阅读说明：本技术 一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法 (Environment-friendly multifunctional thin-layer material and preparation and construction method thereof ) 是由 董月振 邱建波 李迎民 石红星 刘刚 武彦龙 郭广生 蔡轩 秦家禄 闫伟 潘新涛 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法,涉及公路和市政工程技术领域,能够采用废弃橡胶制备薄层材料,降低成本提高路用性能,且有效减小橡胶沥青的高黏度并提高其存储稳定性；该材料包括：68～72质量份的粗集料、22～26质量份的细集料、1.6～2.4质量份的填料、4～6质量份的胶粉改性沥青以及0.7～1质量份的改性乳化沥青；胶粉改性沥青的组成包括：橡胶粉18～30质量份、改性剂1～3质量份和基质沥青100质量份；胶粉改性沥青的180℃布氏粘度为1～3Pa.s,60℃动力粘度大于75000Pa.s。本发明提供的技术方案适用于路面铺筑的过程中。(The invention provides an environment-friendly multifunctional thin-layer material and a preparation and construction method thereof, which relate to the technical field of highway and municipal engineering, can adopt waste rubber to prepare the thin-layer material, reduce the cost, improve the road performance, effectively reduce the high viscosity of rubber asphalt and improve the storage stability of the rubber asphalt; the material comprises: 68-72 parts by mass of coarse aggregate, 22-26 parts by mass of fine aggregate, 1.6-2.4 parts by mass of filler, 4-6 parts by mass of rubber powder modified asphalt and 0.7-1 part by mass of modified emulsified asphalt; the rubber powder modified asphalt comprises the following components: 18-30 parts of rubber powder, 1-3 parts of modifier and 100 parts of matrix asphalt; the brookfield viscosity of the rubber powder modified asphalt at 180 ℃ is 1-3 Pa.s, and the dynamic viscosity at 60 ℃ is greater than 75000 Pa.s. The technical scheme provided by the invention is suitable for the pavement paving process.)

一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法

【技术领域】

本发明涉及公路和市政工程技术领域，尤其涉及一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法。

【背景技术】

随着我国汽车工业的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的汽车保有量增长迅速，致使每年会产生大量的废旧轮胎。据不完全统计，在2013年，中国废旧轮胎产生量已经达到2.99亿条，其中有70％的废旧轮胎没有回收利用，回收利用率比发达国家低30％～40％。就工程界而言，将废旧轮胎磨细成橡胶粉，生产成为胶粉改性沥青应用于道路工程是废旧轮胎处理的主要途径之一。

将废旧轮胎磨细成橡胶粉应用于道路工程建设得到了广泛的关注，与以SBS为代表的高聚物改性沥青混合料和以SMA混合料为代表的纤维质材料稳定混合料相比，橡胶沥青混合料有相近的效果，而且成本低廉，生产每吨橡胶沥青可比SBS改性沥青节约1000元以上。同时，橡胶粉中含有外加剂对混合料粘结性能的改善也有潜在的好处。

此外橡胶沥青的综合性能优于目前SBS改性沥青，橡胶沥青具有更好的高温性能、更好的疲劳性能、更长的耐久性能及优异的低温性能；最后橡胶沥青具有很好的抗析漏性能，这体现在橡胶沥青在混合料中的沥青用量高达8％以上且不加矿粉的条件下，也不会出现析漏问题，因此将橡胶沥青用于SMA沥青混合料时，可以无须沥青纤维，并且也不需要添加如此高的矿粉以吸附沥青，从而可以降低沥青混合料的成本；而橡胶沥青廉价的成本，可以进一步降低沥青混合料的成本；但是，橡胶沥青的加工温度高，黏度大、储存稳定性差、温度敏感性很高及施工和易性较差一直是困扰我国道路者使用的难题之一。目前市场存在一部分使用橡胶沥青的超薄磨耗层路面，虽然其解决了一部分橡胶沥青的缺点，但是还略显不足，尤其是高黏度和储存稳定性的问题，还是没有得到很好地解决，无法大面积的推广应用。

