CN113998949A - 一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法，以质量份数计，该新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料包括以下组分：粗集料500～800份，细集料200～500份，松香树脂复合改性乳化沥青70～160份，水泥0.1～10份，外渗水0.1～12份和外渗水改性剂0.1～2份；所述松香树脂复合改性乳化沥青由线型或星型的SBS改性剂、210松香改性酚醛树脂与乳化沥青混合制成。本发明通过引入松香树脂复合改性乳化沥青，同时改进集料级配和施工工艺，使所得到的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料铺设后能够达到与热拌超薄磨耗层的路用性能，解决了传统冷拌工艺路用性能不佳的问题，使其同时具备了便捷性与优异性能两方面优势。
Description
技术领域
本发明涉及道路铺面材料及其加工制备技术领域，一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法。
背景技术
热拌超薄磨耗层技术作为一种针对交通负载大、路面性能要求高的路面解决方案，它不仅可应用于高等级沥青路面或水泥路面的养护，也可以作为一种新建道路表面磨耗层。该施工工艺是将15～25mm厚的断级配改性热拌沥青混合料，摊铺在一层聚合物改性乳化沥青粘层膜上，然后使用专用的喷洒型摊铺同步设备进行施工。
热拌超薄磨耗层施工工艺简单、摊铺速度快、交通封闭时间短，使其在对路面进行高效修护保养方面具有突出的效果。同时，每平米0.8～1.1kg的乳化沥青撒布量使其在扮演良好层间粘结效果的同时，形成一层连续厚实的沥青薄层，充分的防止了水分的渗透，保证了路基干湿度正常，从而避免了因水分渗入而造成的强度降低并发生松散的现象。超薄磨耗层断级配设计，从而在很大程度上提升了光滑路面的性能，增加了路面的摩擦系数，使其具有抗滑性好、降噪性好、排水性好且使用寿命长的诸多突出优点，并且可以在一定程度上预防交通事故的发生。但是热拌超薄磨耗层由于热拌混合料的使用，需要动用拌合楼，在增加混合料成本的同时，又增加了VOC、粉尘等污染物的排放。此外，对于一些偏远地区或者山区等拌和楼分布较少的区域，热拌混合料的生产及运输又受到了很大的制约。
而传统意义上，采用现场冷拌冷铺工艺，同时还可以作为磨耗层使用的仅仅有微表处这一种施工方式。虽然传统现场冷拌冷铺的工艺方式便于偏远地区的铺设操作，但是由于其铺筑的路面噪音大，其路用性能不如热拌超薄磨耗层，且局部因为仅仅通过稀浆与原路面的粘结，实际应用效果差，从而造成区域性剥离，而1cm左右厚的不规则剥离又给修补带来很大的麻烦。故需要提出一种新的冷盘冷铺工艺用于解决现有技术中存在的不足。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法，用于解决现有方法难以实现冷拌冷铺工艺的便捷性与热拌工艺的优异性能两方面优势兼得的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为：一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，以质量份数计包括以下组分：粗集料500～800份，细集料200～500份，松香树脂复合改性乳化沥青70～160份，水泥0.1～10份，外渗水0.1～12份和外渗水改性剂0.1～2份；松香树脂复合改性乳化沥青由线型或星型的SBS改性剂、210松香改性酚醛树脂与基质沥青复合改性后乳化制成。
优选的，松香树脂复合改性乳化沥青中，SBS改性剂质量占所述基质沥青质量的0.01～4％，210松香改性酚醛树脂质量占所述基质沥青质量的0.01～6％。
优选的，基质沥青为70号基质沥青。
优选的，松香树脂复合改性乳化沥青的蒸发残留物软化点≥75℃，蒸发残留物5℃下延度＞20cm、蒸发残留物25℃下弹性恢复＞97.5％。
优选的，粗集料的粒径＞2.36mm，细集料的粒径≤2.36mm。
其中，总集料包括粗集料与细集料，根据总集料的级配以及沥青混合料最佳流体量经验公式，得到松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数，以松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数为中值，进行马歇尔实验，由马歇尔试件的体积指标确定松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数。
其中，沥青混合料最佳流体量经验公式为：P＝0.06A+0.12B+0.2C；其中，P表示松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数，A表示粒径大于2.36mm的集料含量百分数，B表示粒径在2.36～0.075mm之间的集料含量百分数，C表示粒径小于0.075mm的集料含量百分数。
其中，基于松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数，通过拌和试验及破乳速度试验得到外掺水和水泥的用量百分数。
优选的，外掺水改性剂包括硅脂、乳化剂、防水剂和稠化剂，水泥为普通硅酸盐水泥。
为解决上述技术问题，本发明提供的第二解决方案为：一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料的应用方法，该应用方法采用前述第一解决方案中的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，包括如下步骤：
(1)通过集料级配以及沥青混合料最佳流体量经验公式，并结合马歇尔实验结果，得到松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数.
