CN111138122B - 一种骨架密实型橡胶沥青超薄磨耗层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种骨架密实型橡胶沥青超薄磨耗层，其组成包括集料、橡胶改性沥青、抗剥落剂、温拌剂以及木质素纤维，铺装厚度10～20mm。集料的级配类型为骨架密实型，最大公称粒径9.5mm。橡胶改性沥青通过向A级70#道路石油沥青中添加占橡胶改性沥青总质量17.5％‑18.8％的70目废旧橡胶轮胎粉，经加热搅拌溶胀后制得。通过添加温拌剂降低拌和与施工温度，橡胶改性沥青超薄磨耗层的具有良好的路用性能，同时也节能环保。该超薄磨耗层具有高抗滑性能及耐久性的优点。

Description

一种骨架密实型橡胶沥青超薄磨耗层及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程所用的建筑材料技术领域，具体涉及一种骨架密实型橡胶沥青超薄磨耗层及其制备方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，公路以及城市道路的大规模修建，重型车辆的显著增多，以及行车速度高速化对路面的耐磨性以及安全性能提出了更高的要求。传统的路面磨耗层大量使用SBS改性沥青混合料增强路面的抗滑性能，但是掺加SBS的改性沥青磨耗层在提高路面使用性能的同时也会相应的增加其工程的总体造价，这就明确了要寻找一种更廉价的沥青改性材料替代SBS以降低工程造价的目标。沥青混合料温拌技术相比于传统的热拌技术可以显著的降低橡胶改性沥青的黏度，提高混合料的施工和易性，减少沥青混合料施工离析现象，提高施工质量，在不影响橡胶改性沥青混合料性能的前提下可以降低拌和温度，可以节约能源，降低工程造价。目前橡胶改性沥青混合料作为磨耗层的相关研究应用较少。
专利CN102505605B中提到了一种在SBS改性沥青中添加废旧胶粉对其进行改性，然后用以制造超薄磨耗层的技术，SBS改性沥青造价较贵，且SBS改性沥青本身用于超薄磨耗层的技术已经相对成熟，该专利中添加的橡胶粉只是起到了填料的作用。
专利CN104496285A中提到了一种橡胶沥青超薄磨耗层混合料和一种具有降噪抗滑的橡胶沥青超薄磨耗层。这种橡胶改性沥青混合料采用连续级配，形成悬浮密实型混合料，这种类型的沥青混合料虽然具有较高的粘结力，但是其内摩阻力较低，且其粘结力易受到温度影响，故其高温稳定性较差。
在上海市东南郊环公路养护工作中技术人员进行了温拌橡胶改性沥青开级配沥青磨耗层初步的研究和实践，但对其相关性能只是进行了初步的探索，未进行更深层次的研究。
利用相对廉价的橡胶粉代替昂贵的SBS作为沥青改性剂修筑超薄磨耗层是一种经济实用的方法。合理级配的矿质混合料在提高路面抗滑性能的同时，也能够最大限度的提高表层的抗磨耗能力，最大限度的提高行车安全。骨架密实型的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内摩阻角，适当的构造深度，所以这种结构是作为超薄磨耗层中较理想的一种沥青混合料结构。同时本发明也是为了响应国家提出的建设资源节约型、环境友好型社会的号召，因此提出此种橡胶改性沥青混合料作为沥青路面的超薄磨耗层具有很好的应用前景。
发明内容
本发明旨是提供一种骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层的路面表层材料以及其制备方法。
一种骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，其组成包括67.0wt％-74.0wt％、细集料19.0wt％-26.0wt％、橡胶改性沥青4.47wt％-5.52wt％、木质素纤维0.3wt％、石油沥青抗剥落剂0.2wt％和温拌剂1.5wt％-1.8wt％。
粗集料选用最大公称粒径为8.0mm的玄武岩，细集料为石灰岩磨细制而成，粗细集料的分界筛孔为2.36mm。
优选的，集料级配范围见表1，推荐级配曲线接近级配中值。
表1超薄磨耗层的级配范围
Figure BDA0002359987810000021
橡胶改性沥青包括基质沥青和磨细的橡胶粉。优选的，基质沥青选用A级70#道路石油沥青，橡胶粉选用70目的废旧轮胎橡胶粉。优选的，将废旧轮胎经过除灰、破碎、筛分得到70目的废旧轮胎橡胶粉。
