥青混凝土的强度。

丙乳砂浆外裹层由丙烯酸脂共聚乳液、水泥、活性粉末、减水剂等材料组成，其中的水泥和活性粉末既是胶凝材料又是填充料，丙烯酸脂共聚乳液可以粘结多余的水泥和活性粉颗粒。当沥青混凝土铺装渗水到达粗集料界面时，多余的没有水化反应的水泥颗粒与界面水份产生水化反应，生成胶凝材料保护膜；活性粉末中包含微硅粉、磨细矿渣和粉煤灰，可与界面软弱的Ca(OH)₂晶体产生火山灰反应，二次化学反应生成硬性胶凝材料保护膜。

改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等改性剂，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料，改性处理可以提高沥青的高温稳定性、低稳抗裂性和抗老化等等。

沥青玛蹄脂是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青混合料。具有高含量粗集料、高含量矿粉、较大沥青用量、低含量中间粒径颗粒的组成特点，现有的SMA沥青混凝土铺装通常采用SBS沥青玛蹄脂，其存在低温时韧性不足和耐久性不足等问题。

本发明在传统的SBS沥青玛蹄脂中增加了石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物改性剂，形成空间网络结构，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织，可大幅度地改善了SBS沥青玛蹄脂的工作性能。

石墨烯海绵具有轻质高强、超弹性，大比表面积、超高孔隙率、超强吸附能力、亲油防水性、优异的导电性和优异的导热性等一系列优良性能，由于石墨烯海绵具有轻质高强和超弹性特行，SBS沥青玛蹄脂中增加了石墨烯海绵和碳纤维丝，形成空间网络结构，可以提高改性沥青的强度，提高其低温抗裂性和低温韧性；由于石墨烯海绵的优异导电性和导热性，降低了路面温度，提高了改性沥青的高温稳定性；由于石墨烯海绵的大比表面积、超高孔隙率、超强吸附能力、亲油防水性，降低了路面泛油现象，提高了改性沥青的抗老化能力和耐久性，石墨烯海绵改性沥青提高沥青玛蹄脂的材料性能。

目前，我国桥面铺装包括环氧沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土和SMA沥青混凝土三种结构，钢桥面铺装主要采用双层环氧沥青混凝土和SMA沥青混凝土面层+浇筑式沥青混凝土下层二种结构形式。

环氧沥青混凝土性能虽然优异，但是其材料特性受施工环境和施工外界条件的影响比较大，从目前已建环氧沥青混凝土钢桥面铺装使用状况来看，有不少工程通车后不久就出现了裂缝、鼓包以及开裂等等病害。

与环氧沥青混凝土桥面铺装相比，经过改良粗集料石子和改性沥青玛蹄脂技术处理之后，新型SMA改性沥青混凝土其工作性能基本上与环氧沥青混凝土不相上下。本发明的基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的具有优良的工作性能，新型SMA改性沥青混凝土改良粗集料石子界面，可以保证粗集料石子与改性沥青的粘附性，从而保证了SMA改性沥青混凝土的强度和抗水害性；新型SMA改性沥青混凝土采用石墨烯碳纤维改性了沥青玛蹄脂，可以保证高温稳定性、低温抗裂性、耐久性和韧性；同时，新型SMA改性沥青混凝土任然是保持了优良的抗滑性和优良的抗车辙能力的主要特色。

与环氧沥青混凝土桥面铺装相比，环氧沥青混凝土具有价格昂贵，施工时间控制要求高，雨天不能施工和施工设备复杂等缺点，新型SMA改性沥青混凝土具有抗滑性好、抗车辙能力强，性价比高，经济性好、施工方便和施工设备简单等明显优点。

