CN113355972A - 一种半刚性路面及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半刚性路面的制备方法，包括以下步骤：将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面；将环氧砂浆浇筑到所述沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面；按质量百分比计，所述沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：90～95％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.01～0.3％纤维和0.2～6.4％矿粉；所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm。本发明在沥青混合料中添加大量的大粒径粗集料，这些粗集料相互嵌挤形成具有大空隙的骨架结构，在沥青混合料摊铺、碾压后将环氧砂浆浇筑进空隙中进行固化反应，形成一个整体，可极大提高沥青的刚度和抗车辙能力，从而提高热稳定性。
Description
技术领域
本发明属于沥青混凝土技术领域，具体涉及一种半刚性路面及其制备方法。
背景技术
半刚性路面由于具有整体性高、平整度好等优点，在我国公路建设中得到了广泛的运用，已经成为我国高等级公路路面结构的主要形式。随着半刚性路面在国内的大量使用，该结构逐渐出现一些问题，主要是热稳定性差，在高温季节容易因沥青软化，出现车辙、推移和拥包等现象，影响路面的完整性、行车舒适性和安全性。
目前提高半刚性路面的热稳定性主要有两种途径，一是在沥青混合料拌和时添加抗车辙剂，增加沥青的刚度，可以取得一定的效果，但是仍不能从根本上解决问题；二是通过在摊铺好的沥青路面上，涂灌水泥浆，但由于水泥浆的强度不稳定，且固化形成强度的时间较长，经常是其强度还没有形成，已经开放交通，导致沥青路面依然不稳定。
基于此，有必要对半刚性路面进行改进以提高其热稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半刚性路面及其制备方法。本发明提供的制备方法制备得到的半刚性路面刚度高，抗车辙能力强，热稳定性高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种半刚性路面的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面；
(2)将环氧砂浆浇筑到所述步骤(1)得到的沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面；
按质量百分比计，所述步骤(1)中的沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：
90～95％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.01～0.3％纤维和0.2～6.4％矿粉；
所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm。
优选地，所述步骤(1)中的沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：
92％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.2％纤维和3.3～4.3％矿粉。
优选地，所述粗集料为硬质石料，所述硬质石料包括玄武岩和辉绿岩中的至少一种。
优选地，所述胶结料包括高黏高弹复合改性沥青、橡胶沥青和复合改性沥青-橡胶中的至少一种。
优选地，所述纤维包括木质素纤维、化学纤维和矿物纤维中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中大空隙的沥青混合料路面的空隙率为27～30％。
优选地，按质量百分比计，所述步骤(2)中的环氧砂浆由包括以下组分的原料制备得到：
3～5.5％环氧乳液，2～3.4％固化剂，25～31％水泥、51.4～52％填料、0～0.2％减水剂、0～0.2％消泡剂、0～0.1％膨胀剂、0～0.1％触变剂和5～8.1％去离子水。
优选地，按质量百分比计，所述环氧砂浆由包括以下组分的原料制备得到：
5.5％环氧乳液，3.4％固化剂，31％水泥、51.74％填料、0.15％减水剂、0.15％消泡剂、0.005％膨胀剂、0.005％触变剂和8.05％去离子水。
优选地，所述步骤(2)中固化的温度为50～150℃。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的半刚性路面。
本发明提供了一种半刚性路面的制备方法，包括以下步骤：将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面；将环氧砂浆浇筑到所述沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面；按质量百分比计，所述沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：90～95％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.01～0.3％纤维和0.2～6.4％矿粉；所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm。本发明在沥青混合料中添加大量的大粒径粗集料，这些粗集料相互嵌挤形成具有大空隙的骨架结构，在沥青混合料摊铺、碾压后将环氧砂浆浇筑进空隙中进行固化反应，使之与沥青混合料路面形成一个整体，可极大的提高沥青的刚度和抗车辙能力，从而提高路面的热稳定性。实施例的结果显示，采用本发明的制备方法制备的半刚性路面的动稳定度≥6500次/mm；4小时强度＞20MPa，28天强度＞50MPa。
