一种长寿命路面新型改性沥青合成方法及应用与流程

1.本发明涉及长寿命路面设计技术领域，具体的是一种长寿命路面新型改性沥青合成方法及应用。


背景技术：

2.根据相关文献和报道，目前我国三条高速公路基本可达到长寿命路面目标，2020年获得中国公路学会颁发的长寿命路面。
3.京津唐高速公路1989年开放交通，2004年调查主要是表面裂缝；2002年开始现场热再生或加铺，31年无结构性维修。该高速公路交通量巨大。广深珠高速1994年开放交通，平均交通量达大于20万/日；2002-2004年加铺 4cmsma-13，26年无结构性维修。
4.这两条高速公路交通量巨大，基本达到了30年无结构性大修，实现了长寿命路面目标。分析其长寿命的原因，一方面沥青面层厚度较厚，广深珠沥青面层厚度为32cm，京津唐青沥青面层厚度为23cm，为我国早期高速公路沥青路面厚度之最；同时也得益于水稳材料水泥剂量不大、强度不高、厚度不厚，避免了半刚性开裂带来的反射裂缝的发展。2000年以来，受欧美长寿命沥青路面技术影响，我国积极探索长寿命沥青路面技术，进行了大量试验路研究，因此亟需设计一种长寿命路面新型改性沥青合成方法及应用来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种长寿命路面新型改性沥青合成方法及应用，本发明建设和维养总费用低，养维费用占比一般不超过15％，使用寿命长，结构寿命达到30～50年，甚至60年，路面损坏只发生在表面层，无结构性破坏，只需要日常养护，不需要进行结构性大修或重建。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种长寿命路面新型改性沥青合成方法及应用，包括原材料混配技术、配合比设计和施工工艺，所述原材料混配技术包括沥青结合料、集料、纤维稳定剂和水泥，所述沥青结合料为：表面层sma-13、中面层ac-20c混合料采用sbs i-d改性沥青，所述集料包括粗集料、细集料、沥青混合料矿粉、级配碎石粗细集料和水稳底基层集料，所述粗集料增加了高温稳定性、热老化两项耐候性指标和微型狄法尔磨耗值强度指标，压碎值、洛杉矶磨耗值和微型狄法尔磨耗值均为评价集料强度指标，所述细集料控制细集料强度和母岩质量，所述沥青混合料矿粉增加了亚甲蓝值、干压空隙率和碳酸钙含量三项指标，采用亚甲蓝指标予以代替，所述纤维稳定剂为sma掺木质纤维，其掺量宜为沥青混合料质量的0.3％-0.4％，在250℃的干拌温度不变质、不发脆，并且在混合料拌和过程中能充分分散均匀。
8.进一步地，所述配合比设计包括混合料矿料级配、配合比设计标准、沥青混合料路用性能指标和级配碎石配合比设计要求，所述级配碎石配合比设计要求包括以下步骤：
9.s1、按实际使用的集料，分别进行筛分，按颗粒组成进行计算，在规定的范围内调配曲线，形成嵌挤型粗级配；
10.s2、对每种级配选取5个含水率进行重型击实试验，确定级配碎石的最佳含水率及最大干密度；
11.s3、对在最佳含水率下成型的试件，进行级配碎石4天饱水的cbr试验；
12.s4、选取cbr值大的，而且固体体积率满足设计要求的级配，并将该设计级配作为标准级配。
13.进一步地，所述施工工艺包括sma-13、ac-20c、hfm-20沥青路面、高渗透透层油、级配碎石、粘层和水稳稳定碎石，所述hfm-20沥青混合料施工温度通过在135℃及175℃条件下测定的粘度，所述hfm-20沥青混合料摊铺速度应控制在1.5～3m/min的范围内，所述hfm-20沥青混合料碾压遵循“钢轮稳压，前静后振；钢胶组合，同进同退”的碾压原则。
14.进一步地，所述高渗透透层油包括以下步骤
15.s1、气温低于10℃，雨天或大风天气时不得喷洒透层油；
16.s2、透层油应采用智能型沥青洒布车进行洒布，洒布前应对计量装置进行标定，逐个检查喷嘴的完好性、通畅性；洒布量通过电脑自动精密控制，并由检测人员现场检测校核洒布量；
17.s3、透层油的用量通过试洒确定，一般满足0.5～1.0l/m2要求；
18.s31、应该有经验丰富工程人员，通过观测现场洒布情况，判断洒布量是否达到要求的渗透深度而不产生过量的自由沥青为准；
19.s32、应试洒60～150m试验段，从0.5l/m2最低用量开始，逐渐增加透层油的洒布量进行试洒，养生24h后，若表面有自由沥青，油斑或集油等情况，表明透层油用量过高，需适当减少洒布量，若洒布后沥青凝聚成珠状则说明透层油用量过低，需适当增加洒布量；
20.s33、如果洒布2～3h内沥青全部被吸收，说明该下承层透层油用量较高，为了防止1次喷洒过多量产生透层油流失，透层油应作2次喷洒；第2次喷洒应在第一喷洒完养生24h后进行；
