CN115215610A - 掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法，其是由SBS改性沥青、高聚熟化改性废橡胶胶粉、钢渣粗集料（5‑10mm）、玄武岩粗集料（5‑10mm）、石灰岩细集料（0‑3mm）、石灰岩矿粉、水泥和温拌剂制备而成；按质量份数计：SBS改性沥青5‑6份、高聚熟化改性废橡胶胶粉0.5‑1.08份、钢渣粗集料39.5‑55.5份、玄武岩粗集料20‑30份、石灰岩细集料20‑25份、矿粉4‑6份、水泥0.5‑1.5份、温拌剂0.025‑0.035份。本发明制得的薄层罩面沥青混合料具有优异的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性和耐磨性，适用于高速公路、高等级干线公路以及市政道路的预防性养护工程。

Description

掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于公路施工材料技术领域，特别涉及掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法。

背景技术

随着我国公路建设的快速发展，路网老化问题日益突出，越来越多公路的实际使用年限接近设计使用年限 ; 与此同时，还面临着养护水平不高、养护资金较少等问题。预防性养护成为缓解这一系列矛盾的首选理想方案。薄层沥青混合料罩面已在国内外道路预防性养护中得到广泛应用。

薄层沥青混合料罩面材料在使用过程中存在表面纹理在服役早期被磨平，导致构造深度和平整度显著下降，路面抗滑性不足。此外薄层罩面沥青混合料的耐久性在其使用过程中不断衰减，显著影响了薄层罩面结构的使用寿命。因此，有必要对现有的薄层沥青混合料罩面材料进行优化，提高其抗滑性能和耐久性能。与目前在道路工程建设中使用的玄武岩和石灰岩集料相比，钢渣有良好的耐磨、压碎值好等特性，优于传统集料。将钢渣用于薄层罩面材料中可以改善罩面材料的抗滑性能，但掺钢渣的沥青混合料由于钢渣中的游离氧化钙的存在在使用过程中在水的影响下会产生体积膨胀，因而对混合料的水稳定性能不利。如何对掺钢渣的沥青混合料的材料设计进行优化，提升其水稳定性，对提升掺钢渣的沥青混合料的耐久性有重要意义。

发明内容

为了以上问题，本发明提出了掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法，以克服现有薄层罩面技术中路面抗滑性不足和耐久性不佳的问题，本发明制备的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料具有优异的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性和耐磨性，能够满足薄层罩面材料对抗滑性能和耐久性能的要求，适用于高速公路、高等级干线公路以及市政道路的预防性养护工程。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，以质量份数计：SBS改性沥青5-6份、高聚熟化改性废橡胶胶粉0.5-1.08份、钢渣粗集料39.5-55.5份、玄武岩粗集料20-30份、石灰岩细集料20-25份、矿粉4-6份、水泥0.5-1.5份和温拌剂0.025-0.035份；

所述钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述石灰岩细集料的颗粒度直径范围在0-3mm。

作为本发明进一步改进，所述的SBS改性沥青，其技术要求为：25℃针入度在4~6cm之间，5℃延度不小于20cm，软化点不小于70℃，PG性能分级70-22以上。

作为本发明进一步改进，所述的高聚熟化改性废橡胶胶粉为经杜仲胶改性接枝处理的废橡胶胶粉，投放到集料中并在喷入热沥青后再搅拌及运输过程中发生反应，即“直投式高聚熟化改性胶粉”，其规格要求为：2.36mm筛孔通过率100%，1.18mm筛孔通过率95%-100%，0.6mm筛孔通过率65%-100%，0.3mm筛孔通过率0%-45%，0.075mm筛孔通过率0%-5%。

作为本发明进一步改进，所述的钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，其粒径规格应满足下述要求：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率90-100%，4.75mm筛孔通过率0-15%，2.36mm筛孔通过率0-5%，石料压碎值≤26%，洛杉矶磨耗值≤26%，表观相对密度≥2.90，吸水率≤3%，浸水膨胀率≤1.5%；

所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，其粒径规格应满足下述要求：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率90-100%，4.75mm筛孔通过率0-15%，2.36mm筛孔通过率0-5%。压碎值不大于16%，220℃高温压碎值不大于16%，洛杉矶磨耗损失不大于20%；

