CN111018408B - 一种长久性沥青路面抗滑磨耗层 - Google Patents

一种长久性沥青路面抗滑磨耗层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种长久性沥青路面抗滑磨耗层，包括：高性能集料、普通集料、沥青混合料；其中，所述高性能集料的磨光值≥50，磨耗值13～18％；所述普通集料的磨光值＞42且＜50，磨耗值满足规范要求。本发明通过高性能集料与普通集料相互掺配，普通集料与高性能集料有紧密的嵌挤力，使得路面整体抗滑性增加，随着使用时间的增加，高性能集料的磨光值几乎保持不变，路面实测的性能指标如摆值和构造深度等衰减变化很小，路面抗滑性得到延长，行车安全性得到很大提高，长久性也得到提升。

Description

一种长久性沥青路面抗滑磨耗层
技术领域
本发明属于路面抗滑磨耗层领域，具体涉及一种长久性沥青路面抗滑磨耗层。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着沥青路面使用时间的增加，一些普通集料(例如石灰岩)，表面会被磨光，其抗滑性降低，影响行车安全。此外，经过车辆长时间作用，普通集料表面黏附性大大降低，会使得沥青与集料剥离，造成路面车辙，泛油，水损害等路面病害。
现在大多使用普通集料作为填料，使得沥青路面在经过长时间车辆荷载的作用下，路面抗滑性降低，表面构造深度增加，泛油及水损害严重。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种长久性沥青路面抗滑磨耗层。本发明通过高性能集料(例如钢渣)与普通集料相互掺配，普通集料与高性能集料有紧密的嵌挤力，使得路面整体抗滑性增加，随着使用时间的增加，高性能集料的磨光值几乎保持不变，路面实测的抗滑性能指标如摆值和构造深度等变化很小，路面抗滑性得到延长，行车安全性得到很大提高。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种长久性沥青路面抗滑磨耗层，包括：高性能集料、普通集料、沥青混合料；
其中，所述高性能集料的磨光值≥50，磨耗值13～18％；
所述普通集料的磨光值＞42且＜50，磨耗值满足规范要求。
本发明的主要目的在于，使用高性能集料与普通集料掺配的方法，提高路面长期抗滑性及长久性，从而更加适于实用，并且具有产业上的利用价值。
在一些实施例中，所述高性能集料与普通集料的混合比例为4～7:6～3。
在一些实施例中，所述沥青混合料为高粘性弹性沥青混合料。
在一些实施例中，所述高粘性弹性沥青混合料采用PG分级为82-22的高粘弹性复合改性沥青作为沥青胶结料，且其粘度为2.5～4.5Pa·s，软化点大于80℃。
在一些实施例中，所述沥青用量为5.5～6.1％，优选的为5.8％。
本发明还提供了一种长久性沥青路面抗滑磨耗层的铺设方法，包括：
改性沥青的加热温度为155～160℃，成品改性沥青加热温度不大于170℃，集料的加热温度为185～195℃，成品料的出厂温度为165～180℃，混合料最高温度不能高于190℃；
拌合温度为165～180℃，压实温度为145～175℃；
碾压终了温度≥110℃，施工完毕后，罩面温度≤50℃后，即可开放交通。
本发明还提供了任一上述的长久性沥青路面抗滑磨耗层在桥梁、隧道或公路建设中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的抗滑磨耗层结构使用寿命长，工艺简单，易操作，且根据此施工工艺完成的路面结构，防滑性能好；粘结强度高；厚度薄；施工方便；降低车辆行驶噪声；改善行车条件；耐低温性能好，低温脆性低；热老化性能优良，高温稳定性好；耐磨损，表层集料有很好的耐磨耗性能，符合原有路面标高或净高及承重车辆荷载的限制要求，对已存在各种结构性与非结构性的路面病害可一次性修补成型，节约维修成本，大大延长其使用寿命。
(2)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是各粒径矿料的级配曲线；
图2是集料级配曲线；
图3是马歇尔试件；
图4是生产级配曲线；
图5是试件一动态模量随温度变化；
图6是试件一相位角随温度变化；
图7是试件二动态模量随温度变化；
图8是试件二相位角随温度变化；
图9是现场检测图片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对目前普通集料作为填料制备的沥青路面在经过长时间车辆荷载的作用下，路面抗滑性降低，表面构造深度增加，泛油及水损害严重的问题。因此，本发明提出一种长久性沥青路面抗滑磨耗层，使用高性能集料与普通集料掺配的方法，提高路面长期抗滑性及长久性，从而更加适于实用，并且具有产业上的利用价值。
