CN111533490A - 一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法及施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，在脱色沥青中添加SMC改性剂，得到脱色SMC改性沥青，再使用这种脱色SMC改性沥青与集料、色粉、消石灰、低冰点填料搅拌均匀后得到高性能低冰点彩色沥青混合料，将混合料运输至施工现场经过摊铺、碾压后可以得到可融雪的彩色公路。该路面具备主动融冰雪功能的以外，同时保证公路所需的路面性能，且与普通石油沥青铺设的公路相比具有更加醒目的色彩。

Description

一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法及施工工艺
技术领域
本发明涉及一种低冰点沥青混合料的制备方法，尤其涉及一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法；进一步，本发明还涉及一种高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺。
背景技术
随着社会经济的不断发展，交管部门和出行的人民对道路的安全警示作用和环境审美观念不断增强，加之我国的大部分地区属于季节性冰冻地区，路面积雪结冰问题较为常见。寒冷的冬季，道路表面的积雪在低温与车辆荷载的共同作用下，极易形成薄冰，威胁道路交通安全。路面抗滑性能降低，汽车的制动方向稳定性变差，常常会使汽车刹车失灵、方向失控，车辆容易打滑、跑偏，制动距离显著延长，而且在冰雪路面上行车，由于长时间的强光线反射刺激，容易使驾驶员双目疼痛、流泪、视线模糊不清，进而导致交通事故频繁发生，威胁人民群众生命和财产安全。
申请号为：201910687353.6的发明专利，该发明专利公开了一种融冰消雪沥青混合料及其制备方法，该方法能够明确沥青混合料的级配以及盐化物的掺量，改善融冰消雪沥青混凝土的性能，进而提升沥青混凝土路面的抗滑能力和融冰消雪性能。但该方法所用的沥青为石油沥青，使用石油沥青制备融冰消雪沥青混合料和进行铺路施工时所需的干拌、热拌、运输、铺设、压实所需的温度较高，进而造成实际生产时所需能耗较高，且在低温条件下，无法进行施工。另外，使用石油沥青铺设的路面为黑灰色路面，相比彩色路面，驾驶员长期在黑灰色路面驾驶车辆更容易产生疲劳，更容易产生注意力不集中的现象。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提出了一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，利用该制备方法制备得到高性能低冰点彩色沥青混合料可以用于铺设彩色融雪路面，因此本发明还提出了一种高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺。
本发明提供了一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将集料加热至130℃-140℃；
S2：向加热后的集料中加入色粉、消石灰和低冰点填料充分混合、干拌，并对混合料持续加热，保温130℃-140℃；
S3：将脱色沥青加热至120℃-130℃；
S4：将SMC改性剂加入到脱色沥青中，充分搅拌混合，使SMC改性剂完全融于沥青中，制得脱色SMC改性沥青；
S5：将S4步骤制备的脱色SMC改性沥青与S2步骤制备的混合料进行混合、温拌，拌合过程需要进行保温，保证出料温度125℃-135℃。
进一步地，所述集料、色粉、消石灰、低冰点填料和脱色SMC改性沥青的质量份数分别为：88份-93份、2份-4份、1份-2份、4份-6份、4.5份-5.5份。
进一步地，所述SMC改性剂的含量为脱色沥青质量的8％-12％。
进一步地，所述S2步骤中干拌时间为25s-40s，所述S5步骤中温拌时间为45s-60s，严格控制彩色低冰点沥青混合料的拌和时间。干拌时间控制在20～25s使色粉与集料拌和均匀；为了保证彩色低冰点沥青结合料均匀的裹覆在集料表面，彩色低冰点沥青混合料着色均匀，不产生离析与花白料，彩色低冰点沥青混合料的净拌时间应该通过试验和拌和效果确定，一般不少于45s，当出现彩色沥青结合料离析和花白料，或者色彩不均匀时，应立即采取以下临时措施：
①、延长净拌时间5～10s；
②、当延长净拌时间不明显时，可以增加0.03％～0.05％的彩色低冰点沥青结合料的用量；
