CN113582588A - 一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法，沥青混合料按照体积百分比，包括石灰岩0％～75％、煅烧铝矾土25％～90％、SBS沥青6.0％～8.0％、矿粉1.5％～3.5％以及木质素纤维0％～1％；所述的石灰岩和煅烧铝矾土的体积之和占沥青混合料总体积的90％～93％。所述的石灰岩和煅烧铝矾土的粒径皆为2.36mm‑9.5mm。制备方法包括以下步骤：取石灰岩和煅烧铝矾土进行加热；采用不同比例的煅烧铝矾土等体积替代石灰岩，得到集料；先将集料拌和，接着加入沥青拌和，再加入矿粉和木质素纤维拌和，得到沥青混合料。本发明沥青混合料的制备工艺简单，制备成本低廉，能显著提高路面表层抗滑耐久性。

Description

一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路沥青路面材料领域，涉及一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法。
背景技术
由于每年造成大量人员伤亡和财产损失，道路交通安全问题仍是世界各国共同面临的难题。在“人-车-路-环境-管理”构成的交通安全影响系统中，“路”的角色至关重要。导致交通事故频发的一个重要因素是胎/路间缺乏足够的摩擦力。同时，较大的通行能力和车轮荷载(尤其是重载车辆)加速了路表集料的磨光和磨耗，使得路面的抗滑能力迅速衰减，造成了大量的人员伤亡和财产损失，导致交通安全问题日益突出。
路面抗滑是实现高等级道路安全、舒适、高速行驶的关键技术问题之一，提升沥青路面抗滑耐久性能势在必行。一般情况下，新建路面表层的摩擦系数和构造深度均能满足现行规范要求，但经过长期行车作用，路面抗滑水平会有不同程度的衰减，远未至设计年限便已无法满足行车安全需求，集料的长期抗磨耗/光是主要原因。因此，在公路路面表层材料的选择和设计过程中，需要综合考虑材料耐久性和表面服务性。新材料、新工艺的引进，为长效耐久型路面抗滑表层提供了新的契机。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种高抗滑性能沥青混合料及其制备方法，制备工艺简单，制备成本低廉，能显著提高路面表层抗滑耐久性。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种高抗滑性能沥青混合料，按照体积百分比，包括石灰岩0％～75％、煅烧铝矾土25％～90％、SBS沥青6.0％～8.0％、矿粉1.5％～3.5％以及木质素纤维0％～1％；
作为本发明沥青混合料的一种优选方案，所述的石灰岩和煅烧铝矾土的体积之和占沥青混合料总体积的90％～93％。
作为本发明沥青混合料的一种优选方案，所述的煅烧铝矾土采用的是88#煅烧铝矾土。
作为本发明沥青混合料的一种优选方案，所述煅烧铝矾土的压碎值为6％～8％、磨耗值为9％～12％、磨光值为50BPN～60BPN。
作为本发明沥青混合料的一种优选方案，所述石灰岩的粒径为2.36mm～9.5mm，所述煅烧铝矾土的粒径也为2.36mm～9.5mm。
作为本发明沥青混合料的一种优选方案，所述的煅烧铝矾土中Al2O3晶体的质量百分比为85％～90％；煅烧铝矾土的密度为3.30g/cm3～3.50g/cm3。
本发明还提供一种所述高抗滑性能沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
取石灰岩和煅烧铝矾土进行加热；
采用不同比例的煅烧铝矾土等体积替代石灰岩，得到集料；所述的等体积替代是利用各档集料密度和质量确定其在沥青混合料中所占的体积，当采用不同密度集料替换原有集料时，保证替换前后该档粒径集料总体积保持恒定，计算表达式如下：
Figure BDA0003200408840000021
式中：mi0、mi′、mi分别为转化前某档粒径原有种类集料的质量、转化后该档粒径欲掺加种类集料的质量、转化后该档粒径原有种类集料的质量，单位为g；
ρi0、ρi′、ρi分别为转化前某档粒径原有种类集料的表观密度、转化后该档粒径欲掺加种类集料的表观密度、转化后该档粒径原有种类集料的表观密度，其中ρi0＝ρi，单位为g/cm3；
Vi0为标准车辙试件中某档粒径原有种类集料理论上的体积，在集料替换前后保持不变，单位为cm3；c为欲掺加集料与原有集料的质量比例，为常数，无量纲；
将集料拌和，接着加入沥青拌和，再加入矿粉和木质素纤维拌和，得到沥青混合料。
作为本发明制备方法的一种优选方案，取石灰岩和煅烧铝矾土放在烘箱中进行加热，加热达到的温度为180℃～200℃。
作为本发明制备方法的一种优选方案，所述的不同比例包括0％、25％、50％、75％和100％。
作为本发明制备方法的一种优选方案，所述的拌和的时间均为85s～95s。
