一种沥青混凝土及制备方法以及小粒径极薄罩面
阅读说明：本技术 一种沥青混凝土及制备方法以及小粒径极薄罩面 (Asphalt concrete, preparation method and small-particle-size extremely-thin cover ) 是由 刘燕燕 李兴平 裘秋波 麻旭荣 董海东 纪文强 斯潞汀 熊分清 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：一种沥青混凝土的配方,属于道路工程领域。以100重量份计包括：复合改性沥青4-8,0-3mm碎石2-22,3-6mm碎石65-85,矿粉2-12。首先,将基质沥青加热至170-180℃,之后在搅拌下加入增塑剂及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,进行高速剪切溶胀及搅拌发育；其次,升温至180-200℃,并加入废旧轮胎橡胶颗粒,之后进行恒温搅拌；最后,降温至170-180℃,加入表面活性温拌剂,搅拌均匀,即得到所述的复合改性沥青材料。依据上述配方备好各个组分,并按照碎石、复合改性沥青、矿粉的顺序置于拌锅内搅拌,并将制备好的混合料进行摊铺、碾压成型,得到沥青混凝土罩面。(A formula of asphalt concrete, belonging to the field of road engineering. Comprises the following components in 100 parts by weight: 4-8 parts of composite modified asphalt, 2-22 parts of 0-3mm broken stone, 65-85 parts of 3-6mm broken stone and 2-12 parts of mineral powder. Firstly, heating the matrix asphalt to 170-180 ℃, then adding the plasticizer and the styrene-butadiene-styrene segmented copolymer under stirring, and carrying out high-speed shearing swelling and stirring development; secondly, heating to 180 ℃ and 200 ℃, adding the waste tire rubber particles, and then stirring at constant temperature; and finally, cooling to 170-180 ℃, adding a surface active warm mixing agent, and uniformly stirring to obtain the composite modified asphalt material. Preparing the components according to the formula, placing the crushed stone, the composite modified asphalt and the mineral powder in a mixing pot in sequence, stirring, and spreading and rolling the prepared mixture to obtain the asphalt concrete cover surface.)
技术领域
本发明涉及一种小粒径极薄罩面及其制备方法，属于道路工程领域。
背景技术
在预防性养护技术中，应用较为广泛、技术体系比较成熟的为微表处和超薄磨耗层。
微表处公称最大粒径为9.5mm，铺装厚度约为1.0cm，由于铺装厚度较薄，虽然成本低，但由于粗骨料不能形成嵌挤结构，混凝土抗滑性能差且不耐久，同时存在车辆行驶时噪音大的弊端[1]。
超薄磨耗层等薄层铺装具有良好的抗滑性能和耐久性能，由于公称最大粒径一般为13.2mm或9.5mm，其铺装厚度约为2.0cm-3.0cm，对于一些特殊路段，如对路面标高有要求的路段、隧道内，以及桥梁自重有要限制要求的路段，加铺2.0cm-3.0cm的超薄磨耗层技术不满足高度的要求[2]。
综合微表处的厚度和超薄磨耗层的性能，如何在不增加磨耗层厚度的前提下提高磨耗层的性能，或者如何在满足磨耗层性能要求的前提下降低磨耗层的厚度成为预防性养护的努力方向。
参考文献：
刘玉恒.低噪声微表处技术关键技术研究[D].东南大学,2016.
吕伟民,孙大权.新型路面养护材料超薄沥青磨耗层的特性与应用[J].上海公路,2007(03):1-4+4.
