CN116143454B - 一种抗凝冰沥青路面组合物及路面施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及沥青混合料的技术领域，具体公开了一种抗凝冰沥青路面组合物及路面施工方法。抗凝冰沥青路面组合物包括以下重量份的原料：沥青10‑12份、矿粉11‑13份、粗骨料65‑70份、细骨料10‑15份、硫酸钙晶须0.5‑1份、有机膨润土0.5‑1份、抗凝冰剂4‑5份、稳定剂0‑1份；所述抗凝冰剂包括以下重量份的原料：羧甲基壳聚糖10‑25份、海泡石粉20‑30份、氯化钙5‑10份、水40‑50份。本申请的抗凝冰沥青路面组合物具有优良的抗凝冰性能，符合市场需求。

Description

一种抗凝冰沥青路面组合物及路面施工方法
技术领域
本发明涉及沥青混合料的技术领域，更具体地说，它涉及一种抗凝冰沥青路面组合物及路面施工方法。
背景技术
随着科技以及交通事业的快速发展，公路建设项目逐渐向高海拔地区渗入。由于该部分地区的昼夜温差大、温度低、低温持续时间长，使得该部分地区出现雨雪天气后，沥青路面容易结冰，影响通行。
对沥青路面进行除冰的方式包括机械清除、热力融化、撒融雪剂等。该些除冰的方式费时费力，且容易产生环境污染。因此，如何减少沥青路面的凝冰现象受到越来越多的关注。为了解决上述除冰方式的缺陷，目前通常在沥青路面混合料中加入盐化物。盐化物的加入能够降低沥青路面水分的冰点，抑制沥青路面结冰，显著降低后续除冰成本。因此，向沥青路面混合料中加入盐化物以减少沥青路面结冰现象的方法得到了广泛的应用。常用的上述盐化物包括：氯化钠、氯化镁、氯化钙等无机盐，这些盐化物在溶于水后能够降低沥青路面水分的冰点，从而减少沥青路面的结冰现象。
然而，传统的盐化物通常是直接添加于沥青路面混合料中，随着沥青路面流动水分的增多，以及车辆载荷的作用，该些盐化物会随着水分的流动而流出，使得沥青路面混合料失去抗凝冰的作用。因此，开发一种稳定、持久的抗凝冰沥青路面组合物迫在眉睫。
发明内容
为了提高沥青路面的抗凝冰性能，本申请提供一种抗凝冰沥青路面组合物及路面施工方法。
第一方面，本申请提供一种抗凝冰沥青路面组合物，采用如下技术方案：
一种抗凝冰沥青路面组合物，所述抗凝冰沥青路面组合物包括以下重量份的原料：沥青10-12份、矿粉11-13份、粗骨料65-70份、细骨料10-15份、硫酸钙晶须0.5-1份、有机膨润土0.5-1份、抗凝冰剂4-5份、稳定剂0-1份；
所述抗凝冰剂包括以下重量份的原料：羧甲基壳聚糖10-25份、海泡石粉20-30份、氯化钙5-10份、水40-50份。
通过采用上述技术方案，本申请的抗凝冰沥青路面组合物具有优良的抗凝冰性能。抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度的范围为4443-4485次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能的范围为3.26-3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能的范围为6.72-6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能的范围为3.97-4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能的范围为7.86-7.91N。通过抗凝冰沥青路面组合物中各原料之间的相互协同作用，显著提高了其抗凝冰性能，符合市场需求。
申请人发现，传统的沥青路面抗凝冰性能较差的原因为：一方面沥青路面组合物中骨料之间的间隙较大，使得沥青路面容易存储水分，从而结冰，且使得沥青路面的强度降低；另一方面沥青路面组合物中的抗凝冰剂容易随着水分的流动而流失，使得沥青路面组合物的抗凝冰性能下降。
本申请中，以羧甲基壳聚糖、海泡石粉和氯化钙制备得到抗凝冰剂，其中，海泡石粉具有较强的吸附性能，且稳定性优良，羧甲基壳聚糖能够吸附于海泡石粉，此外，氯化钙也能吸附于海泡石粉，使得羧甲基壳聚糖和氯化钙能够从海泡石粉缓释，防止氯化钙和羧甲基壳聚糖随着水分的流动而流失过快，提高了抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。羧甲基壳聚糖和氯化钙之间存在相互作用力，使得氯化钙的流失速度进一步减缓，且羧甲基壳聚糖溶于水后不仅能够降低水的凝固点，还能够形成粘度较大的溶液，减少水分向沥青路面内的渗透，进一步提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
此外，抗凝冰沥青路面组合物中还加入了硫酸钙晶须和有机膨润土。硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体。因此，硫酸钙晶须的加入，能够减小凝冰沥青路面组合物中填料之间的缝隙，使得抗凝冰沥青路面组合物的粘结效率、柔性得到提高。有机膨润土的加入能够减小抗凝冰沥青路面组合物中填料之间的缝隙，增强抗凝冰沥青路面组合物的韧性。在硫酸钙晶须和有机膨润土的协同作用下，抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能进一步提高。
可选的，所述抗凝冰剂采用以下方法制备得到：
将羧甲基壳聚糖、氯化钙加入至水中，搅拌20-25min，得到预混液；
向预混液中加入海泡石粉，超声20-30min，除水，得到抗凝冰剂。
通过采用上述技术方案，抗凝冰剂的制备方法简单，容易操作。
可选的，所述沥青为SBS改性沥青。
通过采用上述技术方案，使得制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能得到进一步提高，SBS为苯乙烯系热塑性弹性体。
可选的，以重量份计，所述抗凝冰沥青路面组合物的原料中还包括0.8-2份的聚乙烯醇。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇遇水形成粘度较大的液体，减缓抗凝冰剂的流失，同时减小骨料之间的间隙，增强抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
可选的，所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为8-12cm连续级配。
可选的，所述细骨料为河砂、石英砂中的一种或两种。
可选的，所述抗凝冰沥青路面组合物采用以下方法制备得到：
将粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，升温至180-190℃，得到混合料；
将改性沥青加热至170-180℃，然后加入至混合料中，搅拌至混合均匀，在持续搅拌，且温度为175-180℃的条件下，加入所述抗凝冰沥青路面组合物的其余原料，继续搅拌30-40min，得到抗凝冰沥青路面组合物。
第二方面，本申请提供一种路面施工方法，采用如下技术方案：
一种路面施工方法，包括以下步骤：
步骤A：开挖沟槽；
步骤B：在沟槽底部铺设一层粒径为35±1cm的石块，形成基层；
步骤C：在基层表面铺设粒径为3±1cm的碎石，形成厚度为12-15cm的垫层；
步骤D：在垫层表面回填土壤，压实，形成厚度为4±1cm的过渡层；
步骤E：在过渡层表面铺摊第一方面任一所述的抗凝冰沥青路面组合物，压实，形成厚度为7-10cm的面层。
通过采用上述技术方案，使得得到的沥青路面的抗凝冰性能较高。
综上所述，本申请至少具有以下有益效果：
本申请的抗凝冰沥青路面组合物，通过羧甲基壳聚糖、海泡石粉和氯化钙制备得到抗凝冰剂，使得抗凝冰剂的流失速度降低，提高了抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能；
本申请的抗凝冰沥青路面组合物，通过硫酸钙晶须和有机膨润土的相互协同作用，减少了骨料之间的间隙，进一步提高了抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
聚乙烯醇，型号为2488，牌号为1763；SBS改性沥青，针入度为10mm，延度（25℃）为148cm，软化点为44℃，闪点为180℃；矿粉，粒度为600目；河砂，货号为HS03，吸附率为95%，孔隙率为41%，紧固性指标为7.65，抗压强度为5.36MPa，比重为1.76g/cm3；碎石，材质为砾石，货号为0-9，坚固性指标为98，抗压强度为5MPa，比重为1.0g/cm3，抗弯强度为5MPa；石英砂，型号为SH-sy305，规格为1-2mm，粒度为20-40目，密度为2.66g/cm3，抗压力为98kgf，化学成分为SiO2-99.3%；基质沥青，品名为70号道路石油沥青，耐碱性为96H；羧甲基壳聚糖，粒度为80目，且选自西安瑞尔丽生物工程有限公司；海泡石粉，硬度为2-2.5，规格为1-3mm，吸附大于自身重量150%的水，类型为改性纤维；有机膨润土，表观粘度为28-30mPa.s，密度为2.6g/cm3，硬度为4，膨胀倍数为12倍，粒度为300目。
制备例
制备例1
一种抗凝冰剂，其采用以下方法制备得到：
将15kg羧甲基壳聚糖、8kg氯化钙加入至45kg水中，搅拌25min，得到预混液；
向预混液中加入25kg海泡石粉，超声30min，减压过滤，然后于真空烘箱中干燥，得到抗凝冰剂。
实施例
实施例1
一种抗凝冰沥青路面组合物，其原料含量如表1所示。
其中，沥青为SBS改性沥青；矿粉为S95级高炉矿渣微粉；细骨料为河砂；粗骨料为粒径为8-12cm连续级配的碎石；抗凝冰剂为制备例1制备得到的抗凝冰剂；稳定剂为乙二醇。
一种抗凝冰沥青路面组合物，其采用以下方法制备得到：
将粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，升温至185℃，得到混合料；
将改性沥青加热至175℃，然后加入至混合料中，搅拌至混合均匀，在持续搅拌，且温度为175℃的条件下，加入抗凝冰沥青路面组合物的其余原料，继续搅拌40min，得到抗凝冰沥青路面组合物。
实施例2-4
实施例2-4的抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰沥青路面组合物的原料含量不同，其原料含量如表1所示，其余均和实施例1相同。
实施例5
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例3的区别之处在于，抗凝冰沥青路面组合物的原料中还包括1kg聚乙烯醇，其余均和实施例3相同。
实施例6
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例5的区别之处在于，细骨料为石英砂，其余均和实施例5相同。
实施例7
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例6的区别之处在于，以等量的基质沥青替换SBS改性沥青，其余均和实施例6相同。
对比例
对比例1
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰剂为等量的氯化钠，其余均和实施例1相同。
对比例2
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰剂的原料中未加入海泡石粉，其余均和实施例1相同。
对比例3
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰剂的原料中未加入羧甲基壳聚糖，其余均和实施例1相同。
对比例4
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰剂的原料中未加入羧甲基壳聚糖、海泡石粉，其余均和实施例1相同。
对比例5
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰沥青路面组合物的原料中未加入硫酸钙晶须，其余均和实施例1相同。
对比例6
一种抗凝冰沥青路面组合物，其和实施例1的区别之处在于，抗凝冰沥青路面组合物的原料中未加入有机膨润土，其余均和实施例1相同。
性能测试试验
将实施例1-7、对比例1-6制备得到的13种抗凝冰沥青路面组合物进行以下性能检测：
动稳定度检测：根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0719-2011，将上述13种抗凝冰沥青路面组合物轮碾成型板块状试件，冷却后用保鲜膜包裹该些试件，置于通风干燥的地方，之后再进行车辙试验时去除保鲜膜，检测车辙深度，抗凝冰沥青路面组合物车辙试验动稳定度以车辙深度下降1mm轮碾行走的次数表示，次数越多，表示该试件的动稳定度越好；
静态抗凝冰性能检测：采用海绵拉拔试验，将上述13种抗凝冰沥青路面组合物分别制成马歇尔试件，并在该13种马歇尔试件上分别放置吸饱水的海绵，然后分别于-10℃、-15℃的条件下冷冻4h，检测对海绵进行拉拔提升时，试件与海绵完全分离时的拉力；