③、当出现色彩不均匀的现象，通过延长净拌时间无法改善时，应增加0.05％左右的色粉用量。
进一步地，所述S4步骤中SMC改性剂与脱色沥青搅拌时间为2h-4h。
使用上述方法制备出的高性能低冰点彩色沥青混合料，可以用于铺设彩色融雪公路，由此，本发明还提出了一种高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，具体步骤如下：
T1：将高性能低冰点彩色沥青混合料运输至施工现场；
T2：将高性能低冰点彩色沥青混合料摊铺在地面上，形成面层；
T3：对面层进行碾压，最终得到彩色融雪路面。
进一步地，所述T1步骤中用于运输高性能低冰点彩色沥青混合料的车辆车箱内壁上需喷涂隔离剂，以防止沥青混合料黏结在车箱内部。
进一步地，所述运输高性能低冰点彩色沥青混合料至施工现场的温度为115℃-120℃。
进一步地，所述T2步骤中用于摊铺的摊铺机在摊铺前需要提前预热熨平板至80℃-90℃。
进一步地，所述摊铺温度为105℃-115℃，摊铺机移动速度为2m/min-3m/min。
进一步地，所述T3步骤中的碾压分初压、复压、终压三个阶段，其中，初压采用6t-8t双轮钢筒式压路机静压1至2遍，或采用6t-8t的双轮双振压路机静压1遍再振压1遍；复压采用6t-14t的振动压路机振压，碾压次数不少于4至6遍；终压采用6t-8t双轮钢筒式压路机静压2至3遍。避免重型压路机对路缘石的碾压，采用轻型压路机对靠近路缘石15cm附近区域碾压多遍。
进一步地，所述初压时高性能低冰点彩色沥青混合料的内部温度为95℃-105℃，终压时路面温度为70℃-80℃。
本发明的技术效果在于：当低冰点填料在沥青混合料中所占比例越高，使用该沥青混合料所铺设的路面对冰雪的消融能力越强，但路面的高温稳定性、低温抗裂性等各项路用性能方面均较普通彩色沥青混合料有所下降，并且下降幅度随着低冰点填料掺量的增加而加大，向沥青混合料中添加消石灰，消石灰可以增加集料、色料和脱色SMC改性沥青之间的粘附性，并显著改善沥青混合料的路用性能；根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的相关试验方法进行测试，确定向沥青混合料中添加消石灰的质量份数为1份-2份。
在沥青混合料制备与现场施工的各个环节中需要使用具备加热或保温的设备对沥青混合料的温度进行控制，在进行温拌前使脱色沥青与SMC改性剂融合，能够有效降低沥青混合料的制备温度和施工温度20℃-30℃，并且在北方气温偏低的季节依然可以进行施工，并减少沥青加热时向大气排放的有害气体，整个过程相比现有技术降低了设备加热所需的能耗，从而进一步降低彩色融雪高速公路的制造成本。且SMC改性剂是利用废旧塑料、废旧轮胎等废旧橡胶品生产出的一种甲基苯乙烯类嵌段物高聚物弹性共聚物，其成本较低。
最后，由于本发明所使用的脱色沥青可以在不影响沥青混合料性能指标的前提下添加2份-4份的色粉，最终制备出一种用于铺设融雪彩色高速公路的低冰点彩色沥青混合料。彩色路面可以缓解驾驶员的视觉疲劳，提升驾驶员的注意力，并且对交通的组织和管起到诱导车流、安全行车、使交通管理直观化的作用。
附图说明
图1是本发明中从沥青混合料的制备到使用该混合料进行施工的工艺流程图。
具体实施方式
本发明中所有实施例中均采用集料、色粉和脱色沥青分别为红沙岩、铁红和90#脱色沥青，其中，红沙岩是宁夏特有的适用于高等级公路上面层铺筑所需的材料，颜色呈红褐色，可以与铁红更好的结合，使彩色低冰点沥青路面色彩更加突出；铁红是铁的氧化物中最稳定的化合物。铁红在光、水、大气的作用下很状态稳定，不会随着时间的推移发生变质、褪色等现象，而且能强烈吸收紫外线部分；其主要技术指标试验检测结果见表1至表3：
表1红砂岩技术要求及检测结果
检验指标 单位 技术要求 试验结果 试验方法
压碎值 ％ ≤22 14.3 JTGE42中T0316
洛杉矶磨耗损失 ％ ≤25 15 JTGE42中T0317
针片状颗粒含量 ％ ≤15 2.9 JTGE42中T0312
表观相对密度 - ≥2.6 2.69 JTGE42中T0304
吸水率 ％ ≤2.0 1.2 JTGE42中T0307
坚固性 ％ ≤8 2 JTGE42中T0314
水洗法(＜0.075mm含量) ％ ≤1.0 0.4 JTGE42中T0310
与彩色沥青黏附性等级 级 ≥4 4 JTGE20中T0616
表2氧化铁红颜料技术要求及试验结果
Figure BDA0002485271260000051
表3 90#脱色沥青技术要求及试验结果
Figure BDA0002485271260000052
