抗开裂沥青混合料及其加工方法与流程

1.本发明涉及道路建设材料技术领域。更具体地说，本发明涉及一种抗开裂沥青混合料及其加工方法。


背景技术：

2.沥青路面开裂是各国沥青路面损坏的现象之一，是沥青路面早期损坏的一种主要形式。造成沥青路面开裂的主要原因有在行车荷载的反复作用下形成的荷载新裂缝、半刚性基层反射裂缝、温度裂缝等，其中，温度裂缝包括温度收缩裂缝、温度疲劳裂缝，温度收缩裂缝是当温度下降时，沥青混合料会逐渐的变硬变脆，并发生收缩变形，当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会拉裂，形成的裂缝；温度疲劳裂缝是由于温度的反复升降导致沥青面层收到重复温度应力作用而疲劳导致的裂缝。
3.现有改善沥青混合料温度裂缝包括利用胶粉对沥青进行改性，但是其改善效果有限，如何进一步提高沥青的软化点，降低沥青的温度敏感性是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
5.本发明还有一个目的是提供一种抗开裂沥青混合料，具有降低沥青的温度敏感性，提高沥青混合料抗开裂。
6.本发明还有一个目的是提供一种抗开裂沥青混合料的加工方法，制备得到一种抗开裂沥青混合料。
7.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、基质沥青4.8-5.3份、脱硫胶粉0.70-0.75份、稀土氧化物0.3份，其中，矿料包括质量比为90-93：11的集料和矿粉；基质沥青为重交ah-90沥青或重交ah-70沥青。
8.优选的是，所述集料材质为石灰石，集料中粒径在0-2.36mm之间的物料占集料总量的20-48％，粒径在0-4.75mm之间的物料占集料总量的34-62％，粒径在0-9.5mm之间的物料占集料总量的60-80％，粒径在0-19mm之间的物料占集料总量的100％。
9.优选的是，矿粉由石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细得到，粒径≤0.075mm。
10.优选的是，稀土氧化物为氧化镧或氧化钇中的一种。
11.优选的是，还包括：木质素纤维0.08-0.1份。
12.优选的是，还包括：聚丙烯0.03-0.08份。
13.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
14.s1、将基质沥青预热至145-155℃；
15.s2、将基质沥青继续加热至170-180℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温20-30min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为20-25min、4500r/min，而后发育3h-5h，得改性沥青；
16.s3、分别于170-180℃下预加热矿料中的集料和矿粉6h以上；
17.s4、将拌合锅加热至拌合温度170-180℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合15-18s，再加入保温备用的改性沥青拌合90-95s，最后掺入预加热后的矿粉拌合90-95s，制得沥青混合料。
18.优选的是，抗开裂沥青混合料还包括木质素纤维0.08-0.1份；
19.步骤s2中发育3h-5h后继续加热至175-185℃，在继续加热过程中加入木质素纤维，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为30-35min、4500r/min，而后发育1h-1.5h，得改性沥青。
20.优选的是，抗开裂沥青混合料还包括聚丙烯0.03-0.08份，步骤s2中加入木质素纤维的同时加入聚丙烯。
21.本发明至少包括以下有益效果：
22.胶粉掺入沥青后，可一定程度上改善沥青混合料的抗疲劳、低温温度，但是其改善效果有限，通过配合稀土氧化物溶胀于沥青中，能够进一步提高沥青的软化点，降低沥青的温度敏感性；
23.通过木质素纤维配合聚丙烯的使用在混合料中能够起到加筋作用，有效改善胶粉改性沥青混合料易离析的问题，同时提高了混合料耐老化性能和水稳定性，增强了沥青路面抗早起水损害能力。
24.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
26.试验材料
27.重交ah-90沥青，对其相关性能参照规范进行检测，具体如下表1所示：
28.表1重交ah-90沥青检测指标
29.指标测值技术要求针入度(25℃)/0.01mm9180-100软化点/℃47.542-52含蜡量(蒸馏法)/％max2.13延度(15℃、5cm/min)/cm＞100100
30.重交ah-70沥青，对其相关性能参照规范进行检测，具体如下表2所示：
31.表2重交ah-70沥青检测指标
32.指标测值技术要求针入度(25℃)/0.01mm73.560-80软化点/℃4844-54含蜡量(蒸馏法)/％max1.93延度(15℃、5cm/min)/cm＞100100
33.矿料的级配设计如下表3所述：
34.表3矿料的级配组成
35.孔径/mm＜2.36＜4.75＜9.5≤19设计级配范围/％20-48％34-62％60-80％100％实际级配/％35％49.2％74.6％100％
36.脱硫胶粉：具体为脱硫废旧轮胎橡胶粉，通过丙酮抽取物检测脱硫胶粉化学成分，其中，包括占总量63.65％天然橡胶和占总量31.20％的炭黑；
37.稀土氧化物，包括纯度≥99％的氧化镧、氧化钇；
38.木质素纤维；
39.聚丙烯；
40.其中，抗开裂沥青混合料配合比设计按马歇尔实验方法进行，确定合适的改性沥青用量和矿料级配。
41.《实施例1》
42.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-90沥青5份、脱硫胶粉0.72份、氧化镧0.3份，其中，矿料包括质量比为90：11的集料和矿粉，矿粉由石灰岩磨细得到，粒径≤0.075mm；
43.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
44.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
45.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温25min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为23min、4500r/min，而后发育4h，得改性沥青；
