CN105621955B - 一种室温沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种室温沥青混凝土及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种室温沥青混凝土，由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8～13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16～21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25～26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38～40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.5～7.0％，所述的油石比表示室温沥青重量与前述骨料和填料总重量之比。本发明提供的室温沥青混凝土，解决了常规室温沥青混凝土孔隙率大、防渗性能差而不能用于水利水电工程防渗结构的问题。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种室温沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土用作水利水电工程的防渗结构已有多年历史，目前较常用的是碾压式沥青混凝土，但碾压式沥青混凝土是一种热沥青混凝土，沥青加热温度一般为150～170℃，骨料加热温度一般为170～200℃，因此，在生产和施工过程中要消耗大量能源。
采用沥青液化剂与沥青拌和可以生产出室温沥青，例如中国专利201010189089.2公开了一种拌和型室温沥青液化剂，该液化剂能够生产出室温沥青。利用室温沥青生产沥青混凝土具有烟气排放少、施工简便、节能环保、施工效率高、缩短工期和降低成本等特点，目前室温沥青混凝土在沥青混凝土路面铺筑等道路工程中得到了应用，但常规室温沥青混凝土存在孔隙率大、防渗性差等问题，不能满足用于水利水电工程防渗结构的要求。
发明内容
针对上述室温沥青混凝土孔隙率大、防渗性差等问题，本发明提供了一种能用于水利水电工程防渗结构的室温沥青混凝土及其制备方法。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种室温沥青混凝土。该室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8～13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16～21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25～26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38～40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.5～7.0％，所述的油石比表示室温沥青重量与前述骨料和填料总重量之比；所述的骨料为花岗岩、灰岩或白云岩中的至少一种；所述的填料由水泥和矿粉组成；所述的矿粉为花岗岩粉、灰岩粉或白云岩粉中的至少一种。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为花岗岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为花岗岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料、矿粉均为灰岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料12％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料17％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料、矿粉均为灰岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为白云岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为白云岩。
优选的，上述室温沥青混凝土中，所述的填料由等重量的水泥和矿粉组成。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述室温沥青混凝土的制备方法。该方法包括以下步骤：骨料倒入搅拌容器后加热至不低于150℃并搅拌均匀，然后加入室温沥青后混匀，再加入填料后混匀，然后排除水分即可。
本发明选择并优化了室温沥青混凝土的各原料的粒度和添加比例，仅需对骨料加热，在相对较低的温度即可与室温沥青混合制备而成，并且制备得到的室温沥青混凝土具有力学强度高、适应变形能力强、抗渗性能好等优点，能够很好地用于水利水电工程的防渗结构。
附图说明
图1一阶段级配比例与孔隙率关系
图2二阶段级配比例与孔隙率关系
图3三阶段级配比例与孔隙率关系
图4四阶段级配比例与孔隙率关系
具体实施方式
一种室温沥青混凝土，由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8～13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16～21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25～26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38～40％，粒径≤0.075的填料为6.0％；油石比为6.5～7.0％，所述的油石比表示沥青重量与前述骨料和填料总重量之比；所述的骨料为花岗岩、灰岩或白云岩中的至少一种；所述的填料由水泥和矿粉组成；所述的矿粉为花岗岩粉、灰岩粉或白云岩粉中的至少一种。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为花岗岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为花岗岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料、矿粉均为灰岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料12％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料17％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料、矿粉均为灰岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为白云岩。
