CN114634330B

CN114634330B - 一种低温超薄罩面用沥青混合料及其应用

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Publication number: CN114634330B
Application number: CN202210320447.1A
Authority: CN
Inventors: 储开进; 叶勤; 杜永军; 蒋小旦; 朱益兵; 郭朝阳; 狄季华; 聂新满
Original assignee: Jiangsu Jingchen New Material Technology Development Co ltd; Wuxi Traffic Construction Engineering Group Co ltd; JSTI Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jingchen New Material Technology Development Co ltd; Wuxi Traffic Construction Engineering Group Co ltd; JSTI Group Co Ltd
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2042-03-29
Also published as: CN114634330A

Abstract

本发明公开了一种低温超薄罩面用沥青混合料，包括以下质量份组分：树脂改性沥青3.7～5.5份、絮状玄武岩纤维0.2～0.5份、矿料100份；矿料通过16、13.2、9.5、4.75、2.3、0.075mm的方孔筛孔比例为100%、90%～100%、55%～75%、32%～44%、26%～34%、6%～8%；树脂改性沥青采用以下质量份原料：SBS改性沥青100份、抽出油3‑13份、环氧树脂4～12份、环氧树脂固化剂1～2份、硫磺0.1～0.2份。本发明采用最大公称粒径13.2mm的矿料和幂函数构建级配进行设计，配合使用树脂改性沥青、絮状玄武岩，有效提高了混合料的抗剪、抗水损性能与抗剥落松散能力。

Description

一种低温超薄罩面用沥青混合料及其应用

技术领域

本发明涉及超薄罩面用铺设材料，尤其涉及一种超薄罩面用低温沥青混合料最大公称粒径为13.2mm的树脂改性沥青混合料。

背景技术

随着我国公路建设的迅速发展,道路养护里程的不断增加，致使养护资金相对短缺，养护水平较低。要改变目前被动养护的局面，最有效的方法是实施预防性养护。为了提高路面的防水、抗滑能力、平整度，薄层罩面作为一种预防性养护措施普遍用于公路养护，并且具有一定得可靠性。

薄层罩面目前主要分为热拌型薄层罩面和常温型微表处类表面处置。前者对沥青路面进行热拌沥青罩面厚度为2cm时，集料的公称粒径大多小于9.5mm，无13.2mm公称粒径实施案例，且在养护过程中，易产生大量的能耗和污染气体，不符合国家提倡的节能减排，低碳环保理念，且存在长距离运输导致的受热老化、薄层施工时温度散失太快导致现场压实度及路用性能不足等问题，导致热拌沥青混合料罩面技术耐久性不足，铺面效果与养护前的传统表面不一致；后者虽然采用常温施工，但存在表面平整度较差、噪音大、寿命短等问题，且施工与养生期间温度一般为15-37℃。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种具有优良的耐久性、抗裂性、抗剥落松散能力、抗水损害性能、抗高低温性能，且压实厚度为12～20mm的一种超薄罩面用低温沥青混合料，具体通过以下技术方案来实施：

一种低温超薄罩面用沥青混合料，包括以下质量份的组分：树脂改性沥青3.7～5.5份、絮状玄武岩纤维0.2～0.5份、矿料100份；其中，矿料通过16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.075mm孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100％，90％～100％，55％～75％，32％～44％，26％～34％，6％～8％；树脂改性沥青采用以下质量份的原料制备而成：SBS改性沥青100份、抽出油3-13份、环氧树脂4～12份、环氧树脂固化剂1～2份、硫磺0.1～0.2份。

在部分实施例中，作为优选的矿料按集料粒径分设为五组集料：第一组：0～3mm；第二组：3～5mm；第三组：5～11mm；第四组：11～16mm；第五组：石灰岩矿粉；五组集料质量占矿料总质量的百分比依次为第一组25％～40％，第二组5％～15％，第三组10％～20％，第四组25％～50％，第五组3～6％。

