CN113045248B - 一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料及其制备方法，该混合料包括以下原料：沥青、矿料、纤维和添加剂，所述矿料由集料和矿粉组成；油石比为4.5～5.5；粒径为2.36mm以上的集料占所述矿料总质量的74％～82％，粒径为0.075mm以下的集料占所述矿料总质量的7％～10％；所述纤维用量为0～0.2％，采用木质素纤维或聚酯纤维；所述添加剂与沥青质量的比值为10：90～4：96；所述的混合料具有良好的高温性能、抗剪性能以及抗滑性能。本发明实施例提供的功能复合沥青混合料可以大幅度的提高沥青路面的高温性能、抗剪性能以及抗滑性能，并使路面有着表面抗滑以及整体耐久的性质。

Description

一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及抗车辙、抗剪与抗滑性能沥青混合料技术领域，尤其涉及一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料及其制备方法。

背景技术

我国的高速公路部分寿命较短，一些高等级路面以及长大纵坡、道路交叉口等特殊段的沥青路面在行车作用下不仅会产生严重的车辙，而且还会使沥青路面产生剪切推移破坏，这是因为上坡路段的慢速启动和下坡路段的减速制动，沥青路面面层顶部和内部产生了较平坦路段更大的水平剪应力。目前，如长大纵坡等特殊路段在路面沥青混合料选择上没有最优选，即拥有高温性能以及抗滑性能均优异得的沥青混合料。

目前道路行业出现了各种类型的沥青混合料，如高温稳定性良好的密集配沥青混合料、耐久性良好的沥青马蹄脂碎石混合料，以及具有排水功能的排水沥青混合料等，通过不同的级配，来影响混合料的路用性能。这些混合料的应用虽然在一定程度上改善了路面质量，但路面使用过程产生病害的问题依然存在，如SMA使用初期会出现泛油和OGFC经过长期使用会产生空隙堵塞现象，SUPERPAVE沥青混合料使用中强度不足会出现车辙等。

级配是影响沥青混合料性能的重要因素，沥青混合料级配以及原材料的设计是目前各类混合料研究的一个重要问题。随着国内外研究的深入，行业规范对各类混合料的级配都提出了明显的级配范围，但是仍然不能满足当前道路环境对沥青路面性能的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，通过本发明可以大幅度的提高沥青路面的高温性能以及抗滑性能，并使路面有着表面抗滑以及整体耐久的性质。

本发明实施例提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，包括以下原料：沥青、矿料、纤维和添加剂，所述矿料由集料和矿粉组成；油石比为4.5～5.5；粒径为2.36mm以上的集料占所述矿料总质量的74％～82％，粒径为0.075mm以下的集料占所述矿料总质量的7％～10％；所述纤维用量为0～0.2％，采用木质素纤维或聚酯纤维；所述添加剂与沥青质量的比值为10：90～4：96。本发明中，通过对混合料级配的选取，综合沥青、纤维、矿料性能，提高了沥青与集料之间的黏结性，大幅度提高了混合料的高温性能与抗剪性能；另外，由于在级配的选取过程中对粗集料的设计使得混合料表面构造深度更深，抗滑性能也得到大幅度提高，本发明提供的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，能够有效针对如长大纵坡、城市道路交叉口等特殊功能、等级路面的设计要求，并应用到实际工程中。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述集料选自玄武岩、石灰岩；优选的，粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩制成的机制砂。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述集料的级配范围：

