CN111747682B - 用于高速铁路基床的沥青级配碎石及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高速铁路基床的沥青级配碎石的生产方法，其包括如下步骤：(1)将储存罐中的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青分级预热，并预热至160～180℃，预热时间大于等于3h；(2)将骨料加热至170～200℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量不大于1％；(3)将所述骨料进行干拌，干拌时间不少于10s，干拌温度为170～195℃；(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青，进行拌和，生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石。本发明还提供一种本发明的方法生产制得的用于高速铁路基床的沥青级配碎石。本发明提供的方法生产得到的沥青级配碎石性能优异，能够满足高速铁路基床结构受力和变形要求。

Description

用于高速铁路基床的沥青级配碎石及其生产方法

技术领域

本发明属于高速铁路路基结构技术领域。具体地，本发明涉及一种用于高速铁路基床的沥青级配碎石及其生产方法。

背景技术

沥青级配碎石由沥青、粗骨料、细骨料、石灰石粉、沥青增强剂等组成，将其全断面设置于基床表层表面，作为高速铁路基床结构应满足以下几个功能要求：(1)沥青级配碎石作为基床结构的一部分，应具有良好的承载能力。(2)沥青级配碎石是防止表面水进入路基内部的重要屏障，应具有良好的防排水性能。(3)沥青级配碎石应具有良好的抗裂性与抗冻性，在低温环境下具有良好的柔韧性和松弛能力。(4)沥青级配碎石应具有良好的高温稳定性，夏季高温天气下不产生较大竖向变形。(5)沥青级配碎石应具有较高的耐候性，不因老化、水、等因素导致粉化、碎裂或局部松散等病害。

然而，现有沥青级配碎石仅侧重承载性、防排水性、低温抗裂性、高温稳定性、耐候性等性能的一方面或者几方面，尚未实现上述性能的平衡设计，无法满足高速铁路沥青级配碎石基床的功能要求，且缺少与之配套的生产方法。

因此，亟需提供一种性能优异的用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优异的沥青级配碎石，其能够保证满足高速铁路基床结构受力和变形要求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。

在本发明的上下文中，术语“骨料”是指包括细骨料和粗骨料的粒料，其在混合料中起骨架和填充作用，包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等。所述粗骨料是指粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等；所述细骨料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂(包括机制砂)及石屑等。

在本发明上下文中，术语“沥青增强剂”可以是市售的沥青增强剂，优选为申请号为201711236017.7的专利申请中公开的“沥青混凝土用骨料界面增强剂”，其通过引用整体并入本文。沥青增强剂由以下组分按重量百分比制备而成：弹性体10～50％、合成树脂30～50％、融合油5～30％、色母0～0.5％、抗氧化剂0.25～1.25％。所述的弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚苯乙烯丁二烯共聚物中一种或几种。所述的合成树脂为石油树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂中的一种或几种。所述的融合油为煤油、润滑机油和柴油中的一种或几种。所述的色母为树脂颜料。所述的抗氧化剂为松香季戊四醇酯。沥青增强剂的制备方法为：依次将弹性体、合成树脂、色母、抗氧化剂加入搅拌机中搅拌，然后加入融合油继续搅拌均匀，在常温下放置24小时；在110℃～180℃条件下通过螺旋机混匀熔融后挤出成型，冷却切断后形成圆柱状颗粒产品。

一方面，本发明提供一种用于高速铁路基床的沥青级配碎石的生产方法，其包括如下步骤：

(1)将储存罐中的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青分级预热，并预热至160～180℃，预热时间大于等于3h；

(2)将骨料加热至170～200℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量不大于1％；

(3)将所述骨料进行干拌，干拌时间不少于10s，干拌温度为170～195℃；

(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青，进行拌和，生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

在本发明中，步骤(3)中的干拌是指仅拌和骨料，未添加改性沥青。

优选地，在本发明所述的方法中，以高速铁路路基沥青级配碎石的总质量为准基，骨料占85％-90％、石灰石粉占3％-8％、SBS改性沥青和/或SBR改性沥青占3.5％-6.0％、沥青增强剂占0.1％-1％。

优选地，在本发明所述的方法中，所述骨料按其最大粒径选自I类骨料、II类骨料或者III类骨料；所述骨料为I类骨料时，生产得到规格为AGCS-16的沥青级配碎石；所述骨料为II类骨料时，生产得到规格为AGCS-20的沥青级配碎石；所述骨料为III类骨料时，生产得到规格为AGCS-25的沥青级配碎石。