本发明中所有实施例中采用的低冰点填料为无机盐类，低冰点彩色沥青混合料缓释机理主要是通过渗透压和毛细管现象，使填料中的盐分从沥青混合料内部浓度较高的狭小空间，逐渐向盐分浓度较低的路面表面析出，并迅速溶于水中，使水的液相蒸汽压下降，但冰的固态蒸汽压不变。为了达到冰水混合物的固液蒸汽压的平衡，冰雪开始融化，从而防止和延缓冬季路面的冰冻，其主要技术指标见表4；
表4低冰点填料主要技术指标
检测指标 单位 技术要求 试验结果 试验方法
外观 - 色泽均匀，无杂质 灰白色粉末 目测检验
PH值 - 7.0-9.0 8.0 JT/T973中5.10
相对密度密度 - ≥1.7 2.2 JTGE42中T0328
含水率 ％ ≤2 0.3 JTGE42中T0332
冰点 ℃ ≤-5 -6 JT/T1210中5.4.1
消石灰学名氢氧化钙，可以增加集料、色料和SMC改性沥青之间的粘附性。
按表5中不同配料质量份数设计实施例，并制作马歇尔试件进行检测。
表5各配料的质量份数
红砂岩 铁红 低冰点填料 消石灰 SMC改性沥青
实施例一 92份 3份 4份 1份 5份
实施例二 91份 3份 5份 1份 5份
实施例三 90份 3份 6份 1份 5份
实施例四 90份 3份 6份 0份 5份
实施例五 90.5份 3份 5份 1.5份 5份
实施例六 90份 3份 5份 2份 5份
实施例七 90.5份 3份 5份 1.5份 4.5份
实施例八 90.5份 3份 5份 1.5份 5.5份
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的相关试验方法对实施例一至实施例九所制得的马歇尔试件进行高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、主动融冰雪性能检验，其中，高温车辙试验可以测试路面的高温稳定性，试验参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0719的试验方法进行；低温弯曲试验可以测试路面的低温抗裂性，试验参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0715的试验方法进行；浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可以测试路面的水稳定性，试验分别参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0709和T0729的试验方法进行；主动融冰雪性能检验可以测试该公路的冰点，冰点的测定采用《公路沥青混合料用融冰雪材料第2部分：盐化物材料》JT1210.2附录C的测定方法。所测得的数据记录在表6中：
表6实施例一至实施例八的马歇尔试件检测数据
Figure BDA0002485271260000071
在90#脱色沥青中加入SMC改性剂，从而得到脱色SMC改性沥青，使用该沥青能够有效降低高性能低冰点彩色沥青混合料的制备温度和施工温度20℃-30℃，实施例十至实施例十一反应了SMC改性剂对制备温度和施工温度的影响，详见表7：
表7SMC改性剂对沥青混合料制备温度和施工温度的影响
Figure BDA0002485271260000072
Figure BDA0002485271260000081
结论：由实施例一至实施例四可知，随着低冰点填料掺配比例从4份提高到6份，沥青混合料的主动融冰雪性能逐步增强，冰点逐渐降低，但低冰点填料的掺入也会降低沥青与集料之间的粘附性，从而降低两者之间的粘结力，且随着低冰点填料掺量的增加，降低的程度越大，沥青混合料的剥落率也会随之增大，掺入了低冰点填料的彩色沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等各项路用性能均有所下降；因此，作为铺设高等级公路的混合料，需要添加一定比例的消石灰，以增加沥青与集料之间的粘附性，进而提高彩色低冰点沥青混合料的水稳定性和路用性能，同时，不能添加过高比例的低冰点填料，以保证其路面性能高于标准要求。
由实施例二、实施例五、实施例六可知，随着消石灰掺配比例从1份提高至2份后，彩色沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等各项路用性能均有所提升，但若进一步提高消石灰的掺配比例，会使得沥青的粘度增大，影响施工工艺的和易性，不利于施工正常进行。