13.2mm筛孔对应质量通过率为95～100％；

9.5mm筛孔对应质量通过率为54～62％；

4.75mm筛孔对应质量通过率为20～30％；

2.36mm筛孔对应质量通过率为18～26％；

1.18mm筛孔对应质量通过率为12～18％；

0.6mm筛孔对应质量通过率为11～15％；

0.3mm筛孔对应质量通过率为10～13％；

0.15mm筛孔对应质量通过率为9～11％；

0.075mm筛孔对应质量通过率为7～10％。

本发明中，粗细集料合成级配需在给定的级配范围内。该级配范围特征为：粗集料含量多，细集料含量较少。其中，粗集料优选为玄武岩，细集料优选为石灰岩制成的机制砂。通过采用上述级配能够让混合料形成骨架密实型结构，又因细集料使用较少，能使混合料空隙率达到4％～7％，进而在形成稳定嵌挤结构的同时具有较高的空隙率，使之具有更好的抗滑性能与耐久性能，能够用于长大纵坡道路、城市道路交叉口等特殊路段。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述矿粉为粒度0.075mm以下的石灰岩，所述矿粉占矿料总质量的7～10％。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述纤维为木质素纤维或聚酯纤维，所述纤维与矿料的质量比为0～0.2：100；优选的，所述木质素纤维的长度小于6mm，含水率小于5％，热失重不大于6％；聚酯纤维长度在6±1.5mm，抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率≥15％。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述沥青为SBSI-D改性石油沥青。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述添加剂包括沥青高粘改性剂；优选的，所述沥青与所述高粘改性剂的质量比为90：10～96：4。

本发明中，采用上述纤维、矿粉和高黏度改性沥青的组成设计，使得混合料的粉胶比处于合适的比例。尤其是其与设定级配的集料相互作用，加上纤维的使用，使得上述集料与沥青之间的粘结效果更好，进而提高该混合料整体的密实性与稳定性，更好的应用于耐久性需求高的路面。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，所述功能复合沥青混合料成型的马歇尔试件的空隙率为4％-7％，构造深度为0.95～1.15mm。

本发明实施例还提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

1)将沥青进行加热，加入添加剂进行发育，得到高粘沥青；

2)将所述高粘沥青、矿粉和集料放入180℃烘箱中加热；

3)将拌合设备加热至拌合温度，先将所述集料倒入拌合设备中，然后加入沥青搅拌，得到拌料；

4)加入木质素纤维或聚酯纤维，均匀洒在所述拌料表面，进行搅拌，然后加入预加热的矿粉拌和，制得所述用于长大纵坡的功能复合沥青混合料。

根据本发明实施例提供的一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

1)将SBSI-D改性石油沥青加热至120±5℃预热，然后继续加热至180±5℃，在继续加热过程中，加入高粘剂，高速旋转剪切30～40min，放入180℃烘箱中发育30min，得到高粘沥青，保温备用；

2)将所述高粘沥青、矿粉和集料放入105℃的烘箱中，加热4～6h，烘干后将集料按设计级配称重，并放入175℃烘箱中加热；

3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃，先将加热好的集料倒入拌合锅中，加入所述高粘沥青后，搅拌90s，得到拌料；

4)加入木质素纤维或聚酯纤维，均匀洒在所述拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉，拌合60s，制得所述功能复合沥青混合料。

本发明中，采用上述制备方法能够制备出用于长大纵坡性能优异的功能复合沥青混合料；尤其是，采用上述矿料—沥青—纤维—矿粉的拌和顺序，能够更好的使各个成分充分拌合，从而达到规范要求的沥青饱和度，同时在上述拌合时间下，能够形成良好的骨架结构。

本发明中，采用上述制备方法能够制备出用于长大纵坡性能优异的功能复合沥青混合料达到以下性能指标要求：高温性能指标动稳定度值不小于5000次/mm；抗剪性能指标抗剪强度值不小于1.5MPa；抗滑性能指标构造深度值不小于0.9mm。

本发明的有益效果至少在于：1)本发明提供的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料大幅度提高沥青混合料的高温变形性能与表面抗滑性能，提高在如长大纵坡等特殊路段路面使用的适用性。2)本发明提供的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料在表面部分具有与开级配沥青混合料相似的构造深度，其混合料整体又具有与沥青马蹄脂碎石相似的耐久性与密实性。3)本发明提供的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料在一定程度上解决路面结构层功能性单一的问题，能够同时实现传统路面设计中上面层作抗滑磨耗、中面层作抗车辙与密实防水的功能要求。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。