21.s4、透层油应在基层充分碾压后、在其表面10mm深度范围内含水率处于最佳含水率-2％～最佳含水率 1％条件下及时喷洒透层油，当其表面含水率不满足要求时，可延后、待其达到要求时再喷洒透层油。
22.进一步地，所述级配碎石基层采用中心站集中拌和，摊铺机摊铺，在最佳含水率的 1％～-1.5％范围内采用振动压路机和胶轮压路机联合碾压，所述水稳稳定碎石36cm水稳碎石应采取双层连铺工艺进行施工，以确保取芯成功率应达 100％。
23.本发明的有益效果：
24.本发明建设和维养总费用低，养维费用占比一般不超过15％，使用寿命长，结构寿命达到30～50年，甚至60年，路面损坏只发生在表面层，无结构性破坏，只需要日常养护，不需要进行结构性大修或重建。
附图说明
25.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
26.图1是本发明sbs i-d聚合物改性沥青技术要求数据图；
27.图2是本发明沥青混合料用粗集料技术要求数据图；
28.图3是本发明沥青混合料用细集料技术要求数据图；
29.图4是本发明沥青混合料用矿粉技术要求数据图；
30.图5是本发明级配碎石用集料质量要求数据图；
31.图6是本发明木质纤维技术要求数据图；
32.图7是本发明各沥青混合料矿料级配范围数据图；
33.图8是本发明级配碎石级配范围数据图；
34.图9是本发明hfm-20沥青混合料马歇尔法配合比技术要求数据图；
35.图10是本发明级配碎石混合料重型击实技术要求数据图；
36.图11是本发明hfm沥青混合料路用性能要求数据图；
37.图12是本发明确定沥青混合料拌和及压实温度的适宜温度的粘度范围数据图；
38.图13是本发明沥青混合料的施工温度数据图；
39.图14是本发明高模量沥青混合料碾压工艺数据图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.一种长寿命路面新型改性沥青合成方法，原材料技术要求：沥青结合料， sbs i-d改性沥青表面层sma-13、中面层ac-20c混合料采用sbs i-d改性沥青，其质量应符合图1技术要求。表中指标基本与现有方法执行，但生产规定针入度(25℃,100g,5s)为30-60(0.1mm)、延度(5℃,5cm/min)不小于15cm，均不满足现有方法实行(jtg f40-2004)中sbs i-d的技术要求。改性沥青的耐热抗老化性能非常重要，为此根据现有方法实行提出了软化点差(tr&b)应符合-5～ 8℃技术要求。透层油，生产规定半刚性基层顶面透层油采用pc-2乳化沥青。按照级配碎石基层渗透性要求，规定级配碎石顶面透层油采用高渗透乳化沥青，高渗透乳化沥青，按现有方法实行，其质量应符合图2的技术要求
43.集料：沥青混合料粗集料应符合图3的技术要求，表中指标基本与现有方法执行，为了更好评价粗集料的耐候性和抗压碎性能，按现有方法实行，增加了高温稳定性、热老化两项耐候性指标和微型狄法尔磨耗值强度指标。压碎值、洛杉矶磨耗值和微型狄法尔磨耗值均为评价集料强度指标，现有方法实行，微型狄法尔磨耗值将取代前两项指标，但是考虑规范的衔接，仍然保留压碎值和洛杉矶磨耗值，其中热老化试验仅检验玄武岩集料；沥青混合料矿粉应符合表图4技术要求。表中指标基本与现有方法执行，但按现有方法实行增加了亚甲蓝值、干压空隙率和碳酸钙含量三项指标。其中生产要求的塑性指数由于试验方法误差较大，工程上实际上无法应用，本次予以删除，采用亚甲蓝指标予以代替。为了控制其矿粉的表面粗糙度，增加了干压空隙率指标。调查发现一些工程项目采用大理石等岩石，起不到填料作用，为了控制母岩质量，增加了碳酸钙含量指标，当沥青混合料粗集料粘附性不满
足要求时，应掺加消石灰提高抗剥落性能，消石灰的质量和掺量应符合生产要求。
44.级配碎石粗细集料应符合图5技术要求。水稳底基层集料水稳底基层集料质量符合生产要求即可。
45.纤维稳定剂sma掺木质纤维，其掺量宜为沥青混合料质量的0.3％-0.4％。其应在250℃的干拌温度不变质、不发脆，并且在混合料拌和过程中能充分分散均匀，其技术要求见图6。生产采用jt/t 533-2004版本的木质纤维技术要求，本文件按jt/t 533-2020要求进行规定，水泥稳定碎石用水泥质量符合生产要求即可。
46.混合料矿料级配沥青混合料hfm-20级配应符合表图7的要求，sma-13和 ac-20c级配应符合生产要求；级配碎石混合料级配应符合图8的要求，生产未规定级配碎石的级配范围；水稳底基层混合料级配应符合生产要求。