由实施例七、实施例五、实施例八可知，脱色SMC改性沥青的掺配比例也会对沥青混合料的路用性能产生较大影响，掺配比例过高或者过低都会导致高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性出现下降趋势。
由实施例九至实施例十一可知，使用没有添加SMC改性剂的沥青进行施工所需的温度高于添加过SMC改性剂的沥青进行施工所需的温度，并且随着SMC改性剂相对于沥青质量的掺配比例从8％提升至12％，沥青混合料制备温度和施工温度会进一步下降，但若进一步提高SMC改性剂的掺配比例，不再对沥青混合料的制备温度和施工温度产生明显的影响，因此，SMC改性剂的掺配比例设置在8％-12％最为适宜。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将集料加热至130℃-140℃；
S2：向加热后的集料中加入色粉、消石灰和低冰点填料充分混合、干拌，并对混合料持续加热，保温130℃-140℃；
S3：将脱色沥青加热至120℃-130℃；
S4：将SMC改性剂加入到脱色沥青中，充分搅拌混合，使SMC改性剂完全融于沥青中，制得脱色SMC改性沥青；
S5：将S4步骤制备的脱色SMC改性沥青与S2步骤制备的混合料进行混合、温拌，拌合过程需要进行保温，保证出料温度125℃-135℃。
2.根据权利要求1所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述集料、色粉、消石灰、低冰点填料和脱色SMC改性沥青的占干拌混合料的质量份数分别为：88份-93份、2份-4份、1份-2份、4份-6份、4.5份-5.5份。
3.根据权利要求1所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述SMC改性剂的含量为脱色沥青质量的8％-12％。
4.根据权利要求1所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中干拌时间为25s-40s，所述S5步骤中温拌时间为45s-60s。
5.根据权利要求1所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中SMC改性剂与脱色沥青搅拌时间为2h-4h。
6.一种高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，由权利要求1至5任一项所述高性能低冰点彩色沥青混合料的制备方法制得的高性能低冰点彩色沥青混合料，用于铺设高等级公路，具体工艺步骤如下：
T1：将高性能低冰点彩色沥青混合料运输至施工现场；
T2：将高性能低冰点彩色沥青混合料摊铺在地面上，形成面层；
T3：对面层进行碾压，最终得到彩色融雪沥青路面。
7.根据权利要求6所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述T1步骤中用于运输高性能低冰点彩色沥青混合料的车辆车箱内壁上需喷涂隔离剂，以防止沥青混合料黏结在车箱内部。
8.根据权利要求6所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述运输高性能低冰点彩色沥青混合料至施工现场的温度为115℃-120℃。
9.根据权利要求6所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述T2步骤中用于摊铺的摊铺机在摊铺前需要提前预热熨平板至80℃-90℃。
10.根据权利要求9所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述摊铺温度为105℃-115℃，摊铺机移动速度为2m/min-3m/min。
11.根据权利要求6所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述T3步骤中的碾压分初压、复压、终压三个阶段，其中，初压采用6t-8t双轮钢筒式压路机静压1至2遍，或采用6t-8t的双轮双振压路机静压1遍再振压1遍；复压采用6t-14t的振动压路机振压，碾压次数不少于4至6遍；终压采用6t-8t双轮钢筒式压路机静压2至3遍。
12.根据权利要求11所述的高性能低冰点彩色沥青混合料的施工工艺，其特征在于，所述初压时高性能低冰点彩色沥青混合料的内部温度为95℃-105℃，终压时路面温度为70℃-80℃。
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