一种交织化改性沥青混凝土

1.本发明涉及一种沥青混凝土，尤其涉及交织化改性沥青混凝土，属于混凝土沥青材料改进技术领域。


背景技术：

2.传统沥青混凝土面层施工中存在高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性差的特点。
3.中国专利201310487484.2提出了一种交织化复合纤维改性沥青混凝土面层施工工艺，具体包括以下步骤：步骤一：交织化改性沥青混合料拌合称取矿石集料、矿粉、交织化复合纤维和基质沥青，所述交织化复合纤维的添加方法采用“干法”工艺；步骤二：交织化改性沥青混合料运输利用运输车辆对交织化改性沥青混合料进行运输，所述运输车辆设置有保温层和防水层；步骤三：交织化改性沥青混合料摊铺利用摊铺机进行连续、匀速摊铺；步骤四：交织化改性沥青混合料碾压碾压按初压、复压、终压三阶段进行，初压采用12吨双钢轮压路机静压，复压采用四台12吨双钢轮压路机开振碾压，终压采用12吨双钢轮压路机静压赶光收面；步骤五：接缝处理对纵接缝和横接缝分别压实；步骤六：养生及交通管制待摊铺层完全自然冷却后，混合料表面温度低于50℃时，开放交通。
4.中国专利201420621811.9提供了一种改性沥青混合料路面，包括：改性沥青面层、封层、透层和基层；所述基层，其包括沥青稳定碎石上基层和水泥稳定土底基层；所述水泥稳定土底基层，其包括一钢筋框架和填充在所述钢筋框架内部的水泥稳定土；所述改性沥青面层，其自上而下包括改性沥青抗滑表面层、高强度改性沥青中面层、高强度改性沥青下面层。
5.为综合解决沥青混凝土面层存在的问题，本发明提出综合改善沥青混凝土路用性能的复合改性添加材料，将三种或四种不同种类的外掺改性材料按照不同比例进行复配，利用其各自的路用性能改善效果侧重点，来对沥青混合料进行综合改性，形成了交织化改性沥青混凝土面层施工工法，经实践检验，改性效果良好，经济效益和社会效益显著。


技术实现要素：

6.本发明的技术目的在于提出了一种交织化改性沥青混凝土，交织化改性沥青混凝土中添加的交织化复合纤维由三种原材料组成，分别是木质素纤维、聚酯纤维和聚合物复合添加剂，这三种外掺料对于沥青混凝土路用性能的改善效果各有特点。
7.本发明采用的技术方案为一种交织化改性沥青混凝土，包括交织化复合纤维和沥青混凝土；所述交织化复合纤维占沥青混合料总质量(即交织化复合纤维和沥青混凝土总质量)的0.2％-0.5％；所述的交织化复合纤维包括木质素纤维、聚酯纤维、聚合物复合添加剂；木质素纤维：聚酯纤维：聚合物复合添加剂质量百分比为2:6:1；所述木质素纤维、聚酯纤维、聚合物复合添加剂为复合掺配并一起制成交织化复合纤维，所述交织化复合纤维混掺于沥青混凝土中，对沥青混凝土路用性能起到综合改善的作用。
8.进一步地，沥青混凝土包括热沥青和集料，集料分为粗集料和细集料；将交织化复合纤维加入热沥青前，交织化复合纤维先与集料进行干拌。在干拌过程中，交织化复合纤维中的聚酯纤维和木质素纤维会被集料打散，均匀分散到粗集料和细集料中，而聚合物复合添加剂在应力场和温度场的耦合作用下产生塑性变形，一部分黏附在集料上，一部分被打碎分散。热沥青加入之后，分散在集料中的木质素纤维吸附稳定沥青，聚酯纤维发挥增黏阻裂的作用，聚合物复合添加剂粒子会发生溶胀，从而改变沥青的聚集态结构组成，增大黏度。交织化复合纤维中的三种原材料互为补充，共同作用，共同改善沥青混凝土的路用性能。