优选的，所述的橡胶改性沥青的制备方法是按照外掺法，将占改性沥青总质量17.5％-18.8％的70目橡胶粉添加到基质沥青中进行拌和溶胀，得到橡胶改性沥青。
优选的，温拌剂选用某国生产的Sasobit温拌剂。
优选的，抗剥落剂选用AR-68型道路石油沥青抗剥落剂。
上述骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层的制备方法，包括以下步骤：向橡胶改性沥青中添加石油沥青抗剥落剂，控制改性沥青的温度在165℃～170℃，添加木质素纤维，再分三次添加温拌剂，每次添加温拌剂后均拌和30～40分钟，然后再输送到沥青混合料拌和设备中与已经干燥并且预热的粗、细集料进行温拌，控制拌和温度在160℃～165℃，得到橡胶改性沥青混合料，将橡胶改性沥青混合料摊铺压实在清洁的并且均布喷洒了粘层油的普通沥青路面上，即得骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层。
优选的，摊铺工艺中，橡胶改性沥青混合料的温拌加热温度160℃～165℃，摊铺温度为140℃～155℃，初次碾压温度不应低于140℃。
优选的，磨耗层的铺装厚度为10～20mm。
本发明的骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，利用橡胶粉的溶胀作用和基质沥青中的轻质油分充分溶胀后体积增加，使得橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接形成粘度较大的半固体连续相体系。对沥青混合料进行优化级配设计，拌和后形成超薄磨耗层混合料，增加了路面的稳定性和耐久性，抗滑性能好，粘结性能强，在很大程度上可降低沥青路面的损坏率，提供良好的路用性能。经实验室验证其各项路用性能指标均优于相同级配情况下的SBS改性沥青超薄磨耗层，且其工程造价更低，原料来源更加广泛。本发明所采用的橡胶改性沥青超薄磨耗层在新建路面和旧路改造方面都有很大的应用空间。
附图说明
图1为不同级配下橡胶改性沥青超薄磨耗层的摆值随加载次数的变化曲线；
图2为不同级配下橡胶改性沥青超薄磨耗层的构造深度随加载次数的变化曲线；
图3为实施例1与实施例4的摆值随加载次数的变化曲线；
图4为实施例1与实施例4的构造深度随加载次数的变化曲线；
图5为实施例2与实施例5的摆值随加载次数的变化曲线；
图6为实施例2与实施例5的构造深度随加载次数的变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。
本发明最终所确定的最佳橡胶颗粒粒径与集料的级配组成均按照以下方法确定，其中各项指标，单位均按照规范规定采用，相关实验方法均参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)。
步骤一：参照级配设计理论，根据本发明推荐的级配范围，考虑控制级配曲线趋向，在本发明规定的级配范围内设计了两种级配。参照专利CN104496285A所设计的悬浮密实型沥青混合料超薄磨耗层，在保证其混合料的类型不变的情况下，提高其最大公称粒径，参照规范中AC-10的设计级配范围，设计第三种级配，其配置的沥青混合料类型为悬浮密实型。
步骤二：橡胶改性沥青超薄磨耗层的配制方法为湿法拌和，先将橡胶粉按确定的剂量与热沥青专用设备拌和均匀，制成橡胶改性沥青，向橡胶改性沥青中添加AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，控制沥青温度在165℃～170℃，添加木质素纤维，再分三次添加Sasobit温拌剂，每次添加温拌剂后均拌和30～40分钟，然后再输送到沥青混合料拌和设备中进行温拌，控制拌和温度在160℃～165℃，之后将拌合均匀的橡胶改性沥青混合料均匀摊铺在表面清洁并撒布有粘层油的普通沥青路面上摊铺碾压，形成一种具有优良路用性能的橡胶改性沥青超薄磨耗层。摊铺工艺中，橡胶改性沥青混合料的温拌加热温度160℃～165℃，摊铺温度为140℃～155℃，初次碾压温度不应低于140℃。
SBS改性沥青的种类为SBS(I-D)，拌和方法为SBS改性沥青类混合料通用的拌和方法。
步骤三：摊铺得到的超薄磨耗层相关的试验与实验数据记录。