优选的，上述室温沥青混凝土由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料、矿粉均为白云岩。
优选的，上述室温沥青混凝土中，所述的填料由等重量的水泥和矿粉组成。
同时，本发明还提供了上述水工室温沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：骨料倒入搅拌容器后加热至不低于150℃并搅拌均匀，然后加入室温沥青后混匀，再加入填料后混匀，然后排除水分即可。
试验例1室温沥青混凝土原料配合比
(1)对骨料进行分级组合捣实密度试验，确定骨料近似最佳级配。捣实密度试验以骨料孔隙率为评价指标，对骨料中各粒径含量与骨料孔隙率之间的关系进行分析，以最紧密堆积原则，来确定骨料的级配范围。捣实密度试验可分四阶段进行，一阶段首先对两种粒径骨料进行试验，二阶段在一阶段基础上再加一种粒径的骨料，依次类推。试验过程中各粒径段骨料比例采用表列比例的全排列组合方式。一阶段骨料粒径d(mm)为16≥d＞13.2和13.2≥d＞9.5mm，设计比例见表1，捣实密度试验结果见图1。
表1 一阶段骨料粒径设计比例
由图1可知，16≥d＞13.2和13.2≥d＞9.5粒径段骨料比例从70︰30变化至40︰60时，孔隙率呈现下降趋势，当变化至30︰70时，则孔隙率突然增大，且孔隙率明显大于前面4种组合方式。因此，可以确定16≥d＞13.2和13.2≥d＞9.5粒径段骨料比例为40︰60，在此基础上进行二阶段捣实密度试验。二阶段骨料粒径为16≥d＞9.5和9.5≥d＞4.75，设计比例见表2，捣实密度试验结果见图2。
表2 二阶段骨料粒径设计比例
由图2可知，16≥d＞9.5和9.5≥d＞4.75粒径段骨料比例从70︰30变化至50︰50时，孔隙率呈现下降趋势，当变化至50︰50之后时，孔隙率逐渐增加，50︰50的孔隙率明显小于前后4种组合方式。因此，可以确定16≥d＞9.5和9.5≥d＞4.75粒径段骨料比例为50︰50，在此基础上进行三阶捣实密度试验。三阶段骨料粒径为16≥d＞4.75和4.75≥d＞2.36，设计比例见表3，捣实密度试验结果见图3。
表3 三阶段骨料粒径设计比例
由图3可知，16≥d＞4.75mm和4.75≥d＞2.36粒径段骨料比例从70︰30变化至40︰60时，孔隙率呈现下降趋势，当变化至30︰70时，孔隙率有所增加。因此，可以确定16≥d＞4.75和4.75≥d＞2.36m粒径段骨料比例为40︰60，在此基础上进行四阶捣实密度试验。四阶段骨料粒径为16≥d＞2.36和2.36≥d＞0.075，设计比例见表4，捣实密度试验结果见图4。
表4 四阶段骨料粒径设计比例
由图4可知，16≥d＞2.36和2.36≥d＞0.075粒径段骨料比例从70︰30变化至30︰70时，孔隙率在60︰40时出现谷值。因此，可以确定16≥d＞2.36和2.36≥d＞0.075粒径段骨料比例为60︰40。
根据四阶段捣实密度试验，可以确定骨料近似最佳级配，见表5。
表5 骨料近似最佳级配
| 合成骨料 | 16≥d＞13.2 | 13.2≥d＞9.5 | 9.5≥d＞4.75 | 4.75≥d＞2.36 | 2.36≥d＞0.075 |
| 级配(％) | 5 | 7 | 12 | 36 | 40 |
(2)再根据表5骨料近似最佳配合比，进行不同骨料比例、油石比、矿粉掺量和水泥含量的水工室温沥青混凝土正交试验，确定最佳配合比。对粒径d(mm)范围在16≥d＞9.5的骨料含量、9.5≥d＞4.75的骨料含量、4.75≥d＞2.36的骨料含量、2.36≥d＞0.075的骨料含量、油石比、矿粉掺量和水泥含量七个因素进行正交试验，正交试验的评价标准为水工室温沥青混凝土的马歇尔稳定度和孔隙率，最终得出本发明原料配比范围为：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8～13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16～21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25～26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38～40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.5～7.0％，所述的油石比表示室温沥青重量与前述骨料和填料总重量之比。优选的室温沥青混凝土原料配合比见表6。
表6 室温沥青混凝土配合比
实施例1
骨料和矿粉都采用花岗岩制成，矿料质量百分比为：粒径d(mm)范围在16≥d＞9.5的骨料为8％、9.5≥d＞4.75的骨料为20％、4.75≥d＞2.36的骨料为26％、2.36≥d＞0.075的骨料为40％，d≤0.075的水泥和花岗岩矿粉填料，各占3.0％；油石比为6.7％。将筛选好的骨料倒入搅拌容器加热至150℃并搅拌均匀，将采用拌和型室温沥青液化剂生产的室温沥青倒入搅拌容器并搅拌均匀，将水泥和花岗岩矿粉组成的填料倒入搅拌容器并搅拌均匀，继续对沥青混合料加热，直至排出室温沥青中的水分，从而制备得到本发明的室温沥青混凝土。
实施例2
骨料和矿粉都采用灰岩制成，矿料质量百分比为：粒径d(mm)范围在16≥d＞9.5的骨料为13％、9.5≥d＞4.75的骨料为16％、4.75≥d＞2.36的骨料为25％、2.36≥d＞0.075的骨料为40％，d≤0.075的水泥和灰岩矿粉填料，各占3.0％；油石比为6.6％。将筛选好的骨料倒入搅拌容器加热至150℃并搅拌均匀，将采用拌和型室温沥青液化剂生产的室温沥青倒入搅拌容器并搅拌均匀，将水泥和灰岩矿粉组成的填料倒入搅拌容器并搅拌均匀，继续对沥青混合料加热，直至排出室温沥青中的水分，从而制备得到本发明的室温沥青混凝土。