本发明中，油石比是指沥青(SBSI-D改性石油沥青)和添加剂(HVA高粘剂)与矿料的质量比。本发明以下实施例中，所用沥青为市售SBSI-D改性石油沥青，所用HVA高粘剂购自中路高科(北京)公路技术有限公司，粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩制成的机制砂，矿粉为粒度0.075mm以下的石灰岩，木质素纤维的长度小于6mm，含水率小于5％，热失重不大于6％；聚酯纤维长度在6±1.5mm，抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率≥15％。

实施例1

本实施例提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，其制备包括以下步骤：先将SBSI-D改性石油沥青加热至125℃预热，取234.6g SBSI-D改性石油沥青放入烘箱加热至180℃，同时将20.4g HVA高粘剂均匀的加入热SBSI-D改性石油沥青中，高速旋转剪切35min，放入180℃烘箱继续发育30min，得到高黏改性沥青；将各单档集料与矿粉先预加热至175℃，加热时间为5h，加热完毕后保温备用，其中粗集料、细集料使用量如表3所示：

表3实施例1中各集料用量

实施例1	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率(％)	100	95	55	22	18	15	14	12	10	7
用量(g)	-	250	2000	1650	200	150	50	100	100	150

将拌锅加热至拌合温度165℃，先将加热好的集料倒入拌锅中，使用拌铲拨至一边，加入高黏改性沥青后，搅拌90s；加入木质素纤维7.5g，均匀洒在拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉350g，拌合60s，制得所述的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，沥青油石比为5.1％。

实施例2

本实施例提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，其制备包括以下步骤：先将SBSI-D改性石油沥青加热至125℃预热，取248.4g SBSI-D改性石油沥青放入烘箱加热至180℃，同时将21.6g HVA高粘剂均匀的加入热SBSI-D改性石油沥青中，高速旋转剪切35min，放入180℃烘箱中继续发育30min，得到高黏改性沥青；将各单档集料与矿粉先预加热至175℃，加热时间为5h，加热完毕后保温备用，其中粗集料、细集料使用量如表4所示：

表4实施例2中各集料用量

实施例2	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率(％)	100	95	55	22	20	15	14	12	10	9
用量(g)	-	250	2000	1650	100	250	50	100	100	50

将拌锅加热至拌合温度165℃，先将加热好的集料倒入拌锅中，使用拌铲拨至一边，加入高黏改性沥青后，搅拌90s；加入木质素纤维10g，均匀洒在拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉450g，拌合60s，制得所述的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，沥青油石比为5.4％。

实施例3

本实施例提供一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，其制备包括以下步骤：先将SBSI-D改性石油沥青加热至125℃预热，取248.4g SBSI-D改性石油沥青放入烘箱加热至180℃，同时将21.6g HVA高粘剂均匀的加入热SBSI-D改性石油沥青中，高速旋转剪切35min，放入180℃烘箱继续发育30min，得到高黏改性沥青；将各单档集料与矿粉先预加热至175℃，加热时间为5h，加热完毕后保温备用，其中粗集料、细集料使用量如表5所示：

表5实施例3中各集料用量

实施例3	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率(％)	100	95	59	22	20	15	14	12	10	7
用量(g)	-	250	1800	1850	100	250	50	100	100	150

将拌锅加热至拌合温度165℃，先将加热好的集料倒入拌锅中，使用拌铲拨至一边，加入高黏改性沥青后，搅拌90s；加入聚酯纤维7.5g，均匀洒在拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉500g，拌合60s，制得所述的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，沥青油石比为5.4％。

本发明实施例1-3所述的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料与对比例1-2所述的其它类型沥青混合料抗滑性能以及高温性能试验结果见表6。

对比例1

SMA是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的骨架密实混合料。本对比例使用粗集料采用玄武岩、细集料采用石灰岩制成的机制砂，沥青采用SBSI-D改性沥青，级配采用现有规范中SMA沥青混合料的级配范围中值，具体如下表所示：