47.配合比设计标准包括sma-13混合料配合比设计指标应符合生产要求； ac-20c混合料配合比设计指标应符合生产要求。其中生产要求流值为1.5-4mm，根据现有方法实行(jtg f40-2004)，对于改性沥青混合料流值应放宽为1.5-4.5mm；hfm-20混合料配合比设计指标应符合图9的要求。本部分内容生产未进行规定，且当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的vma最小值；级配碎石混合料采用重型击实方法进行设计，确定最佳含水率，在最佳含水率下的混合料技术要求见图10，本部分内容生产未进行规定，其中cbr为最佳含水率下三层击实98次、4天饱水的cbr，计算体积指标时应采用集料的毛体积密度，固体体积率为最大干密度除以混合料合成毛体积密度；水泥稳定碎石底基层要求7d无侧限抗压强度为4.5mpa。该要求与生产水稳基层要求相同。
48.沥青混合料路用性能指标sma-13、ac-20c的路用性能指标符合生产要求即可，其中ac-20c的动稳定度应按不小于5000次/mm进行内控，hfm-20路用性能要求应符合图11的要求。
49.级配碎石配合比设计要求，按实际使用的集料，分别进行筛分，按颗粒组成进行计算，在规定的范围内调配曲线，形成嵌挤型粗级配；对每种级配选取5 个含水率进行重型击实试验，确定级配碎石的最佳含水率及最大干密度；对在最佳含水率下成型的试件，进行级配碎石4天饱水的cbr试验；选取cbr值大的，而且固体体积率满足设计要求的级配，并将该设计级配作为标准级配。
50.施工工艺sma-13、ac-20c sma-13和ac-20c的施工按生产要求执行，hfm-20 沥青路面，hfm-20沥青混合料施工温度通过在135℃及175℃条件下测定的粘度—温度曲线按图12的规定确定，缺乏粘温曲线数据时，可参照图13的范围选择，且沥青混合料拌制过程中各材料加热温度、拌和温度、储存温度应采用温度传感器连续测量，出料及之后施工温度按t 0981方法检测；应采用各材料加热温度、比热容和配比计算混合料拌和温度，并与实测的拌和、出料温度之间相互校核，若两者之差大于
±
5℃，则应重新标定沥青、热料仓等温度传感器；摊铺温度和初压温度指内部温度，终压温度为表面温度，hfm-20沥青混合料摊铺速度应控制在1.5～3m/min的范围内，hfm-20沥青混合料碾压遵循“钢轮稳压，前静后振；钢胶组合，同进同退”的碾压原则。推荐碾压工艺如下图14。
51.高渗透透层油气温低于10℃，雨天或大风天气时不得喷洒透层油；透层油应采用智能型沥青洒布车进行洒布，洒布前应对计量装置进行标定，逐个检查喷嘴的完好性、通畅性；洒布量通过电脑自动精密控制，并由检测人员现场检测校核洒布量；透层油的用量通过
试洒确定，一般满足0.5～1.0l/m2要求，应该有经验丰富工程人员，通过观测现场洒布情况，判断洒布量是否达到要求的渗透深度而不产生过量的自由沥青为准，应试洒60～150m试验段，从0.5l/m2最低用量开始，逐渐增加透层油的洒布量进行试洒。养生24h后，若表面有自由沥青，油斑或集油等情况，表明透层油用量过高，需适当减少洒布量。若洒布后沥青凝聚成珠状则说明透层油用量过低，需适当增加洒布量，如果洒布2～ 3h内沥青全部被吸收，说明该下承层透层油用量较高，为了防止1次喷洒过多量产生透层油流失，透层油应作2次喷洒；第2次喷洒应在第一喷洒完养生24h 后进行，透层油应在基层充分碾压后、在其表面10mm深度范围内含水率处于最佳含水率-2％～最佳含水率 1％条件下及时喷洒透层油。当其表面含水率不满足要求时，可延后、待其达到要求时再喷洒透层油。
52.级配碎石基层采用中心站集中拌和，摊铺机摊铺，在最佳含水率的 1％～
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1.5％范围内采用振动压路机和胶轮压路机联合碾压，粘层的施工按照现有的方法正常实行，水稳稳定碎石，36cm水稳碎石应采取双层连铺工艺进行施工，以确保取芯成功率应达100％。其他施工按照现有方法执行。
53.工作原理，通过原材料混配技术、配合比设计和施工工艺制成长寿命路面新型改性沥青，长寿命路面新型改性沥青实现高速公路路面耐久性和可靠性、支撑交通强国建设和构建现代化工程建设质量管理体系，增加设施耐久性和可靠性。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.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只是说明本发明的原理，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。