进一步的，上述树脂改性沥青采用以下方法制备：首先将环氧树脂加热至40～60℃呈流动状态，然后加入抽出油、环氧树脂固化剂、硫磺在40～60℃搅拌均匀后与加热至140～160℃呈流动状态的SBS改性沥青混合搅拌制成；搅拌温度控制在80～120℃。

本发明低温超薄罩面用沥青混合料采用以下方法制备：按质量份称取所述树脂改性沥青和加热至105～135℃的矿料放入搅拌设备中拌和，同时加入絮状玄武岩纤维，拌和温度控制在80～130℃。

本发明还提供了上述低温超薄罩面用沥青混合料在路面养护上的应用。

具体的，施工温度为10～-20℃，压实厚度为1.2～2cm。

更为低温的，施工温度为0～-20℃。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明采用最大公称粒径13.2mm的矿料和幂函数构建级配进行矿料级配设计，有效改善混合料的压实密度，配合树脂改性沥青、絮状玄武岩的使用，有效提高了混合料的抗剪、抗水损性能与抗剥落松散能力。

2、本发明采用树脂改性沥青，利用抽出油降低沥青粘度，实现低温拌和施工的效果，同时环氧树脂与环氧树脂固化剂通过与沥青里的饱和芬、芳香芬产生交联反应等作用对混合料起到增强作用，硫磺使树脂沥青混合物体系更稳定、均匀，保障树脂改性沥青的性能，且可与抽出油共同作用增大沥青粘度降低幅度。

3、本发明制备的低温沥青混合料超薄罩面层作为一种预防性养护措施，与传统薄层罩面相比，低温超薄罩面拌和温度可降低至80～130℃，施工温度可低至-20℃，混合料最大公称粒径为13.2mm，压实厚度可以低至12～20mm，从而降低道路养护造价，同时实现节能减排、环保的效果；与微表处相比可以提高道路平整度，降低噪音，延长公路沥青路面使用寿命至少在4年以上。低温沥青混合料超薄罩面层使用寿命可长达4～8年，与此同时，低温沥青混合料超薄罩面层表面粗糙，可增加车轮的抗滑性，采用絮状玄武岩纤维材料与常温树脂改性沥青的综合作用大幅度提升混合料的耐久性、抗裂性和抗剥落松散能力的特征，具有良好的经济效益和节能环境效益，值得推广应用。

4、本发明制备得到的混合料具有显著的节能减排和环保效益、优良的抗剥落松散性能、抗高温稳定性能、抗水损害性能、抗疲劳性能等，恢复道路表面的平整度和抗滑性能，延长路面使用寿命和维修周期，该技术的推广应用对于提高养护技术水平，保护生态环境，减少能源消耗，提高老路面的行车安全具有重要的意义。

附图说明

图1为实施例1中三种级配模型构建的级配曲线图；

图2为实施例1中不同曲线形式级配粗集料捣实体积参数比较；

图3为实施例1中两种料源矿料体积参数比较；

图4为实施例1中三种函数条件下沥青混合料体积参数比较。

具体实施方式

实施例1

矿料级配设计

1、矿料级配曲线的构建及选择

低温沥青混合料的矿料级配一般由两部分组成，细集料及矿粉的级配(0.075mm～4.75mm)；粗集料级配(4.75mm～16mm)。在矿料级配设计理论中通常利用4.75区分粗细集料，同时规定以0.075mm、4.75mm、公称最大粒径(13.2mm)作为矿料级配设计的关键性筛孔。

1.1、粗集料级配曲线模型的构建

理论上讲，在两个关键点之间可以按照任意规律构建无数条曲线。通过多次尝试，提出三种简单的数学模型构建级配曲线，下列三条曲线基本可以涵盖工程可应用的粗集料级配的合理范围：

幂函数模型：y＝α·x^b (式1)

指数函数模型：y＝α·e^bx (式2)

对数函数模型：y＝α·ln(x)+b (式3)