实施例3
骨料和矿粉都采用灰岩制成，矿料质量百分比为：粒径d(mm)范围在16≥d＞9.5的骨料为12％、9.5≥d＞4.75的骨料为17％、4.75≥d＞2.36的骨料为25％、2.36≥d＞0.075的骨料为40％，d≤0.075的水泥和灰岩矿粉填料，各占3.0％；油石比为6.6％。将筛选好的骨料倒入搅拌容器加热至150℃并搅拌均匀，将采用拌和型室温沥青液化剂生产的室温沥青倒入搅拌容器并搅拌均匀，将水泥和灰岩矿粉组成的填料倒入搅拌容器并搅拌均匀，继续对沥青混合料加热，直至排出室温沥青中的水分，从而制备得到本发明的室温沥青混凝土。
实施例4
骨料和矿粉都采用白云岩制成，矿料质量百分比为：粒径d(mm)范围在16≥d＞9.5的骨料为10％、9.5≥d＞4.75的骨料为21％、4.75≥d＞2.36的骨料为25％、2.36≥d＞0.075的骨料为38％，d≤0.075的水泥和白云岩矿粉填料，各占3.0％；油石比为6.7％。将筛选好的骨料倒入搅拌容器加热至150℃并搅拌均匀，将采用拌和型室温沥青液化剂生产的室温沥青倒入搅拌容器并搅拌均匀，将水泥和白云岩矿粉组成的填料倒入搅拌容器并搅拌均匀，继续对沥青混合料加热，直至排出室温沥青中的水分，从而制备得到本发明的室温沥青混凝土。
将本发明制备得到的水工室温沥青混凝土依照《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》(DL/T5411-2009)对其进行基本性能测试，主要包括以下内容：渗透性、拉伸性能、抗压性能、水稳定性能及弯曲性能等，检测结果见表7。
表7 水工室温沥青混凝土基本性能指标
本发明制备得到的水工室温沥青混凝土与部分国内已建沥青混凝土心墙堆石坝防渗心墙所采用的常规碾压式沥青混凝土基本性能比较见表8。
表8 水工室温沥青混凝土与部分国内已建工程沥青混凝土基本性能比较
从表7可以看出，本发明制备得到的室温沥青混凝土基本性能满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》(DL/T5411-2009)的技术要求。从表8可以看出，本发明制备得到的室温沥青混凝土与国内部分已建沥青混凝土心墙堆石坝防渗心墙所采用的碾压式沥青混凝土的基本性能相似，从而进一步证明本发明制备得到的室温沥青混凝土可以用于水利水电工程的防渗结构。
Claims (9)
1.一种室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8～13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16～21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25～26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38～40％，粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.5～7.0％，所述的油石比表示室温沥青重量与前述骨料和填料总重量之比；所述的骨料为花岗岩、灰岩或白云岩中的至少一种；所述的填料由水泥和矿粉组成；所述的矿粉为花岗岩粉、灰岩粉或白云岩粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料为花岗岩，所述的矿粉为花岗岩粉。
3.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料为花岗岩，所述的矿粉为花岗岩粉。
4.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料13％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料16％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料为灰岩，所述的矿粉为灰岩粉。
5.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料12％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料17％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.6％；所述的骨料为灰岩，所述的矿粉为灰岩粉。
6.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料8％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料20％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料26％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料40％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料为白云岩，所述的矿粉为白云岩粉。
7.根据权利要求1所述的室温沥青混凝土，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：16mm≥粒径＞9.5mm的骨料10％、9.5mm≥粒径＞4.75mm的骨料21％、4.75mm≥粒径＞2.36mm的骨料25％、2.36mm≥粒径＞0.075mm的骨料38％、粒径≤0.075mm的填料为6.0％；油石比为6.7％；所述的骨料为白云岩，所述的矿粉为白云岩粉。
8.根据权利要求1～7任一项所述的室温沥青混凝土，其特征在于：所述的填料由等重量的水泥和矿粉组成。
9.权利要求1～8任一项所述的室温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：骨料倒入搅拌容器后加热至不低于150℃并搅拌均匀，然后加入室温沥青后混匀，再加入填料后混匀，然后排除水分即可。
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