46.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5h；
47.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合17s，再加入保温备用的改性沥青拌合93s，最后掺入预加热后的矿粉拌合93s，制得沥青混合料。
48.《实施例2》
49.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-90沥青5份、脱硫胶粉0.72份、氧化镧0.3份、木质素纤维0.09份，其中，矿料包括质量比为90：11的集料和矿粉，矿粉由石灰岩磨细得到，粒径≤0.075mm；
50.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
51.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
52.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温25min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为23min、4500r/min，而后发育4h，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入木质素纤维，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为33min、4500r/min，而后发育1.25h，得改性沥青；
53.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5h；
54.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合
17s，再加入保温备用的改性沥青拌合93s，最后掺入预加热后的矿粉拌合93s，制得沥青混合料。
55.《实施例3》
56.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-90沥青5份、脱硫胶粉0.72份、氧化镧0.3份、木质素纤维0.09份、聚丙烯0.05份，其中，矿料包括质量比为90：11的集料和矿粉，矿粉由石灰岩磨细得到，粒径≤0.075mm；
57.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
58.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
59.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温25min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为23min、4500r/min，而后发育4h，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入木质素纤维、聚丙烯，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为33min、4500r/min，而后发育1.25h，得改性沥青；
60.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5h；
61.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合17s，再加入保温备用的改性沥青拌合93s，最后掺入预加热后的矿粉拌合93s，制得沥青混合料。
62.《实施例4》
63.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-70沥青4.8份、脱硫胶粉0.70份、氧化钇0.3份、木质素纤维0.08份、聚丙烯0.03份，其中：矿料包括质量比为93：11的集料和矿粉，矿粉由岩浆岩中的强基性岩石磨细得到，粒径≤0.075mm；
64.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
65.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
66.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温20min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为25min、4500r/min，而后发育5h，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入木质素纤维、聚丙烯，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为30min、4500r/min，而后发育1.5h，得改性沥青；
67.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5；
68.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合15s，再加入保温备用的改性沥青拌合95s，最后掺入预加热后的矿粉拌合95s，制得沥青混合料。
69.《实施例5》
70.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-90沥青5.3份、脱硫胶粉0.75份、氧化镧0.3份、木质素纤维0.1份、聚丙烯0.08份，其中：矿料包括质量比为90：11的集料和矿粉，矿粉由石灰岩磨细得到，粒径≤0.075mm；
71.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
72.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