设置于沥青路面上面层，所述结构层的厚度可以是3～8cm，优选为3～6cm，如3cm、4cm、5cm或6cm。
该结构层采用高性能集料与普通集料复合而成，以钢渣替代粗集料(玄武岩)，替代比例为粗集料体积的45％。
各粒径矿料的级配范围如下表1。
筛孔尺寸 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
设计级配中值 100 95 63 28 21 22 16 13 8 10
级配上限 100 100 76 35 27 26 19 17 10 12
级配下限 100 90 50 20 15 18 13 9 5 8
各粒径矿料的级配曲线如图1。
为了提高抗滑磨耗层的低温抗裂性，所述基体高粘性弹性沥青混合料优选采用PG分级为82-22的高粘弹性复合改性沥青作为沥青胶结料，且其粘度为2.5～4.5Pa·s，软化点大于80℃。
优选的，最佳沥青用量宜为5.8％；
其体积指标如下：
表2
沥青含量，％ 5.8
空隙率VV，％ 3.9
矿料间隙率VMA，％ 17.3
沥青饱和度VFA，％ 77.4
改性沥青的加热温度为155～160℃，成品改性沥青加热温度不大于170℃，集料的加热温度为185～195℃，成品料的出厂温度为165～180℃，混合料最高温度不能高于190℃；拌合温度为165～180℃，压实温度为145～175℃；碾压终了温度≥110℃，施工完毕后，罩面温度≤50℃后，即可开放交通。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
采用泰山钢铁厂的钢渣替代粗集料(玄武岩)，替代比例为粗集料(玄武岩)体积的45％。
一.目标配合比设计
1钢渣原材料检测
根据《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005、《沥青混合料用钢渣》JT/T 1086-2016、《钢渣稳定性试验方法》GB/T 24175-2009、YB/T 4328--2012《钢渣中游离氧化钙含量测定方法》，对钢渣原材料进行检测。
2.钢渣规格
依据《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005，将钢渣集料水洗后放于烘箱进行加热，进行筛分试验，测得其结果如下。
表3
Figure BDA0002313252410000061
3.外观
钢渣集料洁净、干燥、无杂质。
4物理力学指标
依据《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005、《沥青混合料用钢渣》JT/T 1086-2016，测得钢渣集料的物理力学指标如下。
表4
Figure BDA0002313252410000062
Figure BDA0002313252410000071
5化学性质
根据YB/T 4328-2012《钢渣中游离氧化钙含量测定方法》对钢渣集料的游离氧化钙含量进行测试，测得游离氧化钙含量为1.4％，满足JT/T1086-2016中游离氧化钙含量应不大于3％的要求。
6沥青的技术性质
采用SBS改性沥青，测得的沥青的技术性质如表所示：
表5
Figure BDA0002313252410000072
二.目标配比确定
1级配选择
由于钢渣粒径基本属于5-10mm规格，因此可以等效替代5-10mm的玄武岩。根据集料筛分结果，按照5.8％的沥青用量初步确定三个级配，进行马歇尔试验，其级配比例及级配曲线如下。
表6初步确定目标配比
Figure BDA0002313252410000081
集料级配曲线如图2所示。
表7不同级配体积指标结果
Figure BDA0002313252410000082
根据体积指标结果，初步确定采用级配一。
马歇尔试件如图3所示。
2.沥青用量确定
按照级配一，分别以5.5、5.8、6.1％的沥青用量成型三组试件，其结果如下。
表8
Figure BDA0002313252410000091
最终确定采用级配一，沥青用量采用5.8％。
3.目标配比性能验证
确定级配及沥青用量后，分别进行冻融、车辙、析漏、分散及汉堡试验。
表9
Figure BDA0002313252410000092
Figure BDA0002313252410000101
三.生产配合比设计
进行生产配合比调试，调试采用了3个配比，分别进行了抽提筛分及马歇尔击实试验。
3.1热料仓筛分、密度
首先对进场的钢渣进行取样筛分，根据目标配比重新合成确定冷料仓的上料比例，分别取各料仓的第四盘料进行筛分、密度试验，其结果如下。
表10各料仓筛分结果
Figure BDA0002313252410000102
表11各热料仓密度
Figure BDA0002313252410000111