9.进一步地，交织化改性沥青混合料的配合比设计中，交织化改性沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段以及生产配合比验证阶段。目标配合比设计阶段中，交织化复合纤维的掺量为沥青混合料总质量的0.2％-0.5％，优选为0.3％。生产配合比设计阶段中，交织化复合纤维的掺加方式采用干拌和，先将交织化复合纤维和集料干拌60s，使交织化复合纤维在粗集料中分散均匀，然后再加入热沥青，拌和60s；细集料包括矿粉，最后加入矿粉，再拌和60s；干拌和的总拌和时间为3min。生产配合比验证阶段中，通过配合比设计决定交织化改性沥青混凝土中的集料级配和热沥青用量。
10.进一步地，试验过程中干拌和的温度控制如下，配合比设计过程试验步骤的粗集料加热温度设为180～190℃，配合比设计过程试验步骤的热沥青加热温度设为150～160℃，配合比设计过程试验步骤的沥青混合料拌和温度为165～175℃。配合比设计过程试验步骤的拌和好的沥青混合料温度为160～170℃，配合比设计过程试验步骤拌和好的试件击实温度为165℃。
11.进一步地，目标配合比设计阶段中：
12.1)选择目标粗集料级配。
13.根据路面设计确定的混合料类型选择目标粗集料级配。
14.2)计算各种粗集料与细集料的配比。
15.对粗集料与细集料进行筛分试验，并测定各种粗集料与细集料的矿料相对密度及各种矿料的颗粒组成，确定达到级配曲线要求时各种粗集料与细集料的配比。
16.3)确定最佳热沥青用量。
17.采用马歇尔试验方法确定交织化改性沥青混合料的最佳热沥青用量。以初步拟定的目标热沥青用量为中值，以0.5％的配比间隔上下变化热沥青用量制备马歇尔试件，马歇尔试件数不少于5组；在试验温度及试验时间内用马歇尔试验仪测定马歇尔试件稳定度、流值、密度，并计算空隙率、沥青饱和度以及集料的间隙率。根据试验结果和计算结果分别绘制热沥青用量与密度、稳定度、流值、空隙率、热沥青饱和度以及矿料间隙率的关系曲线，按照马歇尔试验方法根据关系曲线确定最佳热沥青用量，如果不能符合要求，则调整级配，重新进行配合比设计并进行马歇尔试验，直至各项指标均能够符合要求。
18.进一步地，生产配合比设计阶段中，根据目标配合比确定的各种集料的比例，从拌和机二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，确定各热料仓的材料比例，使集料合成级配接近目标配合比合成级配曲线，同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡，再根据目标配合比确定的最佳热沥青用量，以0.3％的配比间隔上下变化热沥青用量，确定三个热沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳油石比。
19.进一步地，生产配合比验证中，采用生产配合比进行试拌，并用拌和的热沥青混合料进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比。
20.与现有技术相比较，本发明的木质素纤维具有较高的吸油率，能够吸附稳定沥青，将其掺加到沥青混合料中起到吸附稳定的作用，可提高沥青混凝土的耐久性；且木质素纤维的吸附稳定作用还可避免拌和好的沥青混合料在运输过程中产生离析，确保沥青混合料的均匀性。聚酯纤维具有很大的韧性、较高的抗拉强度和断裂延伸率，将其掺加到沥青混合料中起到“加强筋”的作用，使沥青混凝土在昼夜温差产生的热胀冷缩以及外力冲击作用下，承受很大的拉伸变形，能够明显改善沥青混凝土的低温抗裂性能。聚合物复合添加剂能提高沥青的黏度，从而改善沥青混凝土的高温性能，增强沥青混凝土路面抵抗高温车辙的能力。