相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：煅烧铝矾土具有优异的抗滑性能，中国有丰富的铝矾土资源(主要分布在山西、山东、河北、河南等地)，约37亿吨，居世界前列，与几内亚、澳大利亚、巴西同属世界铝矾土资源大国。煅烧铝矾土主要用于生产高铝质耐火级材料及研磨级材料(前者Al2O3含量更高)，能够体现出优良的技术性能。煅烧铝矾土具有强度高、质地坚硬、耐磨耗及耐久性良好等优点，相较于路面常用的石灰岩或玄武岩碎石更适宜用作沥青路面抗滑表层耐磨集料。本发明利用优质煅烧铝矾土部分取代传统石灰石集料制备出一种基于差异磨光原理的路用煅烧铝矾土高抗滑沥青混合料，可为显著提高路面表层抗滑耐久性、弥补部分地区优质抗滑集料匮乏之不足以及拓宽铝土矿资源利用途径提供重要参考。
具体实施方式
下面将对本发明实施例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。
一种高抗滑性能沥青混合料，包括以下体积百分比原料：木质素纤维0％-1.0％、SBS改性沥青6.0％-8.0％、石灰岩0％-75％、88#煅烧铝矾土25％-90％、石灰岩矿粉1.5％～3.5％。进一步，所述石灰岩和煅烧铝矾土体积占沥青混合料总体积比为90％～93％。基于差异磨光原理可充分发挥两种集料的独特优势，优势互补，显著提高沥青混合料的抗滑性能。
在本发明的实施例当中，所述的煅烧铝矾土的压碎值为7.74％、磨耗值为10.61％、磨光值为55.7BPN，具有优异的抗滑性能。
在本发明的实施例当中，所述石灰岩的粒径为2.36mm～9.5mm，所述煅烧铝矾土的粒径也为2.36mm～9.5mm。
在本发明的实施例当中，所述煅烧铝矾土中Al2O3晶体的质量百分比为85～90％；所述煅烧铝矾土的密度为3.30～3.50g/cm3。
采用不同比例的煅烧铝矾土等体积替代石灰岩，得到集料；所述的等体积替代是利用各档集料密度和质量确定其在沥青混合料中所占的体积，当采用不同密度集料替换原有集料时，保证替换前后该档粒径集料总体积保持恒定，计算表达式如下：
Figure BDA0003200408840000041
式中：mi0、mi′、mi分别为转化前某档粒径原有种类集料的质量、转化后该档粒径欲掺加种类集料的质量、转化后该档粒径原有种类集料的质量，单位为g；
ρi0、ρi′、ρi分别为转化前某档粒径原有种类集料的表观密度、转化后该档粒径欲掺加种类集料的表观密度、转化后该档粒径原有种类集料的表观密度，其中ρi0＝ρi，单位为g/cm3；
Vi0为标准车辙试件中某档粒径原有种类集料理论上的体积，在集料替换前后保持不变，单位为cm3；c为欲掺加集料与原有集料的质量比例，为常数，无量纲；
将集料拌和，接着加入沥青拌和，再加入矿粉和木质素纤维拌和，得到沥青混合料。
实施例1
一种高抗滑性能沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用88#煅烧铝矾土等体积取代石灰岩；
(2)将石灰岩和88#煅烧铝矾土在烘箱中加热至135℃备用；
(3)将88#煅烧铝矾土、石灰岩、SBS沥青、矿粉以及木质素纤维按照体积比为22.5％、67.5％、6.4％、2.5％、1.1％称取原料；
(4)将得到的沥青混合料矿料拌和90s，接着加入沥青拌和90s，再加入矿粉、木质素纤维拌和90s，即可得到所需沥青混合料。
实施例2
一种高抗滑性能沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用88#煅烧铝矾土等体积取代石灰岩；
(2)将石灰岩和88#煅烧铝矾土在烘箱中加热至135℃备用，
(3)将88#煅烧铝矾土、石灰岩、SBS沥青、矿粉以及木质素纤维按照体积比为45％、45％、6.6％、2.0％、1.4％称取原料；
(4)将得到的沥青混合料矿料拌和90s，接着加入沥青拌和90s，再加入矿粉、木质素纤维拌和90s，即可得到所需沥青混合料。
实施例3
一种高抗滑性能沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用88#煅烧铝矾土等体积取代石灰岩；
(2)将石灰岩和88#煅烧铝矾土在烘箱中加热至135℃备用，
(3)将88#煅烧铝矾土、石灰岩、SBS沥青、矿粉、木质素纤维按照体积比为67.5、22.5％、6.9％、2.0％、1.1％称取原料；
(4)将得到的沥青混合料矿料拌和90s，接着加入沥青拌和90s，再加入矿粉、木质素纤维拌和90s，即可得到所需沥青混合料。
实施例4
一种高抗滑性能沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用88#煅烧铝矾土等体积取代石灰岩；
(2)将石灰岩和88#煅烧铝矾土在烘箱中加热至135℃备用，
(3)将88#煅烧铝矾土、石灰岩、SBS沥青、矿粉、木质素纤维按照体积比为90％、0％、7.5％、2.0％、0.5％称取原料；
(4)将得到的沥青混合料矿料拌和90s，接着加入沥青拌和90s，再加入矿粉木质素纤维拌和90s，即可得到所需沥青混合料。
试验例
