一种复合改性乳化沥青超薄磨耗层及其施工方法与流程

1.本发明涉及路面养护，具体涉及一种复合改性乳化沥青超薄磨耗层施工工艺。


背景技术：

2.目前国内高速公路建设里程突破500万公里，每年约有50～80万公里路面养护工程，其养护市场庞大，与此同时各种养护方案也就应运而生，其中微表处工艺具备养护工序简易方便、施工高效、成本较低、施工期间不影响公众出行等优点，在路面预防养护工程中被大家广泛使用。
3.然而微表处工艺在实施过程中由于材料、环境、方法等存在一定的缺陷，导致最终施工质量参差不齐很难达到预期效果。具体问题如下：
4.1、传统的改性乳化沥青其有效改性剂含量普遍低于传统热拌热铺的改性沥青，其养生后的力学性能很难达到预期效果，易导致路表功能快速衰减。
5.2、环境温度过低时，乳化沥青破乳缓慢，从而导致表面的粗粒未被乳化沥青粘牢，无法形成有效强度，开放交通后经车轮摩擦易造成脱粒。
6.3、微表处在抗滑及行车噪音方面，由于受材料及配合比设计的限制，还存在很大的局限性。
7.4、由于微表处施工养生成型后就开放交通，未进行胶轮揉搓碾压，导致路表接缝、刮痕、粗细集料分布不均现象很难消除，且未经胶轮揉搓后的混合料抗水损及飞散能力相对较弱，易造成后期脱皮、坑槽等病害发生。
8.由于上述存在的诸多问题，在一定程度上影响了该项技术的大面积推广及运用。


技术实现要素：

9.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种常温下施工，加铺厚度薄，且具有较佳性能的路面养护工艺。
10.为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
11.一种复合改性乳化沥青超薄磨耗层，该磨耗层的厚度为5～10mm，包括以下原料：矿料、水泥、乳化沥青和水；矿料满足以下级配要求：通过9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm方孔筛的质量百分率分别为100％、80％～93％、17％～30％、8％～20％、6％～14％、5％～11％、4％～9％、3％～7％；水泥的用量为矿料质量的1.5％，乳化沥青的用量为矿料质量的9.3％-11.7％，外掺水的用量为矿量质量的2％-3％；其中，乳化沥青采用复合改性乳化沥青，采用以下质量百分配比的原料制备而成：基质沥青86.9％，复合改性剂10％，分散剂3％，稳定剂0.1％；基质沥青采用70#国标沥青；复合改性剂采用以下质量配比的原料：线型sbs 8份、星型sbs 1份以及脱硫胶粒1份；分散剂采用减三线石蜡油与芳烃油复合组成，其中芳烃油质量占比为65％；稳定剂采用以下质量配比的原料：硫磺粉60％，硅藻土5％，氧化锌3％，硫化促进剂2％，防沉降助剂2％，高沸点芳烃28％。
12.进一步的，矿料包括粗集料、细集料和填料，粗集料采用玄武岩或辉绿岩，细集料采用石屑或机制砂，填料采用石灰岩磨细的矿粉。
13.进一步的，上述复合改性乳化沥青采用以下方法制备：
14.(1)将基质沥青加热到流动状态，称取869kg投入自动控温反应釜中；
15.(2)开启反应釜搅拌并加热，在基质沥青温度达到155℃时缓慢投入线型sbs 80kg进行搅拌，搅拌速度控制为300r/min，同时持续升温；温度达到170℃时投入星型sbs 10kg，控温搅拌25min，搅拌速度控制为350r/min，同时投放分散剂30kg；继续升温至185℃，提高搅拌速度至500r/min，缓慢投放脱硫胶粒10kg，保持恒温恒速搅拌30min；
16.(3)将完成步骤2的混合液泵入胶体磨进行研磨，至混合液颗粒度大小及均匀性符合要求，将混合液重新送入反应釜；
17.(4)开启反应釜搅拌，转速控制为200r/min，同时控温185℃
±
3℃，搅拌10min后投入稳定剂1kg，保持搅拌速度及温度，持续搅拌2h；
18.(5)将步骤4所得混合物按照与皂液质量比例62:38进行称量备用；所述皂液温度70℃，采用阳离子乳化剂与水以质量比例3:97制备，皂液ph值为1.5；
19.(6)开启复合乳化一体机，磨头转速控制3000r/min，向开口反应釜缓慢投入步骤5的皂液，开启循环系统，待磨体温度上升至70℃时，缓慢向反应釜中投入步骤4所得混合物，并在投入时将步骤4混合物温度控制为180℃；