表6对比例1中各集料用量

对比例1	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率	100	95.00	62.50	27.00	20.50	19.00	16.00	13.00	12.00	10.00
用量	-	250	1625	1775	325	75	150	150	50	100

上述SMA沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将SBS改性沥青在165℃的烘箱中加热保温至4至6h；

(2)分别在175℃下加热矿料中的粗集料、细集料以及矿粉4至6h；

(3)将拌合锅加热至拌合温度160±5℃，先将预加热后的粗细集料加入拌合锅内，再加入步骤(1)保温备用的SBS改性沥青拌合90-95s，最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s，对比例1采用的油石比为6％，制得所述的SMA沥青混合料。

对比例2

本对比例提供排水沥青混合料(间断级配的混合料，设计空隙率比较大)。其主要功能是提高路面的抗滑能力，同时具有良好的排水性能和降低行车噪声的功能。本对比例粗集料采用玄武岩、细集料采用石灰岩制得机制砂，沥青采用高粘改性沥青，购自中路高科(北京)公路技术有限公司，级配采用国内排水沥青路面规范推荐级配范围的中值，具体如表7所示：

表7对比例2中各集料用量

对比例2	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率	100.0	95.0	55.5	20.0	14.5	12.0	10.0	8.5	6.5	4.5
用量	-	250	1975	1775	275	125	100	75	100	100

本对比例中排水沥青混合料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)将各单档集料与矿粉加热至175℃，加热时间为4h，加热完毕后保温备用；

(2)将拌锅加热至拌合温度165℃，先将加热好的集料倒入拌锅中，使用拌铲拨至一边，加入高粘改性沥青后，搅拌90s；

(3)加入5g聚酯纤维，均匀洒在拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉225g，拌合60s，制得所述的排水沥青混合料，沥青油石比为4.8％。

对各实施例与对比例进行性能实验验证，实验结果如表8所示。

表8不同类型沥青混合料车辙试验与抗滑试验结果

试验项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						车辙试验动稳定度(60℃)，次/mm	12875	11759	12421	12680	7869
抗剪强度，MPa	1.84	1.58	1.69	1.66	1.14
						构造深度，mm	1.06	1.09	1.02	0.84	1.26

从表8可以看出，对比不同类型混合料之间的高温性能以及抗滑性能，高温性能采用车辙试验动稳定度来表征，抗滑性能使用构造深度来表征，总体来说，功能复合型沥青混合料的高温性能与SMA沥青混合料相近，而抗滑性能介于排水沥青混合料与SMA沥青混合料之间，但与排水沥青混合料相差不大。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种用于长大纵坡的功能复合沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将SBSI-D改性石油沥青加热至125℃预热，取234.6gSBSI-D改性石油沥青放入烘箱加热至180℃，同时将20.4g HVA高粘剂均匀的加入热SBSI-D改性石油沥青中，高速旋转剪切35min，放入180℃烘箱继续发育30min，得到高黏改性沥青；将各单档集料与矿粉先预加热至175℃，加热时间为5h，加热完毕后保温备用，其中集料使用量：

筛孔mm 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

通过率％ 100 95 55 22 18 15 14 12 10 7

用量g - 250 2000 1650 200 150 50 100 100 150将拌锅加热至拌合温度165℃，先将加热好的集料倒入拌锅中，使用拌铲拨至一边，加入高黏改性沥青后，搅拌90s；加入木质素纤维7.5g，均匀洒在拌料表面，搅拌60s；加入预加热的矿粉350g，拌合60s，制得所述的用于长大纵坡的功能复合沥青混合料，沥青油石比为5.1％；

其中所用沥青为市售SBSI-D改性石油沥青，所用HVA高粘剂购自中路高科北京公路技术有限公司，粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩制成的机制砂，矿粉为粒度0.075mm以下的石灰岩，木质素纤维的长度小于6mm，含水率小于5％，热失重不大于6％。