式中：a、b为两个待定参数；

y为各粒径的通过率(％)；

x为各筛孔的孔径。

这三种模型尽管可以有相同的关键点，但是由于矿料中各档粒径的比例关系不同，构建的矿料级配具有明显的路用性能差异。下面开展三种模型构建的粗集料矿料性能的研究。

1.2、不同曲线模型级配之间体积指标的比较

不同曲线模型构建的矿料性能差异表现在一方面形成了不同的宏观“骨架结构”，另一方面形成了不同的“嵌挤能力”。这两种表现方式主要通过矿料体积性能参数捣实干密度和捣实间隙率(VCA)进行表征，说明不同曲线模型下材料性能的差异。分别采用对数函数模型、幂函数模型和指数函数模型对4.75mm以上粗集料构建三种不同的级配曲线。

(1)不同模型构建级配曲线

对三种数学模型构建计算得出的三种级配类型作为三种沥青混合料级配曲线，级配曲线表如表1和图1所示。

表1级配曲线表

(2)级配形式对矿料体积指标影响

以同一种集料为研究对象，开展三种不同级配形式下粗集料矿料的体积变化规律的研究。实验结果见图2所示。

(3)不同料源特性对矿料体积指标影响

为比较料源特性对试验结果的影响，选择另外一种料源的粗集料(两种料源分别来自卓资山采石厂和来安金石厂)，同样采用幂函数模型级配形式，测定粗集料捣实密度和捣实干密度。试验结果见图3。

由图3可知，捣实密度比前一种幂函数模型级配明显偏小，捣实VCA明显增大。说明粗集料的形态和料源都将引起骨架结构的变化。从体积指标反映出集料组成结构的变化表明，曲线形式和料源特性共同决定了其性能。因此，级配的设计应该是针对不同的原材料特征开展的针对性试验，注重集料级配的优化，实现综合使用性能的提升。

(4)不同配比对沥青混合料体积特征的影响

对三种数学模型构建计算得出的三种级配类型作为三种沥青混合料级配曲线，采用马歇尔设计方法，分别进行三种沥青混合料的试验研究，采用统一的击实功，比较三种级配进行体积性能变化规律。

表2三种级配模型的混合料马歇尔击实试验结果(每面75次)

比较发现，三种级配比较而言，在相同的油石比情况下，指数函数的毛体积密度最大，空隙率、矿料间隙率和粗集料矿料间隙率最小，饱和度最大；对数函数的毛体积密度最小，空隙率、矿料间隙率和粗集料矿料间隙率最大，饱和度最小；幂函数介于两者之间。因此，可以认为用指数函数构建的混合料级配密实性最好，用对数函数构件的混合料级配的密实性较差，而幂函数构建的混合料级配的密实性介于两者之间。这与前面捣实粗集料矿料间隙率的试验结果一致，说明粗集料捣实试验对预测混合料的体积性能有一定帮助。如按照设计空隙率确定混合料的油石比，指数函数混合料的油石比为3.85％，幂函数混合料的油石比为4.15％，对数函数混合料的油石比为4.50％。

这三种混合料的试验结果说明，对于相同矿料品种、相同碎石含量断级配混合料，粗集料之间比例关系不同，即粗集料的级配不同，对混合料的性能影响是显著的。在实际工程中，当确定了混合料中的碎石含量后，仍需要对碎石(粗集料)的级配进行优化设计，以期达到混合料的最优状态。

再者，考虑施工和易性因素，指数函数级配中大粒径的粗集料含量较高，摊铺到路面后，构造深度较大，抗滑性能好，唯一不足的是施工过程中容易产生离析，对摊铺施工的工艺水平要求较高；而对数函数级配中大粒径的粗集料含量较少，抗滑性能较弱，但施工过程中离析现象比较少，易于施工；幂函数级配介于两者之间。

由于沥青路面工程是包含了原材料、设计、施工及质量检验在内的系统工程。因此，沥青混合料的设计也应该是包含上述因素在内的过程化设计，根据原材料特征，优化选择级配构成比例以实现最优的使用效果，同时应充分考虑施工工艺水平和施工和易性，选择设计优良、施工保障性高的技术方案，基于上述分析推荐选择幂函数构建的级配。