附图说明
21.图1为本发明方法实施流程图。
22.图2为本发明的交织化复合纤维图。
具体实施方式
23.以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
24.本发明采用的技术方案为一种交织化改性沥青混凝土，包括交织化复合纤维和沥青混凝土；所述交织化复合纤维占沥青混合料总质量(即交织化复合纤维和沥青混凝土总质量)的0.2％-0.5％；所述的交织化复合纤维包括木质素纤维、聚酯纤维、聚合物复合添加剂；木质素纤维：聚酯纤维：聚合物复合添加剂质量百分比为2:6:1；所述木质素纤维、聚酯纤维、聚合物复合添加剂为复合掺配并一起制成交织化复合纤维，所述交织化复合纤维混掺于沥青混凝土中，对沥青混凝土路用性能起到综合改善的作用。图2为本发明的交织化复合纤维图。
25.图1为本发明方法实施流程图，一种交织化改性沥青混凝土以及面层施工方法，准备下承层和施工放样；在交织化复合纤维改性沥青混合料上面层施工前，利用沥青洒布车喷洒sbs改性沥青黏层并同步进行石屑撒布，对已经洒布好的黏层检查合格后进行铺筑交织化复合纤维改性沥青混合料上面层，已经铺筑完的黏层要及时清扫干净。
26.施工前，用全站仪放出上面层的两边桩位置以控制施工边线，摊铺厚度用悬浮式平衡梁自控系统自动控制，人工进行随机检测。
27.交织化改性沥青混合料的拌和中，对于交织化改性沥青混合料的拌和，采用干拌和工艺来添加交织化复合纤维，拌和中控制要点是添加剂投放、拌和时间和拌和温度。
28.交织化复合纤维采用干法添加，外掺的交织化复合纤维是采用干法工艺直接掺加到基质沥青混合料中的，不需要提前与沥青进行拌和制备交织化复合纤维改性沥青。
29.避免沥青混合料产生离析。交织化复合纤维的组成原材料中有木质素纤维，而木质素纤维有较高的吸附性，可以吸附稳定沥青，避免拌和好的沥青混合料在运输过程中产生离析，可以较好地保持热拌沥青混合料的均匀性。
30.综合改善沥青混凝土的高温稳定性和低温抗裂性。交织化复合纤维中包含有聚酯纤维和聚合物复合添加剂，聚酯纤维可以有效地改善沥青混凝土的抗低温开裂性能，聚合
物复合添加剂能够明显改善沥青混凝土的抗高温车辙性能，交织化复合纤维综合改性效果显著。
31.改善路用性能的同时，能明显降低工程造价。向基质沥青混合料中掺加交织化复合纤维之后，其路用性能能够达到sbs改性沥青混合料水平，但是成本低于sbs改性沥青混合料，可有效地降低工程造价。
32.社会效益显著。可以显著提高沥青混凝土路面的使用性能和使用寿命，减少沥青路面早期病害的产生。
33.交织化复合纤维的投放，需要用工人在沥青混合料拌和楼热料仓口人工添加，拌和楼开盘前，首先按每盘拌和混合料的数量，准确称量出每盘混合料实际掺加交织化复合纤维的质量。按照交织化复合纤维的掺量为沥青混合料总质量的0.3％，每次向拌锅中投放准确质量的交织化复合纤维。拌和楼开盘后，在集料干拌和开始时，将称量好的交织化复合纤维从热料仓观察口投入拌和楼中，且应在湿拌开始前投入完毕并关闭热料仓观察口的仓门，保证交织化复合纤维充分搅拌、分散，防止沥青和交织化复合纤维从热料仓观察口溢出损失，避免交织化复合纤维未搅拌均匀而与沥青结团，影响沥青混合料的均匀性。
