CN115198588A - 一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面及其制备方法，该沥青路面由路面基层、与复合在路面基层上的路面面层组成，其中，所述路面面层为开级配沥青混合料，所述路面基层为密集配沥青混合料，所述路面面层和路面基层中所用的沥青料均为由橡胶粉与聚氨酯改性基质沥青后的复合改性沥青。本发明所提供的聚合物改性沥青性能明显优于传统改性沥青，本发明所提供的沥青混合料具有较好的吸声性能，同时能有效提升沥青路面服役寿命。
Description
技术领域
本发明属于沥青路面技术领域，涉及一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面及其制备方法。
背景技术
沥青路面是我国道路结构的主要形式之一。近年来随着交通运输的快速发展，交通噪声问题日益严重，影响了城市居民的生活质量。且随着汽车数量增加，沥青路面长期荷载及外界环境作用下极易产生开裂、车辙等病害，影响其服役寿命。因此，开发一种低噪高耐久沥青路面具有极其重要的意义。
交通噪声最主要的来源就是轮胎-路面间的相互作用，现有研究表明，小粒径、多孔结构能有效降低轮胎振动并通过孔隙对噪声的吸收达到降噪效果。但较高的空隙使得路面面临频繁的结构病害，且不易修缮。而本发明正是基于此而提出的。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面及其制备方法，通过聚合物复合改性和路面复合结构，降低路面噪声，并提高路面服役寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的技术方案之一提供了一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，由路面基层、与复合在路面基层上的路面面层组成，其中，所述路面面层为开级配沥青混合料，所述路面基层为密集配沥青混合料，所述路面面层和路面基层中所用的沥青料均为由橡胶粉与聚氨酯改性基质沥青后的复合改性沥青。
进一步的，所述的路面面层的空隙率为20％～25％，集料公称最大粒径为13.2mm，最佳油石比为3％～5％。
进一步的，所述的路面基层为AC-13级配，最佳油石比为4％～6％。
进一步的，所述的路面面层的铺设厚度为5～8cm，所述路面基层的铺设厚度为6～10cm。
进一步的，所述的沥青料的制备过程具体为：
(A)取基质沥青预热至180℃，随后加入橡胶粉并升温至200℃，采用高速剪切仪以4500r/min剪切1.5～2h；
(B)依次加入聚氨酯、扩链剂和催化剂，继续剪切1.5～2h；
(C)停止剪切，在150℃烘箱中放置1h发育，制得复合改性沥青。
更进一步的，橡胶粉的添加量为基质沥青质量的15～25％，优选为20％，聚氨酯预聚体的添加量为基质沥青质量的3-5％，优选为4％，扩链剂的添加量为基质沥青质量的0.3～0.5％，优选为0.4％，催化剂的添加量为基质沥青质量的0.3～0.5％，优选为0.4％。
更进一步的，所述的扩链剂为MOCA(即3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷)。
更进一步的，所述的催化剂为有机锡T-9即辛酸亚锡T-9。
本发明的技术方案之二提供了一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取沥青料与集料拌和后，得到密集配沥青混合料，铺设得到路面基层；
(2)铺设一层沥青料作为粘结层；
(3)再称取沥青料与集料拌和后，得到开级配沥青混合料，在路面基层上铺设，得到路面面层，即完成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用橡胶粉与聚氨酯预聚体作为改性剂，制备一种复合改性沥青，与传统SBS改性沥青及单一改性沥青相比，橡胶粉-聚氨酯复合改性沥青不仅具有良好的存储稳定性，而且具有更好的高温抗车辙能力和低温抗裂性能。同时改善了沥青的黏弹性能，对轮胎的振动具有较好的衰减作用，可降低其振动噪声。
2、采用双层路面结构，上层为多孔弹性路面，其具有较高的空隙，且空隙之间相互连通，入射声波进入孔隙会产生相互作用，将部分声能转化成热能，达到吸声目的。此外，橡胶粉和聚氨酯的引入提高了沥青混合料的弹性，进一步提升降噪效果。下层为AC-13级配沥青路面，作为基层提供了良好的力学支撑。与传统排水路面相比，本发明提供的双层降噪路面，具有更好的耐久性能。
附图说明
图1为基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面的结构示意图；
图2为不同空隙率沥青混合料的吸声系数曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，废弃橡胶粉由华益橡胶制品有限公司提供；聚氨酯预聚体、扩链剂MOCA、催化剂有机锡T-9购自山东佰仟化工有限公司。
其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售产品或常规原料。
实施例1：
本实施例提供一种聚合物复合改性沥青，其中，废弃橡胶粉掺量为20wt％(以基质沥青为计量基准，下同)，聚氨酯预聚体掺量为4wt％，还添加有0.4wt％扩链剂和0.4wt％催化剂。
制备过程如下：
(1)基质沥青预热到180℃，随后加入20％废弃橡胶粉，升温至200℃，采用高速剪切仪以4500r/min的速率剪切2h；
(2)向加入4％聚氨酯预聚体，剪切30min；
(3)再依次加入0.4％扩链剂和0.4％催化剂，继续以相同速率剪切1h；
(4)停止剪切，将沥青置于烘箱中发育1h，制得废弃橡胶粉-聚氨酯复合改性沥青。
对比例1：
本对比例提供一种改性沥青，与实施例1相比，区别仅在于省去了聚氨酯预聚体的加入。
对比例2：