(2)基于松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数，通过拌和试验及破乳速度试验得到外掺水和水泥的用量百分数.
(3)新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料中各组分配比确定后，按配比混合均匀，加入质量占比5～8％的矿粉，得到乳化沥青混合料，冷拌冷铺磨耗层施工通过稀浆封层车进行拌和，拌和后的乳化沥青混合料由稀浆封层车的吐料口送至同步摊铺机受料斗内，经刮板输料器和螺旋输料器将乳化沥青混合料均匀分散至整个路面，最后通过同步式摊铺机的熨平板冷温震动夯实后摊铺至原路面，整个摊铺时间不高于60s，乳化沥青混合料的可拌和时间不少于120s，至拌合料破乳变色后用压路机碾压成型，完成磨耗层铺设。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法，通过引入松香树脂复合改性乳化沥青，同时改进集料级配和施工工艺，使所得到的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料铺设后能够达到与热拌超薄磨耗层的路用性能，解决了传统冷拌工艺路用性能不佳的问题，使其同时具备了便捷性与优异性能两方面优势。
附图说明
图1是本发明实施例1中总集料的级配分布图；
图2是本发明实施例1中马歇尔试件的实物图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中各原料需满足以下要求：(1)松香树脂复合改性乳化沥青乳化前的复合改性沥青的各项指标满足JTG 5142-2019《公路沥青路面养护技术规范》中关于高黏度改性乳化沥青的要求；(2)粗集料和细集料的各项技术要求满足JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求；(3)水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥的各项指标满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求。
本实施例中总集料选用惠州市辉绿岩石料，总集料包括粗集料和细集料，总集料的级配为：通过标准筛孔4.75mm的质量占比为70～90％；通过标准筛孔2.36mm的质量占比为45～70％；通过标准筛孔1.18mm的质量占比为28～50％；通过标准筛孔0.6mm的质量占比为19～34％；通过标准筛孔0.3mm的质量占比为12～25％；通过标准筛孔0.15mm的质量占比为7～18％；通过标准筛孔0.075mm的质量占比为5～15％。。具体地，按不同标准筛孔下筛选通过率的上限、中值和下限，对总集料的级配进行列举，如表1。
表1
本实施例中初步确定新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料的组分比例为：松香树脂复合改性乳化沥青的质量分数为10～13％、水泥量的质量分数为0.01～5％、外掺水量的质量分数为0.01～10％。在确定松香树脂复合改性乳化沥青最佳用量前，根据交通部阳离子乳化沥青课题协作组研究得出的沥青混合料最佳流体量经验公式，计算出松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量，但是这一经验用量并不是最佳用量，而是以这一经验用量为中值，制备多种产量比例的乳化沥青混合料马歇尔试件，根据马歇尔试件的体积指标确定乳化沥青最佳掺量。具体经验公式为：P＝0.06A+0.12B+0.2C；其中，P表示松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数，A表示粒径大于2.36mm的集料含量百分数，B表示粒径在2.36～0.075mm之间的集料含量百分数，C表示粒径小于0.075mm的集料含量百分数。根据最佳流体量计算得到松香树脂复合改性乳化沥青的初始量为8.8％，采取参考值为9％。经过拌和试验以及破乳试验或粘聚力试验后，得到最佳用水量为3％，水泥最佳用量为1％。经实验研究发现矿粉用量5～8％时，乳化沥青混合料具有较好的性能，本文乳化沥青混合料设计中选用的矿粉为6％。
按照上述表1中的级配制备粗集料和细集料，控制乳化沥青混合料的用水量为3％，分别添加8％、8.5％、9％、9.5％、10％的松香树脂复合改性乳化沥青，并按照修正马歇尔方法成型马歇尔试件，测定马歇尔试件的力学体积指标，结果如表2所示。其中，新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料成型方式采用修正马歇尔方法和旋转压实法，马歇尔试件成型步骤如下：
(1)准备原材料：按照配合比称取集料、乳化沥青，乳化沥青与集料的比值为5个梯度，每组试件四个。
(2)拌和：首先干拌，将各档集料按照一定比例进行拌和；然后进行湿拌，加入外掺水进行拌和至集料表面均匀润湿；最后进行油拌，加入乳化沥青、水泥、矿粉进行拌和，拌和至乳化沥青混合料将要破乳状态(防止在击实过程乳化沥青离析)，然后装模插捣并击实。
(3)击实与养生：乳化沥青混合料采用马歇尔击实仪分两次击实，第一次双面击实50次后在110℃烘箱内养生24h，然后再双面击实25次后脱模如图2所示。
表2实施例1中松香树脂复合改性乳化沥青混合料的力学体积指标
根据JTG F 40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对半开级配混合料马歇尔配合比设计技术标准的规定，空隙率VV要求在6～10％之间，满足该要求的上述乳化沥青用量有9％、9.5％、10％；沥青饱和度要求在40～70％之间，满足该要求的乳化沥青用量有8％、8.5％、9％，除此之外，五种乳化沥青用量的马歇尔试件的稳定度以及矿料间隙率均满足规范要求，因此在该合成级配下的最佳乳化沥青用量为9％。