所述的石灰岩细集料为公称粒径0~3mm的机制砂，其粒径规格应满足下述要求：4.75mm筛孔通过率100%，2.36mm筛孔通过率80%-100%，1.18mm筛孔通过率50%-80%，0.6mm筛孔通过率25%-60%，0.3mm筛孔通过率8%-45%，0.15mm筛孔通过率0-25%，0.075mm筛孔通过率0-12%。表观相对密度不小于2.60，砂当量不小于70%。

作为本发明进一步改进，所述的矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，粒度范围：0.6mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率90%-100%，0.075mm筛孔通过率80%-100%，视密度不小于2.60。

作为本发明进一步改进，所述的水泥为普通硅酸盐P.O.42.5水泥。

作为本发明进一步改进，所述的温拌剂为水基型温拌剂，包括水剂型和油剂型两种，所述水剂型采用稀释液喷淋法施工，所述油剂型采用沥青储存罐投放施工，属于表面活性剂类别，其技术要求为：将温拌剂加入到SBS改性沥青中得到的温拌SBS改性沥青能够满足所述的SBS改性沥青的技术要求，同时能够降低SBS改性沥青135℃布氏黏度30%以上。

作为本发明进一步改进，所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其技术要求为：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率80%-100%，6.7mm筛孔通过率30%-50%，4.75mm筛孔通过率20%-40%，2.36mm筛孔通过率18%-36%，1.18mm筛孔通过率14%-30%，0.6mm筛孔通过率10%-25%，0.3mm筛孔通过率7%-20%，0.15mm筛孔通过率6%-12%，0.075mm筛孔通过率4%-8%。空隙率3%-6%，矿料间隙率不小于15%，沥青饱和度70%~85%，稳定度不小于8kN，流值20~50，谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失不大于0.2%，肯塔堡飞散试验的混合料损失或浸水飞散试验不大于15%，浸水马歇尔试验残留稳定度不小于85%，冻融劈裂试验残留强度比不小于80%，低温弯曲破坏应变不小于2500με，车辙试验动稳定度不小于5000次/mm，渗水系数不大于150ml/min，构造深度不小于0.6mm，摆值BPN不小于55。

本发明提供一种掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按质量份数计，取原料：SBS改性沥青青5-6份、高聚熟化改性废橡胶胶粉0.5-1.08份、钢渣粗集料39.5-55.5份、玄武岩粗集料20-30份、石灰岩细集料20-25份、矿粉4-6份、水泥0.5-1.5份、温拌剂0.025-0.035份备用；

所述钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述石灰岩细集料的颗粒度直径范围在0-3mm；

（2）将温拌剂加入到事先放置在180℃烘箱中已加热到流动状态的SBS改性沥青沥青中，并充分搅拌，搅拌后立即放回180℃烘箱中充分反应1h后使用；

（3）将钢渣粗集料、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和高聚熟化改性废橡胶胶粉进行预混，预混时间不小于90s；

（4）将加入了温拌剂的SBS改性沥青加入步骤（3）所得混合物中，搅拌时间不小于90s，使集料被沥青包裹；

（5）将矿粉和水泥加入到步骤（4）所得混合物中，搅拌时间不小于90s；

（6）立即取出步骤（5）所得混合料，放入180℃烘箱中反应2h，使胶粉与沥青充分反应后即制得掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过向常规的薄层罩面沥青混合料中掺加钢渣，利用钢渣良好的耐磨、压碎值好的特性，提升了薄层罩面材料的抗滑特性。针对钢渣中游离氧化钙造成的罩面材料水稳定性不足的问题，通过掺加高聚熟化改性废橡胶胶粉和水泥达到封闭钢渣表面空隙，从而改善其水稳定性。同时添加温拌剂可以保证罩面材料的施工和易性，提升薄层罩面结构的压实性能。上述措施的综合使用使制备的薄层罩面沥青混合料具有优异的抗滑性能和耐久性能，可以作为一种新型薄层罩面材料用于道路预防性养护工程中。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

