技術領域
[0001] 本
發(fā)明屬于道路路面材料領域,尤其涉及一種用于熱拌熱鋪極薄表面磨耗層用的瀝青,以及此瀝青的混合料,及其使用。
背景技術
[0002] 進入二十一世紀以來,我國早期建設的高速公路不少已經(jīng)進入大、中修階段,且養(yǎng)護相關觀念和技術的國際交流日益頻繁,大型養(yǎng)護設備逐步引進,都促使公路養(yǎng)護,特別是高速公路養(yǎng)護進入了一個新的紛繁復雜的階段。
預防性養(yǎng)護觀念和相關技術逐漸為廣大公路工程技術人員所了解和接受,并在全國各地區(qū)進行了不同程度的嘗試,并取得了一定的實際效果。
[0003] 截至2011年底,公路總里程408萬公里,高速公路8.5萬公里,高速公路里程世界第二,僅次于美國,至2015年,將超越美國成為世界擁有高速公路里程最大的國家。從政府層面,如此巨大的資產(chǎn)需要保值、增值,從社會層面,必須保證這些道路的暢通、安全和舒適,所以,預防性養(yǎng)護將是最好的手段和最大的需求。
[0004] 各級道路的養(yǎng)護、維修和改造市場廣闊,需要與之適應的各種養(yǎng)護技術。近年來,預防性養(yǎng)護技術因其技術經(jīng)濟優(yōu)勢而越來越受到業(yè)界的關注,相關的技術開發(fā)或?qū)饧夹g的引進吸收工作相繼開展。目前,霧封層、稀漿封層、同步碎石封層、宏表處、微表處、超薄磨耗層、銑刨加鋪或直接加鋪等預防性養(yǎng)護技術在國內(nèi)得到逐步應用,有些已得到較好推廣。超薄磨耗層于上世紀80年代在法國出現(xiàn),90年代后引入美國并得到推廣應用。憑借其優(yōu)異的安全、環(huán)保和舒適性能以及突出的綜合經(jīng)濟性,超薄磨耗層于2002年進入中國后,日益受到業(yè)界的重視,很快就在幾個省區(qū)得到應用,但其
缺陷也逐步顯示,造價太高,表面功能衰減過快等。
[0005] 目前常用的超薄磨耗層技術有如下幾種:
[0006] (1)Novachip超薄磨耗層:該技術由法國Colas開發(fā)并擁有
專利,后被美國KOCH公司購買,并與2002年開始在中國推廣。厚度1.5-2.5cm,間斷級配,骨架空隙結構,公稱粒徑分別為4.75mm、9.5mm和12.5mm;瀝青分別采用SBS成品改性瀝青和SBS成品改性
乳化瀝青;采用防
水粘結層噴灑和混合料攤鋪同步施工工藝。
[0007] 不足:造價很高,構造深度、排水能
力和降噪效果衰減較快,瀝青只能在殼牌的工廠生產(chǎn)。
[0008] (2)InnoChip超薄磨耗層:該技術由上海龍孚材料技術有限公司仿照NovaChip開發(fā)。厚度1.0-2.5cm,間斷級配,骨架空隙結構,公稱粒徑分別為9.5mm和13.2mm;瀝青分別采用直投式改性瀝青和高粘改性乳化瀝青;采用防水粘結層噴灑和混合料攤鋪同步施工工藝。
[0009] 不足:沒有1.0cm的工程實例,造價較高,表面功能衰減較快,由于防水粘層瀝青
粘度較大,噴灑不易控制。
[0010] (3)UTB超薄磨耗層:該技術由東南大學開發(fā),厚度厚度1.5-2.5cm,半開級配,公稱粒徑分別為9.5mm和6.7mm;瀝青為SBS改性瀝青和乳化瀝青。采用先防水粘結層噴灑,后混合料攤鋪的分步施工工藝。
[0011] 不足:無法提供良好的防水粘結性能,施工速度慢,與(1)和(2)相比,表面功能差。
[0012] (4)SMA-10:厚度2.5-3.0cm,間斷級配,骨架密實結構,公稱粒徑為9.5mm;添加
纖維;瀝青為常規(guī)改性瀝青和常規(guī)粘層瀝青;采用先防水粘結層噴灑,后混合料攤鋪的分步施工工藝。
[0013] 不足:
壓實度難以保證,容易滲水和出現(xiàn)松散;與下承層的粘結效果較差,無法提供足夠的雨天抗滑性能,降噪功能與常規(guī)路面相比無明顯的提高;施工速度慢[0014] (5)AC-10:厚度2.5-3.0cm,連續(xù)級配,密實結構,公稱粒徑為9.5mm;瀝青為常規(guī)改性瀝青和常規(guī)粘層瀝青;采用先防水粘結層噴灑,后混合料攤鋪的分步施工工藝。