附图说明
图1为本发明提供的半刚性路面的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种半刚性路面的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面；
(2)将环氧砂浆浇筑到所述步骤(1)得到的沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面；
按质量百分比计，所述步骤(1)中的沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：
90～95％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.01～0.3％纤维和0.2～6.4％矿粉；
所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm。
本发明将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面。
以沥青混合料的重量比为100％计，制备本发明所述沥青混合料的原料包括90～95％粗集料，优选为92％。在本发明中，所述粗集料优选为硬质石料，所述硬质石料优选包括玄武岩和辉绿岩中的至少一种。在本发明中，所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm，当所述半刚性路面的厚度低于5厘米时，所述粗集料的单粒径优选为4.75～9.5mm，但不包括9.5mm；当所述半刚性路面的厚度在5厘米及以上时，所述粗集料的单粒径优选为9.5～13.2mm。本发明对所述粗集料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明在沥青混合料中添加大量的大粒径粗集料，这些粗集料相互嵌挤形成具有大空隙的骨架结构，有利于后续将环氧砂浆浇筑进空隙中，使之与沥青混合料路面形成一个整体，进一步提高沥青的刚度和抗车辙能力，从而提高路面的热稳定性。
以沥青混合料的重量比为100％计，制备本发明所述沥青混合料的原料包括3.5～4.5％胶结料，优选为4.0～4.2％。在本发明中，所述胶结料优选包括高黏高弹复合改性沥青、橡胶沥青和复合改性沥青-橡胶中的至少一种。本发明对所述胶结料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述胶结料在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，提高半刚性路面的刚性，从而提高路面的热稳定性。
以沥青混合料的重量比为100％计，制备本发明所述沥青混合料的原料包括0.01～0.3％纤维，优选为0.1～0.2％。在本发明中，所述纤维优选包括木质素纤维、化学纤维和矿物纤维中的至少一种。本发明对所述纤维的尺寸没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的纤维尺寸即可。本发明对所述纤维的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述纤维在混合料中以三维形式分散存在，起到了加强筋的作用，增加了沥青与矿料的粘附性，提高了半刚性路面的刚性，从而提高了路面的热稳定性。
以沥青混合料的重量比为100％计，制备本发明所述沥青混合料的原料包括0.2～6.4％矿粉，优选为3.3～4.3％，更优选为3.6～3.8％。在本发明中，所述矿粉优选为石灰岩磨制的矿粉。本发明对所述矿粉的粒径没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的矿粉粒径即可。本发明对所述矿粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述矿粉的少量添加能够减小沥青混凝土的空隙，与沥青共同形成沥青胶浆，避免空隙较大，进一步提高沥青混凝土的强度和稳定性。
本发明对所述沥青混合料的配制方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的配制方法即可。
本发明对所述摊铺和碾压的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的摊铺和碾压即可。在本发明中，所述沥青混合料路面的空隙率优选为27～30％。本发明将沥青混合料进行摊铺和碾压形成一种骨架空隙型(OGFC)级配形式的路面，有利于后续环氧砂浆的浇筑。
得到沥青混合料路面后，本发明将环氧砂浆浇筑到所述沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面。本发明将环氧砂浆浇筑进空隙中进行固化反应，使之与沥青混合料路面形成一个整体，可极大地提高沥青的刚度和抗车辙能力，从而提高路面的热稳定性。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括3～5.5％环氧乳液，优选为4～5.5％。在本发明中，所述环氧乳液优选为赢创化学公司生产的AncarezAR468。在本发明中，所述环氧乳液为粘结材料，起粘结作用。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括2～3.4％固化剂，优选为2.5～3.4％。在本发明中，所述固化剂优选为水性固化剂，更优选为赢创化学公司生产的Anquamine 287。在本发明中，所述固化剂起固化作用。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括25～31％水泥，优选为28～31％。本发明对所述水泥的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述水泥进行水化反应，能够与环氧乳液发生聚合反应，形成贯穿交联的分子膜，从而提高路面的热稳定性。