CN114276049A - 一种环保型沥青-水泥复合材料、制备方法及施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型沥青‑水泥复合材料，包括以下重量份数的组分：溶剂型沥青1‑5份、骨料85‑95份、赤泥0.1‑6份。本发明公开的路面材料既具有冷拌冷铺沥青混合料施工的便利性及环保性，又兼具水泥混凝土的高强度、高模量及耐久性，是一种刚柔并济的环保型路面新材料，可显著提升路面的抗车辙性能及耐久性，既可用于新建道路建设，也可用于养护维修工程，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及半柔性路面技术领域，特别涉及一种基于冷拌型沥青混合料的沥青-水泥复合材料、制备方法及其施工工艺。
背景技术
热拌沥青混合料具有良好的施工和易性和路用性能，沥青路面建设时通常采用热拌沥青混合料进行铺筑。热拌沥青混合料的弊端日益突出：(1)热拌沥青混合料生产时需要消耗大量的能源资源，同时排放大量废气和粉尘颗粒，环境污染大；(2)热拌沥青混合料施工温度高，不适宜在冬季及低温环境下施工，施工条件受到较大限制；(3)路面进行坑槽等病害维修时，由于用量较小，临时生产热拌沥青混合料成本高、不便利，且存在运距远、耗时长，因此采用热拌沥青混合料进行局部养护维修的性价比极低。为此行业学者提出了冷拌冷铺沥青混合料技术，该技术可实现在常温下施工，节能减排，且冷拌冷铺沥青混合料便于存储，可随取随用，局部养护维修方便，但由于冷拌型混合料的水稳定性、高温抗车辙性能及耐久性相对较差，并未得到大面积推广应用。所以，需要寻找一种能够解决上述问题的路面材料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种环保型沥青-水泥复合材料、制备方法及施工工艺，该材料既具有冷拌冷铺沥青混合料施工的便利性及环保性，又兼具水泥混凝土的高强度、高模量及耐久性，是一种刚柔并济的环保型路面新材料，可显著提升路面的抗车辙性能及耐久性。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环保型沥青-水泥复合材料，包括以下重量份数的组分：溶剂型沥青 1-5份、骨料85-95份、赤泥0.1-6份。
进一步地，所述溶剂型沥青包括以下重量份数的组分：道路石油沥青 70-85份、柴油稀释剂10-30份、石油树脂增粘剂1-5份。
进一步地，所述溶剂型沥青的空隙率为18-35％。
进一步地，所述骨料包括以下重量份数的组分：普通硅酸盐水泥5-25份、低碱度硫铝酸盐水泥30-45份、粉煤灰0.1-8份、硅灰0.1-5.5份、石英砂10-30 份、橡胶粉0.1-1.5份、乳胶粉0.1-3份、缓凝剂0.1-0.5份、聚羧酸减水剂0.05-0.3 份、水20-30份。
进一步地，所述石英砂的目数为70-120目，橡胶粉目数为100-200目，缓凝剂为硼酸和硼砂按质量比(3-6):(1-4)的混合物。
一种上述环保型沥青-水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备大孔隙冷拌型沥青混合料：按重量称取骨料、赤泥和溶剂型沥青，常温下将骨料加入拌和锅开机搅拌60s，然后加入赤泥继续搅拌90s，再加入溶剂型沥青继续搅拌90s，得到冷拌型沥青混合料，再通过马歇尔击实仪成型所需的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件；
(2)制备高流动性水泥砂浆：按重量份数称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂、水，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂混合并搅拌均匀，将水加入水泥砂浆搅拌锅，然后将上述拌和均匀的混合物加入水泥砂浆搅拌锅，加入的同时启动开关慢速搅拌，直至混合物全部加入搅拌锅并与自来水充分混合，然后将水泥砂浆拌和锅的搅拌叶片调至高速搅拌状态持续搅拌2min，得到高流动性水泥砂浆；
(3)灌浆养护：将步骤(1)中得到的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件周边及底部进行密封处理，然后将步骤(2)中制备的高流动性水泥砂浆缓缓灌入马歇尔试件，直至马歇尔试件表面微微漏出骨料，将灌浆后的试件放入湿度为20±3℃、相对湿度90％以上的养护箱进行养护，至水泥砂浆终凝，得到环保型沥青—水泥复合材料。