34.交织化改性沥青混合料的拌和应保证交织化复合纤维的加入与称料仓热集料的注入过程同步，并保证添加剂的分散性与集料均匀混合，干拌和湿拌时间一般都要适当延长。拌和时间的延长取决于所用间歇式装置的构造和模式，以及掺加到混合料中的交织化复合纤维的类型和数量。在一般情况下，干拌时间比平常情况延长5～15s，而湿拌时间应比普通沥青混合料所要求的拌和时间适当延长5～10s。交织化改性沥青混合料总的拌和时间(干拌与湿拌)应不少于60s(具体拌和时间应该由试拌来确定)，保证沥青混合料拌和均匀，无花白料。
35.掺加交织化复合纤维沥青混合料的运输与普通改性沥青混合料的运输条件基本相同。由于交织化复合纤维的组成原材料中有木质素纤维，而木质素纤维能够较好地吸附稳定沥青，可以避免拌和好的沥青混合料在运输过程中产生离析，可以较好地保持热拌沥青混合料的均匀性，但是由于交织化改性沥青混合料的黏性较大，应该在运输车辆的车厢底面涂刷适量的油水混合物，用来防止混合料与车厢底面产生黏结。运输车辆还必须配备棉被或防水苫布等覆盖物，在沥青混合料的运输过程中可以用来将其充分覆盖，以防止沥青在高温时受到阳光、空气的影响产生氧化及沥青混合料产生温度离析。此外，还应特别注意摊铺机与运料车的衔接，在摊铺过程中避免出现断料的情况，以保证摊铺机均匀作业。运到施工现场的沥青混合料还要检测其温度是否满足相关要求。
36.实施例
37.(1)开始摊铺时，摊铺机前方要有一定数量的运料车以保证连续摊铺，由专人指挥运料车缓慢倒车，使汽车后轮轻轻靠在摊铺机料斗边部，不得撞击摊铺机。运料车在摊铺机卸料过程中应该挂空挡，靠摊铺机的动力推动前进，以保证摊铺层的平整度。在摊铺机起步后应该马上检测混合料的松铺厚度是否满足要求，合格则继续摊铺，否则要进行调整，尽快达到设计要求。
38.(2)采用两台摊铺机梯队作业全幅摊铺，两台摊铺机前后相隔间距2～4m，摊铺前摊铺机熨平板加热温度应在100℃以上。摊铺时，摊铺机行走速度应控制在2～3m/min。在摊铺过程中，保持摊铺速度不变，缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，不得随意变换速度或中途停
顿，以提高平整度和减少混合料离析。
39.(3)摊铺时，用自行式机械振捣，采用大振幅。为避免摊铺机停机待料，摊铺机前方至少有1～2辆待卸运料车，料斗中还应储备1/3的混合料，避免摊铺时产生离析现象。
40.(4)曲线路段摊铺时，要使摊铺机匀速前进，中间不能停机，并及时调整摊铺机的行走方向，保证曲线路段的摊铺质量，并随时进行混合料温度检测，以控制碾压温度。
41.(5)对于路面狭窄、加宽部分及小规模工程等特殊路段，可用人工摊铺，摊铺时要扣锨摊铺，不得扬锨甩料，边摊铺边刮平，且用力一致，往返刮2～3次，避免离析现象的发生，撒料用的铁锨等工具要加热使用，摊铺时要连续进行，不得中途停顿；摊铺好的沥青混合料要紧跟碾压。
42.(6)在整个摊铺过程中，要控制好摊铺温度，由于掺加交织化复合纤维后沥青混合料的黏度较高，因此对摊铺温度的要求也较高，摊铺温度不宜低于130℃。
43.优选地，在沥青混合料的摊铺作业过程中，应该着重控制摊铺宽度、平整度、摊铺时的温度以及与运料车之间的配合，最大限度地避免小波浪、离析、划痕和平整度超差等缺陷，以提高路面摊铺的质量。
44.优选地，交织化改性沥青混合料的碾压中，沥青路面最后的平整度和密实度都是通过压路机的碾压来实现，由于沥青混合料中掺加了交织化复合纤维，碾压质量直接影响沥青路面的质量，因此，碾压工艺对平整度和密实度起着决定性作用。碾压按初压、复压、终压三个阶段来进行。
45.(1)初压