依据毛板栗子的结构形态，本发明采用裹浆长毛技术措施改良粗集料石子，利用石墨烯海绵和碳纤维材料的优异特性，采用石墨烯海绵碳纤维材料改性沥青玛蹄脂，进行SMA沥青混凝土钢桥面铺装技术改进处理，可大幅度钢桥面SMA铺装的强度、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力等性能，新型的使用SMA沥青混凝土钢桥面铺装面层使用寿命可以达到30年。

附图说明

图1是基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的示意图；

图2是裹浆长毛石子的示意图；

图3是一种改性SMA面层和GA下层的双层沥青混凝土钢桥面铺装的示意图。

图中，改良粗集料石子1；粗集料石子内核11；聚合物水泥砂浆外裹层12；胶粘微细纤维毛层13；改性沥青玛蹄脂2；SMA改性沥青混凝土铺装面层3；粘层4；GA浇筑式沥青混凝土铺装下层5；防水粘结层6；钢桥面板7；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

本发明的一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，包括改良粗集料石子1和改性沥青玛蹄脂2，所述的改良粗集料石子1是由粗集料石子内核11、聚合物水泥砂浆外裹层12和胶粘微细纤维毛层13组成，聚合物水泥砂浆外裹层12包裹粗集料石子内核11，胶粘微细纤维毛层13胶粘锚固在聚合物水泥砂浆外裹层12之上，形成改良粗集料石子1；所述的改性沥青玛蹄脂2在SBS改性沥青、少量的细集料、矿粉、纤维稳定剂、抗氧化剂和抗剥离剂构成混合物的基础上，再掺入石墨烯海绵、碳纤维丝、聚合物改性剂和橡胶改性剂，混合形成改性沥青玛蹄脂2，加热改性沥青玛蹄脂2之后，投料改良粗集料石子1，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子1和改性沥青玛蹄脂2的SMA沥青混凝土混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层3。

实施例2

一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的改良粗集料石子1的制备方法包括以下步骤：

第一步：将粗集料石子内核11洗净烘干，采用喷洒和浸渍聚合物乳液的方法，粗集料石子内核11的表面形成薄薄的一层聚合物乳液包裹层；

第二步：聚合物水泥砂浆外裹层12由水性高分子聚合物胶乳、普通硅酸盐水泥、石英砂和硅粉为主要成分，并加入多种改性助剂配制而成，首先制备干预拌砂浆，其重量配合比为：水泥15-25％、聚合物乳液8-12％、石英砂40-60％、硅粉5-10％、碳纳米管气凝胶颗粒0.5-1％、石墨烯0.05-0.1％，聚羧酸高效减水剂0.5-1％、促凝剂0.03-0.12％等搅拌均匀，然后将干预拌砂浆10kg与水4～7kg放入容器中，再次使用电动搅拌器充分搅拌均匀，形成聚合物水泥砂浆；

第三步：将包裹聚合物乳液薄层的粗集料石子内核11投入到聚合物水泥砂浆之中，搅拌均匀，在聚合物水泥砂浆初凝前，取出粗集料石子内核11，粗集料石子内核11的表面形成聚合物水泥砂浆外裹层12，裹浆层厚度宜为0.5～1.0mm，采用喷射微细纤维的方法，在聚合物水泥砂浆外裹层12的表面形成胶粘微细纤维毛层13；

第四步：为了提高裹胶纤维改良石子骨料产品的生产速度，为了加快砂浆界面剂的凝固速度，宜采用蒸压养护措施，快速形成改良粗集料石子1成品，仓库储存。

实施例3

一种基于改良相集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的制备方法包括以下步骤：

第一步：调配改性沥青，按照重量配合比为：基质沥青100份；SBS改性剂6～8份；丁苯橡胶粉4～6份，EVA聚合物改性剂3～5份；碳纤维丝4～6份；石墨烯海绵颗粒1～2份；

第二步：调配改性沥青玛蹄脂2，按照重量配合比为：改性沥青100份；矿粉110～160份；纤维稳定剂为5～10份；抗剥落剂2～4份；抗氧剂1～2份；蓖麻油：1～2份；