发明内容
本发明的目的是提供一种沥青混凝土及制备方法和应用，以解决现有磨耗层性能满足要求而厚度较大的技术问题。
本发明任务之一是设计一种沥青混凝土配方；任务之二是获得沥青混凝土的制备方法；任务之三是该沥青混凝土的罩面应用，具有耐磨性且薄。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
技术方案一
一种沥青混凝土的配方，其特征是，以100重量份计包括：
复合改性沥青4-8，
0-3mm碎石2-22，
3-6mm碎石65-85，
矿粉2-12。
所述复合改性沥青，为本发明自主开发制备，制备方法：
准备复合改性沥青的原材料
以总重量100份计，复合改性沥青重量份配比如下：基质沥青60-90，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5-15，废旧轮胎橡胶颗粒5-15，增塑剂1-3，稳定剂1-3，表面活性温拌剂0.4-1.6。
所述的废旧轮胎橡胶颗粒包括废旧汽车斜交胎橡胶颗粒或废旧汽车子午线胎橡胶颗粒中的一种或两种，并且所述的废旧轮胎橡胶颗粒的细度为40-100目。
所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子构型为星型，为市售产品。
所述的增塑剂包括邻苯二甲酸辛酯或邻苯二甲酸二乙醋中的一种或者两种。为市售产品。
所述稳定剂为纳米硫磺粉体，纳米硫的粒径大小为≤50nm。为市售产品。
所述表面活性剂为本领域的路用表面活性温拌剂。为市售产品。
所述的基质沥青为道路用70号石油沥青或道路用90号石油沥青。为市售产品。
所述的碎石中0-3mm、0-6mm档碎石为玄武岩或者辉绿岩。为市售产品。
技术方案二
一种制备复合改性沥青方法，其特征是：
首先，将基质沥青加热至170-180℃，之后在搅拌下加入增塑剂及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，进行高速剪切溶胀及搅拌发育；
其次，升温至180-200℃，并加入废旧轮胎橡胶颗粒，之后进行恒温搅拌；
最后，降温至170-180℃，加入表面活性温拌剂，搅拌均匀，即得到所述的复合改性沥青材料。
所述的高速剪切溶胀过程中，高速剪切速率为1000-4000r/min，剪切溶胀时间≥1h。
所述恒温搅拌：搅拌速率为300-1000r/min，搅拌时间为45-120min。
所述搅拌发育：搅拌速率为300-1500r/min，搅拌发育时间≥1h。
采用废旧轮胎橡胶颗粒和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性的沥青，确保沥青混合料具有优良的粘结性能和路用性能；同时加入了表面活性温拌剂以降低沥青在高温时的黏度，确保混凝土具有良好的施工和易性。
采用骨架密实结构的级配和性能优良的复合改性沥青设计的混合料具有较小的空隙率，密实不透水，也具有良好的抗开裂性能。采用精心设计的骨架密实结构的级配，确保混合料呈嵌挤状态，增加了路面的构造深度，提高了小粒径极薄罩面的抗滑性能；采用磨光值更高的玄武岩，保证罩面层在使用年限内的抗滑性能。
技术方案三
一种沥青混凝土罩面应用，其特征是，依据上述配方备好各个组分，并按照碎石、沥青、矿粉的顺序置于拌锅内搅拌，并将制备好的混合料进行摊铺、碾压成型。
本发明最终制备的极薄罩面具有抗裂、抗滑、不透水，耐久性能好的优点，成本低，在沥青路面、水泥路面预防性养护上应用效果良好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案做进一步说明。
实施例1
为了验证本发明的可行性，在此提供一种小粒径极薄罩面实施方式。
步骤1、准备复合改性沥青原材料。
以总重量100份计，复合改性沥青重量份配比如下：基质沥青80，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物8，废旧轮胎橡胶颗粒7，增塑剂2，稳定剂2，表面活性剂1。
步骤2、制备复合改性沥青。
首先，将上述基质沥青加热至180℃，之后在搅拌下加入增塑剂及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，在剪切速率3000r/min下恒温剪切溶胀1h，之后在搅拌速率1000r/min下恒温搅拌发育1h；
其次，升温至190℃，并加入废旧轮胎橡胶颗粒，在搅拌速率6000r/min下搅拌1h；
最后，降温至170℃，加入表面活性温拌剂，搅拌均匀，即得到所述的复合改性沥青材料。
步骤3、准备沥青混凝土原材料：罩面以100重量份计包括：沥青7，0-3mm碎石4，3-6mm碎石80，矿粉9；
步骤4、制备小粒径沥青混合料。首先将碎石、矿粉加热到200℃不少于5h，沥青加热到180℃不少于3h；在185℃的拌合锅内，将碎石干拌30s，加入沥青拌合60s，之后加入矿粉拌合90s，即得到小粒径沥青混合料。
步骤5、将制备好的混合料摊铺、碾压成型，即为小粒径极薄罩面。
以下进行效果和性能测试。