20.(7)当步骤6中回流口回流液体全部变为均匀褐黑色液体时，缓慢降低磨头转速至停止，时间不超过10s，开启反应釜内置循环，同时开启内置降温水循环，将褐黑色液体降温至50℃左右，将反应釜内降温后的混合液快速放入容器中存放备用，即得所述复合改性乳化沥青。
21.本发明还提供了该复合改性乳化沥青超薄磨耗层的施工方法，包括以下步骤：
22.(1)将原路面标线及杂物清扫干净；
23.(2)按比例将复合改性乳化沥青超薄磨耗层的原料，在常温状态下拌和摊铺到原路面，等待摊铺料形成初期强度后，通过胶轮压路机喷雾碾压，即形成该磨耗层。
24.其中，在将原料拌和后摊铺到原路面前，先对路面喷洒快裂型改性乳化沥青粘层油。
25.本发明相比现有技术具有以下优点：
26.⑴
具有耐久性好、抗滑、低噪音、美观等优益的综合性，且造价较低。
27.⑵
工艺加铺厚度薄，对路面标高、护栏高度、桥隧净空、沿线排水设施等影响小；
28.⑶
施工速度快，对交通通行影响小；
29.⑷
冷拌冷铺，无需加热，绿色低碳；
30.⑸
气温0度以上都可施工，比热拌混合料有更长的可施工时间。
附图说明
31.图1为不同沥青用量对混合料的1h湿轮磨耗值及砂粘附量的关系曲线图；
32.图2为本发明复合改性乳化沥青超薄磨耗层施工流程图；
33.图3为南京机场高速路面采用本发明方法进行施工的现场图；
34.图4为连霍高速北半幅仁存沟桥面采用本发明方法进行施工的现场图；
35.图5为g310砀山段采用本发明方法进行施工的现场图；
36.图6为复合改性乳化沥青冷拌混合料可拌和时间检测结果；
37.图7为复合改性乳化沥青冷拌混合料湿轮磨耗检测结果。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
39.实施例1
40.复合改性乳化沥青的制备
41.复合改性乳化沥青是超薄磨耗层技术的关键，是在sbs改性沥青基础上，添加复合组分后再乳化而成，乳液蒸发残留物的性能指标远高于普通bcr改性乳化沥青技术标准，沥青的抗高温性能、抗低温性能、粘结性能、抗开裂及疲劳性能均较普通bcr改性乳化沥青有大大的提高。具体技术指标应符合表1-1中的规定。
42.表1-1复合改性乳化沥青技术指标
[0043][0044]
根据以上技术指标，本发明确定了具体的复合改性乳化沥青：阳离子慢裂快凝，并采用以下质量百分配比的原料制备而成：基质沥青86.9％，复合改性剂10％，分散剂3％，稳定剂0.1％，其中基质沥青采用70#国标沥青，占比86.9％，复合改性剂采用线型sbs改性剂占比8％(复合改性剂10％量算)加星型sbs改性剂1％以及脱硫胶粒1％，分散剂采用减三线石蜡油与芳烃油复合组成(其中，芳烃油占比65％)，稳定剂采用常规改性沥青稳定剂，其主要成分硫磺粉60％，硅藻土5％，氧化锌3％，硫化促进剂2％，防沉降助剂2％，高沸点芳烃28％。
[0045]
本发明复合改性乳化沥青采用以下方法制备：
[0046]
1.基质沥青常规加热到流动状态(140℃)，称取869kg投入自动控温反应釜中。
[0047]
2.开启反应釜搅拌并加热，在基质沥青温度达到155℃时缓慢投入线型改性剂80kg进行搅拌同时控制升温速度，根据样品数量控制搅拌时长，本次制样采用搅拌25min(搅拌速度控制300r/min)；温度达到170℃时投入星型改性剂10kg，控温搅拌25min(搅拌速度控制350r/min)同时投放分散剂30kg；继续升温至185℃，提高搅拌速度至500r/min，缓慢投放脱硫胶粒10kg，保持恒温恒速搅拌30min。
[0048]
3.将完成步骤2的混合液泵入胶体磨进行研磨(胶体磨转速控制3500r/min)，此过程根据制作量不同而设定不同的流量控制，本次制作流量控制为20m3/h，取少许混合液在荧光显微镜下进行颗粒度大小及均匀性观测，符合要求时(颗粒度大小＜5μm)将混合液泵送回反应釜中。
[0049]
4.开启反应釜搅拌(转速控制200r/min)同时控温185℃
±
3℃，搅拌10min后投入稳定剂1kg，保持搅拌速度及温度，持续搅拌2h。
[0050]
5.将步骤4所得混合物按照与皂液比例62:38进行称量备用(皂液温度70℃，以阳离子乳化剂与水采用质量比3:97制备，皂液ph值：1.5)。