因此，有必要研究一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【

发明内容

】

有鉴于此，本发明提供了一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法，能够采用废弃橡胶制备薄层材料，降低成本提高路用性能，且有效减小橡胶沥青的高黏度并提高其存储稳定性。

一方面，本发明提供一种环保型多功能薄层材料，其特征在于，所述多功能薄层材料包括：68～72质量份的粗集料、22～26质量份的细集料、1.6～2.4质量份的填料、4～6质量份的胶粉改性沥青以及0.7～1质量份的改性乳化沥青。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述胶粉改性沥青的60℃动力粘度大于75000Pa.s。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述胶粉改性沥青的组成包括：橡胶粉18～30质量份、改性剂1～3质量份和基质沥青100质量份。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述改性剂为嫁接多种官能团的聚烯烃化合物。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述胶粉改性沥青的180℃布氏粘度为1～3Pa.s。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述胶粉改性沥青的制备过程包括：

在180℃～220℃条件下，将橡胶粉和改性剂按比例加入基质沥青中，加热搅拌，使胶粉溶胀、脱硫，使得橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接形成粘度较大的半固体连续相体系；

然后通过剪切作用使橡胶分子变小并均匀分散于沥青中；

再次加入预设量的改性剂对橡胶小分子及沥青进行交联，使S-S键、S-C键重新交联成空间网状结构，重新体现出橡胶的力学特性。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多功能薄层材料的动稳定度不小于6000次/min，冻融劈裂强度不小于80％；行业内一般规范要求的动稳定度为不小于4000次/min，冻融劈裂强度不小于75％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述粗集料为粒径为5-10mm的碎石；所述细集料为粒径小于3mm的石屑；所述填料为矿粉或水泥。

另一方面，本发明提供一种环保型多功能薄层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如上任一所述的环保型多功能薄层材料；

所述制备方法的内容包括：将粗集料、细集料和填料加温至175～190℃，并按比例混匀拌和8～10秒，再加入温度为170～180℃的胶粉改性沥青并拌和35～40秒，得到温度为170～180℃的环保型多功能薄层材料。

再一方面，本发明提供一种环保型多功能薄层施工方法，其特征在于，所述施工方法适用于如上任一所述的环保型多功能薄层材料的施工；

所述施工方法根据粘结层的沥青种类选择摊铺工艺，所述粘结层为改性乳化沥青时采用同步摊铺工艺，所述粘结层为不黏轮乳化沥青时采用分步摊铺工艺；

所述同步摊铺工艺的内容包括：改性乳化沥青在60～85℃的温度下喷洒形成粘结层，喷洒量为0.7～1.0L/m²；环保型多功能薄层材料的摊铺温度为160～180℃，摊铺速度为12～36m/min，摊铺厚度为1.0～2.0cm；

所述分步摊铺工艺的内容包括：先用喷洒车将不黏轮乳化沥青均匀喷洒在下面层上形成粘结层，喷洒量为0.7-1.0L/m²；待粘结层破乳干燥后，进行环保型多功能薄层材料的摊铺，摊铺温度为160～180℃，摊铺厚度为1.0～2.0cm。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：通过高性能改性剂对橡胶沥青来进行改性处理，使其高温黏度减小，加工温度降低、存储稳定性增加，并且具有更好的抗老化性能；性能符合薄层磨耗层的沥青要求，最佳沥青含量也可以控制在6％以内，再通过对多功能薄层集料级配的优化调整，形成一种使用高性能橡胶改性沥青的环保型多功能薄层材料，进一步降低工程造价的同时，保证具有更优的路面性能，具有抗滑、防水雾、降噪、耐久性好等优点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的环保型多功能薄层材料的配比图；

