一种新型浇筑式沥青混合料及其制备方法和应用

1.本发明涉及道路交通技术领域，尤其是涉及一种新型浇筑式沥青混合料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着中国经济的高质量发展，各行业对于交通运输的需求量日益增大，导致一些旧路的车流量严重超过当时的设计值，长期超负荷路况导致道路的病害现象频发不止，如坑槽、沉陷和裂缝等。常规的一些修补方法需要围蔽施工，且需要碾压的工艺来确保混合料的质量，施工周期长，严重影响了车辆的通行。如何降低养护施工对交通的影响，是现今道路领域一个急需攻克的难题。
3.采用浇筑式沥青混合料的施工工艺能够大大缩减处治病害的工期，且摊铺后无须碾压，能够处理一些无法使用大型碾压设备的环境。虽然传统的浇筑式沥青混合料在钢桥面铺装中应用广泛，但在道路结构层中并未得到推广，其原因可能在于采用浇筑式的工艺需要较大的油石比，使胶浆在高温下能够自流成型，这无可避免地会导致混合料的高温稳定性能差。此外，浇筑式沥青混合料必须掺加硬质的特立尼达湖沥青来提高高温稳定性，其车辙动稳定度仅为300-800次/mm，无法满足高速公路对于路面结构材料的性能要求，在过去相当长一段时间都无法解决上述问题。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新型浇筑式沥青混合料及其制备方法和应用，该新型浇筑式沥青混合料具有优异的高温稳定性、低温变形能力以及耐久性能。
6.本发明提供一种新型浇筑式沥青混合料，主要由如下重量份的原料制成：粗集料90-110份，沥青10-25份，矿粉10-25份；其中，粗集料的粒径为4.75-13.2mm；沥青在60℃的动力粘度大于400000pa
·
s，优选为大于580000pa
·
s；矿粉的粒径为0.075mm以下。
7.优选地，新型浇筑式沥青混合料主要由如下重量份的原料制成：粗集料100份，沥青13-15份，矿粉15-23份。
8.在本发明中，沥青的技术参数可以为：沥青在60℃的动力粘度大于400000pa
·
s，优选为大于580000pa
·
s，例如可以为600000pa
·
s；软化点≥60℃，优选为≥90℃；延度(5℃，5cm/min)≥20mm，优选为≥30mm；针入度(25℃，100g，5s)在3.0-6.0mm范围内，优选为4.8-5.2mm。
9.在本发明中，粗集料按重量份包括：4.75-9.5mm第一粗集料60-70份和9.5-13.2mm第二粗集料30-40份；优选地，粗集料按重量份由4.75-9.5mm第一粗集料62-64份和9.5-13.2mm第二粗集料36-38份组成。粗集料可以采用辉绿岩粗集料。
10.在本发明中，矿粉为石灰岩矿粉；矿粉的技术参数如下：表观相对密度≥2.80g/cm3；比表面积≥400m2/kg；含水量≤1.0％。
11.本发明还提供上述新型浇筑式沥青混合料的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
12.s1：根据沥青的黏温曲线确定混合料的拌合温度tm℃；
13.s2：分别对沥青、粗集料和矿粉进行两段加热；
14.s3：按重量份将加热后的粗集料置于搅拌机中进行第一次拌合，随后加入沥青进行第二次拌合，再加入矿粉进行第三次拌合；
15.s4：将拌合后的混合料装入模板中，随后置于振动仪中进行振捣，制得新型浇筑式沥青混合料。
16.在本发明中，步骤s1中，可以根据沥青旋转黏度试验确定沥青的黏温曲线，再根据沥青的黏温曲线确定混合料的拌合温度tm℃；具体地，拌合温度tm℃为190-210℃，例如200℃。
17.步骤s2中，控制第一段加热温度比拌合温度tm℃低15-25℃，例如tm℃-20℃；第一段加热时间为2-3h；第二段加热温度为拌合温度tm℃，第二段加热时间为40-80min，例如1h。
18.步骤s3中，控制各次拌合时的温度比拌合温度tm℃高15-25℃，例如tm℃+20℃；控制各次拌合的时间为80-100s。
19.步骤s4中，控制振捣时间为90-120s；新型浇筑式沥青混合料的空隙率小于1％。
20.本发明还提供上述新型浇筑式沥青混合料或按照上述制备方法制得的新型浇筑式沥青混合料在路面病害处治或路面结构层铺筑中的应用。
21.本发明的实施，至少具有以下优势：
22.1、本发明的新型浇筑式沥青混合料配合比与传统的混合料设计不同，其利用粗集料保证混合料的骨架体系，同时利用矿粉和沥青合理填充混合料的结构空间，无需细集料，通过胶浆在高温状态下的高流动性，使混合料达到自密实状态，抛弃传统的悬浮密实结构，空隙率小于1％；