一种利用上述环保型沥青-水泥复合材料的施工工艺，将下承层结构层表面清理干净，在结构层表面撒布固乳化沥青粘层，待粘层油破乳后铺筑大空隙冷拌型沥青混合料，采用碾压设备碾压平整后，在铺筑好的冷拌型沥青混合料周边进行封边处理，封边完成后制备骨料，即高流动性水泥砂浆，然后向冷拌型沥青路面上灌注水泥砂浆材料，边灌注边用橡胶耙刮表面浆体，直至表面微微漏出骨料，形成一定的表面构造深度，施工完成后待表面水泥砂浆初凝时洒水养护3-5h可及时开放交通。
进一步地，所述乳化沥青粘层的固含量大于等于60％，洒布量为 0.4-0.6kg/m2。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明的路面材料既具有冷拌冷铺沥青混合料施工的便利性及环保性，又兼具水泥混凝土的高强度、高模量及耐久性，是一种刚柔并济的环保型路面新材料，可显著提升路面的抗车辙性能及耐久性。既可用于新建道路建设，也可用于养护维修工程，应用前景广阔；
(2)本发明采用拌型沥青混合料生产过程中不需要加热，节约能源资源，减少废气及粉尘污染物的排放，同时充分利用废弃物赤泥资源，促进资源循环利用，社会环境效益显著；
(3)本发明采用优选的材料及配比得到的水泥砂浆具有良好的流动性和渗透性，可显著提升水泥砂浆的灌注率，根据普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥基缓凝剂三种成分的比例调整可控制浆体的初凝和终凝时间及早期强度，可满足不同应用场合的需求；
(4)本发明将水泥浆体灌注入大孔隙的冷拌型沥青混合料中形成环保型沥青-水泥复合材料，该种材料可大幅提高冷拌型沥青混合料的水稳定性、高温抗车辙性能及耐久性。
(5)本申请的路面材料当应用于局部坑槽修补时，可通过调整水泥砂浆凝结时间有效缩短施工时间，实现5h内快速开放交通，大幅减少对交通通行及安全的影响
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
一种环保型沥青-水泥复合材料，包括以下重量份数的组分：溶剂型沥青、骨料、赤泥。其中赤泥为拜耳法赤泥，其中溶剂型沥青包括以下组分：道路石油沥青、柴油稀释剂、石油树脂增粘剂；溶剂型沥青的空隙率为18-35％；其中骨料包括以下组分：普通硅酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、缓凝剂、聚羧酸减水剂、水；石英砂的目数为70-120目，橡胶粉目数为100-200目，缓凝剂为硼酸和硼砂按质量比(3-6):(1-4)的混合物。
实施例1
冷拌型沥青混合料配方如表1所示，矿料级配满足表1要求，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011分别制备马歇尔试件及车辙板试件，经测试该配方下冷拌型混合料空隙率为29.6％。
表1冷拌型沥青混合料配方
| 组分 | 骨料 | 溶剂型沥青 | 赤泥 |
| 质量分数(％) | 94.2 | 2.8 | 3 |
其中骨料也就是水泥沙井的配方如表2所示，
表2水泥砂浆材料配方
制备的混合料矿料级配如表3所示。
表3大空隙沥青混合料矿料级配范围
实施例2
冷拌型沥青混合料配方如表4所示，矿料级配满足表3要求，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011分别制备马歇尔试件及车辙板试件，经测试该配方下冷拌型混合料空隙率为25.2％。
表4冷拌型沥青混合料配方
| 组分 | 骨料 | 溶剂型沥青 | 赤泥 |
| 质量分数(％) | 92.5 | 3.5 | 4 |
上述骨料即水泥砂浆材料配方如表5所示，根据表5配方制备水泥砂浆。
表5水泥砂浆材料配方
实施例3
冷拌型沥青混合料配方如表6所示，矿料级配满足表3要求，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011分别制备马歇尔试件及车辙板试件，经测试该配方下冷拌型混合料空隙率为20.4％。
表6冷拌型沥青混合料配方
| 组分 | 骨料 | 溶剂型沥青 | 赤泥 |
| 质量分数(％) | 90.8 | 4.2 | 5 |
水泥砂浆材料配方如表7所示，根据表7配方制备水泥砂浆。
表7水泥砂浆材料配方
上述实施例1-3的环保型沥青-水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备大孔隙冷拌型沥青混合料：按重量称取骨料、赤泥和溶剂型沥青，常温下将骨料加入拌和锅开机搅拌60s，然后加入赤泥继续搅拌90s，再加入溶剂型沥青继续搅拌90s，得到冷拌型沥青混合料，再通过马歇尔击实仪成型所需的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件；