图2是本发明一个实施例提供的橡胶粉改性沥青的配比图。

【

具体实施方式

】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

针对现有技术的缺陷，本发明通过高性能改性剂对橡胶沥青来进行改性处理，使其高温黏度减小，加工温度降低、存储稳定性增加，并且具有更好的抗老化性能。性能符合薄层磨耗层的沥青要求，最佳沥青含量也可以控制在6％以内。再通过对多功能薄层集料级配的优化调整，形成一种使用高性能橡胶改性沥青的环保型多功能薄层材料，进一步降低工程造价的同时，保证具有更优的路面性能，具有抗滑、防水雾、降噪、耐久性好等优点。

如图1所示，环保型多功能薄层材料按重量份包括以下原料：

粒径为5-10mm的碎石：68～72份；

粒径小于3mm的石屑：22～26份；

矿粉或水泥：1.6～2.4份；

高性能橡胶粉改性沥青：4～6份；

SBS改性乳化沥青：0.7～1份。

粒径为5-10mm的碎石作为粗集料使用，采用玄武岩、辉绿岩、安山岩、闪长岩，变质花岗岩等硬质岩石制成。具体指标如表1所示。

表1粗集料性能指标

试验项目	测试方法	单位	要求
				洛杉矶磨耗损失	T 0317–2005	％	23max
细长扁平颗粒含量3：1	T 0312–2005	％	10max
				单个破碎面	T 0346–2000	％	100min
两个或多个破碎面	T 0346–2000	％	90min
				与沥青粘附性	T 0616–1993	-	＞5

粒径小于3mm的石屑作为细集料使用。具体指标如表2所示。

表2细集料性能指标

试验项目	测试方法	单位	要求
				砂当量	T 0334–2005	％	60min
细集料棱角性试验	T 0344–2000	％	30min

填料宜采用石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉，矿粉要求干燥、洁净，其级配必须满足表3的要求。

表3填料级配要求

筛孔尺寸(mm)	通过率(％)
		0.6	100
0.075	>75

高性能胶粉(即橡胶粉)改性沥青的原料包括胶粉、高效能改性剂和基质沥青。如图2所示，胶粉、高效能改性剂和基质沥青的质量比为：(18～30):(1～3):100。胶粉即为橡胶粉，主要由废弃轮胎细磨而成。高效能改性剂是一种嫁接多种官能团的聚烯烃化合物，通过添加特定的比例和一定工艺处理后(工艺包括搅拌、脱硫、交联等工艺)，它能与橡胶沥青发生化学反应从而显著改善性能，但对橡胶沥青的粘度体系不产生任何负面影响。特定的比例可以是上面胶粉、高效能改性剂和基质沥青的质量比。

高性能胶粉改性沥青的制备过程为：在180℃～220℃条件下，将30目橡胶粉和部分改性剂加入基质沥青中，加热搅拌，使胶粉溶胀、脱硫，30目橡胶粉和基质沥青中的轻质油分充分溶胀后体积增加，使得橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接形成粘度较大的半固体连续相体系。然后通过高强度剪切作用使橡胶分子变小并均匀分散于沥青中。再次加入改性剂对橡胶小分子及沥青进行交联，使S-S键、S-C键重新交联成空间网状结构，重新体现出橡胶的柔、弹等力学特性。高性能胶粉改性沥青的性能指标如表4所示。