在本发明中，沥青级配碎石可分为AGCS-25、AGCS-20、AGCS-16三种规格，其中AGCS表示沥青级配碎石(Asphalt Graded Crushed Stone，AGCS)，数值表示以毫米计的骨料公称最大粒径。例如，AGCS-16表示骨料公称最大粒径为16mm的沥青级配碎石。

在本发明中，所述I类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉的总质量为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为4～8％；粒径小于0.15mm的骨料占比为5～14％；粒径小于0.3mm的骨料占比为7～18％；粒径小于0.6mm的骨料占比为9～26％；粒径小于1.18mm的骨料占比为13～36％；粒径小于2.36mm的骨料占比为20～48％；粒径小于4.75mm的骨料占比为34～62％；粒径小于9.5mm的骨料占比为60～80％；粒径小于13.2mm的骨料占比为76～92％；粒径小于16mm的骨料占比为90～100％；粒径小于19mm的骨料占比为100％。

在本发明中，所述II类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为3～7％；粒径小于0.15mm的骨料占比为4～13％；粒径小于0.3mm的骨料占比为5～17％；粒径小于0.6mm的骨料占比为8～24％；粒径小于1.18mm的骨料占比为12～33％；粒径小于2.36mm的骨料占比为16～44％；粒径小于4.75mm的骨料占比为26～56％；粒径小于9.5mm的骨料占比为50～72％；粒径小于13.2mm的骨料占比为62～80％；粒径小于16mm的骨料占比为78～92％；粒径小于19mm的骨料占比为90～100％；粒径小于26.5mm的骨料占比为100％。

在本发明中，所述III类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为3～7％；粒径小于0.15mm的骨料占比为4～13％；粒径小于0.3mm的骨料占比为5～17％；粒径小于0.6mm的骨料占比为8～24％；粒径小于1.18mm的骨料占比为12～33％；粒径小于2.36mm的骨料占比为16～42％；粒径小于4.75mm的骨料占比为24～52％；粒径小于9.5mm的骨料占比为45～65％；粒径小于13.2mm的骨料占比为57～76％；粒径小于16mm的骨料占比为65～83％；粒径小于19mm的骨料占比为75～90％；粒径小于26.5mm的骨料占比为90～100％；粒径小于31.5mm的骨料占比为100％。

优选地，在本发明所述的方法中，所述I类、II类或者III类骨料的级配比例是所述占比上下限的均值。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中的分级预热是通过储存罐内盘管中的导热油进行的。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的拌和是在如下条件下进行的：拌和时间为30s-45s，拌和温度为170～195℃。出料温度超过200℃、花白料、结团成块、粗细骨料严重离析的沥青级配碎石应予以废弃。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的拌和是采用间歇式拌和机进行。

另一方面，本发明提供一种本发明的方法生产制得的用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

优选地，在本发明所述的用于高速铁路基床的沥青级配碎石中，生产得到的规格为AGCS-16的沥青级配碎石，其渗水系数≤60mL/min；空隙率≤4％；浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比≥85％；20℃回弹模量≥1000MPa；稳定度≥10kN；20℃抗压强度≥4MPa；当工作温度T₁≥30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥3200次/mm；当工作温度T₁＜30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥2400次/mm；在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下的弯拉强度≥8MPa；当工作温度T₂＜-37℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥3200με；当工作温度-37℃≤T₂＜-21.5℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥3000με；当工作温度T₂≥-21.5℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥2800με；在试验温度为15℃、应变水平为500με条件下的四点弯曲疲劳≥20万次；其中，T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

优选地，在本发明所述的用于高速铁路基床的沥青级配碎石中，生产得到的规格为AGCS-20或AGCS-25的沥青级配碎石，其空隙率≤6％；浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比≥85％；20℃回弹模量≥1000MPa；稳定度≥10kN；20℃抗压强度≥4MPa；当工作温度T₁≥30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥3200次/mm；当工作温度T₁＜30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥2400次/mm；在试验温度为15℃、应变水平为500με的四点弯曲疲劳应≥20万次；其中，T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

本发明具有如下有益效果：

采用本发明生产得到的沥青级配碎石，可满足高速铁路基床结构的受力和变形要求，实现：(1)与轨道结构共同承载，具有良好的承载能力；(2)具有良好的防水抗渗性，提高高速铁路路基的防排水能力；(3)具有良好的高温抗变形、低温抗开裂、抗疲劳、抗水损害等性能，保证沥青级配碎石的耐久性，满足高速铁路服役寿命长的要求。

本发明提出的生产方法，操作简单，可实施性强，且可以保证沥青级配碎石的生产稳定、质量可控。本发明在满足高速铁路基床结构的受力和变形要求前提下，对高速铁路沥青级配碎石的材料性能进行了测定，可用于指导铁路沥青级配碎石的生产、施工、检验，具有广阔的应用前景，经济社会效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