本实施例选用原料及各组份质量如下：

SBS改性沥青5.5份

高聚熟化改性废橡胶胶粉0.66份

钢渣粗集料（5-10mm）45份

玄武岩粗集料（5-10mm）25份

石灰岩细集料（0-3mm）21份

矿粉4份

水泥1份

温拌剂0.0275份

其中SBS改性沥青技术指标如表1所示：

表1 SBS改性沥青技术指标

钢渣粗集料、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和矿粉技术指标如表2和表3所示：

表2 矿料检测结果

表3 矿料筛分结果

制备的温拌SBS改性沥青技术指标如表4所示：

表4 温拌SBS改性沥青技术指标

制备的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其级配范围如表5所示：

表5 掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料配合比设计结果

将温拌剂加入到事先放置在180℃烘箱中已加热到流动状态的SBS改性沥青沥青中，并充分搅拌，搅拌后立即放回180℃烘箱中充分反应1h后使用。然后将钢渣粗集料（5-10mm）、玄武岩粗集料（5-10mm）、石灰岩细集料（0-3mm）和高聚熟化改性废橡胶胶粉进行预混90s；然后加入温拌SBS改性沥青，搅拌90s；然后加入矿粉和水泥，搅拌90s；取出拌好的混合料，放入180℃烘箱中反应2h，制得掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料。

设施例2

本实施例选用原料及各组份质量如下：

SBS改性沥青5.3份

高聚熟化改性废橡胶胶粉0.795份

钢渣粗集料（5-10mm）42份

玄武岩粗集料（5-10mm）30份

石灰岩细集料（0-3mm）23份

矿粉4.5份

水泥0.5份

温拌剂0.0265份

其中SBS改性沥青技术指标如表6所示：

表6 SBS改性沥青技术指标

钢渣粗集料、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和矿粉技术指标如表7和表8所示：

表7 矿料检测结果

表8 矿料筛分结果

制备的温拌SBS改性沥青技术指标如表9所示：

表9 温拌SBS改性沥青技术指标

制备的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其级配范围如表10所示：

表10 掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料配合比设计结果

将温拌剂加入到事先放置在180℃烘箱中已加热到流动状态的SBS改性沥青沥青中，并充分搅拌，搅拌后立即放回180℃烘箱中充分反应1h后使用。然后将钢渣粗集料（5-10mm）、玄武岩粗集料（5-10mm）、石灰岩细集料（0-3mm）和高聚熟化改性废橡胶胶粉进行预混90s；然后加入温拌SBS改性沥青，搅拌90s；然后加入矿粉和水泥，搅拌90s；取出拌好的混合料，放入180℃烘箱中反应2h，制得掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料。

实施例3

本实施例选用原料及各组份质量如下：

SBS改性沥青5.8份

高聚熟化改性废橡胶胶粉1.04份

钢渣粗集料（5-10mm）46.5份

玄武岩粗集料（5-10mm）26份

石灰岩细集料（0-3mm）21份

矿粉5.0份

水泥1.5份

温拌剂0.029份

其中SBS改性沥青技术指标如表11所示：

表11 SBS改性沥青技术指标

钢渣粗集料、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和矿粉技术指标如表12和表13所示：

表12 矿料检测结果

表13 矿料筛分结果

制备的温拌SBS改性沥青技术指标如表14所示：

表14 温拌SBS改性沥青技术指标

制备的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其级配范围如表15所示：

表15 掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料配合比设计结果

将温拌剂加入到事先放置在180℃烘箱中已加热到流动状态的SBS改性沥青沥青中，并充分搅拌，搅拌后立即放回180℃烘箱中充分反应1h后使用。然后将钢渣粗集料（5-10mm）、玄武岩粗集料（5-10mm）、石灰岩细集料（0-3mm）和高聚熟化改性废橡胶胶粉进行预混90s；然后加入温拌SBS改性沥青，搅拌90s；然后加入矿粉和水泥，搅拌90s；取出拌好的混合料，放入180℃烘箱中反应2h，制得掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料。

将实施例1、实施例2和实施例3制得的掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料检测其各项技术指标如表16所示：

表16 掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料技术指标

依据上述实验数据可知，由本发明制得的掺钢渣的抗滑薄层罩面沥青混合料具有优异的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗滑性和耐磨性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，以质量份数计：SBS改性沥青5-6份、高聚熟化改性废橡胶胶粉0.5-1.08份、钢渣粗集料39.5-55.5份、玄武岩粗集料20-30份、石灰岩细集料20-25份、矿粉4-6份、水泥0.5-1.5份和温拌剂0.025-0.035份；

所述钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述石灰岩细集料的颗粒度直径范围在0-3mm。

2.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的SBS改性沥青，其技术要求为：25℃针入度在4~6cm之间，5℃延度不小于20cm，软化点不小于70℃，PG性能分级70-22以上。