[0051]
6.开启复合乳化一体机，磨头转速控制3000r/min，向开口反应釜缓慢投入满足步骤5的皂液，开启循环系统，待磨体温度上升至70℃时，缓慢向反应釜中投入步骤4所得混合物(步骤4混合物温度控制180℃)。
[0052]
7.观察循环状态，可适当提高乳化剂转速，待回流口回流液体全部变为均匀褐黑色液体时，缓慢降低胶体磨转速至停止，时间不宜超过10s，开启反应釜内置循环，同时开启内置降温水循环，将褐黑色液体降温至50℃左右，将反应釜内降温后的混合液快速放入塑料桶或者壶内备用。
[0053]
8.步骤7所得物质即为复合改性乳化沥青。
[0054]
本发明采用的复合改性乳化沥青中改性剂含量明显高于微表处工艺中有效改性剂的用量，并采用多种复合材料进行改性后再次进行乳化，能有效提升乳化沥青蒸发残留物高低温性能，且确保冷拌混合料能达到热拌热铺沥青混合料的性能。同时采用油性剂(采用减三线石蜡油与芳烃油复合组成(芳烃油占比65％))及活化剂的辅助(硫化促进剂2％及高沸点芳烃28％)(活化剂可降低水基的冰点，通过与矿料作用，促进水分析出)，在低温段施工时，破乳速度不受外界气温影响，有效解决传统乳化沥青因低温施工存在的质量问题。
[0055]
实施例2
[0056]
复合改性乳化沥青超薄磨耗层施工工艺，如图2所示。
[0057]
1、确定原材料
[0058]
本发明针对传统微表处存在的材料及配合比设计等缺陷，结合超薄磨耗层工艺特点和技术需求针对性地进行混合料配合比设计，通过对级配范围的优化、改进及配合比设计参数、要求、方法的调整完善，确保冷拌混合料性能达到热拌料的效果，同时提高了路表抗滑及大大降低路表行车噪音。具体如下：
[0059]
⑴
设计标准
[0060]
复合改性乳化沥青超薄磨耗层混合料的级配范围应符合表2-1中的规定。
[0061]
表2-1复合改性乳化沥青超薄磨耗层矿料级配范围
[0062][0063]
复合改性乳化沥青超薄磨耗层混合料技术要求应符合表2-2中的规定。
[0064]
表2-2复合改性乳化沥青超薄磨耗层混合料技术指标
[0065][0066]
⑵
设计方法及步骤
[0067]
①
选定符合要求的复合改性乳化沥青、粗集料、细集料和填料。
[0068]
粗集料宜选用较高硬度与耐磨性能的玄武岩或辉绿岩；粗集料应均匀、洁净、干燥；其技术指标应符合表2-3中的规定。
[0069]
表2-3粗集料技术指标
[0070][0071]
注：试验方法按现行《公路工程集料试验规程》(jtg e42)规定的方法进行。坚固性试验可根据需要进行。对3-5规格的粗集料，针片状颗粒含量可不予要求，＜0.075mm含量可放宽到3％。
[0072]
细集料可采用石屑或机制砂，不应采用天然砂；细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，其技术指标应符合表2-4中的规定。
[0073]
表2-4细集料技术指标
[0074][0075]
填料应采用石灰岩磨细的矿粉、水泥、消石灰等，不得采用回收粉或粉煤灰，填料应干燥、洁净、无杂质，其技术指标应符合表2-5中的规定。
[0076]
表2-5填料技术指标
[0077][0078][0079]
②
确定矿料配合比，根据选定的混合料矿料级配范围(曲线)及各原材料矿料实际粒径级配，计算出各种矿料用量百分比，使初配的矿料级配能满足设计要求的级配范围。
[0080]
③
根据以往的经验初选改性乳化沥青(采用实施例1中制备获得的复合改性乳化沥青)、填料、水，进行拌和试验和粘聚力试验。可拌和时间的试验温度应考虑最高施工温度，粘聚力试验的温度应考虑施工中可能遇到的最低温度。应根据试验结果选择1-3个合理的混合料初试配合比。
[0081]
④
根据所选择的混合料初试配合比，以初试沥青用量为中值，按一定间隔(一般为0.3％)取5个沥青用量分别制备试样进行试验，并分别将不同沥青用量的1h湿轮磨耗值及砂粘附量绘制成关系曲线图(如图1所示)，以1h湿轮磨耗值接近表2-2中要求上限的沥青用量作为最小沥青用量pbmin，砂粘附量接近表2-2中要求上限的沥青用量为最大沥青用量pbmax，得出沥青用量的可选择范围pbmin～pbmax。
