CN111439956B - 一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法 - Google Patents

一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于桥面铺装技术领域，具体涉及一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法。本发明提供的梯度功能桥面铺装材料，按照重量份数计算，包括如下组分：浇注式沥青胶结料10~25份、矿料75~90份、钢纤维1~2份和外掺剂0.4~1份。其中，矿料包括轻质集料、普通集料和矿粉，轻质集料占矿料总质量的比例为1~99%。本发明利用轻质集料与普通集料和胶结料的密度差，使铺装顶面富集轻集料，起到增强层间抗剪性能的效果，底面富集普通集料和胶结料，充分发挥其变形追从性。同时，可使桥面铺装在厚度不变的情况下减重10%~60%，或保持恒载不变的情况下提升铺装厚度1cm~3cm。进一步，可实现节约优质集料，保护环境的目的。

Description

一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于桥面铺装技术领域，具体涉及一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国内交通行业的蓬勃发展，桥梁数量逐年递增。与此同时，早期修建的桥梁已进入老化阶段，需要进行加固改造的桥梁越来越多。在对老化桥梁进行改造的过程中，桥面铺装是对改造质量具有重要影响的因素之一。对桥面铺装来讲，与路基段铺装相比，其受力条件更为严峻，需要更优异的路用性能来满足使用耐久性要求；对桥梁主体结构来讲，与路基相比，铺装层自重荷载对其结构设计影响显著。因此，桥面铺装均追求较薄的厚度，以减轻自身恒载，但桥面铺装厚度减薄，必然造成承载能力及耐久性的降低。
有鉴于上述现有的桥面铺装技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法，以提高承载能力及耐久性，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种梯度功能桥面铺装材料，在保证路用性能不降低的情况下，减轻浇注式沥青混凝土重量，为铺装组合结构厚度提升提供空间，增强铺装承载力，延长铺装使用寿命，节约优质集料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提出的梯度功能桥面铺装材料，按照重量份数计算，包括如下组分：浇注式沥青胶结料10～25份、矿料75～90份、钢纤维1～2份和外掺剂0.4～1份；其中，矿料包括轻质集料、普通集料和矿粉；轻质集料占矿料总质量的比例为1～99％。本发明通过轻质集料与普通集料和胶结料的密度差(轻集料表观相对密度0.9左右，普通集料表观相对密度2.6～2.9，胶结料密度1.1左右)，经过拌锅充分拌和并摊铺成型后，铺装顶面富集轻集料，且有部分轻集料凸出，其他集料和矿粉下沉，形成纵向的梯度；其中轻集料凸出能够起到增强层间抗剪性能的效果，而底面富集普通集料和胶结料，则充分发挥其变形追从性，使桥面在受力时，铺装结构能够与钢板共同发生形变，防止铺装结构开裂；同时可使桥面铺装在厚度不变的情况下减重10％～60％，或保持恒载不变的情况下提升铺装厚度1cm～3cm，进而可实现节约优质集料，保护环境的目的。
进一步的，轻质集料为700级多孔碎石型页岩陶粒，且公称最大粒径为9.5mm。采用该粒径是综合考虑了混合料的高温稳定性和流动性，大于该粒径则流动性不佳，小于该粒径则动稳定度难以保证。
进一步的，普通集料是玄武岩、石灰岩或凝灰岩中的任意一种或几种的混合物，且公称最大粒径为9.5mm。
进一步的，矿粉采用石灰岩矿粉。
进一步的，钢纤维采用镀铜微丝钢纤维，长度为12mm±1mm，直径为0.2mm±0.02mm。采用镀铜微丝钢纤维可增强混合料的抗裂性能，适宜长度一般为公称最大粒径的1.2倍左右，长度过长影响纤维在混合料中的分散性，长度过短则起不到良好的加筋作用。
进一步的，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4～7.5:2.5组成。该比例兼顾了混合料的耐高温老化性能和流动性，湖沥青比例越高，混合料耐高温老化性能越好，但其流动性越差。
进一步的，外掺剂为有机蜡类温拌剂。采用江苏中路交通科学技术有限公司益道温拌剂，该温拌剂可使胶结料高温黏度降低，低温黏度升高，在提高混合料流动性的同时保证混合料的抗车辙性能。
本发明的第二个目的是提供一种梯度功能桥面铺装材料的制备方法，具有同样的有益效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的梯度功能桥面铺装材料制备方法，包括下述步骤：
