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CN111377661B - 一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法，该超薄沥青混合料包括如下重量份组分：集料80‑95％、矿粉4‑10％、纤维0.1‑0.6％和环保橡胶粉改性沥青4‑8％；其中，集料的级配类型为改进型AC‑10，环保橡胶粉改性沥青中环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.05‑0.40。本发明制得的基于环保橡胶粉超薄沥青混合料综合性能优异，抗车辙性能、高温性能、抗水损害性能、力学性能、耐久性等使用性能大幅度提高，具有优良的低温性能，自身粘聚性强，抗渗水性好，性价比较高，对施工作业人员健康危害小，环境友好性高。由此制得的环保橡胶粉超薄沥青路面的厚度可为1.5‑3.5cm，显著降低工程造价，成本可节约20％以上，降低车辆行驶噪声，性价比高，具备广泛的市场应用前景。

Description

一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程材料领域，具体而言，涉及一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国公路建设的迅速发展，路面道路工程养护工程逐渐增多，但养护资金相对短缺，对沥青路面养护技术提出了新的需求。预防性养护措施能够对路面的早期病害进行处理，增加路面的使用耐久性，是一种十分经济的养护手段。超薄罩面技术是一种典型的预防性养护措施，与其他预防性养护措施相比，该技术具有良好的表面粗糙度，提高抗滑性，与原路面能够紧密结合，推迟病害发生时间，并且施工速度快、开发交通时间短，具有突出的性能经济优势。
目前，在超薄罩面领域，现有技术多采用将SBS改性沥青、高粘改性沥青等来制备超薄沥青混合料，但是存在成本较高(尤其是SBS改性剂和高粘改性剂)，制得的超薄沥青混合料也成本较高。而且由于SBS改性沥青、高粘改性沥青粘度较高，高掺量情况下要求拌和温度高，需要搅拌机械不断搅拌，造成能源大量耗费，导致成本增高。
废旧橡胶粉作为一种道路材料应用技术已经比较成熟，针对废旧橡胶粉的处理工艺也在不断发展改进。目前，环保橡胶粉是将废旧橡胶粉经过脱硫活化得到的性能优异的环保材料。与传统废旧橡胶粉相比，环保橡胶粉含硫低、环境友好性高、溶解速度快、加工性能好。虽然目前存在将环保橡胶粉应用到沥青混合料中，但是由于超薄沥青混合料对沥青有特殊的要求，如何将环保橡胶粉应用到超薄沥青混合料中，使得环保橡胶粉改性沥青满足超薄沥青混合料性能要求，仍然是一个有待解决的难题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料及其制备方法，该超薄沥青混合料具有优良的路用性能，混合料的抗车辙性能、高温性能、抗水损害性能、力学性能、耐久性等使用性能大幅度提高，具有优良的低温性能，抗渗水性好，综合性能优异，显著降低沥青混合料成本，性价比较高。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料，其特征在于，包括如下的组分：
集料80-95％、矿粉4-10％、纤维0.1-0.6％和环保橡胶粉改性沥青4-8％。
上述百分比均为各组分相对于原料总量的质量百分比。
优选地，所述集料的级配类型为改进型AC-10，所述改进型AC-10的具体级配组成如下表所述：
表1
Figure BDA0002421786150000021
其中，所述百分比为筛孔通过的质量百分比。
优选地，所述集料为道路工程领域内常规集料，一般包括粗集料和细集料。所述粗集料是指公称粒径为2.36mm以上且最大公称粒径小于9.5mm的碎石。所述细集料为2.36mm以下的石屑或沙。
优选地，所述集料的用量优选为81-92％。
优选地，所述矿粉为道路工程领域内常规矿粉，0.075mm筛孔通过率大于80％的矿物质粉末，更佳地为石灰岩粉末，矿粉在超薄沥青混合料中起到填充作用。
优选地，所述矿粉用量优选为4-9％。
优选地，所述纤维为聚酯纤维、木质素纤维或玄武岩纤维中的一种或多种的混合，纤维在超薄沥青混合料中起到吸附、稳定及多向加筋作用，提高混合料的柔韧性，增强混合料的高低温性能。
优选地，所述纤维用量优选为0.2-0.6％。
优选地，所述环保橡胶粉改性沥青中环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.05-0.40。
优选地，所述环保橡胶粉改性沥青是环保橡胶粉和基质沥青在165℃-190℃经剪切搅拌加工制得，环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.05-0.40，更佳的比例为0.08-0.35。
优选地，所述环保橡胶粉为经过粉碎、脱水处理后再经脱硫活化处理的胶粉。环保橡胶粉中硫含量不大于0.5％，炭黑含量不小于28％，橡胶烃含量不小于45％，拉伸强度不小于4MPa。硫是橡胶粉受热气味的主要来源，也是橡胶粉是否符合环保理念的主要指标，橡胶烃是天然橡胶的基本组分，炭黑是影响橡胶性能的重要因素，拉伸强度则直接反映橡胶的性能。本发明对环保橡胶粉中的硫含量、炭黑含量、橡胶烃含量和拉伸强度进行约束，保证其性能满足本发明的需要。
优选地，所述基质沥青为道路工程领域常规基质沥青，可以是满足交通部标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》技术要求的50#基质沥青、70#基质沥青或90#基质沥青中的一种或多种的混合。
优选地，所述改进型AC-10级配是指在4.75mm与9.5mm筛孔之间增加7.2mm筛孔，能够更好的控制集料的整体粒径分布，确保混合料能够形成优良的级配结构，使采用该级配制备的环保橡胶粉超薄沥青混合料级配合理，更容易形成良好的粒径分布级配结构。