实施例2

本实施例沥青混合料包括树脂改性沥青、絮状玄武岩纤维和矿料；以矿料质量份为100份计，树脂改性沥青为4.2份，絮状玄武岩纤维为0.3份；树脂改性沥青以SBS改性沥青的质量份为100份计、抽出油为6份、环氧树脂为11份、环氧树脂固化剂为1.5份、硫磺为0.1份；其中矿料通过16、13.2、9.5、4.75、2.36、0.075毫米孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100％、92.8％、64.6％、38.5％、28.3％、6.5％。

其中，絮状玄武岩纤维，纤维平均长度≤6mm，平均直径≤5μm，渣球含量(0.15mm)≤20％，0.15mm质量通过率为50-70％，含水率≤1％，吸油率≥2.0倍，密度≥2.60g/cm³，pH值≥7。

同时，矿料按矿料粒径分设为五组集料：第一组：0～3mm；第二组：3～5mm；第三组：5～11mm；第四组：11～16mm；第五组：石灰岩矿粉；第一组至第四组集料均采用玄武岩矿料。上述五组集料质量占矿料总质量的百分比依次为32.5％，11％，15％，38％，3.5％。

本发明沥青混合料的制备过程如下：首先将环氧树脂加热至40～60℃呈流动状态，然后加入抽出油、环氧树脂固化剂、硫磺在40～60℃搅拌均匀后与加热至150℃左右呈流动状态的SBS改性沥青混合搅拌制成树脂改性沥青，然后按照对应质量比称取相应的树脂沥青改性沥青与矿料放入拌缸(搅拌设备)拌合，同时放入对应质量份的絮状玄武岩纤维，搅拌40～60s得到超薄罩面用低温沥青混合料。其中树脂改性沥青加热搅拌温度控制在80～120℃，矿料加热温度控制在105～135℃。混合料出厂温度控制在80～130℃，混合料的拌合温度控制在80～130℃。

实施例3

本实施例沥青混合料包括树脂改性沥青、絮状玄武岩纤维和矿料；以矿料质量份为100份计，树脂改性沥青为5.5份，絮状玄武岩纤维为0.5份；树脂改性沥青以SBS改性沥青的质量份为100份计、抽出油为6份、环氧树脂为11份、环氧树脂固化剂为1.5份、硫磺为0.1份；其中矿料通过16、13.2、9.5、4.75、2.36、0.075毫米孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100％、92.8％、64.6％、38.5％、28.3％、6.5％。

制备方法同实施例2。

实施例4

本实施例沥青混合料包括树脂改性沥青、絮状玄武岩纤维和矿料；以矿料质量份为100份计，树脂改性沥青为4.2份，絮状玄武岩纤维为0.3份；树脂改性沥青以SBS改性沥青的质量份为100份计、抽出油为12份、环氧树脂为11份、环氧树脂固化剂为1.5份、硫磺为0.1份；其中矿料通过16、13.2、9.5、4.75、2.36、0.075毫米孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100％、90.7％、55.2％、33.9％、25.8％、7.7％。

同时，矿料按矿料粒径分设为五组集料：第一组：0～3mm；第二组：3～5mm；第三组：5～11mm；第四组：11～16mm；第五组：石灰岩矿粉；第一组至第四组集料均采用玄武岩矿料。上述五组集料质量占矿料总质量的百分比依次为26.5％，8％，11％，49％，5.5％。

制备方法同实施例2。

实施例5

本实施例沥青混合料包括树脂改性沥青、絮状玄武岩纤维和矿料；以矿料质量份为100份计，树脂改性沥青为4.2份，絮状玄武岩纤维为0.3份；树脂改性沥青以SBS改性沥青的质量份为100份计、抽出油为12份、环氧树脂为6份、环氧树脂固化剂为1份、硫磺为0.2份；其中矿料通过16、13.2、9.5、4.75、2.36、0.075毫米孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100％、92.8％、64.6％、38.5％、28.3％、6.5％。

制备方法同实施例2。

性能实施例

将以上各实施例制备获得的沥青混合料采用马歇尔击实仪双面各击实100次制成Φ100mm的试件，并根据规范标准中对沥青混合料的马歇尔击实试验的技术要求进行试验，试验结果汇总如表3。