按照合成级配、最佳乳化沥青用量制备马歇尔试件，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》并进行各项性能测试，具体检测结果如表3所示，由表可以看出最佳乳化沥青用量所制备的沥青混合料的各项指标均满足JTG F 40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求，其中AC-10规范值表征的是热拌情况下性能参数指标，即证明本发明的冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料已经能够达到热拌磨耗层的性能水平，从而克服了传统冷拌冷铺磨耗层路用性能不佳的问题。
表3实例1中松香树脂复合改性乳化沥青混合料的性能指标
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料及其应用方法，通过引入松香树脂复合改性乳化沥青，同时改进集料级配和施工工艺，使所得到的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料铺设后能够达到与热拌超薄磨耗层的路用性能，解决了传统冷拌工艺路用性能不佳的问题，使其同时具备了便捷性与优异性能两方面优势。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，以质量份数计包括以下组分：粗集料500～800份，细集料200～500份，松香树脂复合改性乳化沥青70～160份，水泥0.1～10份，外渗水0.1～12份和外渗水改性剂0.1～2份；
所述松香树脂复合改性乳化沥青由线型或星型的SBS改性剂、210松香改性酚醛树脂与基质沥青复合改性后乳化制成。
2.根据权利要求1中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述松香树脂复合改性乳化沥青中，所述SBS改性剂质量占所述基质沥青质量的0.01～4％，所述210松香改性酚醛树脂质量占所述基质沥青质量的0.01～6％。
3.根据权利要求1中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青为70号基质沥青。
4.根据权利要求2中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述松香树脂复合改性乳化沥青的蒸发残留物软化点≥75℃，所述蒸发残留物5℃下延度＞20cm、所述蒸发残留物25℃下弹性恢复＞97.5％。
5.根据权利要求1中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述粗集料的粒径＞2.36mm，所述细集料的粒径≤2.36mm。
6.根据权利要求5中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，总集料包括所述粗集料与细集料，根据所述总集料的级配以及沥青混合料最佳流体量经验公式，得到所述松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数，以所述松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数为中值，进行马歇尔实验，由马歇尔试件的体积指标确定所述松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数。
7.根据权利要求6中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料最佳流体量经验公式为：P＝0.06A+0.12B+0.2C；
其中，P表示所述松香树脂复合改性乳化沥青的经验用量百分数，A表示粒径大于2.36mm的集料含量百分数，B表示粒径在2.36～0.075mm之间的集料含量百分数，C表示粒径小于0.075mm的集料含量百分数。
8.根据权利要求6中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，基于所述松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数，通过拌和试验及破乳速度试验得到外掺水和水泥的用量百分数。
9.根据权利要求1中所述的新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料，其特征在于，所述外掺水改性剂包括硅脂、乳化剂、防水剂和稠化剂，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
10.一种如权利要求1～9中任一所述新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过集料级配以及沥青混合料最佳流体量经验公式，并结合马歇尔实验结果，得到松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数；
基于所述松香树脂复合改性乳化沥青的最佳用量百分数，通过拌和试验及破乳速度试验得到外掺水和水泥的用量百分数；
所述新型冷拌冷铺磨耗层乳化沥青混合料中各组分配比确定后，加入质量占比5～8％的矿粉，按配比混合均匀，得到乳化沥青混合料，再将拌和后的乳化沥青混合料均匀分散至整个路面，最后震动夯实后摊铺至路面，整个摊铺时间不高于60s，所述乳化沥青混合料的可拌和时间不少于120s，至所述乳化沥青混合料破乳变色后碾压成型，完成磨耗层铺设。
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