(2)制备高流动性水泥砂浆：按重量份数称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂、水，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂混合并搅拌均匀，将水加入水泥砂浆搅拌锅，然后将上述拌和均匀的混合物加入水泥砂浆搅拌锅，加入的同时启动开关慢速搅拌，直至混合物全部加入搅拌锅并与自来水充分混合，然后将水泥砂浆拌和锅的搅拌叶片调至高速搅拌状态持续搅拌2min，得到高流动性水泥砂浆；
(3)灌浆养护：将步骤(1)中得到的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件周边及底部进行密封处理，然后将步骤(2)中制备的高流动性水泥砂浆缓缓灌入马歇尔试件，直至马歇尔试件表面微微漏出骨料，将灌浆后的试件放入湿度为20±3℃、相对湿度90％以上的养护箱进行养护，至水泥砂浆终凝，得到环保型沥青—水泥复合材料。
上述实施例1-实施例3的环保型沥青-水泥复合材料的施工工艺，将下承层结构层表面清理干净，在结构层表面撒布固乳化沥青粘层，乳化沥青粘层的固含量大于等于60％，洒布量为0.4-0.6kg/m2，待粘层油破乳后铺筑大空隙冷拌型沥青混合料，由于冷拌型沥青混合料空隙率大，强度低，采用11-13t 碾压设备碾压3-5遍待平整后，在铺筑好的冷拌型沥青混合料周边进行封边处理，封边完成后制备骨料，即高流动性水泥砂浆，然后向冷拌型沥青路面上灌注水泥砂浆材料，边灌注边用橡胶耙刮表面浆体，直至表面微微漏出骨料，形成一定的表面构造深度，施工完成后待表面水泥砂浆初凝时洒水养护 3-5h可及时开放交通。
对比例1
热拌沥青混合料，按表8沥青混合料配方制备热拌沥青混合料，矿料级配如表9所示。
表8热拌沥青混合料配方
| 组分 | 骨料 | SBS改性沥青 | 矿粉 |
| 质量分数(％) | 93.2 | 4.8 | 2 |
表9热拌沥青混合料矿料级配
对比例2
冷拌型沥青混合料，按表9沥青混合料配方制备冷拌型沥青混合料，矿料级配如表10所示。
表9热拌沥青混合料配方
| 组分 | 骨料 | 溶剂型沥青 | 矿粉 |
| 质量分数(％) | 92.9 | 5.1 | 2 |
表10冷拌型沥青混合料矿料级配
按照实施例1-实施例3和对比例1、对比例2中的配料比例，制备马歇尔试件和车辙板试件，待养护终凝后，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011试验方法测试马歇尔稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂抗拉强度比、60℃车辙动稳定度指标，具体数据如表11、12所示。
表11实施例的性能数据对比
表12对比例的性能数据对比
如上表所示，对比例1热拌沥青混合料具有良好的路用性能，满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求，但高温抗车辙性能不高，对于长大纵坡、十字交叉口、公交站台等特殊路段高温抗车辙性能相对不足。且热拌沥青混合料生产过程中需要消耗大量的能源资源，同事排放大量废气及粉尘颗粒污染物，对环境污染较严重。对比例2冷拌型沥青混合料虽然可常温下施工，节能减排，施工便利，尤其适合路面局部养护维修，施工工期短、成本低，环保效益显著，但混合料路用性能相对较差，使用寿命较短。由实施例1-3可以看出，环保型沥青—水泥复合材料具有优异的路用性能，尤其具有优异的高温抗车辙性能，是热拌沥青混合料的3倍以上，满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。不仅具有热拌沥青混合料良好的路用性能和耐久性，同时兼具冷拌型沥青混合料的环保效益，作为一种绿色低碳路面新型材料在新建公路及养护维修工程中应用前景广阔。
本发明采用优选的材料及配比得到的水泥砂浆具有良好的流动性和渗透性，可显著提升水泥砂浆的灌注率，根据普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥基缓凝剂三种成分的比例调整可控制浆体的初凝和终凝时间及早期强度，可满足不同应用场合的需求。将水泥浆体灌注入大孔隙的冷拌型沥青混合料中形成环保型沥青-水泥复合材料，该种材料可大幅提高冷拌型沥青混合料的水稳定性、高温抗车辙性能及耐久性，可广泛应用于新建公路及养护维修工程。当应用于局部坑槽修补时，可通过调整水泥砂浆凝结时间有效缩短施工时间，实现5h内快速开放交通，大幅减少对交通通行及安全的影响.