动态抗凝冰性能检测：依据上述动稳定度检测方法，将13种抗凝冰沥青路面组合物轮碾成型板块状试件，然后轮碾行走2000次，再将碾压后的试件分别用流动水冲刷48h，流动水的流量为100m3/h，压力为3bar，等试件表面水分沥干后，于60℃的条件下干燥，将干燥后的试件进行上述的海绵拉拔试验，得到试件与海绵完全分离时的拉力，检测结果如表2所示。
从表2可以看出，本申请的抗凝冰沥青路面组合物具有优良的抗凝冰性能。抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度的范围为4443-4511次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能的范围为3.19-3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能的范围为6.69-6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能的范围为3.91-4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能的范围为7.80-7.91N。本申请的抗凝冰沥青路面组合物通过各原料之间的相互协同作用，显著提高了其抗凝冰性能，符合市场需求。
将实施例5和实施例3进行对比，实施例5中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4506次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.21N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.70N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为3.94N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.84N。实施例3中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4485次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.26N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.72N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为3.97N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.86N。相比于实施例3，实施例5中的抗凝冰沥青路面组合物的原料中还加入了1kg聚乙烯醇，使得制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能进一步提高。聚乙烯醇的加入能够提高抗凝冰沥青路面组合物中各原料之间粘度，减小骨料之间的间隙，进一步提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
将对比例1和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4102次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.49N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为7.08N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.29N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为8.93N。相比于实施例1，对比例1中的抗凝冰沥青路面组合物的原料中抗凝冰剂为等量的氯化钠，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低，说明本申请中制备得到的抗凝冰剂有助于提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
将对比例2和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例2中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4210次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.45N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为7.02N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.20N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为8.52N。相比于实施例1，对比例2中的抗凝冰沥青路面组合物中抗凝冰剂的原料中未加入海泡石粉，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低，说明本申请中制备得到的抗凝冰剂中，海泡石粉的加入有助于提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
将对比例3和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例3中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4021次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.46N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为7.09N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.27N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为8.91N。相比于实施例1，对比例3中的抗凝冰沥青路面组合物中抗凝冰剂的原料中未加入羧甲基壳聚糖，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低，说明本申请中制备得到的抗凝冰剂中，羧甲基壳聚糖的加入有助于提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