23.2、本发明的新型浇筑式沥青混合料车辙动稳定度达到3000次/mm以上，与普通浇筑式沥青混合料相比性能优异；且在-10℃低温破坏应变可达4000με以上，在确保高温稳定性的前提下，具有优异的低温变形能力，满足规范中对于路面材料性能的要求，既克服了传统浇筑式沥青混合料抗车辙性能差的问题，又比传统路面结构沥青混合料耐久性能更好，具有良好的社会经济效应；
24.3、本发明的新型浇筑式沥青混合料在具有足够的抗车辙性能的同时具有优异的变形能力，既能用于路面病害处治，又能用于路面结构层铺筑，施工工艺无需碾压，成型速度快，缩减了路面病害处理和结构层铺筑的时间，减少了对交通的影响，具有十分广泛的应用前景，极具推广意义。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为实施例1的新型浇筑式沥青混合料的成型图；
27.图2为实施例1的新型浇筑式沥青混合料的横断面图。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
30.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.本实施例的新型浇筑式沥青混合料，由以下重量份的组分制成：粗集料100份，沥青15份，矿粉17份；其中，沥青的技术参数为：60℃的动力粘度大于580000pa
·
s(例如为600000pa
·
s)，软化点(环球法)为92℃，延度(5℃，5cm/min)为34mm，针入度(25℃，100g，5s)为5.0mm；粗集料由4.75-9.5mm的辉绿岩粗集料63份和9.5-13.2mm的辉绿岩粗集料37份组成，矿粉为粒径在0.075mm以下的石灰岩矿粉。
33.本实施例的新型浇筑式沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
34.1)根据沥青旋转黏度试验确定上述沥青的黏温曲线，进而确定混合料的拌合温度tm为200℃；
35.2)分别将上述沥青、粗集料和矿粉加入烘箱中分段加热4h，控制前3h的加热温度为180℃，最后1h的加热温度为200℃；
36.3)加热后按重量份将粗集料置于搅拌机中，拌合90s，使粗集料混合均匀；随后按重量份加入沥青，拌合90s；暂停拌合，再按重量份加入矿粉，继续拌合90s，至拌合均匀；在整个拌合过程中，控制搅拌机的温度保持在220℃；
37.4)将上述拌合好的沥青混合料装入车辙板模板中，处理车辙板的表面混合料使表面平整，随后放入浇筑式振动仪中振捣110s，直至胶浆填满骨架中的空隙，即制得新型浇筑式沥青混合料，空隙率为0.910％，成型图、横断面图分别见图1、图2。
38.实施例2
39.本实施例的新型浇筑式沥青混合料，由以下重量份的组分制成：粗集料100份，沥青13份，矿粉23份；其中，沥青的技术参数与实施例1相同；粗集料由4.75-9.5mm的辉绿岩粗集料62份和9.5-13.2mm的辉绿岩粗集料38份组成，矿粉为粒径在0.075mm以下的石灰岩矿粉。
40.本实施例的新型浇筑式沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
41.1)根据沥青旋转黏度试验确定上述沥青的黏温曲线，进而确定混合料的拌合温度
tm为200℃；
42.2)分别将上述沥青、粗集料和矿粉加入烘箱中分段加热4h，控制前3h的加热温度为180℃，最后1h的加热温度为200℃；
43.3)加热后按重量份将粗集料置于搅拌机中，拌合90s，使粗集料混合均匀；随后按重量份加入沥青，拌合90s；暂停拌合，再按重量份加入矿粉，继续拌合90s，至拌合均匀；在整个拌合过程中，控制搅拌机的温度保持在220℃；
44.4)将上述拌合好的沥青混合料装入车辙板模板中，处理车辙板的表面混合料使表面平整，随后放入浇筑式振动仪中振捣120s，直至胶浆填满骨架中的空隙，即制得新型浇筑式沥青混合料，空隙率为0.707％。
45.实施例3
46.本实施例的新型浇筑式沥青混合料，由以下重量份的组分制成：粗集料100份，沥青15份，矿粉15份；其中，沥青的技术参数与实施例1相同；粗集料由4.75-9.5mm的辉绿岩粗集料64份和9.5-13.2mm的辉绿岩粗集料36份组成，矿粉为粒径在0.075mm以下的石灰岩矿粉。