S1.分别将轻质集料、普通集料和矿粉置于220℃～240℃烘箱中保温4～5h；
S2.将直馏30#沥青和湖沥青混合后制成浇注式沥青胶结料，并置于165℃～175℃烘箱中保温2～3h；
S3.按顺序将轻质集料、普通集料和矿粉加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min；
S4.将钢纤维后加入高温拌和锅，干拌1min；
S5.将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min～60min；
S6.浇注式沥青混合料拌和结束前20min～30min时加入有机蜡类温拌剂；
S7.继续搅拌，得到梯度功能桥面铺装材料。
进一步的，步骤S2中浇注式沥青胶结料制备时，具体操作方法为：先将30#直馏沥青在165℃～175℃条件下加热到流动状态，将湖沥青机械破碎并过4.75mm筛网，然后加入到30#直馏沥青中，在165℃～175℃条件下边加入边搅拌，直至湖沥青均匀分散于30#直馏沥青中。这种加入方式，能够使直馏沥青与湖沥青之间的拌和更加均匀，进而提高矿料与浇注式沥青胶结料之间拌和的均一性，提高铺装材料的抗裂性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过利用轻质集料与普通集料和胶结料的密度差，经过拌锅充分拌和并摊铺成型后，铺装顶面富集轻集料，且有部分轻集料凸出，其他集料和矿粉下沉，形成纵向的梯度；其中轻集料凸出能够起到增强层间抗剪性能的效果，而底面富集普通集料和胶结料，则充分发挥其变形追从性，使桥面在受力时，铺装结构能够与钢板共同发生形变，防止铺装结构开裂；同时可使桥面铺装在厚度不变的情况下减重10％～60％，或保持恒载不变的情况下提升铺装厚度1cm～3cm，进而可实现节约优质集料，保护环境的目的。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1.一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法
梯度功能桥面铺装材料，按照重量份数计算，取浇注式沥青胶结料14.5份，700级多孔碎石型页岩陶粒6.8份，玄武岩集料53.3份，矿粉25.4份，钢纤维1.0份，外掺剂0.4份；其中，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4组成，且矿料的公称最大粒径为9.5mm。
其制备方法如下：
S1.分别将轻质集料、玄武岩集料和矿粉置于220℃～240℃烘箱中保温4～5h；
S2.将直馏30#沥青和湖沥青混合后制成浇注式沥青胶结料，并置于165℃～175℃烘箱中保温2～3h；
S3.按顺序将轻质集料、玄武岩集料和矿粉加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min；
S4.将钢纤维后加入高温拌和锅，干拌1min；
S5.将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min～60min；
S6.浇注式沥青混合料拌和结束前20min～30min时加入有机蜡类温拌剂；
S7.继续搅拌，得到梯度功能桥面铺装材料。
实施例2.一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法
梯度功能桥面铺装材料，按照重量份数计算，浇注式沥青胶结料16.8份，700级多孔碎石型页岩陶粒9.9份，石灰岩集料47.1份，矿粉26.2份，钢纤维1.5份，外掺剂0.6份；其中，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比7.5:2.5组成，且矿料的公称最大粒径为9.5mm。
其制备方法如下：
S1.分别将轻质集料、石灰岩集料和矿粉置于220℃～240℃烘箱中保温4～5h；
S2.将直馏30#沥青和湖沥青混合后制成浇注式沥青胶结料，并置于165℃～175℃烘箱中保温2～3h；
S3.按顺序将轻质集料、石灰岩集料和矿粉加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min；
S4.将钢纤维后加入高温拌和锅，干拌1min；
S5.将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min～60min；
S6.浇注式沥青混合料拌和结束前20min～30min时加入有机蜡类温拌剂；
S7.继续搅拌，得到梯度功能桥面铺装材料。
实施例3.一种梯度功能桥面铺装材料及其制备方法
梯度功能桥面铺装材料，按照重量份数计算，浇注式沥青胶结料19.4份，700级多孔碎石型页岩陶粒14.4份，凝灰岩集料38.9份，矿粉27.2份，钢纤维2份，有机蜡类温拌剂0.7份；其中，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比7.5:2.5组成，且矿料的公称最大粒径为9.5mm。