集料的级配1见表2，其级配曲线接近本发明规定级配曲线的上限。级配2见表3，其级配曲线接近规定级配范围的中值。级配3见表4，其级配曲线参照AC-10，级配曲线接近AC-10级配范围的中值。
表2级配1
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 9 18 20 22 23 28 36 90 100
表3级配2
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 8 15 17 20 20 22 33 90 100
表4级配3
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5
通过率 6 11 15 22.5 31 44 60 100
本具体实施方式中具体材料的相关指标如下：
橡胶改性沥青的相关性能指标见表5。
表5橡胶改性沥青的相关技术指标
试验项目 单位 技术要求 70目橡胶改性沥青实验结果
针入度(25℃，100g，5s) 0.1mm 30～60 40.1
软化点(R&B) ℃ ≥60 72
延度(5℃) cm ≥5 12
弹性恢复 ％ ≥60 86
旋转粘度(180℃，50％扭矩) Pa﹒s 1.5-5 2.4
SBS(I-D)改性沥青相关技术指标见表6。
表6 SBS(I-D)改性沥青技术指标
Figure BDA0002359987810000051
玄武岩集料相关性能指标见表7。
表7玄武岩2.36～9.5mm粗集料的检测结果
Figure BDA0002359987810000052
Figure BDA0002359987810000061
石灰岩细集料相关性能见表8。
表8石灰岩细集料的性能与试验结果。
Figure BDA0002359987810000062
木质素纤维的技术要求及实验结果见表9。
表9木质素纤维技术要求及试验结果
试验项目 试验结果 技术要求 实验方法
纤维长度(mm) 4 ≤6 JT/T533-2004
灰分含量(％) 20.5 18％±5％，无挥发物 JT/T533-2004
PH值 8.11 7.5±1.0 JT/T533-2004
吸油率 829.2 ≥纤维质量的5倍 JT/T533-2004
含水率(％) 3.5 ≤5 JT/T533-2004
Sasobit温拌剂的性能指标见表10。
表10 Sasobit基本技术指标
试验项目 单位 实测值
滴熔点 ℃ 105
闪点 ℃ 290
25℃密度 g/cm<sup>3</sup> 0.94
135℃黏度 cp 12
65℃针入度 0.1mm 5
下面结合实施例对本发明在不同的改性沥青、不同的级配制备而成的磨耗层的相关性能进行对比。
实施例1：
粗集料：72.0wt％的玄武岩粗集料；
细集料：20.5wt％的石灰岩细集料；
级配：级配1；
级配1
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 9 18 20 22 23 28 36 90 100
沥青：橡胶改性沥青，5.4wt％，其中橡胶占改性沥青总质量的17.9wt％，基质沥青为A级70#道路石油沥青；
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％；
实施例1磨耗层性能
测试项目 单位 实验结果
浸水马歇尔残留稳定度 ％ 92.1
冻融劈裂强度比 ％ 92.2
动稳定度 次/mm 8085
标准飞散质量损失 ％ 3.39
初始构造深度 mm 1.12
构造深度(轴载作用100万次) mm 0.67
初始摆式摩擦系数 77.5
摆式摩擦系数(轴载作用100万次) 49.5
实施例2：
粗集料：72.4wt％的玄武岩粗集料；
细集料：20.0wt％的石灰岩细集料；
级配：级配2。
级配2
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 8 15 17 20 20 22 33 90 100
沥青：橡胶改性沥青，5.5wt％，其中橡胶占改性沥青总质量的18.1wt％，基质沥青为A级70#道路石油沥青；
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％。
实施例2磨耗层性能
测试项目 单位 实验结果
浸水马歇尔残留稳定度 ％ 92.4
冻融劈裂强度比 ％ 92.64
动稳定度 次/mm 8517