47.本实施例的新型浇筑式沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
48.1)根据沥青旋转黏度试验确定上述沥青的黏温曲线，进而确定混合料的拌合温度tm为200℃；
49.2)分别将上述沥青、粗集料和矿粉加入烘箱中分段加热3h，控制前2h的加热温度为180℃，最后1h的加热温度为200℃；
50.3)加热后按重量份将粗集料置于搅拌机中，拌合90s，使粗集料混合均匀；随后按重量份加入沥青，拌合90s；暂停拌合，再按重量份加入矿粉，继续拌合90s，至拌合均匀；在整个拌合过程中，控制搅拌机的温度保持在220℃；
51.4)将上述拌合好的沥青混合料装入车辙板模板中，处理车辙板的表面混合料使表面平整，随后放入浇筑式振动仪中振捣90s，直至胶浆填满骨架中的空隙，即制得新型浇筑式沥青混合料，空隙率为0.449％。
52.对照例1
53.除采用sbs改性沥青替换实施例1的沥青之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的sbs改性沥青的技术参数为：60℃的动力粘度为270000pa
·
s，软化点(环球法)为89.5℃，延度(5℃)为35.8mm，针入度(25℃，100g，5s)为5.1mm。
54.对照例2
55.除采用改性沥青替换实施例1的沥青之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的改性沥青的技术参数为：60℃的动力粘度为360000pa
·
s，软化点(环球法)为89.5℃，延度(5℃)为36.5mm，针入度(25℃，100g，5s)为5.1mm。
56.对照例3
57.除采用普通沥青替换实施例1的沥青之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的普通沥青的技术参数为：60℃的动力粘度为236.8pa
·
s，软化点(环球法)为48℃，针入度(25℃，100g，5s)为6.8mm。
58.对照例4
59.除采用粉煤灰替换实施例1的矿粉之外，其余与实施例1基本相同。
60.对照例5
61.除粗集料组成不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的粗集料组成为：粒径13.2-16mm的集料29.33份，粒径为9.5-13.2mm的集料19.69份，粒径4.75-9.5mm的集料20.94份和粒径为2.36-4.75mm的集料30.04份。
62.对照例6
63.除粗集料组成不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的粗集料组成为：粒径为9.5-13.2mm的集料16.8份，粒径4.75-9.5mm的集料28.3份，粒径为2.36-4.75mm的集料20.9份，粒径为1.18-2.36的集料15.1份，粒径为0.6-1.18的集料10.8份和粒径为0.3-0.6的集料8.2份。
64.对照例7
65.除粗集料组成不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的粗集料组成为：粒径为9.5-13.2mm的集料20.8份，粒径4.75-9.5mm的集料34.9份，粒径为2.36-4.75mm的集料25.7份和粒径为1.18-2.36的集料18.6份。
66.对照例8
67.除粗集料组成不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的粗集料组成为：粒径为9.5-13.2mm的集料100份。
68.对照例9
69.除步骤2)不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例步骤2)如下：分别将上述沥青、粗集料和矿粉加入烘箱中加热4h，控制加热温度为200℃。
70.试验例1高温稳定性试验
71.根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(jtg e20—2011)，采用车辙试验评价各实施例和对照例的浇筑式沥青混合料的高温稳定性。实验温度为60℃，试轮压强为0.75mpa，试轮在同一轨迹线上匀速进行往返运动，试验步骤均按照规范要求。试验结果如表1所示。
72.表1车辙试验结果
[0073][0074]
表1中，
“‑”
