CN114751677A - 一种耐低温型冷补沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐低温型冷补沥青混合料及其制备方法，混合料的组成原料组分为冷补沥青、集料和矿粉，其中冷补沥青的原料组分为沥青、稀释剂、添加剂和抗剥落剂；方法为：(1)将沥青加热制成沥青液；(2)稀释剂加入到沥青液搅拌制成稀释沥青；(3)在85～95℃将添加剂和抗剥落剂加入到稀释沥青中，搅拌均匀制成沥青胶浆；冷却至室温获得冷补沥青；(4)集料按级配调和，烘干制成级配集料；(5)将冷补沥青与级配集料搅拌混合90～120s，然后加入矿粉，再次搅拌混合90～120s。本发明解决了现有冷补材料无法在我国北方冬季‑35℃环境下施工的问题；方法操作简单施工方便，可在现场进行拌合，能够达到即使即用。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体是一种耐低温型冷补沥青混合料及其制备方法。
背景技术
冷补沥青混合料作为一种快速修补材料，近些年被道路工程广泛的应用；它一般由沥青、稀释剂、添加剂以及相应级配集料等配制而成，混合料在常温下拌和，随着稀释剂的挥发和添加剂的固化作用，强度逐渐成型。相较于热拌沥青拌合条件要求高、不能及时修补病害的缺点，冷补沥青混合料具有储存方便、施工便利、即时即用、不受环境和天气情况影响的特点。冷补沥青混合料的出现，可以有效避免道路病害的进一步扩展，保证了路面结构和行车安全。
目前国内采用的冷补材料较多存在配方不够合理，产品质量不稳定、耐久性差、使用效果不理想等问题，主要集中体现在施工和易性与路用耐久性的矛盾上；对于我国北方地区的冻土地区的低温季节，冬季最低气温可达到-35℃，由于沥青材料的温度敏感性，冷补料黏度急剧下降，生产的冷补料太硬，混合料难以施工，勉强修补后的效果也较差，使用寿命过短，有的仅能维持两三个月的时间。所以研发一种耐低温型冷补沥青混合料对于道路养护工作有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐低温型冷补沥青混合料及其制备方法，该冷补沥青混合料可以在-35℃的环境下仍然具有良好的施工和易性，在摊铺压实过后，混合料拥有足够的强度和耐久性。
本发明的一种耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分为冷补沥青、集料和矿粉，其中冷补沥青的原料组分为沥青、稀释剂、添加剂和抗剥落剂；冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂: 添加剂:抗剥落剂＝100:(35～40):(10～15):(0.2～0.6)；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝(4～6):100:(0～4)。
上述的添加剂由单组分湿固化聚氨酯和C5低温增粘树脂组成，按质量比单组分湿固化聚氨酯:C5低温增粘树脂＝100:50。
上述的抗剥落剂为LB-6176型抗剥落剂。
上述的稀释剂由航空煤油和溶剂油组成，按质量比航空煤油:溶剂油＝100:50。
上述的集料为粒径≤19mm的路面铣刨回收的RAP旧料、玄武岩和石灰岩中的一种或两种以上。
上述的沥青为基质石油沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青、橡胶沥青或复合改性沥青。
上述的矿粉为玄武岩或石灰岩研磨至粒径<0.6mm制成的玄武岩矿粉或石灰岩矿粉。
上述的集料采用LB型级配的方式分别进行级配，LB型级配标准根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定。
本发明的一种耐低温型冷补沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
(1)将沥青加热，制成沥青液；
(2)将稀释剂加入到沥青液中，搅拌均匀制成稀释沥青；
(3)控制稀释沥青的温度在85～95℃，然后将添加剂和抗剥落剂加入到稀释沥青中，搅拌均匀制成沥青胶浆；当沥青胶浆冷却至室温时，获得冷补沥青；
(4)集料按级配调和，烘干制成级配集料；
(5)将冷补沥青与级配集料搅拌混合90～120s，然后加入矿粉，再次搅拌混合90～120s，获得耐低温型冷补沥青混合料。
上述的步骤(1)中，沥青的加热温度按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 中规定的加热温度。
上述的步骤(2)中，搅拌速度300～500r/min，搅拌时间10～15min。
上述的步骤(3)中，搅拌速度500～600r/min，搅拌时间45～60min。
上述的步骤(2)和(3)中，搅拌采用沥青剪切仪。
上述的步骤(4)中，集料采用LB型级配的方式分别进行级配。
上述的LB型级配标准根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)。
上述的步骤(4)中，搅拌混合采用的设备为拌合锅。
本发明的组分设计原理是：矿料级配起到骨架作用，既拥有足够的空隙率保证稀释剂挥发，又确保混合料可以拥有足够的压实度；稀释剂降低沥青的黏度使其能够在低温状态下施工；添加剂的固化作用为混合料提供强度；抗剥落剂的加入可以保证混合料在使用过程中抵抗水的损害。
本发明的耐低温型冷补沥青混合料及其制备方法的优点是：
(1)解决了现有冷补材料无法在我国北方冬季-35℃环境下施工的问题，所制备的冷补材料具有良好的低温施工和易性，可以保证在施工后3～5h内开放交通，对路面交通的影响较小；
(2)通过添加剂和抗剥落剂的掺入，减少了冷补材料前期强度差，易发生松散、脱落的问题；提高了冷补材料的早期强度，增强了抵抗水损害的能力；
(3)方法操作简单施工方便，可在现场进行拌合，能够达到即使即用；
(4)造价相对低廉，经济环保，可采用路面铣刨回收的RAP旧料作为集料。
具体实施方式