第三步：进行SMA沥青混凝土备料，按照重量配合比为：改良粗集料石子1用量70～80％；改性沥青玛蹄脂2用量是20～30％；

第四步：加热改性沥青玛蹄脂2后，投料改良粗集料石子1，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子1和改性沥青玛蹄脂2混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，而形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层3。

实施例4

某钢桥面采用双层沥青混凝土铺装，从下到上依次包括：钢桥面板7、防水粘结层6、40mm厚度GA浇筑式沥青混凝土铺装下层5、粘层4以及40mmm厚度SMA改性沥青混凝土铺装面层3，其施工方法包括以下步骤：

第一步：钢桥面在沥青混凝土铺装前，应对钢桥面进行喷砂除锈处理，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，为保证防水粘结层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100μm，在喷砂除锈后4小时以内，钢桥面喷涂环氧富锌漆，保护钢桥面防腐处理。

第二步：防水粘结层作为桥面铺装层的重要组成部分，对延长桥梁的使用寿命起到了关键性的作用，本桥防水粘结层的重量百分比的成分：环氧树脂固化剂水溶液5-15％、水性聚氨酯环氧树脂10-20％、丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液5-10％、乳化沥青35-45％、石英砂20-30％和石墨烯0.01-0.02％，可调制出一种刚柔适中的防水粘结层，具有粘结强度高、软化点适中、低温抗裂性强、高温稳定性好、追从性好和施工方便等特性。

第三步：GA浇注式沥青混凝土是一种具有流淌特性的物质，可以浇注成型的混合料，该混合料中含有较高油石比、较多的矿粉，高温搅拌熬制而成，属于悬浮密实结构型沥青混合料，因为其细集料和沥青含量大，因此拌制而成的混合料具有几乎为零的空隙率，这对钢桥面板具有极佳的防水保护功能，因为其沥青含量高，混合料变形能力强，其优异的钢板变形追随性也越来越多的被大跨径钢桥桥面铺装得以青睐，GA浇注式沥青混凝土作为铺装下层是非常合理的。

第四步：双层沥青路面的结构设计是以一个整体为基础进行计算的，所以粘层在路面施工中作用至关重要，如果不进行喷洒，沥青层与沥青层之间很难形成连续的整体，相邻两层出现滑动和推移，乳化沥青粘层油是喷洒在沥青路面面层之间，使上下面层有足够的粘结力，使二者粘结成牢固的整体。

第五步：本大桥工程SMA沥青混凝土中粗集料石子采用坚硬的酸性花岗岩粗集料石子，酸性沥青和酸性花岗岩石子粘接力较差，需对粗集料石子进行改良处理，改良粗集料石子1中裹浆聚合物乳液采用丙烯酸脂共聚乳液，微细纤维采用聚丙烯纤维。

改性沥青玛蹄脂2中增加了丁苯橡胶粉、EVA聚合物改性剂、石墨烯海绵、纳米管气凝胶、碳纤维丝、抗氧剂和抗剥落剂等，改善沥青玛蹄脂的工作性能。丁苯橡胶粉和EVA乳液对提高基础沥青的低温抗裂性和韧性有明显效果，抗氧剂对提高基础沥青的抗老化性有明显效果，抗剥落剂可以明显提高沥青和粗集料石子的粘接力，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织，可形成沥青玛蹄脂的空间网络结构，石墨烯碳纤维改性沥青路面具有优越的高温稳定性、低温抗裂性、摩擦系数高、噪音降低、路面温度低等优势。

在传统的SMA沥青混凝土混合料基础上，添加改性材料，形成改良粗集料石子1和改性沥青玛蹄脂2混合物，搅拌均匀，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，而形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层3，本发明的基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土铺装具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力和耐久性。

第六步：本大桥的钢桥面双层沥青混凝土铺装顺利完成，通车运营，多年使用后效果良好，预计使用寿命可达到30年。

Claims (3)