在本发明中，沥青级配碎石宜采用间歇式拌和机进行生产，间歇式拌和机冷料仓的数量满足配合比需要，不宜少于5～6个。间歇式拌和机的振动筛规格应与骨料规格相匹配，最大筛孔宜略大于沥青级配碎石的最大粒径，其余筛的设置应考虑沥青级配碎石的级配稳定，并尽量使热料仓大体均衡，不同级配沥青级配碎石必须配置不同的筛孔组合。

间歇式拌和机冷料仓应具有添加沥青增强剂的设备或投料口。

骨料按粒径大小，分别储存在不同的冷料仓内，通过供料装置传送至骨料干燥筒内，骨料的加热温度为170～200℃。烘干骨料的残余含水量不得大于1％。每次生产的开始几盘骨料应提高加热温度，并干拌几锅骨料废弃，再正式生产沥青级配碎石。石灰石粉不需要加热，常温储存即可，应避免受潮。沥青级配碎石的拌和时间应根据试拌确定，以沥青均匀裹覆骨料为准。从拌和机向运料车上装料时，应多次挪动汽车位置，平衡装料，以减少沥青级配碎石的粗细骨料离析。

在本发明中，对于原材料如骨料、石灰石粉、SBS改性沥青和/或SBR改性沥青没有特别的限定，市售的能够符合JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的标准即可；对于原材料如沥青增强剂使用申请号为201711236017.7的专利申请中公开的方法制备即可。

以下给出优选的实施方案。

实施例1

按照下述步骤制备规格为AGCS-16的沥青级配碎石：

(1)将储存罐中的SBS改性沥青分级预热，并预热至180℃，预热时间为6h；

(2)将骨料加热至200℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量为0.1％；

(3)采用间歇式拌合机将所述骨料进行干拌，干拌时间为10s，干拌温度为180℃；

(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBS改性沥青，进行拌和，拌和时间为50s。

(5)生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

规格为AGCS-16的沥青级配碎石组成为：以高速铁路路基沥青级配碎石的总质量为准基，骨料90.0％、石灰石粉4.5％、SBS改性沥青5.0％、沥青增强剂0.5％。

AGCS-16规格沥青级配碎石的骨料级配见表1。

本实施例制备得到的AGCS-16规格沥青级配碎石的性能见表2。

表1

表2

T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

实施例2

按照下述步骤制备规格为AGCS-20的沥青级配碎石：

(1)将储存罐中的SBR改性沥青分级预热，并预热至160℃，预热时间为3h；

(2)将骨料加热至180℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量为0.6％；

(3)采用间歇式拌合机将所述骨料进行干拌，干拌时间为15s，干拌温度为170℃；

(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBR改性沥青，进行拌和，拌和时间为55s。

(5)生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

规格为AGCS-20的沥青级配碎石组成为：以高速铁路路基沥青级配碎石的总质量为准基，骨料89.0％、石灰石粉5.2％、SBR改性沥青4.8％、沥青增强剂1.0％。

AGCS-20规格沥青级配碎石的骨料级配见表3

本实施例制备得到的AGCS-20规格沥青级配碎石的性能见表4

表3

表4

T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

实施例3

按照下述步骤制备规格为AGCS-25的沥青级配碎石：

(1)将储存罐中的SBS改性沥青分级预热，并预热至175℃，预热时间为5h；

(2)将骨料加热至185℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量为0.3％；

(3)采用间歇式拌合机将所述骨料进行干拌，干拌时间为15s，干拌温度为180℃；

(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBS改性沥青，进行拌和，拌和时间为50s。

(5)生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

规格为AGCS-25的沥青级配碎石组成为：以高速铁路路基沥青级配碎石的总质量为准基，骨料90.2％、石灰石粉4.5％、SBR改性沥青4.6％、沥青增强剂0.7％。

AGCS25规格沥青级配碎石的骨料级配见表5

本实施例制备得到的AGCS-25规格沥青级配碎石的性能见表6

表5

表6

T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

Claims (9)

1.一种用于高速铁路基床的沥青级配碎石的生产方法，其包括如下步骤：

(1)将储存罐中的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青分级预热，并预热至160～180℃，预热时间大于等于3h；