本发明实施例中的LB-6176型抗剥落剂为市购产品。
本发明实施例中的3#航空煤油和100#溶剂油为市购产品。
本发明实施例中的玄武岩和石灰岩为市购产品。
本发明实施例中的基质石油沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青、橡胶沥青和复合改性沥青为市购产品。
本发明实施例中的马歇尔稳定度测定方法根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E20-2011)T 0709。
本发明实施例中搅拌混合采用的设备为拌合锅。
本发明实施例中LB型级配标准根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)。
本发明实施例中，当沥青为90#基质沥青时，加热至135℃得到沥青液；当沥青为SBS 改性沥青时，加热至170℃得到沥青液。
实施例1
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分为冷补沥青、集料和矿粉，其中冷补沥青的原料组分为沥青、稀释剂、添加剂和抗剥落剂；冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:40:15:0.2；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝4.3:100:4；
添加剂由单组分湿固化聚氨酯和C5低温增粘树脂组成，按质量比单组分湿固化聚氨酯: C5低温增粘树脂＝100:50；
抗剥落剂为LB-6176型抗剥落剂；
稀释剂由3#航空煤油和100#溶剂油组成，按质量比3#航空煤油:100#溶剂油＝100:50；
集料为粒径≤19mm玄武岩；
沥青为90#基质石油沥青；
矿粉为玄武岩研磨至粒径<0.6mm制成的玄武岩矿粉；
集料级配选择LB-13级配型级配进行配制；
制备方法为：
(1)将沥青加热，制成沥青液；加热温度为《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004) 中规定的加热温度；
(2)将稀释剂加入到沥青液中，搅拌均匀制成稀释沥青；搅拌采用沥青剪切仪，搅拌速度300r/min，搅拌时间15min；
(3)控制稀释沥青的温度在85～95℃，然后将添加剂和抗剥落剂加入到稀释沥青中，搅拌均匀制成沥青胶浆；当沥青胶浆冷却至室温时，得到冷补沥青；搅拌采用沥青剪切仪，搅拌速度500r/min，搅拌时间60min；
(4)集料(1200g)按级配调和，烘干制成级配集料；
(5)将冷补沥青与级配集料搅拌混合90s，然后加入矿粉，再次搅拌混合90s，获得耐低温型冷补沥青混合料；
将耐低温型冷补沥青混合料放入-35℃的环境中12h；然后使用旋转压实仪，控制高度为 63.5mm，压实次数为100次，将冷冻后的混合料压实成型，得到马歇尔试件；
制成多组马歇尔试件，取4组马歇尔试件在常温下养生5h，测其马歇尔稳定度，4组试件稳定度的平均值为4.05kN，满足开放交通2.0kN的条件；取4组试件在常温下养生48h，再放入60℃烘箱内加热7d，测试其马歇尔稳定度平均值为5.27kN，作为冷补沥青混合料的初始成型强度；取4组试件在常温下养生48h，再放入60℃烘箱内加热7d，再将试件放置在常温下30d，测试其马歇尔稳定度平均值为10.2kN，作为冷补沥青混合料的最终成型强度。
实施例2
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：
(1)冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:36:14:0.3；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝4:100:3；
(2)集料为粒径≤19mm的石灰岩；沥青为SBS改性沥青；矿粉为石灰岩研磨至粒径<0.6mm制成的石灰岩矿粉；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)制成稀释沥青时的搅拌速度350r/min，搅拌时间14min；
(2)获得冷补沥青时的搅拌速度550r/min，搅拌时间60min；
(3)将冷补沥青与级配集料搅拌混合100s，加入矿粉再次搅拌混合100s；
测试方法同实施例1，马歇尔稳定度的平均值为3.85kN；初始成型强度4.12kN；最终成型强度8.21kN。
实施例3
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：
(1)冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:37:13:0.4；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝5:100:2；
(2)集料为粒径≤19mm的路面铣刨回收的RAP旧料；沥青为SBR改性沥青；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)制成稀释沥青时的搅拌速度400r/min，搅拌时间13min；
(2)获得冷补沥青时的搅拌速度550r/min，搅拌时间55min；
(3)将冷补沥青与级配集料搅拌混合110s，加入矿粉再次搅拌混合110s；
测试方法同实施例1，马歇尔稳定度的平均值为3.91kN；初始成型强度4.91kN；最终成型强度9.76kN。
实施例4
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：
(1)冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:38:12:0.5；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝5:100:1；