表示未检测。
[0075]
由表1可见，采用本发明的新型浇筑式沥青混合料设计的试件动稳定度均大于3000次/mm，满足路面结构层材料的高温稳定性能，且远优于普通浇筑式沥青混合料的300-800次/mm。
[0076]
试验例2低温抗裂性试验
[0077]
根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(jtg e20—2011)，采用小梁低温弯曲试验评价各实施例和对照例的浇筑式沥青混合料的低温抗裂性。试验温度为-10℃，保温时间为3h，加载速率为50mm/min。试验结果如表2所示。
[0078]
表2小梁低温弯曲试验结果
[0079] 破坏时抗弯拉强度(mpa)破坏时最大弯拉应变(με)实施例113.544228实施例214.434132实施例312.874467对照例1-3519对照例2-2950对照例3-3165对照例4-3609对照例5-2784
对照例6-2118对照例7-2655对照例8-1836对照例9-4015
[0080]
表2中：
“‑”
表示未检测。
[0081]
由表2可见，本发明的新型浇筑式沥青混合料的最大弯拉应变可达4000με以上，相比普通沥青混合料，低温弯曲性能更加优异。
[0082]
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，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。

技术特征：
1.一种新型浇筑式沥青混合料，其特征在于，主要由如下重量份的原料制成：粗集料90-110份，沥青10-25份，矿粉10-25份；其中，粗集料的粒径为4.75-13.2mm，沥青在60℃的动力粘度大于400000pa
·
s，矿粉的粒径为0.075mm以下。2.根据权利要求1所述的新型浇筑式沥青混合料，其特征在于，粗集料按重量份包括：4.75-9.5mm第一粗集料60-70份和9.5-13.2mm第二粗集料30-40份。3.根据权利要求1或2所述的新型浇筑式沥青混合料，其特征在于，粗集料为辉绿岩粗集料。4.根据权利要求1所述的新型浇筑式沥青混合料，其特征在于，矿粉为石灰岩矿粉。5.权利要求1-4任一所述的新型浇筑式沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下顺序进行的步骤：s1：根据沥青的黏温曲线确定混合料的拌合温度t
m
℃；s2：分别对沥青、粗集料和矿粉进行两段加热；s3：按重量份将加热后的粗集料置于搅拌机中进行第一次拌合，随后加入沥青进行第二次拌合，再加入矿粉进行第三次拌合；s4：将拌合后的混合料装入模板中，随后置于振动仪中进行振捣，制得新型浇筑式沥青混合料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，控制第一段加热温度比拌合温度t
m
℃低15-25℃，第一段加热时间为2-3h；第二段加热温度为拌合温度t
m
℃，第二段加热时间为40-80min。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，控制各次拌合时的温度比拌合温度t
m
℃高15-25℃；控制各次拌合的时间为80-100s。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，控制振捣时间为90-120s。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，新型浇筑式沥青混合料的空隙率小于1％。10.权利要求1-4任一所述的新型浇筑式沥青混合料或按照权利要求5-9任一所述制备方法制得的新型浇筑式沥青混合料在路面病害处治或路面结构层铺筑中的应用。

技术总结
本发明提供了一种新型浇筑式沥青混合料(Ultra-high Performance Casting Asphalt，UHCA)及其制备方法和应用。本发明的新型浇筑式沥青混合料主要由如下重量份的原料制成：粗集料90-110份，沥青10-25份，矿粉10-25份；其中，粗集料的粒径为4.75-13.2mm，沥青在60℃的动力粘度大于400000Pa


技术研发人员：吴旷怀 郑钰祺 聂桂海 黄文柯 蔡旭 黄建栋 吴传海
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/5