[0082]
⑤
在pbmin～pbmax范围内结合实际拌合情况、施工工况及相关工程经验，选取一个适宜的沥青用量为中值(通常为图1中关系曲线交叉点对应的沥青用量)，再按一定间隔
(一般为0.3％)取3个或3个以上不同的沥青用量分别进行冷拌料6d湿轮磨耗指标、马歇尔稳定度、空隙率、肯特堡飞散损失试验，并绘制试验曲线图，以6d湿轮磨耗指标最小值、稳定度最大值、空隙率中值、肯特堡飞散损失最小值中的沥青用量a1、a2、a3、a4取平均值作为pb1；以图1中关系曲线交叉点对应的沥青用量作为pb2；最终取pb1及pb2的中值作为最佳沥青用量pb。
[0083]
(3)结论
[0084]
本发明采用的复合改性乳化沥青超薄磨耗层采用的混合料中各成分的用量为：水泥的用量为矿料质量的1.5％，改性乳化沥青的用量为矿料质量的9.3％-11.7％(最佳用量为10.55％)，水的用量为矿量质量的2％-3％。
[0085]
2、将原路面标线及杂物清扫干净，然后采用微表处施工车，将上述步骤中确定的混合料各组分按设计比例，在常温拌和下摊铺到原路面，并于摊铺前先喷洒快裂型改性乳化沥青粘层油，喷洒量为0.4-0.6l/m2。
[0086]
3、摊铺完成后、养生30min，待表面乳化剂破乳后可以进行胶轮碾压。胶轮不低于30t，且每个轮胎压力不小于15kn。胶轮压路机应慢压，速度宜控制在4～6km/h，碾压4～6遍，确保铺面碾压平顺、粗细集料嵌挤牢固、内部孔隙水分被排除，结构强度快速形成。为避免粘轮，胶轮应喷雾状水，严禁喷隔离剂和喷水量过大。
[0087]
实施例3
[0088]
施工效果验收
[0089]
分别于淮安洪泽湖大桥、南京机场高速路面、连霍高速北半幅仁存沟桥面和g310砀山段采用本发明复合改性乳化沥青超薄磨耗层施工，如图3-5所示。
[0090]
(1)室内检测
[0091]
对各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料进行室内筛分试验，从表3-1可以看出，混合料筛分各种筛孔通过率均满足要求。
[0092]
表3-1复合改性乳化沥青冷拌矿料级配检测结果
[0093][0094]
根据设计级配，拌制沥青混合料，各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料可拌和时间均在120～130s，满足不小于120s技术要求，如图6所示。
[0095]
根据设计级配，拌制沥青混合料，各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料湿轮磨耗试验结果如图7所示，从图中可以看出，湿轮磨耗值均满足技术要求。
[0096]
根据设计级配，拌制沥青混合料，各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料马歇尔稳定度、空隙率试验结果如表3-2所示。从表中可以看出，马歇尔稳定度、空隙率均满足技术要求。
[0097]
表3-2复合改性乳化沥青冷拌混合料体积指标检测结果
[0098][0099]
根据设计级配，拌制沥青混合料，各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料低温性能试验结果如表3-3所示。从表中可以看出，低温弯曲破坏应变满足技术要求。
[0100]
表3-3复合改性乳化沥青冷拌混合料低温性能检测结果
[0101][0102]
根据设计级配，拌制沥青混合料，各项目复合改性乳化沥青冷拌混合料肯特堡飞散试验结果如表3-4所示。从表中可以看出，肯特堡飞散损失满足技术要求。
[0103]
表3-4复合改性乳化沥青冷拌混合料肯特堡飞散试验检测结果
[0104][0105]
(2)现场检测
[0106]
对路面渗水系数、构造深度、摆值进行性能检测，检测结果如表3-5所示。
[0107]
表3-5复合改性乳化沥青冷拌混合料现场检测结果
[0108]

技术特征：