[0015] 不足:壓實度難以保證,容易滲水和出現(xiàn)松散;與下承層的粘結效果極差,極易出現(xiàn)脫落;表面功能差;施工速度慢。
[0016] (6)SAC-10:厚度2.5-3.0cm,半開級配,骨架結構,公稱粒徑為9.5mm;瀝青為常規(guī)改性瀝青和常規(guī)粘層瀝青;采用先防水粘結層噴灑,后混合料攤鋪的分步施工工藝。
[0017] 不足:壓實度難以保證,容易滲水和出現(xiàn)松散;與下承層的粘結效果極差,表面功能一般;施工速度慢。
發(fā)明內(nèi)容
[0018] 本發(fā)明解決的技術問題為,現(xiàn)有超薄磨耗層技術中存在,構造深度、排水性能及降噪效果衰減過快、過大的問題;以及
現(xiàn)有技術的造價過高等問題。
[0019] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0020] 一種極薄表面磨耗層用瀝青,其中含有重量份數(shù)為90-96份的重交或常規(guī)改性瀝青,本瀝青中添加了復配劑,所述復配劑的重量份數(shù)組成為,
聚合物2-3份、
橡膠1-3份、分散助劑1.5-3份,所述分散助劑為反序工藝精制
潤滑油時的副產(chǎn)物
溶劑抽出油或石油催化裂化回裂油的溶劑抽出油中的一種或兩種的組合,其中溶劑指N-甲基吡咯烷
酮、糠
醛或酚類溶劑中的一種,抽出油芳香分含量大于90%。
[0021] 所述極薄表面磨耗層用瀝青的優(yōu)選方案為,所述成分中還包括重量份數(shù)為0.01-0.03份的聚
磷酸。
[0022] 所述極薄表面磨耗層用瀝青的優(yōu)選方案為,所述聚合物為乙烯
丙烯酸甲酯共聚物。
[0023] 所述極薄表面磨耗層用瀝青的優(yōu)選方案為,所述橡膠為丁苯橡膠其S/B比為70/30
波動值為2,或者是天然橡膠。
[0024] 所述極薄表面磨耗層用瀝青混合料,當表面耐磨層厚度為1.2cm-1.5cm時,其含有重量份數(shù)為90-93份的集料、2-4份的填料、4.5-5.5份的上述瀝青,所述集料中粗集料的粒徑為5-8mm,細集料的粒徑為0-3mm,并且在粒徑為6.3mm處設置級配控制點;在2.36-4.75mm處斷開為間斷級配,2.36mm以下為開放的級配設計;當厚度為0.8-1.0cm時,其含有重量份數(shù)為89-92份的集料、2-4份的填料、5.5-6.5份的上述瀝青,所述集料中細集料的粒徑為3-5mm和0-3mm,并且在粒徑為2.36mm以下為開放的級配設計。
[0025] 所述極薄表面磨耗層用瀝青混合料的優(yōu)選方案為,所述混合料的級配如下表1所示。
[0026] 表1極薄表面磨耗層混合料級配要求
[0027]
[0028] 所述極薄表面磨耗層用瀝青混合料的優(yōu)選方案為,所述填料為憎水性石料經(jīng)磨細得到的礦粉。
[0029] 所述極薄表面磨耗層用瀝青混合料的優(yōu)選方案為,所述憎水性石料為
石灰?guī)r。
[0030] 一種極薄表面磨耗層用瀝青混合料的使用,集料加熱
溫度為175-185℃、瀝青的加熱溫度為160-170℃;其拌合下料次序為首先加入集料,然后是瀝青,最后加入填料,將其有效拌合45s,并且保證混合料的出料溫度小于195℃;此熱拌瀝青混合料的攤鋪溫度為160-170℃。
[0031] 所述極薄表面磨耗層用瀝青混合料的使用的優(yōu)選方案為,所述瀝青混合料適用于厚度為0.8-1.5cm熱拌超薄表面磨耗層的鋪設。
[0032] 本發(fā)明所涉及的一種極薄表面磨耗層用瀝青,其中添加了復配劑,所述復配劑由聚合物、橡膠、分散助劑以及其他添加劑組成。其中使用的聚合物為乙烯丙烯酸甲酯共聚物,它可以與瀝青中的不飽和鍵交聯(lián),從而形成共聚物/瀝青的復合共聚物。從瀝青檢測結果到混合料檢測結果,通過復配改性劑的添加,瀝青的粘度、勁度和瀝青與石料的粘附力都得到了大幅度的提高,避免或減少混合料在溫度和行車荷載的作用下產(chǎn)生瀝青上浮,堵塞空隙,導致構造深度、排水性能及降噪效果下降。