将对比例4和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例4中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为3861次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.54N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为7.15N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.38N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为9.11N。相比于实施例1，对比例4中的抗凝冰沥青路面组合物中抗凝冰剂的原料中未加入羧甲基壳聚糖、海泡石粉，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低。再结合对比例2、对比例3，可以看出，羧甲基壳聚糖和海泡石粉之间存在相互协同作用，使得本申请中的抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能进一步提高。
将对比例5和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例5中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4260次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.46N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.93N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.21N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为8.38N。相比于实施例1，对比例5中的抗凝冰沥青路面组合物的原料未加入硫酸钙晶须，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低，说明硫酸钙晶须的加入有助于提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
将对比例6和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4443次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.32N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.85N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.06N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为7.91N。对比例6中制备得到的抗凝冰沥青路面组合物的动稳定度为4273次/mm；-10℃条件下的静态抗凝冰性能为3.40N；-15℃条件下的静态抗凝冰性能为6.99N；-10℃条件下的动态抗凝冰性能为4.19N；-15℃条件下的动态抗凝冰性能为8.34N。相比于实施例1，对比例6中的抗凝冰沥青路面组合物的原料中未加入有机膨润土，使得抗凝冰沥青路面组合物的动稳定性降低，抗凝冰性能降低，说明有机膨润土的加入有助于提高抗凝冰沥青路面组合物的抗凝冰性能。
应用例1-7
应用例1-7的路面施工方法，包括以下步骤：
步骤A：使用挖掘机根据设计图纸开挖沟槽；
步骤B：在沟槽底部铺设一层粒径为35±1cm的石块，形成基层；
步骤C：在基层表面铺设粒径为3±1cm的碎石，形成厚度为12cm的垫层；
步骤D：在垫层表面回填土壤，通过压路机压实并压平，形成厚度为4±1cm的过渡层；
步骤E：在过渡层表面铺摊抗凝冰沥青路面组合物，通过压路机压实并压平，形成厚度为8cm的面层，该抗凝冰沥青路面组合物依次分别由实施例1-7制备得到。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种抗凝冰沥青路面组合物，其特征在于，所述抗凝冰沥青路面组合物包括以下重量份的原料：沥青10-12份、矿粉11-13份、粗骨料65-70份、细骨料10-15份、硫酸钙晶须0.5-1份、有机膨润土0.5-1份、抗凝冰剂4-5份、稳定剂0-1份、0.8-2份的聚乙烯醇；
所述抗凝冰剂包括以下重量份的原料：羧甲基壳聚糖10-25份、海泡石粉20-30份、氯化钙5-10份、水40-50份；
所述抗凝冰剂采用以下方法制备得到：
将羧甲基壳聚糖、氯化钙加入至水中，搅拌20-25min，得到预混液；
向预混液中加入海泡石粉，超声20-30min，除水，得到抗凝冰剂；
所述沥青为SBS改性沥青；
所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为8-12cm连续级配；
所述细骨料为河砂、石英砂中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种抗凝冰沥青路面组合物，其特征在于，所述抗凝冰沥青路面组合物采用以下方法制备得到：
将粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，升温至180-190℃，得到混合料；
将改性沥青加热至170-180℃，然后加入至混合料中，搅拌至混合均匀，在持续搅拌，且温度为175-180℃的条件下，加入所述抗凝冰沥青路面组合物的其余原料，继续搅拌30-40min，得到抗凝冰沥青路面组合物。
3.一种路面施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：开挖沟槽；
步骤B：在沟槽底部铺设一层粒径为35±1cm的石块，形成基层；
步骤C：在基层表面铺设粒径为3±1cm的碎石，形成厚度为12-15cm的垫层；
步骤D：在垫层表面回填土壤，压实，形成厚度为4±1cm的过渡层；
步骤E：在过渡层表面铺摊权利要求1-2任一所述的抗凝冰沥青路面组合物，压实，形成厚度为7-10cm的面层。
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