阅读说明：本技术 一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法 (Production and preparation method of asphalt sand doped with rubber powder ) 是由 任园 陈修林 方肖立 张玉斌 鲍世辉 王春红 曹祝林 牛京涛 王祥彪 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法,采用尾矿砂、粒径0～3mm、粒径3～5mm两档集料合成级配,并以合成级配剩余空隙率控制其击实后密实状态,通过加入胶粉与沥青发生溶胀反应,沥青粘度有所增加,进而裹附集料的结构沥青比例上升,本发明以设计空隙率和级配合成剩余空隙率控制胶粉及沥青掺入量,避免混合料设计时完全依赖设计空隙,过渡追求低空隙率造成沥青含量过高,以掺胶粉沥青砂的最终沥青膜厚度为控制值,通过沥青膜及空隙率的变化理论计算胶粉和沥青掺量,从而制备出的沥青砂有更强应力吸收能力,其柔韧性、变形协调性、抗裂性等路用性能均较为优越,同时,掺入细粒度的尾矿砂,实现固体废弃物的再生使用。(The invention provides a method for preparing asphalt sand doped with rubber powder, which adopts tailing sand, aggregates with the grain diameter of 0-3 mm and the grain diameter of 3-5 mm to synthesize gradation, controls the compacted state of the aggregates after compaction according to the residual porosity of the synthesized gradation, increases the viscosity of asphalt by adding the rubber powder and asphalt to perform swelling reaction, further increases the proportion of the structural asphalt coated with the aggregates, controls the mixing amount of the rubber powder and the asphalt according to the designed porosity and the residual porosity of the gradation synthesis, avoids the situation that the design of a mixture completely depends on the designed clearance, excessively high asphalt content is caused by transitively pursuing low porosity, calculates the mixing amount of the rubber powder and the asphalt according to the change theory of the asphalt membrane and the porosity by taking the final asphalt membrane thickness of the asphalt sand doped with the rubber powder as a control value, and has higher stress absorption capacity, superior road performance such as flexibility, deformation coordination, crack resistance and the like, meanwhile, tailing sand with fine granularity is doped, so that the solid waste is recycled.)

一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法。

背景技术

雨水降落至道路表面，如若渗入路面结构层内部，在动水压力作用下，会造成层间剥离，出现诸如坑槽、裂缝、掉粒等早期病害，对于桥梁、涵洞等构造物，路面水下渗到梁板内部，会腐蚀钢筋，影响桥梁结构安全性，其后果相当严重。当前，路面结构多采用面层为柔性的沥青混合料、基层为半刚性、刚性材料，面层、基层之间模量和刚度不同，受复杂环境和荷载作用，路面面层、基层受力变形，然而两者之间协调性较差，很容易出现脱层、开裂等病害，路面使用耐久性经受较大考验。

沥青砂是一种粒径小于5mm，而油石比较高的沥青混合料，沥青砂的空隙率在2～3％左右，连通空隙率几乎为0，在沥青层内隔绝水下渗通道作用，沥青砂中沥青含量高达6％以上，是一种柔韧性好、变形追溯强，并具有一定自修复能力，沥青砂空隙小，与下承层界面粘结面积大，油石比高，本身粘结性强，能够与下承层界面形成高效粘结，沥青砂在防水、抗裂、粘结方面具有较好优势，能够提升路面使用耐久性。常规的沥青砂设计时，在合成级配过程中并未考虑集料合成后空隙率，导致后期配合比设计定油石比时，为保证空隙率较低，而过多的加入沥青，沥青包裹集料后剩余的自由沥青量较多，很容易出现离析。因此，有必要在级配设计、油石比确定过程中均有效控制好空隙率，并减少自由沥青用量，增加结构沥青膜厚度，以此提高所制备沥青砂的路用性能。

发明内容

本发明针对沥青砂生产制备过程中存在的缺陷，旨在提供掺胶粉的沥青砂生产制备方法，该方法根据集料合成级配剩余空隙率和沥青砂空隙率要求，确定胶粉和沥青的掺入比例，并以沥青膜厚度变化，提高结构沥青占比，以此避免沥青砂因沥青含量高而产生离析，并提高沥青砂路用性能。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法，包括以下步骤：

(1)胶粉改性沥青砂包括：沥青、胶粉、尾矿砂、粒径0～3mm细集料、粒径3～5mm粗集料，对各档集料和尾矿砂进行筛分，确定各档集料及尾矿砂的级配组成；

(2)按照规定的级配范围进行沥青砂矿料级配设计，并以2.36mm、0.6mm、0.075mm作为关键筛孔，确定尾矿砂、粒径0～3mm细集料、粒径3～5mm粗集料掺配比例；

(3)将尾矿砂、粒径0～3mm细集料、粒径3～5mm粗集料按照上述比例进行参配，根据合成级配参配比例计算其理论密度，再采用马歇尔击实方法对集料击实，计算合成级配的击实密度，据此，计算合成级配剩余空隙；

(4)沥青与胶粉都填充在剩余空隙中，胶粉与沥青发生溶胀反应致使前后沥青膜厚度变化值，胶粉反应后沥青膜厚度控制在一定值，结合混合料空隙值以及沥青膜厚度变化，计算最佳的胶粉与沥青的掺配比例；