3.2生产配比调试
根据各热料仓筛分结果及目标配比，初步确定三个级配，沥青用量采用5.8％。
表12
Figure BDA0002313252410000112
生产级配曲线如图4所示
3.4室内试验结果
根据设定的三个生产级配分别从拌和站取混合料进行马歇尔击实及抽提筛分试验，试验结果如下。
表13
Figure BDA0002313252410000121
根据体积指标试验结果，最终确定生产配比为：
11-16mm(玄武岩)：5-11mm(钢渣)：0-4mm(玄武岩)：矿粉＝30:46:13:11，沥青用量5.8％。
四、试拌试铺情况
根据生产调试确定的比例及沥青用量，在场站内进行了试拌试铺，钢渣沥青混合料出料温度控制在185℃，摊铺、碾压按照正常SMA-13施工工艺执行。
其中，试铺路段：京沪高速莱新段。
4.1室内试验评价
从试拌试铺现场取料，分两批次进行室内试验，其中在工地试验室进行马歇尔击实、抽提筛分及车辙试验等常规试验指标检测；另一批次采用旋转压实方法进行制件(80次)，分别进行贯入、汉堡及动态模量试验，评价钢渣沥青混合料的路用性能。
表14工地试验结果
试验指标 测定值 规范要求
沥青含量，％ 5.8 -
空隙率VV，％ 3.8 3-4.5
矿料间隙率VMA，％ 17.1 ≥17
沥青饱和度VFA，％ 77.7 75-85
动稳定度，％ 15750 ≥3000
表15贯入试验结果
试件编号 试件尺寸(cm) 极限荷载(N) 贯入强度(MPa)
1 15*10 2563 0.65
2 15*10 2010 0.51
表16汉堡试验结果
试件编号 10000次，mm 15000次，mm 20000次，mm
3(左轮) 2.85 2.91 2.99
4(右轮) 2.28 2.42 2.59
动态模量试验：
试件一动态模量随温度变化情况如图5所示。
试件一相位角随温度变化情况如图6所示。
试件二动态模量随温度变化如图7所示。
试件二相位角随温度变化如图8所示
4.2现场检测
在试铺现场分别进行了取芯、渗水、构造深度及摩擦检测，试验结果如下。
表17
试验指标 测定值 规范要求
压实度，％ 99.2 ≥98
渗水系数，mL/min 80 ≤120
构造深度，mm 1.2 -
摩擦系数，BPN 60 -
现场检测图片如图9所示。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种长久性沥青路面抗滑磨耗层,其特征在于，包括：高性能集料、普通集料、沥青混合料；
其中，所述高性能集料为钢渣，所述普通集料为玄武岩，所述沥青混合料为高粘性弹性沥青混合料；
其中，所述高性能集料的磨光值≥50，磨耗值13～18％；
所述普通集料的磨光值＞42且＜50，磨耗值满足规范要求；
所述高粘性弹性沥青混合料采用PG分级为82-22的高粘弹性复合改性沥青作为沥青胶结料，且粘度为2.5～4.5Pa·s，软化点大于80℃；
各粒径矿料的级配范围如下:11-16mm玄武岩：5-11mm钢渣：0-4mm玄武岩：矿粉＝30～35:46～50:13～16:11～15；
以钢渣替代粗集料，替代比例为粗集料体积的45％。
2.如权利要求1所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层,其特征在于，所述高性能集料与普通集料的混合比例为4～7:6～3。
3.如权利要求1所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层,其特征在于，所述沥青用量为5.5～6.1％。
4.如权利要求3所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层,其特征在于，所述沥青用量为5.8％。
5.一种如权利要求1所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层的铺设方法，其特征在于，包括：
改性沥青的加热温度为155～160℃，成品改性沥青加热温度不大于170℃，集料的加热温度为185～195℃，成品料的出厂温度为165～180℃，混合料最高温度不能高于190℃；
拌合温度为165～180℃，压实温度为145～175℃；
碾压终了温度≥110℃，施工完毕后，罩面温度≤50℃后，即开放交通。
6.如权利要求5所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层的铺设方法，其特征在于，采用单轴贯入试验，动态模量试验，汉堡车辙试验评价其高温性能指标。
7.权利要求1-4任一项所述的长久性沥青路面抗滑磨耗层在桥梁、隧道或公路建设中的应用。
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