为了验证本实施例小粒径极薄罩面的抗开裂性能，需要进行极限弯拉应变测定，即成型试件后进行沥青混合料弯曲试验进行评定，极限弯拉应变越大，路面抗开裂能力越强，极限弯拉应变越小，路面抗开裂能力越弱。首先，参照实施例1成型小粒径极薄沥青混凝土和AC-13沥青混凝土、SMA-10沥青混凝土(AC-13沥青混凝土是罩面层使用最广泛的混凝土材料，SMA-10沥青混凝土是超薄磨耗层最常使用的混凝土材料)，其中AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土碎石为玄武岩碎石，沥青为SBS改性沥青。其次，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)中的《沥青混合料弯曲试验》进行极限弯拉应变测试，对比抗开裂性能差异。最后，小粒径极薄沥青混凝土、AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土的极限弯拉应变结果见表1。
表1极限弯拉应变测试结果(με)
试验编号
小粒径沥青混凝土
AC-13沥青混凝土
SMA-10沥青混凝土
1
5025
4331
4870
2
5183
4623
4914
3
5356
4253
5057
平均
5188
4402
4947
由表1可知，本发明的小粒径沥青混凝土的极限弯拉应变为5188με，大于AC-13沥青混凝土4402με的极限弯拉应变值，极限弯拉应变提高幅度约17.8％；大于SMA-10沥青混凝土4947με的极限弯拉应变值。这是因为骨架密实结构和复合改性沥青赋予混合料路面良好的抗裂性能，由此提高了小粒径极薄罩面的抗开裂性能。
为了验证本发明小粒径极薄罩面的抗滑性能，需要进行BPN测定，即使用摆式仪对路面抗滑性能进行评定，BPN越大，路面抗滑能力越强，BPN越小，路面抗滑能力越弱。首先，参照实施例1成型小粒径极薄沥青混凝土和AC-13沥青混凝土、SMA-10沥青混凝土(AC-13沥青混凝土是罩面层使用最广泛的混凝土材料，SMA-10沥青混凝土是超薄磨耗层最常使用的混凝土材料)，其中AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土碎石为玄武岩碎石，沥青为SBS改性沥青。其次，参照《公路路基路面现场测试规程》(JJG E60)中的《摆式仪测定路面摩擦系数试验方法》进行BPN测定，对比抗滑能力差异。最后，小粒径极薄沥青混凝土、AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土的BPN摆值结果见表2。
表2BPN摆值测试结果
由表2可知，本发明的小粒径沥青混凝土的BPN为59.7，大于AC-13沥青混凝土55.0的BPN值，BPN提高幅度约8.5％；与SMA-10沥青混凝土61.0的BPN值相当。小粒径沥青混凝土具有良好的抗滑性能，这是因为骨架密实结构赋予混合料路面良好的构造深度，由此提高了小粒径极薄罩面的抗滑性能。
为了验证本发明小粒径极薄罩面的透水性能，需要进行渗水系数测定，即使用渗水仪对路面透水性能进行评定，渗水系数越大，路面透水能力越强，渗水系数越小，路面透水能力越弱。首先，参照实施例1成型小粒径极薄沥青混凝土和AC-13沥青混凝土、SMA-10沥青混凝土(AC-13沥青混凝土是罩面层使用最广泛的混凝土材料，SMA-10沥青混凝土是超薄磨耗层最常使用的混凝土材料)，其中AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土碎石为玄武岩碎石，沥青为SBS改性沥青。其次，参照《公路路基路面现场测试规程》(JJG E60)中的《沥青路面渗水系数试验方法》进行BPN测定，对比透水能力差异。最后，小粒径极薄沥青混凝土、AC-13沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土的渗水系数结果见表3。
表3渗水系数测试结果(mL/min)
试验编号
小粒径沥青混凝土
AC-13沥青混凝土
SMA-10沥青混凝土
1
不透水
240
不透水
2
不透水
300
不透水
3
不透水
280
不透水
平均
不透水
173
不透水
由表3可知，本发明的小粒径沥青混凝土和SMA-10沥青混凝土不透水，AC-13沥青混凝土渗水系数为173ml/min。这表明发明的小粒径沥青混凝土密实不透水。
实施例有益效果：1.抗裂性能好。骨架密实结构的混合料和复合改性沥青，赋予小粒径沥青混合料良好的使用性能，提高了小粒径极薄罩面的抗开裂性能。
2.抗滑性能强。骨架密实结构保证混合料级配呈嵌挤状态，增加了路面的构造深度，由此提高了小粒径极薄罩面的抗滑性能；使用磨光值更高的玄武岩，随着路面使用年限的增长，摩擦系数衰减不明显，从而可以有效的保证路面在使用年限内的抗滑性能。
3.密实不透水。设计的骨架密实结构混合料具有较小的空隙率，密实不透水，具有良好的耐久性能。
4.节省材料。采用小粒径极薄罩面，加铺层厚度从原来的超薄磨耗层2.0-3.0cm降低到现在的1.0-1.5cm，节省沥青、砂石等材料50％，具有很好的社会效益。
5.节省工程成本。采用小粒径极薄罩面，加铺层厚度从原来的超薄磨耗层2.0-3.0cm降低到现在的1.0-1.5cm，节省材料费、人工费50％，机械设备租赁费30％，具有很好的经济效益。
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