[0033] 瀝青中添加的復配劑的組成物橡膠,可以是丁苯橡膠,S:B在70:30左右,波動值為2,或者是天然橡膠。單純使用以上共聚物,瀝青的延度等指標大幅降低,我們添加了可以大幅改善瀝青延展性的丁苯橡膠或天然橡膠。丁苯橡膠或天然橡膠可以改善瀝青的低溫性能和抗水性能。
[0034] 復配劑中另一組成部分,分散助溶劑是一種溫敏性輕質(zhì)油脂??梢?a href='/zhuanli/list-23068-1.html' target='_blank'>加速瀝青對上述2種聚合物溶脹,使得上述2種聚合物通過低速攪拌作用就可以均勻的分散在瀝青中,從而大幅度節(jié)省加工設備成本。它可以是反序工藝精制潤滑油時的副產(chǎn)物溶劑抽出油或石油催化裂化回裂油的溶劑抽出油中的一種或兩種的組合,其中溶劑指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚類溶劑,抽出油芳香分含量大于90%。復配劑中的其他添加劑為聚磷酸等,加速乙烯丙烯酸甲酯共聚物在瀝青中溶解反應的物質(zhì)。復配劑可以與瀝青中的不飽和鍵發(fā)生膠聯(lián)反應,生成穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構共聚物,提高瀝青的粘度、勁度和瀝青與石料的粘附力,避免或減少混合料在溫度和行車荷載的作用下產(chǎn)生瀝青上浮,堵塞空隙,導致構造深度、排水性能及降噪效果下降。
[0035] 瀝青混合料為實現(xiàn)厚度為0.8-1.5cm熱拌超薄表面磨耗層的鋪設,并且保證不影響性能和施工,混合料使用特殊尺寸的粗集料,粒徑為5-8mm(我國規(guī)范為5-10mm),并且增加了6.3mm的級配控制點;細集料為標準粒徑3-5mm和0-3mm;填料為標準石灰?guī)r礦粉。集料的級配必須滿足表2的要求。
[0036] 表2集料級配要求:
[0037]
[0038] 采用5-8mm集料和6.3mm的級配控制,在1.2-1.5cm壓實厚度的情況下,根據(jù)干涉理論和工程經(jīng)驗,可以獲得穩(wěn)定的骨架嵌擠結構,和最大的骨架間隙,同時,避免形成骨架的集料在交通荷載作用下產(chǎn)生滑動和移動,目的是獲得較大的
空隙率、最大的連通空隙率,和避免骨架失穩(wěn)造成表面功能衰減。
[0039] 為了最大的提高磨耗層的表面功能,并且有效避免表面功能衰減過快和過大,采用2.36-4.75mm處斷開(間斷級配)結合2.36mm以下開放(開級配)的級配設計方法。
[0040] 使用2.36-4.75mm處斷開的設計,目的是避免或減少2.36-4.75mm粒徑的次級集料嵌擠在粗集料之間,形成不穩(wěn)定的骨架結構,導致在行車荷載作用下,表面功能衰減過快、過大。在混合料集料組成中缺少或者僅有極小含量的某中間粒徑的集料的混合料級配,該級配混合料具有更好骨架結構和提供更好的路面表面功能。
[0041] 結合2.36mm以下開放(開級配)的級配設計,目的是減少細集料堵塞骨架間隙,使空隙率和連通空隙率變小,以獲得更大的空隙率、更大的連通空隙率和更大的單位空隙體積,以提高路面的紋理深度、
摩擦系數(shù)、表層排水能力和降噪效果。
[0042] 與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有如下的優(yōu)異效果:在瀝青中加入了復配劑,提高了瀝青的粘度、勁度和瀝青與石料的粘附力,避免或減少混合料在溫度和行車荷載的作用下產(chǎn)生瀝青上浮,堵塞空隙,導致構造深度、排水性能及降噪效果下降;混合料使用特殊尺寸的粗集料,粒徑為5-8mm,并且增加了6.3mm的級配控制點,獲得了穩(wěn)定的骨架嵌擠結構和最大的骨架間隙,得到較大的空隙率、最大的連通空隙率,從而避免骨架失穩(wěn)造成表面功能衰減;并且集料在2.36-4.75mm處斷開結合2.36mm以下開放的級配設計方法,從而提高了磨耗層的表面功能,并且有效避免表面功能衰減過快和過大。
具體實施方式
[0043] 以下
實施例用于進一步解釋本發(fā)明。
[0044] 實施例1:
[0045] 將90份重交70#瀝青加熱到160℃使其具有流動性備用。將3份分散助溶劑N-甲基吡咯烷酮抽出油,3份丁苯橡膠粉依次加入到熔融的瀝青中,攪拌2小時。將3份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到瀝青中,攪拌30分鐘以確保其完全熔融分散。添加0.02份的聚磷酸,繼續(xù)攪拌反應2小時,得到瀝青成品,成品改性瀝青的性能指標見表3。
[0046] 表3混合料用改性瀝青性能指標
[0047]
[0048] 本案例混合料設計厚度為1.5cm,采用5-8mm
玄武巖、0-3mm石灰?guī)r機制砂、石灰?guī)r礦粉。
[0049] 石料、礦粉篩分結果見表4,集料性能檢測結果見表5和6。
[0050] 表4集料篩分結果
[0051]
[0052] 表5粗集料性能檢測結果
[0053]試驗項目 測試方法 單位 結果 要求
洛杉磯磨耗損失 T0317-2000 % 19.3 28max
細長扁平顆粒含量3:1 T0312-2000 % 8.6 10max
單個
破碎面 T0346-2000 % 100 100min
兩個或多個破碎面 T0346-2000 % 100 90min
[0054] 表6細集料性能檢測結果
[0055]試驗項目 測試方法 單位 結果 要求
砂當量 T0334-1994 % 62.2 60min
細集料棱
角性試驗 T0344-2000 % 42.3 40min
[0056] 按照級配范圍要求進行級配設計。設計級配下各檔料的比例如表7所示,設計級配見表8??梢钥闯?,設計級配滿足范圍要求。
[0057] 表7各檔集料、填料比例
[0058]
[0059] 表8混合料設計級配
[0060]
[0061] 將重量份數(shù)為90份的集料加熱溫度為175℃、4.8份的瀝青的加熱溫度為160℃,同時加入拌缸拌合10s;然后加入5.2份數(shù)的填料,有效拌合45s,并且保證混合料的出料溫度小于195℃;此熱拌瀝青混合料的攤鋪成型溫度為160℃。其體積特性和性能要求見表9。
[0062] 表9混合料體積特性和性能檢測結果
[0063]項目 結果 指標
孔隙率Va(%),Min 12.6 10
礦料間隙率VMA(%),Min 23.0 21
瀝青填隙率VFA(%), 45.2 30-60
粉膠比(%),Max 1.1 1.4
油膜厚度(μm),Min 11.7 9
動穩(wěn)定度(次/min),Min 16391 4000
凍融劈裂強度TSR(%),Min 92.6 80
析漏(%),Max 0.06 0.1
[0064] 瀝青和混合料指標全部滿足要求。設計級配符合要求,在此條件下混合料的體積指標和油膜厚度均滿足設計要求。析漏試驗表明,混合料中無多余的自由瀝青,最佳瀝青用量合適。水損害試驗結果表明,混合料的抗水損害性能良好。動穩(wěn)定度試驗結果表明,混合料級配符合穩(wěn)定的骨架結構,且瀝青的高溫
穩(wěn)定性滿足要求。
[0065] 實施例2:
[0066] 將94份SBS改性I-B瀝青加熱到165攝氏度使其具有流動性備用,將分散助溶劑1.0份N-甲基吡咯烷酮和1.0份糠醛抽出油,2份丁苯橡膠粉一次加入到熔融的瀝青中,攪拌2小時。將2.5份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到瀝青中,攪拌3.5小時,得到瀝青成品,成品改性瀝青的性能指標見表10。
[0067] 表10混合料用改性瀝青性能指標
[0068]
[0069] 本案例混合料設計厚度為1.2cm,采用5-8mm玄武巖、0-3mm石灰?guī)r機制砂、石灰?guī)r礦粉。
[0070] 石料、礦粉篩分結果見表11,集料性能檢測結果見表12和13。
[0071] 表11集料篩分結果
[0072]
[0073] 表12粗集料性能檢測結果
[0074]試驗項目 測試方法 單位 結果 要求
洛杉磯磨耗損失 T0317-2000 % 21.2 28max
細長扁平顆粒含量3:1 T0312-2000 % 3.2 10max