(5)拌合站拌制掺胶粉沥青砂，拌制工艺为：粒径0～3mm细集料、粒径3～5mm粗集料在加热滚筒中加热；将尾矿砂、胶粉加入集料中在拌合缸干拌10～15s；再将沥青加入拌合缸中均匀拌合35-45s。

按照如下公式进行初步计算掺配比例，再进行归一化处理，依据初步计算归一化厚的掺配比例和原材料筛分结果合成级配，如若超出级配范围，则以级配要求的上下限范围进行修订

式中：P_w——尾矿砂掺比；P_0～3——粒径0～3mm的集料掺比；

P_3～5——粒径3～5mm的集料掺比；d_w0.075——尾矿砂0.075mm通过率；

d_w0.6——尾矿砂0.6mm通过率；d_w2.36——尾矿砂2.36mm通过率；

d_x0.6——0～3档料0.6mm通过率；d_x2.36——0～3档料2.36mm通过率；d_c2.36——3～5档料2.36mm通过率；s_0.075——级配要求0.075mm通过率；

s_0.6——级配要求0.6mm通过率；s_2.36——级配要求2.36mm通过率；

按照如下公式计算合成级配的剩余空隙率：

式中：SVV——合成级配击实后剩余空隙率；ρ_s——合成级配击实密度；

ρ_g——合成级配理论最大密度；

按照如下公式确定掺胶粉的沥青砂最佳胶粉与沥青掺配比例：

u₁/u₂＝P_a/(P_a+P_j)

式中：VV——沥青砂设计空隙率；ρ_a——沥青密度；ρ_j——胶粉密度；

P_a——沥青掺量；P_j——胶粉掺量；u₁——沥青膜厚度；u₂——胶粉沥青膜厚度；

掺胶粉的沥青砂生产制备过程中，选用的沥青，沥青膜厚度为8～11um，胶粉与沥青溶胀反应后，沥青膜厚度控制值为12～16um.

掺胶粉的沥青砂制备过程中的设计空隙率控制在1.5～3.0％，合成级配的剩余空隙率控制在9～13％。

掺胶粉的沥青砂生产制备过程中选用的尾矿砂最大粒径为1.18mm，其中0.075mm通过率不低于75％。

本发明的有益效果是：

本发明在沥青砂中掺入胶粉，胶粉加入与沥青发生溶胀反应，增加沥青膜厚度，集料裹附的沥青中的结构沥青所占比例会大幅度增加，集料之间粘结更加牢固，沥青砂有更强应力吸收能力，增加其柔韧性、变形协调性、抗裂性等路用性能。

本发明提供一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法，增加合成级配剩余空隙率作为控制值，确保沥青砂制备过程中集料形成较佳的密实状态，并避免一味通过追加油石比降低空隙率，从而减少离析产生，保障沥青砂混合料均匀性。

本发明提供一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法，从沥青成膜性能角度，依据胶粉加入后沥青膜变化，建立混合料沥青、胶粉掺量与空隙变化的关系，在沥青砂生产过程中，可以根据空隙变化实时动态调整沥青、胶粉添加量，有效的控制生产成本和混合料质量。

本发明填料采用细粒度的尾矿砂，将工业废弃物进行再生使用，实现废物资源化利用，资源节约，高效环保。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

一种掺胶粉的沥青砂生产制备方法，包括对尾矿砂、0～3mm、3～5mm档进行筛分，其结果如下所示：

表1原材料筛分结果

表2原材料密度

材料	3～5档集料	0～3档集料	尾矿砂	沥青	胶粉
						密度(kg/m<sup>3</sup>)	2.702	2.654	2.671	1.02	1.10

进行级配合成，按照0.075mm、0.6mm、2.36mm作为关键筛孔进行控制，关键筛孔取值按照级配上限及下限的中间值进行考虑，即0.075mm、0.6mm、2.36mm通过率分别为10％、31％、72％，按照以下公式计算掺配比例：

对计算结果进行归一化处理得到0.075mm、0.6mm、2.36mm掺配比例为12.1％、50％、37.9％。进行级配合成如下表所示：

表3沥青砂级配合成结果

按照上述级配合成结果，理论合成密度为ρ_g＝2.674kg/m³，对合成级配的集料单面击实100次，测定其击实密度ρ_s＝2.356kg/m³，集料合成后剩余空隙率：

设计空隙率取2.5％，沥青膜厚度9.6um，胶粉反应后沥青膜厚度按照13.8um控制，

9.6/13.8＝P_a/(P_a+P_j)

经计算得到：沥青油石比P_a为6.8％，胶粉掺量P_j为3.0％。

取混合料油石比为6.5％、6.8％、7.1％在以下条件下制作马歇尔试件：

将集料加入烘箱加热至190-210℃；

沥青加热温度为160-165℃；

胶粉与尾矿砂、集料在拌合缸中干拌15s，再将沥青加入拌合缸均匀拌合，保证拌合温度为175-180℃，拌合时间为40s；

将上诉步骤中所得的混合料在175-180℃下出锅，在170-175℃成型。

马歇尔试验结果如表3所示。

表4掺胶粉沥青砂马歇尔试验结果

混合料空隙率2.5％时，最佳油石比为6.76％，进行路用性能验证，掺胶粉的砂沥青混合料，的各项性能结果如表4所示。

表5掺胶粉沥青砂路用性能

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。