优选地，所述的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述环保橡胶粉和所述基质沥青按比例混合，搅拌剪切均匀，得到混合物A，即环保橡胶粉改性沥青；
(2)将所述集料、所述纤维、混合物A按比例混合，拌和均匀，得到混合物B；
(3)将所述矿粉和混合物B拌和均匀，即得到所述的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料。
本发明通过上述参数及各原料用量的限定，各种原料之间相互协调作用，使超薄沥青混合料路用综合性能优异，抗车辙性能、高温性能、抗水损害性能、力学性能、耐久性等使用性能大幅度提高，具有优良的低温性能，自身粘聚性强，具有更好的抗飞散性能，渗水系数、构造深度指标大幅改善，路面使用性能更好，车辆行驶更安全。同时相较于传统的超薄沥青混合料，本发明基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料性价比较高，同时克服了传统橡胶粉的气味大、对人员有损害和对环境不友好的缺点，对施工作业人员健康危害小，环境友好性高。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。下述实施例和对比例中，集料、矿粉、沥青和纤维均满足交通部标准JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》相关技术要求。
实施例1
一、基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料
上述基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料包括如下重量份原料：
集料88.2％、石灰岩矿粉6.5％、玄武岩纤维0.3％和环保橡胶粉改性沥青5.0％。
其中，环保橡胶粉改性沥青是环保橡胶粉和基质沥青在180℃经剪切搅拌加工制得，环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.22：1。基质沥青为符合JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》要求的埃索70#基质沥青，环保橡胶粉为江苏中宏环保科技有限公司生产，硫含量为0.35％，炭黑含量为55％，橡胶烃含量为46％，拉伸强度为6.1MPa。
其中，集料、石灰岩矿粉和玄武岩纤维均满足JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》的技术要求。上述集料的级配类型为改进型AC-10，具体级配组成见表2。
二、基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料的制备方法
上述的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述环保橡胶粉和上述70#基质沥青按比例混合，搅拌剪切均匀，得到混合物A，即环保橡胶粉改性沥青；
(2)将上述集料、上述玄武岩纤维、混合物A按上述比例混合，拌和均匀，得到混合物B；
(3)将上述石灰岩矿粉和混合物B拌和均匀，即得到基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料。
按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、构造深度试验、冻融劈裂试验和渗水试验的试验方法成型试件，对基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料进行测试，测试结果参见表3。
实施例2
本实施例的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料包括如下重量份原料：
集料87.8％、石灰岩矿粉6.7％、木质素纤维0.3％和环保橡胶粉改性沥青5.2％。
其中，环保橡胶粉改性沥青是环保橡胶粉和基质沥青在180℃经剪切搅拌加工制得，环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.27：1。基质沥青为符合JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》要求的壳牌90#基质沥青，环保橡胶粉为环保橡胶粉为苏州润杰尔环保新材料有限公司生产，硫含量为0.41％，炭黑含量为41％，橡胶烃含量为39％，拉伸强度为6.9MPa。
其中，集料、石灰岩矿粉和木质素纤维均满足JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》的技术要求。上述集料的级配类型为改进型AC-10，具体级配组成见表2。
本实施例的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料的制备方法，原料及组成按上述使用，步骤同实施例1相同。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、构造深度试验、冻融劈裂试验和渗水试验的试验方法成型试件，对基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料进行测试，测试结果参见表3。
对照例1
本对照例为SBS改性沥青超薄沥青混合料，包括如下重量份原料：
集料89.2％、石灰岩矿粉5.5％、玄武岩纤维0.3％和改性沥青5.0％。
其中，改性沥青沥青为符合JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》要求的I-D SBS改性沥青。集料、石灰岩矿粉和玄武岩纤维也均满足JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》的技术要求。上述集料的具体级配组成见表2。