1.一种复合改性乳化沥青超薄磨耗层，其特征在于，所述磨耗层的厚度为5～10mm，包括以下原料：矿料、水泥、乳化沥青和水；所述矿料满足以下级配要求：通过9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm方孔筛的质量百分率分别为100％、80％～93％、17％～30％、8％～20％、6％～14％、5％～11％、4％～9％、3％～7％；所述水泥的用量为矿料质量的1.5％，乳化沥青的用量为矿料质量的9.3％-11.7％，外掺水的用量为矿量质量的2％-3％；所述乳化沥青采用复合改性乳化沥青，采用以下质量百分配比的原料制备而成：基质沥青86.9％，复合改性剂10％，分散剂3％，稳定剂0.1％；所述基质沥青采用70#国标沥青；复合改性剂采用以下质量配比的原料：线型sbs8份、星型sbs1份以及脱硫胶粒1份；分散剂采用减三线石蜡油与芳烃油复合组成，其中芳烃油质量占比为65％；稳定剂采用以下质量配比的原料：硫磺粉60％，硅藻土5％，氧化锌3％，硫化促进剂2％，防沉降助剂2％，高沸点芳烃28％。2.根据权利要求1所述的复合改性乳化沥青超薄磨耗层，其特征在于，所述矿料包括粗集料、细集料和填料，粗集料采用玄武岩或辉绿岩，细集料采用石屑或机制砂，填料采用石灰岩磨细的矿粉。3.根据权利要求1所述的复合改性乳化沥青超薄磨耗层，其特征在于，所述复合改性乳化沥青采用以下方法制备：(1)将基质沥青加热到流动状态，称取869kg投入自动控温反应釜中；(2)开启反应釜搅拌并加热，在基质沥青温度达到155℃时缓慢投入线型sbs80kg进行搅拌，搅拌速度控制为300r/min，同时持续升温；温度达到170℃时投入星型sbs10kg，控温搅拌25min，搅拌速度控制为350r/min，同时投放分散剂30kg；继续升温至185℃，提高搅拌速度至500r/min，缓慢投放脱硫胶粒10kg，保持恒温恒速搅拌30min；(3)将完成步骤2的混合液泵入胶体磨进行研磨，至混合液颗粒度大小及均匀性符合要求，将混合液重新送入反应釜；(4)开启反应釜搅拌，转速控制为200r/min，同时控温185℃
±
3℃，搅拌10min后投入稳定剂1kg，保持搅拌速度及温度，持续搅拌2h；(5)将步骤4所得混合物按照与皂液质量比例62:38进行称量备用；所述皂液温度70℃，采用阳离子乳化剂与水以质量比例3:97制备，皂液ph值为1.5；(6)开启复合乳化一体机，磨头转速控制3000r/min，向开口反应釜缓慢投入步骤5的皂液，开启循环系统，待磨体温度上升至70℃时，缓慢向反应釜中投入步骤4所得混合物，并在投入时将步骤4混合物温度控制为180℃；(7)当步骤6中回流口回流液体全部变为均匀褐黑色液体时，缓慢降低磨头转速至停止，时间不超过10s，开启反应釜内置循环，同时开启内置降温水循环，将褐黑色液体降温至50℃左右，将反应釜内降温后的混合液快速放入容器中存放备用，即得所述复合改性乳化沥青。4.权利要求1至3任一所述复合改性乳化沥青超薄磨耗层的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原路面标线及杂物清扫干净；(2)按比例将复合改性乳化沥青超薄磨耗层的原料，在常温状态下拌和摊铺到原路面，等待摊铺料形成初期强度后，通过胶轮压路机喷雾碾压，即形成该磨耗层。
5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，在将原料拌和后摊铺到原路面前，先对路面喷洒快裂型改性乳化沥青粘层油。

技术总结
本发明公开了一种复合改性乳化沥青超薄磨耗层，该磨耗层的厚度为5～10mm，包括以下原料：矿料、水泥、乳化沥青和水；矿料满足以下级配要求：通过9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm方孔筛的质量百分率分别为100％、80％～93％、17％～30％、8％～20％、6％～14％、5％～11％、4％～9％、3％～7％；水泥的用量为矿料质量的1.5％，乳化沥青的用量为矿料质量的9.3％-11.7％，外掺水的用量为矿量质量的2％-3％。本发明超薄磨耗层能在常温下施工，加铺厚度薄，且具有较佳性能。且具有较佳性能。且具有较佳性能。


技术研发人员：白琦峰 陈敏 池静 贺健飞 吴献
受保护的技术使用者：南京润程交通科学研究院有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/12