46.采用12t双钢轮压路机静压一遍，在较高温度下进行。在碾压时，驱动轮面向摊铺机，压路机由外侧向中心、由低处向高处碾压，相邻碾压带重叠1/3～1/2轮宽，碾压带成阶梯状，相邻错开20～30cm长，压实整个摊铺面为一遍。压路机的行走速度应该控制在2～3km/h以内。
47.初压后应该及时检查平整度和路拱，必要时予以修正，如在碾压时出现堆积，可人工处理后再进行碾压；如果出现横纹，要检查原因并及时采取纠正措施。
48.(2)复压
49.复压紧跟初压后面进行，采用四台12t双钢轮振动压路机碾压4～5遍。振动压路机倒车时应该先停振再停车，以免形成鼓包。压路机行走速度宜控制在3～4.5km/h。
50.(3)终压
51.终压紧跟在复压后进行，采用12t双钢轮压路机静压赶光收面。利用振动压路机静压，使路面无轮迹。行走速度宜控制在3～6km/h。
52.在碾压过程中，由于掺加交织化复合纤维后沥青混合料的黏度较高，所以压路机必须紧跟摊铺机进行碾压，以保证混合料在较高温度下完成压实，确保压实质量。初压时碾压温度不宜低于130℃，复压温度不宜低于120℃，碾压终了温度应不低于110℃。压实完成后，应待路面温度降到50℃以下时才可以开放交通。
53.此外，在碾压过程中要确保滚轮湿润，以免黏附沥青混合料，采用雾状喷水法，防止用水量过大，以免使混合料表面冷却。压路机不得在新铺的路面上转向、掉头、左右移动或紧急制动，尚未冷却的混合料面层上不得停放一切施工设备，以免产生变形，也不得撒落矿料、油料等杂物，待压实完毕的沥青面层完全冷却后才能开放交通。
54.接缝处理中，纵接缝的压实：
55.纵接缝的形成与摊铺工艺有关。纵接缝形成情况不同，采用的碾压方法各异。
56.①
两台以上摊铺机呈梯队进行全幅摊铺时，因相邻摊铺带的沥青混合料温度相近，碾压后纵接缝处无明显界限，此种纵接缝碾压后效果较好。采用两台摊铺机前后保持2～4m的距离连续摊铺，前行摊铺机摊铺厚度为后台摊铺机摊铺基准面，碾压采用整体统一碾压。
57.②
采用一台摊铺机进行摊铺，然后再返回摊铺相邻车道。此种摊铺作业法形成的摊铺带，其内侧无侧向限位，沥青混合料容易在碾压轮挤压下，产生侧向滑移，此时压路机应先从距内侧边缘30～50cm处沿纵接缝线往返各预压一遍，然后掉头至外侧的路缘石或路肩处开始初压，碾压至30～50cm范围时每压实一遍侧移10～15cm，依次压至内侧距内侧边缘5～10cm处为止。相邻摊铺带铺好后，再从已碾压好的原内侧位置开始，依次错轮碾压到越过纵接缝线50～80cm处为止。
58.这种纵接缝碾压方法，相邻摊铺带温差不宜过大，前后摊铺时间不能过长，根据气候、气温条件其时间间隔灵活把握和控制。
59.横接缝的压实：前作业段摊铺结束后，在后作业段摊铺之前，应对横接缝进行技术处理。前作业段摊铺结束后，对横接缝附近碾压面进行平整度测量，切割机切垂直缝，并将平整度不满足规范要求的部分铲除。在后作业段施工前，垂直缝处洒黏层沥青，熨平板加热温度在10℃以上时可继续摊铺。选用双钢轮压路机沿横接缝方向进行横向碾压，开始碾压时，碾压轮大部分应压在已压实的路段上，仅留15cm左右轮宽压在新摊铺的混合料上，然后压路机依次向新摊铺路段侧移碾压，每次侧移量为15～20cm，直至完全越过横接缝为止。
60.养生及交通管制：交织化复合纤维改性沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却后，混合料表面温度低于50℃时，方可开放交通。沥青混合料碾压成型后，要按规范要求检查沥青面层的压实度和压实厚度。