表3马歇尔试验结果

2)冻融劈裂试验

按照沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)T0729的要求在25℃，50mm/min的加载速率条件下进行劈裂试验以检验沥青混合料的水稳定性能，试验结果如表4所示，从试验结果可以看出本发明获得的沥青混合料均具有很好的水稳定性能力。

表4冻融劈裂试验结果

3)国标车辙试验

按照沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)T0719的要求在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，动稳定度试验结果见表5所示。从试验结果可以看出本发明制备得到的沥青混合料均具有很好的高温稳定性。

表5车辙试验动稳定度

4)小梁弯曲试验

按照沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)T0715的要求进行了-10℃低温小梁弯曲试验，结果平均值见表6，破坏应变2726.4με，高于标准要求的≥2600με，表明本发明制备得到的混合料均具有很好的抵抗低温变形的能力。

表6小梁弯曲试验结果

5)肯塔堡飞散试验

将成型的马歇尔试件，在20±0.5℃水温下浸泡20小时，然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300次进行飞散测试。结果平均值见表7，破坏应变飞散率5.2％，高于标准要求的≤15％，表明本发明制备得到的混合料均具有很好的抗剥落松散的能力。

表7飞散试验结果

6)抗疲劳性能试验

沥青路面在车辆重复荷载作用下，路面由于受到拉应力和压应力的交替作用而出现强度衰减甚至产生微裂缝，最终产生疲劳破坏。目前，用于沥青混合料疲劳性能的试验方法主要采用室内小型试件四点弯曲疲劳法进行疲劳试验。根据四点弯曲疲劳法得到超薄罩面用低温沥青混合料的抗疲劳性能试验结果见表8。可见超薄罩面用低温沥青混合料的疲劳试验次数较传统沥青混合料在600μs应变条件下，5℃、10℃、15℃疲劳试验次数分别增加30倍、22倍和43倍，可见本发明超薄罩面用低温沥青混合料具有优良的抗疲劳性能。

表8传统沥青混合料与低温沥青混合料疲劳试验结果

Claims

1.一种低温超薄罩面用沥青混合料，其特征在于，所述低温超薄罩面用沥青混合料包括以下质量份的组分：树脂改性沥青3.7～5.5份、絮状玄武岩纤维0.2～0.5份、矿料100份；所述矿料通过16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.075mm孔径的部颁标准方孔筛孔时，分别对应通过比例为100%、90%～100%、55%～75%、32%～44%、26%～34%、6%～8%；所述树脂改性沥青采用以下质量份的原料制备而成：SBS改性沥青100份、抽出油3-13份、环氧树脂4～12份、环氧树脂固化剂1～2份、硫磺0.1～0.2份；所述矿料按集料粒径分设为五组集料：第一组：0～3mm；第二组：3～5mm；第三组：5～11mm；第四组：11～16mm；第五组：石灰岩矿粉；所述五组集料质量占矿料总质量的百分比依次为第一组25%～40%，第二组5%～15%，第三组10%～20%，第四组25%～50%，第五组3～6%。

2.根据权利要求1所述的低温超薄罩面用沥青混合料，其特征在于，所述树脂改性沥青采用以下方法制备：首先将环氧树脂加热至40～60℃呈流动状态，然后加入抽出油、环氧树脂固化剂、硫磺在40～60℃搅拌均匀后与加热至140～160℃呈流动状态的SBS改性沥青混合搅拌制成；搅拌温度控制在80～120℃。

3.根据权利要求2所述的低温超薄罩面用沥青混合料，其特征在于，所述低温超薄罩面用沥青混合料采用以下方法制备：按质量份称取所述树脂改性沥青和加热至105～135℃的矿料放入搅拌设备中拌和，同时加入絮状玄武岩纤维，拌和温度控制在80～130℃。

4.权利要求1至3任一所述低温超薄罩面用沥青混合料在路面养护上的应用。

5.权利要求4所述低温超薄罩面用沥青混合料在路面养护上的应用，其特征在于，施工温度为10～-20℃，压实厚度为1.2～2cm。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述施工温度为0～-20℃。