本对照例的超薄沥青混合料的制备方法，原料及组成按上述使用，步骤同实施例1相同。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、构造深度试验、冻融劈裂试验和渗水试验的试验方法成型试件，对基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料进行测试，测试结果参见表3。
对照例2
本对照例的超薄沥青混合料包括如下重量份原料：
集料88.0％、石灰岩矿粉7.5％、玄武岩纤维0.3％和基质沥青4.2％。
其中，基质沥青为符合JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》要求的埃索70#基质沥青，其中，集料、石灰岩矿粉和木质素纤维均满足JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》的技术要求。上述集料的具体级配组成见表2。
本对照例的超薄沥青混合料的制备方法，原料及组成按上述使用，步骤同实施例1相同。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、构造深度试验、冻融劈裂试验和渗水试验的试验方法成型试件，对基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料进行测试，测试结果参见表3。
对照例3
本对照例的超薄沥青混合料包括如下重量份原料：
集料85.4％、石灰岩矿粉10.5％、玄武岩纤维0.3％和和环保橡胶粉改性沥青3.8％。
其中，环保橡胶粉改性沥青是环保橡胶粉和基质沥青在180℃经剪切搅拌加工制得，环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.22：1。基质沥青为符合JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》要求的埃索70#基质沥青，环保橡胶粉为江苏中宏环保科技有限公司生产，硫含量为0.35％，炭黑含量为55％，橡胶烃含量为46％，拉伸强度为6.1MPa。
其中，集料、石灰岩矿粉和木质素纤维均满足JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》的技术要求。上述集料的具体级配组成见表2。
本对照例的超薄沥青混合料的制备方法，原料及组成按上述使用，步骤同实施例1相同。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、构造深度试验、冻融劈裂试验和渗水试验的试验方法成型试件，对基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料进行测试，测试结果参见表3。
表2各实施例级配组成
Figure BDA0002421786150000061
表3各实施例混合料指标
Figure BDA0002421786150000062
Figure BDA0002421786150000071
本发明通过特定原料、各原料的特定用量以及原料之间的相互配合提高了超薄沥青混合料的各项性能。由表3可知，实施例的马歇尔稳定度较对照例提高明显，说明基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料所能承受最大荷载显著提高，证明本发明的环保橡胶粉超薄沥青混合料具有更优良的力学性能。车辙试验动稳定度能够反映混合料高温抗车辙性能，实施例的动稳定度指标较对照例大幅度提高，证明本发明的超薄沥青混合料具有更优良的抗车辙性能。残留马歇尔稳定度、冻融劈裂残留强度比是反映抗水损性能的指标，实施例的残留马歇尔稳定度、冻融劈裂残留强度比大幅度提高，证明本发明的超薄沥青混合料具有更优良的抗水损性能。肯塔堡飞散试验是反映沥青混合料的抗飞散性能。对照例的飞散损失率大幅度降低，证明本发明的超薄沥青混合料具有更优良抗飞散性能。构造深度、渗水系数技术指标在反映混合料表观功能的大幅度改善，实施例渗水系数较小，证明本发明的超薄沥青混合料具有更优良的表观使用性能。由本发明实施例1-2的超薄沥青混合料制得的超薄沥青路面的厚度可为1.5-2.5cm，性能优良，成本低廉，性价比高，具备广泛的市场应用价值。
然而，在不引入沥青、以及各原料的配比不在本发明的特定范围时，对照例的混合料抗车辙性能和抗水损害性能均较低，构造深度和渗水系数也较差，综合路用性能差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料，其特征在于，包括如下的组分：
集料81-92％、矿粉4-10％、纤维0.1-0.6％和环保橡胶粉改性沥青4-8％；所述矿粉为石灰岩粉末，0.075mm筛孔通过率大于80％，用量为4-10％；所述环保橡胶粉改性沥青为环保橡胶粉和基质沥青经剪切搅拌加工制得，所述环保橡胶粉为经过粉碎、脱水处理后再经脱硫活化处理的胶粉；所述的环保橡胶粉中硫含量不大于0.5％，炭黑含量不小于28％，橡胶烃含量不小于45％，拉伸强度不小于4MPa；
上述百分比均为各组分相对于原料总量的质量百分比；其中，环保橡胶粉改性沥青中环保橡胶粉和基质沥青的比例为0.05-0.40；所述基质沥青为50#基质沥青、70#基质沥青或90#基质沥青中的一种或多种的混合；
所述集料的具体级配组成如下表所述：
Figure FDA0003779871190000011
其中，百分比为筛孔通过的质量百分比；
所述的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
(1)将所述环保橡胶粉和所述基质沥青按比例混合，搅拌剪切均匀，得到混合物A，即环保橡胶粉改性沥青；
(2)将所述集料、所述纤维、混合物A按比例混合，拌和均匀，得到混合物B；
(3)将所述矿粉和混合物B拌和均匀，即得到所述的基于环保橡胶粉的超薄沥青混合料。
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