高性能胶粉改性沥青比普通橡胶改性沥青有如下优点：

(1)储存性能更好，减少离析，可以长距离运输和长时间保存使用；

(2)加工温度降低，传统橡胶沥青加工温度需要在180℃以上，高性能胶粉改性沥青加工温度为170～180℃，加工温度低，实用更方便；

(3)高温黏度降低，传统橡胶沥青的180℃布氏粘度大于3Pa.s，高性能胶粉改性沥青180℃布氏粘度为1～3Pa.s，能够有效降低高温黏度，有更好的施工便易性；

(4)混合料中沥青使用量更小，高性能胶粉改性沥青沥青用量一般在4.5％～5.5％,传统橡胶改性沥青一般沥青用量在6％以上；

(5)可以提高材料的内粘聚力，提高混合料整体强度，60℃动力粘度大于75000Pa.s。

表4高性能胶粉改性沥青性能指标

改性乳化沥青既可以作为薄层材料的原料使用也可以作为粘结层原料使用。由于环保型多功能薄层的极薄特性和断或开级配的特点，要求改性乳化沥青粘结层有更好的粘结性能和抗水特性，另外，改性乳化沥青粘结层既要实现快速破乳以实现快速开放交通，又需满足机械喷洒的施工性能，必须采用专用的配方以实现相应的特性。同时根据不同的施工工艺分为高强改性乳化沥青和不黏轮改性乳化沥青，分别应用于同步摊铺和分步摊铺工艺。

高强改性乳化沥青粘结层和不黏轮改性乳化沥青必须满足表5和表6的要求。

表5高强改性乳化沥青性能指标

表6不黏轮改性乳化沥青性能指标

环保型多功能薄层沥青混合料拌和过程如下：

环保型多功能薄层所用的沥青混合料可用任何型号的沥青拌和设备进行拌制，将上述的5-10mm碎石、粒径小于3mm石屑加温至175～190℃，将高性能胶粉改性沥青加温至170～180℃，然后把68～72份5-10mm碎石、22～26份粒径小于3mm石屑、1.6～2.4份矿粉或水泥输送至沥青拌和设备的搅拌缸内，拌和8～10秒，然后再加入4～6份高性能胶粉改性沥青拌和35～40秒，即可制成环保型多功能薄层混合料，这时沥青混合料的温度为170～180℃。

环保型多功能薄层采用与施工工艺相配套的断级配或者开断级配，使粗料能与聚合物改性乳化沥青良好地粘结，同时粗骨架形保持良好的抗滑、降噪、排水的功能。其中混合料级配要求如表7所示。

表7混合料级配要求

沥青混合料的试验方法按我国《公路沥青路面施工技术规范》，具体混合料指标见表8-10所示。

表8混合料体积特性要求

项目	要求
		孔隙率Va(％)，Min	10
矿料间隙率VMA(％)，Min	21
		沥青填隙率VFA(％)，	30-60

表9混合料沥青用量要求

项目	要求
		油膜厚度(μm)，Min	9
粉胶比(％)，Max	1.4

表10混合料性能要求

项目	要求
		动稳定度(次/min)，Min	6000
冻融劈裂强度TSR(％)，Min	80
		析漏(％)，Max	0.1

本发明的环保型多功能薄层采用上述的混合料铺筑而成，其厚度仅为1cm～2cm的采用高性能橡胶改性沥青的环保型沥青多功能薄层材料，减少基质沥青材料用量，节能环保，降低造价；环保型多功能薄层具有更优的路面性能，具有抗滑、防水雾、降噪、耐久性好等优点，尤其是加入了废旧胶粉材料，其抗老化性能更优；采用开断级配设计，大空隙率及高达80％以上的连同孔隙可兼顾路面排水功能，同时增加它的耐久性；除了可以采用同步摊铺机摊铺工艺外，还可以利用高性能不黏轮乳化沥青，进行普通沥青混凝土的分步摊铺工艺，降低了对施工机械尤其是摊铺机的要求，施工便易性更好。既适合应用在新建沥青公路的表面层、桥梁隧道表面层加铺、桥梁水泥面层上的加铺、水泥路面白改黑，也适合用于旧路面的预防养护工程的表面层加铺。