單個破碎面 T0346-2000 % 100 100min
兩個或多個破碎面 T0346-2000 % 100 90min
[0075] 表13細集料性能檢測結果
[0076]試驗項目 測試方法 單位 結果 要求
砂當量 T0334-1994 % 71 60min
細集料棱角性試驗 T0344-2000 % 41.3 40min
[0077] 按照級配范圍要求進行級配設計。設計級配下各檔料的比例如表14所示,設計級配見表15。可以看出,設計級配滿足范圍要求。
[0078] 表14各檔集料、填料比例
[0079]
[0080] 表15混合料設計級配
[0081]
[0082] 將重量份數(shù)為93份的集料加熱溫度為185℃、5份的瀝青的加熱溫度為170℃,同時加入拌缸拌合10s;然后加入2份數(shù)的填料,有效拌合45s,并且保證混合料的出料溫度小于195℃;此熱拌瀝青混合料的攤鋪成型溫度為165℃。其體積特性和性能要求見表16。
[0083] 表16混合料體積特性和性能檢測結果
[0084]項目 結果 指標
孔隙率Va(%),Min 14.0 10
礦料間隙率VMA(%),Min 21.9 21
瀝青填隙率VFA(%), 36.0 30-60
粉膠比(%),Max 0.9 1.4
油膜厚度(μm),Min 13.5 9
動穩(wěn)定度(次/min),Min 24230 4000
凍融劈裂強度TSR(%),Min 83.5 80
析漏(%),Max 0.07 0.1
[0085] 瀝青和混合料指標全部滿足要求。設計級配符合要求,在此條件下混合料的體積指標和油膜厚度均滿足設計要求。析漏試驗表明,混合料中無多余的自由瀝青,最佳瀝青用量合適。水損害試驗結果表明,混合料的抗水損害性能良好。動穩(wěn)定度試驗結果表明,混合料級配符合穩(wěn)定的骨架結構,且瀝青的高溫穩(wěn)定性滿足要求。
[0086] 案例三
[0087] 將96份改性I-C瀝青加熱到170攝氏度使其具有流動性備用,將分散助溶劑1.0份N-甲基吡咯烷酮和0.5份酚類溶劑抽出油,1.0份天然橡膠粉依次加入到熔融的瀝青中,攪拌2小時。將2.0份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到瀝青中,攪拌30分鐘確保其完全熔融分散,添加0.01份聚磷酸,并維持170攝氏度繼續(xù)攪拌2小時得到成品,成品改性瀝青的性能指標見表17。
[0088] 表17混合料用改性瀝青性能指標
[0089]
[0090] 本案例混合料設計厚度為0.8cm,采用3-5mm玄武巖、0-3mm石灰?guī)r機制砂、石灰?guī)r礦粉。
[0091] 石料、礦粉篩分結果見表18,集料性能檢測結果見表19。
[0092] 表18集料篩分結果
[0093]
[0094] 表190-3mm細集料性能檢測結果
[0095]試驗項目 測試方法 單位 結果 要求
砂當量 T0334-1994 % 71 60min
細集料棱角性試驗 T0344-2000 % 41.3 40min
[0096] 按照級配范圍要求進行級配設計。設計級配下各檔料的比例如表20所示,設計級配見表21。可以看出,設計級配滿足范圍要求。
[0097] 表20各檔集料、填料比例
[0098]
[0099] 表21混合料設計級配
[0100]
[0101] 將重量份數(shù)為90份的集料加熱溫度為180℃、5.9份的瀝青的加熱溫度為165℃,同時加入拌缸拌合10s;然后加入3份數(shù)的填料,有效拌合45s,并且保證混合料的出料溫度小于195℃;此熱拌瀝青混合料的攤鋪成型溫度為175℃。其體積特性和性能要求見表22。
[0102] 表22混合料特性和性能要求
[0103]項目 結果 指標
[0104]孔隙率Va(%),Min 13.8 10
礦料間隙率VMA(%),Min 29.0 21
瀝青填隙率VFA(%), 52.4 30-60
粉膠比(%),Max 1.2 1.4
油膜厚度(μm),Min 9.1 9
動穩(wěn)定度(次/min),Min 6369 4000