1.一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，包括改良粗集料石子(1)和改性沥青玛蹄脂(2)，其特征在于：所述的改良粗集料石子(1)是由粗集料石子内核(11)、聚合物水泥砂浆外裹层(12)和胶粘微细纤维毛层(13)组成，聚合物水泥砂浆外裹层(12)包裹粗集料石子内核(11)，胶粘微细纤维毛层(13)胶粘锚固在聚合物水泥砂浆外裹层(12)之上，形成改良粗集料石子(1)；所述的改性沥青玛蹄脂(2)在SBS改性沥青、少量的细集料、矿粉、纤维稳定剂、抗氧化剂和抗剥离剂构成混合物的基础上，再掺入石墨烯海绵、碳纤维丝、聚合物改性剂和橡胶改性剂，混合形成改性沥青玛蹄脂(2)，加热改性沥青玛蹄脂(2)之后，投料改良粗集料石子(1)，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子(1)和改性沥青玛蹄脂(2)的SMA沥青混凝土混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层(3)。

2.根据权利要求1所述一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，其特征在于：所述的改良粗集料石子(1)的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将粗集料石子内核(11)洗净烘干，采用喷洒和浸渍聚合物乳液的方法，粗集料石子内核(11)的表面形成薄薄的一层聚合物乳液包裹层，采用喷射丙烯纤维微细纤维的方法，包裹聚合物乳液薄层的粗集料石子内核(11)的表面形成胶粘微细纤维毛层(13)；

第二步：聚合物水泥砂浆外裹层(12)由水性高分子聚合物胶乳、普通硅酸盐水泥、石英砂和硅粉为主要成分，并加入多种改性助剂配制而成，首先制备干预拌砂浆，其重量配合比为：水泥15-25％、聚合物乳液8-12％、石英砂40-60％、硅粉5-10％、碳纳米管气凝胶颗粒0.5-1％、石墨烯0.05-0.1％，聚羧酸高效减水剂0.5-1％、促凝剂0.03-0.12％等搅拌均匀，然后将干预拌砂浆10kg与水4～7kg放入容器中，再次使用电动搅拌器充分搅拌均匀，形成聚合物水泥砂浆；

第三步：将表面包裹聚合物乳液薄层已形成胶粘微细纤维毛层(13)的粗集料石子内核(11)投入到聚合物水泥砂浆之中，搅拌均匀，在聚合物水泥砂浆初凝前，取出粗集料石子内核(11)，粗集料石子内核(11)的表面形成聚合物水泥砂浆外裹层(12)和胶粘微细纤维毛层(13)，裹浆层厚度宜为0.5～1.0mm；

第四步：为了提高裹胶纤维改良石子骨料产品的生产速度，为了加快砂浆界面剂的凝固速度，宜采用蒸压养护措施，快速形成改良粗集料石子(1)成品，仓库储存。

3.根据权利要求1所述一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：调配改性沥青，按照重量配合比为：基质沥青100份；SBS改性剂6～8份；丁苯橡胶粉4～6份，EVA聚合物改性剂3～5份；碳纤维丝4～6份；石墨烯海绵颗粒1～2份；

第二步：调配改性沥青玛蹄脂(2)，按照重量配合比为：改性沥青100份；矿粉110～160份；纤维稳定剂为5～10份；抗剥落剂2～4份；抗氧剂1～2份；蓖麻油：1～2份；

第三步：进行SMA沥青混凝土备料，按照重量配合比为：改良粗集料石子(1)用量70～80％；改性沥青玛蹄脂(2)用量是20～30％；

第四步：加热改性沥青玛蹄脂(2)后，投料改良粗集料石子(1)，搅拌均匀后，形成改良粗集料石子(1)和改性沥青玛蹄脂(2)混合料，运输到桥面施工现场，摊铺碾压，而形成一种改性SMA沥青混凝土铺装面层(3)。

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