(2)将骨料加热至170～200℃的温度，并烘干骨料，使得骨料的残余含水量不大于1％；

(3)将所述骨料进行干拌，干拌时间不少于10s，干拌温度为170～195℃；

(4)向步骤(3)中干拌后的骨料中加入石灰石粉、沥青增强剂以及预热好的SBS改性沥青和/或SBR改性沥青，进行拌和，生产得到用于高速铁路基床的沥青级配碎石；

所述步骤(4)中的拌和是在如下条件下进行的：拌和时间为30s-45s，拌和温度为170～195℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，以高速铁路路基沥青级配碎石的总质量为准基，骨料占85％-90％、石灰石粉占3％-8％、SBS改性沥青和/或SBR改性沥青占3.5％-6.0％、沥青增强剂占0.1％-1％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述骨料按其最大粒径选自I类骨料、II类骨料或者III类骨料；所述骨料为I类骨料时，生产得到规格为AGCS-16的沥青级配碎石；所述骨料为II类骨料时，生产得到规格为AGCS-20的沥青级配碎石；所述骨料为III类骨料时，生产得到规格为AGCS-25的沥青级配碎石；

所述I类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉的总质量为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为4～8％；粒径小于0.15mm的骨料占比为5～14％；粒径小于0.3mm的骨料占比为7～18％；粒径小于0.6mm的骨料占比为9～26％；粒径小于1.18mm的骨料占比为13～36％；粒径小于2.36mm的骨料占比为20～48％；粒径小于4.75mm的骨料占比为34～62％；粒径小于9.5mm的骨料占比为60～80％；粒径小于13.2mm的骨料占比为76～92％；粒径小于16mm的骨料占比为90～100％；粒径小于19mm的骨料占比为100％；

所述II类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉的总质量为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为3～7％；粒径小于0.15mm的骨料占比为4～13％；粒径小于0.3mm的骨料占比为5～17％；粒径小于0.6mm的骨料占比为8～24％；粒径小于1.18mm的骨料占比为12～33％；粒径小于2.36mm的骨料占比为16～44％；粒径小于4.75mm的骨料占比为26～56％；粒径小于9.5mm的骨料占比为50～72％；粒径小于13.2mm的骨料占比为62～80％；粒径小于16mm的骨料占比为78～92％；粒径小于19mm的骨料占比为90～100％；粒径小于26.5mm的骨料占比为100％；

所述III类骨料的级配应满足以下要求：以骨料及石灰石粉的总质量为基准，粒径小于0.075mm的骨料占比为3～7％；粒径小于0.15mm的骨料占比为4～13％；粒径小于0.3mm的骨料占比为5～17％；粒径小于0.6mm的骨料占比为8～24％；粒径小于1.18mm的骨料占比为12～33％；粒径小于2.36mm的骨料占比为16～42％；粒径小于4.75mm的骨料占比为24～52％；粒径小于9.5mm的骨料占比为45～65％；粒径小于13.2mm的骨料占比为57～76％；粒径小于16mm的骨料占比为65～83％；粒径小于19mm的骨料占比为75～90％；粒径小于26.5mm的骨料占比为90～100％；粒径小于31.5mm的骨料占比为100％。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述I类、II类或者III类骨料的级配比例是所述占比上下限的均值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)中的分级预热是通过储存罐内盘管中的导热油进行的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(4)中的拌和是采用间歇式拌和机进行。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的方法生产制得的用于高速铁路基床的沥青级配碎石。

8.根据权利要求7所述的用于高速铁路基床的沥青级配碎石，其中，生产得到的规格为AGCS-16的沥青级配碎石，其渗水系数≤60mL/min；空隙率≤4％；浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比≥85％；20℃回弹模量≥1000MPa；稳定度≥10kN；20℃抗压强度≥4MPa；当工作温度T₁≥30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥3200次/mm；当工作温度T₁＜30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥2400次/mm；在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下的弯拉强度≥8MPa；当工作温度T₂＜-37℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥3200με；当工作温度-37℃≤T₂＜-21.5℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥3000με；当工作温度T₂≥-21.5℃时，在试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min条件下测得的弯曲应变≥2800με；在试验温度为15℃、应变水平为500με条件下的四点弯曲疲劳≥20万次；

其中，T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。

9.根据权利要求7所述的用于高速铁路基床的沥青级配碎石，其中，生产得到的规格为AGCS-20或AGCS-25的沥青级配碎石，其空隙率≤6％；浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比≥85％；20℃回弹模量≥1000MPa；稳定度≥10kN；20℃抗压强度≥4MPa；当工作温度T₁≥30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥3200次/mm；当工作温度T₁＜30℃时，在测试压力为0.7MPa、试验温度为60℃条件下测得的动稳定度≥2400次/mm；在试验温度为15℃、应变水平为500με的四点弯曲疲劳应≥20万次；

其中，T₁为当地30年基准期内最热月平均最高气温；T₂为当地30年基准期内最低气温。