根据实施例1～4制备了4种沥青混合料，级配为SMA-5，油石比分别为6.4％，6.6％，6.9％，7.5％。而后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)测定其高温稳定性，低温抗裂性以及水稳定性，结果如表1所示。其中，对照组级配为SMA-5，油石比为6.3％，未掺煅烧铝矾土。
表1
Figure BDA0003200408840000061
通过表1可知，88#煅烧铝矾土的掺入显著提高了沥青混合料的动稳定度(次/mm)、摆值(BPN)，最大弯拉应变(με)、抗弯拉强度/Mpa、浸水残留稳定度/％、冻融劈裂残留强度比/％略有降低，说明其高温稳定性和抗滑定性明显改善；低温抗裂性、水稳定性明显略有下降。这是因为煅烧铝矾土具有较低的导热系数从而使沥青混合料下升温较慢，在同等温度加热相同时间条件下，沥青混合料内部温度较低，表现为其高温性能升高；相反，随着煅烧铝矾土掺量增加，沥青混合料的低温抗裂性有所降低，主要因为煅烧铝矾土粘附性相较于传统集料较差。掺配煅烧铝矾土后，沥青混合料抗滑性能有明显的提升，且随着煅烧铝矾土掺配比例的增加，沥青混合料摆值呈增加趋势，由此可知，粗集料性能对沥青混合料抗滑性能有显著的影响。
尽管上面已经详细示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例仅仅是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内还可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：按照体积百分比，包括石灰岩0％～75％、煅烧铝矾土25％～90％、SBS沥青6.0％～8.0％、矿粉1.5％～3.5％以及木质素纤维0％～1％。
2.根据权利要求1所述高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：所述的石灰岩和煅烧铝矾土的体积之和占沥青混合料总体积的90％～93％。
3.根据权利要求1所述高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：所述的煅烧铝矾土采用的是88#煅烧铝矾土。
4.根据权利要求1或3所述高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：所述煅烧铝矾土的压碎值为6％～8％、磨耗值为9％～12％、磨光值为50BPN～60BPN。
5.根据权利要求1所述高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：所述石灰岩的粒径为2.36mm～9.5mm，所述煅烧铝矾土的粒径也为2.36mm～9.5mm。
6.根据权利要求1所述高抗滑性能沥青混合料，其特征在于：所述的煅烧铝矾土中Al2O3晶体的质量百分比为85％～90％；煅烧铝矾土的密度为3.30g/cm3～3.50g/cm3。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述高抗滑性能沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取石灰岩和煅烧铝矾土进行加热；
采用不同比例的煅烧铝矾土等体积替代石灰岩，得到集料；所述的等体积替代是利用各档集料密度和质量确定其在沥青混合料中所占的体积，当采用不同密度集料替换原有集料时，保证替换前后该档粒径集料总体积保持恒定，计算表达式如下：
Figure FDA0003200408830000011
式中：mi0、mi′、mi分别为转化前某档粒径原有种类集料的质量、转化后该档粒径欲掺加种类集料的质量、转化后该档粒径原有种类集料的质量，单位为g；
ρi0、ρi′、ρi分别为转化前某档粒径原有种类集料的表观密度、转化后该档粒径欲掺加种类集料的表观密度、转化后该档粒径原有种类集料的表观密度，其中ρi0＝ρi，单位为g/cm3；
Vi0为标准车辙试件中某档粒径原有种类集料理论上的体积，在集料替换前后保持不变，单位为cm3；c为欲掺加集料与原有集料的质量比例，为常数，无量纲；
将集料拌和，接着加入沥青拌和，再加入矿粉和木质素纤维拌和，得到沥青混合料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：取石灰岩和煅烧铝矾土放在烘箱中进行加热，加热达到的温度为180℃～200℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的不同比例包括0％、25％、50％、75％和100％。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的拌和的时间均为85s～95s。
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