(2)集料为粒径≤19mm玄武岩和石灰岩等质量混合物；沥青为橡胶沥青；矿粉为石灰岩研磨至粒径<0.6mm制成的石灰岩矿粉；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)制成稀释沥青时的搅拌速度450r/min，搅拌时间12min；
(2)获得冷补沥青时的搅拌速度550r/min，搅拌时间50min；
(3)将冷补沥青与级配集料搅拌混合120s，加入矿粉再次搅拌混合120s；
测试方法同实施例1，马歇尔稳定度的平均值为3.65kN；初始成型强度4.03kN；最终成型强度7.65kN。
实施例5
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：
(1)冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:40:10:0.6；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝6:100:1；
(2)集料为粒径≤19mm的路面铣刨回收的RAP旧料；沥青为复合改性沥青；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)制成稀释沥青时的搅拌速度500r/min，搅拌时间10min；
(2)获得冷补沥青时的搅拌速度600r/min，搅拌时间45min；
(3)将冷补沥青与级配集料搅拌混合120s，加入矿粉再次搅拌混合120s；
测试方法同实施例1，马歇尔稳定度的平均值为2.75kN；初始成型强度3.82kN；最终成型强度7.42kN。
对比例1
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：采用-35#柴油作为稀释剂；
制备方法同实施例1；
测试方法同实施例1，马歇尔稳定度的平均值为2.01kN；初始成型强度3.11kN；最终成型强度5.2kN；由于其挥发速率慢、挥发率较低，导致混合料初始强度较低。
对比例2
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：采用-20#柴油作为稀释剂；
制备方法同实施例1；
测试方法同实施例1，放入-35℃的环境中12h，发现混合料凝结成块，无法达到施工要求；由于稀释剂的稀释能力差，导致混合料无法在-35℃环境下施工。
对比例3
耐低温型冷补沥青混合料的组成原料组分同实施例1，不同点在于：采用-法国DRT萜烯树脂作为添加剂；
制备方法同实施例1；
测试方法同实施例1，稳定度的平均值为1.89kN，不满足开放交通2.0kN的条件；由于其早期强度较低，在低温状态下不满足开放交通的条件。
本发明制备的耐低温型冷补沥青混合料，与对比例制备的冷补沥青混合料相比，低温施工和异性更好，早期强度和成型强度更大，具有良好的储存稳定性和抗水损害能力。
Claims (10)
1.一种耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于其原料组分为冷补沥青、集料和矿粉，其中冷补沥青的原料组分为沥青、稀释剂、添加剂和抗剥落剂；冷补沥青中按质量比沥青:稀释剂:添加剂:抗剥落剂＝100:(35～40):(10～15):(0.2～0.6)；原料组分中按质量比冷补沥青:集料:矿粉＝(4～6):100:(0～4)。
2.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的添加剂由单组分湿固化聚氨酯和C5低温增粘树脂组成，按质量比单组分湿固化聚氨酯:C5低温增粘树脂＝100:50。
3.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的抗剥落剂为LB-6176型抗剥落剂。
4.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的稀释剂由航空煤油和溶剂油组成，按质量比航空煤油:溶剂油＝100:50。
5.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的集料为粒径≤19mm的路面铣刨回收的RAP旧料、玄武岩和石灰岩中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的沥青为基质石油沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青、橡胶沥青或复合改性沥青。
7.根据权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料，其特征在于所述的矿粉为玄武岩或石灰岩研磨至粒径<0.6mm制成的玄武岩矿粉或石灰岩矿粉。
8.一种权利要求1所述的耐低温型冷补沥青混合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将沥青加热，制成沥青液；
(2)将稀释剂加入到沥青液中，搅拌均匀制成稀释沥青；
(3)控制稀释沥青的温度在85～95℃，然后将添加剂和抗剥落剂加入到稀释沥青中，搅拌均匀制成沥青胶浆；当沥青胶浆冷却至室温时，获得冷补沥青；
(4)集料按级配调和，烘干制成级配集料；
(5)将冷补沥青与级配集料搅拌混合90～120s，然后加入矿粉，再次搅拌混合90～120s，获得耐低温型冷补沥青混合料。
9.根据权利要求8所述的耐低温型冷补沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤(2)中，搅拌速度300～500r/min，搅拌时间10～15min。
10.根据权利要求8所述的耐低温型冷补沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤(3)中，搅拌速度500～600r/min，搅拌时间45～60min。
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