标准飞散质量损失 ％ 3.02
初始构造深度 mm 1.15
构造深度(轴载作用100万次) mm 0.69
初始摆式摩擦系数 78.7
摆式摩擦系数(轴载作用100万次) 50.6
实施例3：
粗集料：69.49wt％的玄武岩粗集料；
细集料：22.9wt％的石灰岩细集料；
级配：级配3。
级配3
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5
通过率 6 11 15 22.5 31 44 60 100
沥青：橡胶改性沥青，5.51wt％，其中橡胶占改性沥青总质量的18.5wt％，基质沥青为A级70#道路石油沥青；
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％。
实施例3磨耗层性能
Figure BDA0002359987810000081
Figure BDA0002359987810000091
实施例4：
粗集料：71.5wt％的玄武岩粗集料；
细集料：20.1wt％的石灰岩细集料；
级配：级配1。
级配1
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 9 18 20 22 23 28 36 90 100
沥青：SBS(I-D)改性沥青，6.3wt％。
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％。
实施例4磨耗层性能
测试项目 单位 实验结果
浸水马歇尔残留稳定度 ％ 91.2
冻融劈裂强度比 ％ 91.26
动稳定度 次/mm 8020
标准飞散质量损失 ％ 3.26
初始构造深度 mm 1.06
构造深度(轴载作用100万次) mm 0.67
初始摆式摩擦系数 76.7
摆式摩擦系数(轴载作用100万次) 47.6
实施例5：
粗集料：71.9wt％的玄武岩粗集料；
细集料：19.75wt％的石灰岩细集料；
级配：级配2。
级配2
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 8.0 9.5
通过率 8 15 17 20 20 22 33 90 100
沥青：SBS(I-D)改性沥青，6.25wt％。
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％；
实施例5磨耗层性能
测试项目 单位 实验结果
浸水马歇尔残留稳定度 ％ 91.5
冻融劈裂强度比 ％ 91.41
动稳定度 次/mm 8223
标准飞散质量损失 ％ 3.72
初始构造深度 mm 1.08
构造深度(轴载作用100万次) mm 0.68
初始摆式摩擦系数 76.1
摆式摩擦系数(轴载作用100万次) 48.9
实施例6：
粗集料：69.1wt％的玄武岩粗集料；
细集料：22.44wt％的石灰岩细集料；
级配：级配3。
级配3
筛孔尺寸 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5
通过率 6 11 15 22.5 31 44 60 100
沥青：SBS(I-D)改性沥青，6.36wt％。
木质素纤维：0.3wt％；
温拌添加剂：Sasobit温拌剂，1.6wt％；
沥青抗剥落剂：AR-68型道路石油沥青抗剥落剂，0.2wt％；
实施例6磨耗层性能
测试项目 单位 实验结果
浸水马歇尔残留稳定度 ％ 89.1
冻融劈裂强度比 ％ 89.6
动稳定度 次/mm 7062
标准飞散质量损失 ％ 5.25
初始构造深度 mm 0.95
构造深度(轴载作用100万次) mm 0.62
初始摆式摩擦系数 75.3
摆式摩擦系数(轴载作用100万次) 48.1
不同改性沥青与混合料级配对磨耗层抗滑性能对比见表11。
表11不同实施例性能表
Figure BDA0002359987810000111
由上表可知，本发明所使用的橡胶粉改性的70#道路石油沥青配置的骨架密实型混合料，其路用抗滑性能指标均优于相同级配类型下的SBS改性沥青超薄磨耗层。