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括51.4～52％填料，优选为51.5～51.74％。在本发明中，所述填料优选为粒径为0.1～0.3mm(不包括0.3mm)的石英砂和粒径为0.3～0.6mm的石英砂；所述粒径为0.1～0.3mm(不包括0.3mm)的石英砂与粒径为0.3～0.6mm的石英砂的质量比优选为2:1。本发明对所述填料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述填料用于提高路面的刚性，从而进一步提高路面的热稳定性。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括0～0.2％减水剂，优选为0.15％。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸盐减水剂。本发明对所述减水剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述减水剂能够减少稀释剂去离子水的用量。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括0～0.2％消泡剂，优选为0.15％。在本发明中，所述消泡剂优选为赢创化学生产的SurfynolDF-220和明凌化学生产的消泡剂P803；所述SurfynolDF-220和明凌化学生产的消泡剂P803的质量比优选为1:2。在本发明中，所述消泡剂能够抑制泡沫的产生或消除已产生的泡沫。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括0～0.1％膨胀剂，优选为0.005％。在本发明中，所述膨胀剂优选为铝粉。本发明对所述铝粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述膨胀剂在水泥水化过程中会产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的水泥。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括0～0.1％触变剂，优选为0.005％。在本发明中，所述触变剂优选为羟乙基纤维素醚。本发明对所述触变剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
以环氧砂浆的重量比为100％计，制备本发明所述环氧砂浆的原料包括5～8.1％去离子水，优选为6～8.05％。本发明对所述去离子水的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述去离子水作为溶剂。
在本发明中，所述环氧砂浆的制备方法优选包括如下步骤：
1)将环氧乳液与固化剂、部分消泡剂和去离子水混合，得到第一混合溶液；
2)将所述步骤1)得到的第一混合溶液与水泥、填料、减水剂、剩余消泡剂、膨胀剂和触变剂混合，得到环氧砂浆。
本发明优选将环氧乳液与固化剂、部分消泡剂和去离子水混合，得到第一混合溶液。在本发明中，所述部分消泡剂的用量优选为消泡剂总质量的1/3。在本发明中，所述环氧乳液与固化剂、部分消泡剂和去离子水的混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的时间优选为30～60s；所述搅拌的速率优选为200～800rpm/min，更优选为500rpm/min。
得到第一混合溶液后，本发明优选将所述第一混合溶液与水泥、填料、减水剂、剩余消泡剂、膨胀剂和触变剂混合，得到环氧砂浆。在本发明中，所述剩余消泡剂的用量优选为消泡剂总质量的2/3。在本发明中，所述第一混合溶液与水泥、填料、减水剂、剩余消泡剂、膨胀剂和触变剂的混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的时间优选为2～3min；所述搅拌的速率优选为200～800rpm/min，更优选为500rpm/min。
本发明对所述环氧砂浆的用量没有特殊限定，只要将空隙注满即可。本发明对所述环氧砂浆浇筑到沥青混合料路面的大空隙中的操作没有特殊的限定，按照本领域中水泥砂浆浇筑的操作即可。
在本发明中，所述固化的温度优选为50～150℃，更优选为100℃。本发明对所述固化的时间没有特殊的限定，根据实际情况进行调整即可。
本发明在沥青混合料中添加大量的大粒径粗集料，这些粗集料相互嵌挤形成具有大空隙的骨架结构，在沥青混合料摊铺、碾压后将环氧砂浆浇筑进空隙中进行固化反应，使之与沥青混合料路面形成一个整体，可极大提高沥青的刚度和抗车辙能力，从而提高路面的热稳定性。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的半刚性路面，其结构示意图如图1所示。从图1可以看出，本发明提供的半刚性路面为一种骨架空隙型(OGFC)路面。本发明提供的半刚性路面刚度高，抗车辙能力强，热稳定性高。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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做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1
(1)按质量百分比计，所述步骤(1)中的沥青混合料由以下组分的原料制备得到：
92％的4.75～9.5mm的单粒径玄武岩，4.5％高黏高弹复合改性沥青，0.2％木质素纤维和3.3％矿粉；
将上述原料混合后制备得到沥青混合料；
(2)将所述步骤(1)得到的沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到空隙率为30％的沥青混合料路面；
(3)按质量百分比计，所述步骤(2)中的环氧砂浆由以下组分的原料制备得到：