73.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温20min，加入稀土氧化物后进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为20min、4500r/min，而后发育3h，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入木质素纤维、聚丙烯，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为35min、4500r/min，而后发育1h，得改性沥青；
74.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5h；
75.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合18s，再加入保温备用的改性沥青拌合90s，最后掺入预加热后的矿粉拌合90s，制得沥青混合料。
76.《对比例1》
77.橡胶沥青混合料，其沥青胶结料为胶粉改性沥青，制备方法包括以下步骤：
78.同实施例1，不同的是，不包括稀土氧化物。
79.《对比例2》
80.抗开裂沥青混合料，按重量组分计，包括：矿料100份、重交ah-90沥青5.3份、脱硫胶粉0.75份、木质素纤维0.1份，其中：矿料包括质量比为90：11的集料和矿粉，矿粉由石灰岩磨细得到，粒径≤0.075mm；
81.一种抗开裂沥青混合料的加工方法，包括以下步骤：
82.s1、将基质沥青存储于基质沥青储存罐，开启基质沥青储存罐进行加热，将基质沥青预热至150
±
5℃；
83.s2、将预热后的基质沥青转移至预混灌，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入胶粉并搅拌使之分散均匀，保温20min，进行混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为20min、4500r/min，而后发育3h，继续加热至180
±
5℃，在继续加热过程中加入木质素纤维，保温进行再次混合剪切，剪切时间和剪切速率分别为35min、4500r/min，而后发育1h，得改性沥青；
84.s3、分别于180
±
5℃下预加热矿料中的集料和矿粉6.5h；
85.s4、将拌合锅加热至拌合温度180
±
5℃，先将预加热后的集料加入拌合锅内拌合18s，再加入保温备用的改性沥青拌合90s，最后掺入预加热后的矿粉拌合90s，制得沥青混合料。
86.性能研究
87.一、车辙试验
88.采用国产hdcs-09a型车辙试验系统，在60℃、0.7mpa的温度与轴载下进行车辙试验，测定实施例1-3、对比例1-2的改性沥青混合料动稳定度，试验结果如表4所示，车辙变形量为60min时所测，其中，动稳定度规范标准为≥3000次
·
mm-1
。
89.表4沥青混合料车辙试验结果
[0090][0091][0092]
由表4可知，对比例1中动稳定度均不满足规范要求，对比例2中在掺入橡胶粉后掺入木质素纤维，木质素纤维增强弹性恢复，提高了混合料的抗车辙性能，有效的提高沥青混合料的动稳定度，以使物料具有优异的高稳定性，进一步，结合对比例1-实施例1、对比例2-实施例3可知，稀土氧化物、聚丙烯的添加，对于物料的高稳定性具有促进作用。
[0093]
二、低温弯曲试验
[0094]
采用小梁弯曲试验测定试件的弯拉应变与强度，试验设备为mts试验仪，以50mm/min的加载速率、15℃的温度进行试验，试验结果如表5所示，其中：
[0095]
试件破坏时的最大弯拉应变(弯拉应变)ξb＝6hd/l2，式中：h为跨中断面试件的高度、d为试件破坏时的跨中挠度、l为试件的跨径，弯拉应变的规范要求为≥2800μξ；
[0096]
试件破坏时的抗弯拉强度(抗弯拉强度)rb＝3lpb/(2bh2)，式中：b为跨中断面试件的宽度、pb为试件破坏时的最大荷载；
[0097]
表5沥青混合料低温弯曲试验结果
[0098] 弯拉应变ξb/μξ抗弯拉强度rb/mpa实施例14.25011.43实施例24.84011.93实施例34.95812.19对比例13.93510.78对比例24.48611.57
[0099]
弯拉应变和抗弯拉强度能够反映混合料的低温抗辩能力，值越大，说明混合料的抗低温性能越好，一般而言，值越小，混合料的低温柔性越好，由上表5可知，胶粉掺入沥青后，可一定程度上改善沥青混合料的抗低温温度，但是其改善效果有限，通过配合稀土氧化物溶胀于沥青中，能够进一步提高沥青的软化点，降低沥青的温度敏感性，再进一步，通过木质素纤维配合聚丙烯的使用在混合料中能够起到加筋作用，有效改善胶粉改性沥青混合料易离析的问题，进一步提高物料的抗低温性能。
[0100]
3、浸水马歇尔试验
[0101]
采用马歇尔击实法成型的圆柱体试件，进行浸水马歇尔试验，试验结果如表6所示，其中，规范要求浸水残留稳定度ms0≥85％，ms为试件的稳定度，ms1为试件浸水48h后的稳定度，浸水残留稳定度ms0＝(ms1/ms)*100％：
[0102]
表6沥青混合料浸水马歇尔试验结果
[0103] ms/knms1/knms0/％实施例11.1320.9785.7实施例21.2791.16591.1实施例31.3281.27295.8对比例11.1020.93184.5对比例21.2731.14189.6
[0104]
4、冻融劈裂试验
[0105]
采用马歇尔击实法成型的圆柱体试件，进行冻融劈裂试验，试验结果如表7所示，其中，规范要求冻融劈裂强度比tsr≥80％，r
t1
为未进行冻融循环的试件的劈裂抗拉强度，r
t2
为经受冻融循环的试件的劈裂抗拉强度，冻融劈裂强度比tsr＝(r
t2
/r
t1
)*100％；
[0106]
表7沥青混合料冻融劈裂试验结果
[0107] r
t1
/mpar
t2
/mpatsr/％实施例111.629.7083.5实施例212.3711.0589.3实施例312.4811.5892.8对比例110.168.3482.1对比例211.069.6587.3
[0108]
浸水残留稳定度ms0、冻融劈裂强度比tsr指标值越高，表明混合料抗水害的能力越强，由上表6结合表7可知：
⑴
、对比例2的ms0、tsr结果优于对比例1，实施例2的ms0、tsr结果优于实施例1，即木质素纤维的添加相对于单纯胶粉改性，能够配合有效提高沥青混合料的水稳定性；
⑵
、实施例3的ms0、tsr结果优于实施例2，即聚丙烯的添加相对于木质素-胶粉复合改性，能够进一步有效提高沥青混合料的水稳定性。
[0109]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。