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种环保型沥青-水泥复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：溶剂型沥青1-5份、骨料85-95份、赤泥0.1-6份。
2.根据权利要求1所述的一种环保型沥青-水泥复合材料，其特征在于，所述溶剂型沥青包括以下重量份数的组分：道路石油沥青70-85份、柴油稀释剂10-30份、石油树脂增粘剂1-5份。
3.根据权利要求2所述的一种环保型沥青-水泥复合材料，其特征在于，所述溶剂型沥青的空隙率为18-35％。
4.根据权利要求1所述的一种环保型沥青-水泥复合材料，其特征在于，所述骨料包括以下重量份数的组分：普通硅酸盐水泥5-25份、低碱度硫铝酸盐水泥30-45份、粉煤灰0.1-8份、硅灰0.1-5.5份、石英砂10-30份、橡胶粉0.1-1.5份、乳胶粉0.1-3份、缓凝剂0.1-0.5份、聚羧酸减水剂0.05-0.3份、水20-30份。
5.根据权利要求4所述的一种环保型沥青-水泥复合材料，其特征在于，所述石英砂的目数为70-120目，橡胶粉目数为100-200目，缓凝剂为硼酸和硼砂按质量比(3-6):(1-4)的混合物。
6.一种如权利要求1-5所述的环保型沥青-水泥复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备大孔隙冷拌型沥青混合料：按重量称取骨料、赤泥和溶剂型沥青，常温下将骨料加入拌和锅开机搅拌60s，然后加入赤泥继续搅拌90s，再加入溶剂型沥青继续搅拌90s，得到冷拌型沥青混合料，再通过马歇尔击实仪成型所需的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件；
(2)制备高流动性水泥砂浆：按重量份数称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂、水，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、橡胶粉、乳胶粉、减水剂混合并搅拌均匀，将水加入水泥砂浆搅拌锅，然后将上述拌和均匀的混合物加入水泥砂浆搅拌锅，加入的同时启动开关慢速搅拌，直至混合物全部加入搅拌锅并与自来水充分混合，然后将水泥砂浆拌和锅的搅拌叶片调至高速搅拌状态持续搅拌2min，得到高流动性水泥砂浆；
(3)灌浆养护：将步骤(1)中得到的大空隙冷拌型沥青混合料马歇尔试件周边及底部进行密封处理，然后将步骤(2)中制备的高流动性水泥砂浆缓缓灌入马歇尔试件，直至马歇尔试件表面微微漏出骨料，将灌浆后的试件放入湿度为20±3℃、相对湿度90％以上的养护箱进行养护，至水泥砂浆终凝，得到环保型沥青—水泥复合材料。
7.一种利用权利要求1-5所述的环保型沥青-水泥复合材料的施工工艺，其特征在于，将下承层结构层表面清理干净，在结构层表面撒布固乳化沥青粘层，待粘层油破乳后铺筑大空隙冷拌型沥青混合料，采用碾压设备碾压平整后，在铺筑好的冷拌型沥青混合料周边进行封边处理，封边完成后制备骨料，即高流动性水泥砂浆，然后向冷拌型沥青路面上灌注水泥砂浆材料，边灌注边用橡胶耙刮表面浆体，直至表面微微漏出骨料，形成一定的表面构造深度，施工完成后待表面水泥砂浆初凝时洒水养护3-5h可及时开放交通。
8.根据权利要求7所述的环保型沥青-水泥复合材料的施工工艺，其特征在于，所述乳化沥青粘层的固含量大于等于60％，洒布量为0.4-0.6kg/m2。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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