再结合附图，图1-2为在使用橡胶改性沥青情况下，通过对比不同级配混合料的摆值、构造深度随加载次数的变化曲线，说明本发明所采用的骨架密实型级配具有更优的抗滑性能。图3-4为将混合料级配控制为级配1，图5-6为将混合料级配控制为级配2的情况下，通过比较本发明所制备的橡胶改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料的两种不同沥青的超薄磨耗层的摆值和构造深度随加载次数的变化曲线，表明本发明专利所制备的橡胶改性沥青超薄磨耗层具有更优的抗滑性能及耐久性。经过级配优化设计，选用骨架密实型的级配，在不改变改性沥青的情况下，可以更好的提高超薄磨耗层的路用性能，且通过实施例表明，选用接近本发明推荐的级配范围的中值，可以更好的提高超薄磨耗层的路用性能。
由上述实施例可知，本发明所采用的骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层具有良好高温稳定性和低温抗裂性能，同时具有良好的抗滑性能及耐久性，通过记录不同实施例在不同加载次数下的摆值与构造深度，在相同加载次数下本发明专利所推荐的橡胶改性沥青混合料具有更好的路用性能。
本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，其特征在于，其组成包括：粗集料72wt％-72.4wt％、细集料20wt％-20.5wt％、橡胶改性沥青5.4wt％-5.5wt％、木质素纤维0.3wt％、石油沥青抗剥落剂0.2wt％和温拌剂1.6wt％-1.8wt％；粗集料最大公称粒径为8.0mm，粗集料和细集料的分界筛孔为2.36mm；集料的级配如下：
Figure FDA0003150871100000011
橡胶改性沥青包括基质沥青和磨细的橡胶粉；所述的橡胶改性沥青的制备方法为外掺法，将占改性沥青总质量17.9％-18.1％的70目橡胶粉添加到基质沥青中进行拌和溶胀，得到橡胶改性沥青；温拌剂选用Sasobit温拌剂；石油沥青抗剥落剂选用AR-68型道路石油沥青抗剥落剂。
2.一种骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，其特征在于，其组成包括：粗集料69.49wt％、细集料22.9wt％、橡胶改性沥青5.51wt％、木质素纤维0.3wt％、石油沥青抗剥落剂0.2wt％和温拌剂1.6wt％；粗集料最大公称粒径为8.0mm，粗集料和细集料的分界筛孔为2.36mm；集料的级配如下：
Figure FDA0003150871100000012
橡胶改性沥青包括基质沥青和磨细的橡胶粉；所述的橡胶改性沥青的制备方法为外掺法，将占改性沥青总质量18.5％的70目橡胶粉添加到基质沥青中进行拌和溶胀，得到橡胶改性沥青；温拌剂选用Sasobit温拌剂；石油沥青抗剥落剂选用AR-68型道路石油沥青抗剥落剂。
3.如权利要求1或2之一所述的骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，其特征在于，基质沥青选用A级70#道路石油沥青，橡胶粉选用70目的废旧轮胎橡胶粉。
4.如权利要求3所述的骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层，其特征在于，将废旧轮胎经过除灰、破碎、筛分得到70目的废旧轮胎橡胶粉。
5.如权利要求1-4之一所述的骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向橡胶改性沥青中添加石油沥青抗剥落剂，控制沥青温度在165℃～170℃，添加木质素纤维，再分三次添加温拌剂，每次添加温拌剂后均拌和30～40分钟，然后再输送到沥青混合料拌和设备中与已经干燥并且预热的粗、细集料进行温拌，控制拌和温度在160℃～165℃，得到橡胶改性沥青混合料；将橡胶改性沥青混合料摊铺压实在清洁的并且均布喷洒了粘层油的普通沥青路面上，即得骨架密实型橡胶改性沥青超薄磨耗层。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，摊铺工艺中，橡胶改性沥青混合料的温拌加热温度160℃～165℃，摊铺温度为140℃～155℃，初次碾压温度不应低于140℃。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，磨耗层的铺装厚度为10～20mm。
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