环保型多功能薄层沥青混合料摊铺：现场气温不得低于10℃，不可雨中施工。摊铺工艺根据使用的的乳化沥青不同，分为同步摊铺工艺和分步摊铺工艺。

(1)同步摊铺

当采用高强乳化沥青粘层时(高强乳化沥青指固含量大于65％的乳化沥青，普通乳化沥青固含量为40％-50％)，该环保多功能薄层需要采用专用同步摊铺设备进行摊铺，其包含受料斗、传送带、乳化沥青储罐、乳化沥青喷洒和计量系统、宽度可调节的振动、振捣熨平板等部分。设备能够一次性完成高强改性乳化沥青喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平。在热沥青混合料摊铺之前，摊铺机履带或其它部位不能接触喷洒在路面上的聚合物改性乳化沥青。摊铺机的摊铺宽度可调，从而达到理想的路面效果。采用高强乳化沥青，大大提升粘接与抗水损性能，具有快速施工和开放交通、极大地改善表面功能和节能环保等特点。

沥青混合料在摊铺施工过程中，改性乳化沥青在60～85℃的温度下喷洒，喷洒量必须精确计量，以保证路面摊铺均匀。理想喷洒量约为0.7～1.0L/m²。同时应针对具体项目，由现场工程师计算喷洒量，并在现场由工程师根据具体路面情况进行调整。沥青混合料摊铺温度约为160℃左右，在改性乳化沥青喷洒后摊铺，热沥青混合料摊铺在所有改性乳化沥青喷洒表面上，并由电加热的振动熨平板进行熨平。多功能薄层摊铺必须提前确定摊铺宽度及厚度，以便于工程量统计。

沥青混合料通过车辆运输至施工现场，采用专用同步沥青摊铺机把沥青混合料摊铺在路面上，沥青摊铺机在摊铺沥青混合料的作业过程中，通过喷洒系统先喷洒一层改性乳化沥青在路面下承层上，紧跟着通过其螺旋分料器把沥青混合料均匀地摊铺在路上，这时，聚合物改性乳化沥青在沥青混合料热能的作用下形成泡沫，上升裹附在沥青混合料下部的石料四周，并开始破乳、凝固；从而实现沥青混合料与下承层的高效粘结。摊铺速度控制在12～36m/min，沥青混合料的摊铺厚度为1.0～2.0cm(由具体路况和设计图纸决定)。

(2)分步摊铺

在使用不黏轮乳化沥青的前提下，可以采用传统的分步摊铺工艺进行环保型多功能薄层的摊铺。

一般使用普通的沥青混合料摊铺机即可，其包含受料斗、传送带宽度可调节的振动、振捣熨平板等部分，不用包含乳化沥青储罐、乳化沥青喷洒和计量系统。先用乳化沥青喷洒车将不黏轮乳化沥青均匀配洒在下面层上，理想喷洒量约为0.7～1.0L/m²。同时应针对具体项目，由现场工程师计算喷洒量，并在现场由工程师根据具体路面情况进行调整。待2小时后，不黏轮乳化沥青完全干燥，施工车辆上去乳化沥青不会再产生粘黏和剥落后，既可以开始进行沥青混合料的摊铺，沥青混合料摊铺温度约为160℃左右，热沥青混合料摊铺在所有改性乳化沥青喷洒表面上，并由电加热的振动熨平板进行熨平。改性乳化沥青在沥青混合料热能的作用下形成泡沫，上升裹附在沥青混合料下部，并开始快速破乳、凝固。多功能薄层摊铺必须提前确定摊铺宽度及厚度，以便于工程量统计，沥青混合料的摊铺厚度为1.0～2.0cm(由具体路况和设计图纸决定)。

(3)碾压

环保型多功能薄层碾压必须在路面温度降至120℃之前进行。用9～12吨的双钢轮压路机静态碾压两遍。压路机不能静止停留在刚刚摊铺好热沥青混合料表面上。必须在摊铺后立刻进行压实。压路机必须维护良好，具备可靠操作稳定性，装备有皂液水添加系统和刮板，从而防止新摊铺彩色热沥青混合料粘在碾压轮上。碾压通常以静态方式进行。工程师确定碾压操作宽度，新的路面在碾压完成、路面温度冷却到50℃之后便可开放交通。

以上对本申请实施例所提供的一种环保型多功能薄层材料及制备和施工方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。