其制备方法如下：
S1.分别将轻质集料、石灰岩集料和矿粉置于220℃～240℃烘箱中保温4～5h；
S2.将直馏30#沥青和湖沥青混合后制成浇注式沥青胶结料，并置于165℃～175℃烘箱中保温2～3h；
S3.按顺序将轻质集料、石灰岩集料和矿粉加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min；
S4.将钢纤维后加入高温拌和锅，干拌1min；
S5.将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min～60min；
S6.浇注式沥青混合料拌和结束前20min～30min时加入有机蜡类温拌剂；
S7.继续搅拌，得到梯度功能桥面铺装材料；其中，步骤S2中浇注式沥青胶结料制备时，具体操作方法为：先将30#直馏沥青在165℃～175℃条件下加热到流动状态，将湖沥青机械破碎并过4.75mm筛网，然后加入到30#直馏沥青中，在165℃～175℃条件下边加入边搅拌，直至湖沥青均匀分散于30#直馏沥青中。
对比实施例
将实施例3中的700级多孔碎石型页岩陶粒替换为市售常用轻集料，其余材料以及方法均与实施例3相同。
上述三个实施例制备的梯度功能桥面铺装材料和对比实施例的桥面铺装材料的各项性能指标参数如下表所示。
表1.梯度功能桥面铺装材料的各项性能指标参数
Figure BDA0002441162470000071
Figure BDA0002441162470000081
根据上述实施例测试结果可知，本发明专利作为一种浇注式沥青混合料主要优势在于：
1.毛体积相对密度相对低18％左右，减轻了铺装的重量；
2.15℃、10Hz作为最接近路面实际受力状态的条件，其动态模量仅为普通浇注式沥青混合料的50％不到，表明其在常温条件下，有极强的变形性能，能够较好地适应钢板的变形。
3.20℃条件下，以本发明专利为下面层，涂布同样的二阶环氧作为粘结层，然后铺筑相同的环氧类上面层，其剪切强度较高，表明轻集料的上浮，形成更为粗糙的界面，提高了层间的抗剪强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种梯度功能桥面铺装材料，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：浇注式沥青胶结料10~25份、矿料75~90份、钢纤维1~2份和外掺剂0.4~1份；其中，所述矿料包括轻质集料、普通集料和矿粉；所述轻质集料占矿料总质量的比例为1~99%；所述轻质集料表观相对密度0.9，普通集料表观相对密度2.6~2.9，沥青胶结料密度1.1；所述轻质集料为700级多孔碎石型页岩陶粒，且公称最大粒径为9.5mm；所述普通集料是玄武岩、石灰岩或凝灰岩中的任意一种或几种的混合物，且公称最大粒径为9.5mm；所述钢纤维采用镀铜微丝钢纤维，长度为12mm±1mm，直径为0.2mm±0.02mm；所述浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4~7.5:2.5组成；所述外掺剂为有机蜡类温拌剂。
2.根据权利要求1所述的一种梯度功能桥面铺装材料，其特征在于，所述矿粉采用石灰岩矿粉。
3.如权利要求1所述的一种梯度功能桥面铺装材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下述步骤：
S1. 分别将轻质集料、普通集料和矿粉置于220℃~240℃烘箱中保温4~5h；
S2. 将直馏30#沥青和湖沥青混合后制成浇注式沥青胶结料，并置于165℃~175℃烘箱中保温2~3h；
S3. 按顺序将轻质集料、普通集料和矿粉加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min；
S4. 将钢纤维后加入高温拌和锅，干拌1min；
S5. 将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min~60min；
S6. 浇注式沥青混合料拌和结束前20min~30min时加入有机蜡类温拌剂；
S7. 继续搅拌，得到所述梯度功能桥面铺装材料。
4.根据权利要求3所述的一种梯度功能桥面铺装材料制备方法，其特征在于，所述步骤S2中浇注式沥青胶结料制备时，具体操作方法为：先将30#直馏沥青在165℃~175℃条件下加热到流动状态，将湖沥青机械破碎并过4.75mm筛网，然后加入到30#直馏沥青中，在165℃~175℃条件下边加入边搅拌，直至湖沥青均匀分散于30#直馏沥青中。
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