3.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的高聚熟化改性废橡胶胶粉为经杜仲胶改性接枝处理的废橡胶胶粉，投放到集料中并在喷入热沥青后再搅拌及运输过程中发生反应，即“直投式高聚熟化改性胶粉”，其规格要求为：2.36mm筛孔通过率100%，1.18mm筛孔通过率95%-100%，0.6mm筛孔通过率65%-100%，0.3mm筛孔通过率0%-45%，0.075mm筛孔通过率0%-5%。

4.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，其粒径规格应满足下述要求：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率90-100%，4.75mm筛孔通过率0-15%，2.36mm筛孔通过率0-5%，石料压碎值≤26%，洛杉矶磨耗值≤26%，表观相对密度≥2.90，吸水率≤3%，浸水膨胀率≤1.5%；

所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，其粒径规格应满足下述要求：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率90-100%，4.75mm筛孔通过率0-15%，2.36mm筛孔通过率0-5%；

压碎值不大于16%，220℃高温压碎值不大于16%，洛杉矶磨耗损失不大于20%；

所述的石灰岩细集料为公称粒径0~3mm的机制砂，其粒径规格应满足下述要求：4.75mm筛孔通过率100%，2.36mm筛孔通过率80%-100%，1.18mm筛孔通过率50%-80%，0.6mm筛孔通过率25%-60%，0.3mm筛孔通过率8%-45%，0.15mm筛孔通过率0-25%，0.075mm筛孔通过率0-12%；

表观相对密度不小于2.60，砂当量不小于70%。

5.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，粒度范围：0.6mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率90%-100%，0.075mm筛孔通过率80%-100%，视密度不小于2.60。

6.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐P.O.42.5水泥。

7.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的温拌剂为水基型温拌剂，包括水剂型和油剂型两种，所述水剂型采用稀释液喷淋法施工，所述油剂型采用沥青储存罐投放施工，属于表面活性剂类别，其技术要求为：将温拌剂加入到SBS改性沥青中得到的温拌SBS改性沥青能够满足所述的SBS改性沥青的技术要求，同时能够降低SBS改性沥青135℃布氏黏度30%以上。

8.根据权利要求1所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其特征在于，所述的掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料，其技术要求为：13.2mm筛孔通过率100%，9.5mm筛孔通过率80%-100%，6.7mm筛孔通过率30%-50%，4.75mm筛孔通过率20%-40%，2.36mm筛孔通过率18%-36%，1.18mm筛孔通过率14%-30%，0.6mm筛孔通过率10%-25%，0.3mm筛孔通过率7%-20%，0.15mm筛孔通过率6%-12%，0.075mm筛孔通过率4%-8%；

空隙率3%-6%，矿料间隙率不小于15%，沥青饱和度70%~85%，稳定度不小于8kN，流值20~50，谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失不大于0.2%，肯塔堡飞散试验的混合料损失或浸水飞散试验不大于15%，浸水马歇尔试验残留稳定度不小于85%，冻融劈裂试验残留强度比不小于80%，低温弯曲破坏应变不小于2500με，车辙试验动稳定度不小于5000次/mm，渗水系数不大于150ml/min，构造深度不小于0.6mm，摆值BPN不小于55。

9.根据权利要求1-8任意一项所述掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按质量份数计，取原料：SBS改性沥青青5-6份、高聚熟化改性废橡胶胶粉0.5-1.08份、钢渣粗集料39.5-55.5份、玄武岩粗集料20-30份、石灰岩细集料20-25份、矿粉4-6份、水泥0.5-1.5份、温拌剂0.025-0.035份备用；

所述钢渣粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述的玄武岩粗集料为公称粒径5~10mm的粗集料，所述石灰岩细集料的颗粒度直径范围在0-3mm；

（2）将温拌剂加入到事先放置在180℃烘箱中已加热到流动状态的SBS改性沥青沥青中，并充分搅拌，搅拌后立即放回180℃烘箱中充分反应1h后使用；

（3）将钢渣粗集料、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和高聚熟化改性废橡胶胶粉进行预混，预混时间不小于90s；

（4）将加入了温拌剂的SBS改性沥青加入步骤（3）所得混合物中，搅拌时间不小于90s，使集料被沥青包裹；

（5）将矿粉和水泥加入到步骤（4）所得混合物中，搅拌时间不小于90s；

（6）立即取出步骤（5）所得混合料，放入180℃烘箱中反应2h，使胶粉与沥青充分反应后即制得掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料。