5.5％赢创化学公司的AncarezAR468，3.4％赢创化学公司的Anquamine287，31％北极熊的抗裂双快贝利特水泥BS-NF、51.74％填料(粒径为0.1～0.3mm的石英砂与粒径为0.3～0.6mm的石英砂的质量比为2:1)、0.15％粉末聚羧酸盐减水剂、0.15％消泡剂(赢创化学公司的SurfynolDF-220和明凌化学的消泡剂P803的质量比为1:2)、0.005％膨胀剂铝粉、0.005％亚士兰的羟乙基纤维素醚和8.05％去离子水；
将AncarezAR468与Anquamine 287、SurfynolDF-220和去离子水进行混合搅拌30～60s，得到第一混合溶液；搅拌的速率为500rpm/min；将所述第一混合溶液与水泥、填料、减水剂、消泡剂P803、铝粉和羟乙基纤维素醚进行混合搅拌2～3min，得到环氧砂浆；搅拌的速率为500rpm/min；
(4)将环氧砂浆注满所述步骤(3)得到的沥青混合料路面的大空隙中，在100℃条件下固化，得到半刚性路面。
实施例2
(1)按质量百分比计，所述步骤(1)中的沥青混合料由以下组分的原料制备得到：
92％的4.75～9.5mm的单粒径玄武岩，3.5％高黏高弹复合改性沥青，0.2％木质素纤维和4.3％矿粉；
将上述原料混合后制备得到沥青混合料；
(2)将所述步骤(1)得到的沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到空隙率为27％的沥青混合料路面；
(3)按质量百分比计，所述步骤(2)中的环氧砂浆由以下组分的原料制备得到：
5.5％赢创化学公司的AncarezAR468，3.4％赢创化学公司的Anquamine287，31％北极熊的抗裂双快贝利特水泥BS-NF、51.74％填料(粒径为0.1～0.3mm的石英砂与粒径为0.3～0.6mm的石英砂的质量比为2:1)、0.15％粉末聚羧酸盐减水剂、0.15％消泡剂(赢创化学公司的SurfynolDF-220和明凌化学的消泡剂P803的质量比为1:2)、0.005％膨胀剂铝粉、0.005％亚士兰的羟乙基纤维素醚和8.05％去离子水；
将AncarezAR468与Anquamine 287、SurfynolDF-220和去离子水进行混合搅拌30～60s，得到第一混合溶液；搅拌的速率为500rpm/min；将所述第一混合溶液与水泥、填料、减水剂、消泡剂P803、铝粉和羟乙基纤维素醚进行混合搅拌2～3min，得到环氧砂浆；搅拌的速率为500rpm/min；
(4)将环氧砂浆注满所述步骤(3)得到的沥青混合料路面的大空隙中，在100℃条件下固化，得到半刚性路面。
对实施例1和2制备得到的半刚性路面进行性能测试，发现4h强度大于20MPa，28天强度大于50MPa；动稳定度大于等于6500次/mm，高于一般沥青路面(2000次/mm)和SMA沥青路面(3000次/mm)的动稳定度，说明本发明提供的制备方法制备得到的半刚性路面的热稳定性有了明显改善。
从以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法制备得到的半刚性路面刚度高，抗车辙能力强，热稳定性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半刚性路面的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沥青混合料依次进行摊铺和碾压，得到大空隙的沥青混合料路面；
(2)将环氧砂浆浇筑到所述步骤(1)得到的沥青混合料路面的大空隙中，固化后得到半刚性路面；
按质量百分比计，所述步骤(1)中的沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：
90～95％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.01～0.3％纤维和0.2～6.4％矿粉；
所述粗集料的粒径为4.75～13.2mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的沥青混合料由包括以下组分的原料制备得到：
92％粗集料，3.5～4.5％胶结料，0.2％纤维和3.3～4.3％矿粉。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粗集料为硬质石料，所述硬质石料包括玄武岩和辉绿岩中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述胶结料包括高黏高弹复合改性沥青、橡胶沥青和复合改性沥青-橡胶中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纤维包括木质素纤维、化学纤维和矿物纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中大空隙的沥青混合料路面的空隙率为27～30％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤(2)中的环氧砂浆由包括以下组分的原料制备得到：
3～5.5％环氧乳液，2～3.4％固化剂，25～31％水泥、51.4～52％填料、0～0.2％减水剂、0～0.2％消泡剂、0～0.1％膨胀剂、0～0.1％触变剂和5～8.1％去离子水。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述环氧砂浆由包括以下组分的原料制备得到：
5.5％环氧乳液，3.4％固化剂，31％水泥、51.74％填料、0.15％减水剂、0.15％消泡剂、0.005％膨胀剂、0.005％触变剂和8.05％去离子水。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固化的温度为50～150℃。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的半刚性路面。
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