本对比例提供一种改性沥青，与实施例1相比，区别仅在于省去了废弃橡胶粉的添加。
对比例3：
本对比例提供一种改性沥青，与实施例1相比，区别仅在于将废弃橡胶粉与聚氨酯预聚体替换为4wt％的SBS。
采用针入度试验、软化点试验、延度试验对上述改性沥青的基本性能进行测定；采用离析试验分析改性沥青的存储稳定性，采用动态剪切流变仪测定改性沥青的高温车辙因子。试验结果如表1所示。
由表1可知，实施例1所述复合改性沥青25℃针入度为44，软化点为80.0，64℃时车辙因子为18.89MPa，与对比例相比，其具有更优的高温性能；5℃延度为21.0cm，表明其在低温下具有优异的抗裂性能。通过48h离析试验对改性沥青上、下端软化点差进行测试，实施例1软化点差最小，表明其具有最好的存储稳定性。
表1不同改性沥青基本性能
实施例2：
本实施例提供一种双层沥青路面。面层为多空隙沥青混合料，所用沥青料为实施例1中的废弃橡胶粉-聚氨酯复合改性沥青，集料最大公称粒径为13.2mm，油石比为3.5％，空隙率为24％。基层为密集配沥青混合料，所用沥青料为实施例1中的废弃橡胶粉-聚氨酯复合改性沥青，集料最大公称粒径为13.2mm，油石比为5.2％，空隙率为3％。
表2沥青混合料级配
对比例4：
本实施例提供一种多空隙沥青混合料，与实施例2相比，区别仅在于单层铺设且空隙率为24％。
对比例5：
本实施例提供一种多空隙沥青混合料，与实施例2相比，区别仅在于单层铺设且空隙率为22％。
对比例6：
本实施例提供一种AC-13级配沥青混合料，与实施例2相比，区别仅在于单层铺设且油石比为5.2％，空隙率为3％。
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG F40-2004)，采用车辙试验、马歇尔浸水试验、冻融劈裂试验对上述沥青混合料的路用性能进行研究。试验结果如表3所示。由表3可知，沥青混合料动稳定度均达3000次/mm以上，随着空隙率增大，沥青混合料的高温稳定性和水稳性能有所下降，但仍满足我国规范要求。
采用驻波管法测定多孔沥青路面材料的吸声系数，结果如图2所示。由图可知，沥青混合料的吸声系数均随着频率的增加呈现先增大后减小的趋势。密集配混合料吸声系数峰值出现在600Hz位置，而高空隙吸声系数峰值出现在800Hz，表明混合料的吸声频谱峰值随着空隙率的增加有向高频方向移动的趋势。4种沥青路面的峰值吸声系数分别为0.82、0.80、0.60、0.32，表明混合料的吸声性能随着空隙率的增加而增强。即所述实施例2具有较好的吸声性能，可有效降低路面噪声。
表3不同沥青混合料路用性能
由以上实施例可见，本专利申请一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，本发明所提供的复合改性沥青性能优异，提供的沥青混合料可大幅实现降噪，双结构层可保证路面的路用性能，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，由路面基层、与复合在路面基层上的路面面层组成，其中，所述路面面层为开级配沥青混合料，所述路面基层为密集配沥青混合料，所述路面面层和路面基层中所用的沥青料均为由橡胶粉与聚氨酯预聚体改性基质沥青后的复合改性沥青。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的路面面层的空隙率为20％～25％，集料公称最大粒径为13.2mm，最佳油石比为3％～5％。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的路面基层为AC-13级配，最佳油石比为4％～6％。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的路面面层的铺设厚度为5～8cm，所述路面基层的铺设厚度为6～10cm。
5.根据权利要求1所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的沥青料的制备过程具体为：
(A)取基质沥青预热至180℃，随后加入橡胶粉并升温至200℃，采用高速剪切仪以4500r/min剪切1.5～2h；
(B)依次加入聚氨酯、扩链剂和催化剂，继续剪切1.5～2h；
(C)停止剪切，在烘箱中放置发育，制得复合改性沥青。
6.根据权利要求5所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，橡胶粉的添加量为基质沥青质量的15～25％，聚氨酯预聚体的添加量为基质沥青质量的3-5％，扩链剂的添加量为基质沥青质量的0.3～0.5％，催化剂的添加量为基质沥青质量的0.3～0.5％。
7.根据权利要求5所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的扩链剂为MOCA。
8.根据权利要求5所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，所述的催化剂为有机锡T-9。
9.根据权利要求5所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面，其特征在于，烘箱的温度为150℃，发育的时间为1h。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于聚合物复合改性的双层降噪沥青路面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取沥青料与集料拌和后，得到密集配沥青混合料，铺设得到路面基层；
(2)铺设一层沥青料作为粘结层；
(3)再称取沥青料与集料拌和后，得到开级配沥青混合料，在路面基层上铺设，得到路面面层，即完成。
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