一種抗冰凍瀝青混合料及其制備和施工方法

一種抗冰凍瀝青混合料及其制備和施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種抗冰凍瀝青混合料及其制備和施工方法，屬于工程【技術領域】。本發明通過在瀝青混合料中加入Mafilon解決了瀝青路面冬季結冰問題，可以降低路面結冰的冰點來緩解冬季路面的冰凍。其制備工藝較簡便，在保證瀝青混合料的使用性能的同時，達到緩解路面冰凍的效果。本發明能使路面的凍結溫度降低到-3～-5℃左右；在降雪量很大的地方，比一般的路面容易除雪，節省大量的人力、物力、財力；混合料里含有緩解凍結成分，對意外的冰凍具有防止效果；可以提高路面的冬天行車安全性，減少交通事故的發生；和通常的撒鹽等除冰方式相比，幾乎對環境沒有什么危害，是一種保護生態的鋪裝，減少對環境的污染；降低冬期路面管理養護成本，具有較好的經濟性。
【專利說明】一種抗冰凍瀝青混合料及其制備和施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抗冰凍浙青混合料及其制備和施工方法,尤其涉及Mafilon抗冰凍浙青混合料制備和及其施工方法，屬于工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，浙青路面是我國高速公路的主要路面型式，已在機場跑道、橋面鋪裝、高速公路、城市道路等主要道路中得到廣泛應用，且在建各種路面工程中絕大部分也是采用浙青路面。但是我國大部分地區在冬季都存在冰凍現象，給道路暢通及行駛安全帶來嚴重影響的問題也日益突出。冬季道路積雪結冰會使機場封閉停運，高速公路限行中斷，甚至造成嚴重的交通事故，給人民生命財產安全和社會經濟造成巨大的損失。我國南北地域跨度大，東北、西北和華北地區冬季氣候環境惡劣，時常出現道路積雪結冰影響交通運輸的情況。而南方地區冬季雨雪也較多，路面容易結冰，加之南方地區司機和北方地區司機駕駛習慣不同，在冰凍路面上沒有謹慎駕駛意識，一旦路面冰凍，更容易出現交通事故。
[0003]如何及時、有效地解決路面的融雪化冰，對于保持道路暢通，提高交通安全具有非常重要的意義。目前國內外除雪方式主要有人工清除法、機械清除法、撒融雪劑法和電纜加熱融雪化冰方法等。人工清除法效率低且影響交通，機械清除法設備昂貴且閑置期長。撒融雪劑法是最常見且被廣泛應用的方法，世界各國主要通過撤鹽實現融冰化雪。然而，撒鹽給混凝土路面結構和環境帶來了許多負面效應，主要表現為鋼筋鋼纖維銹蝕、路面剝離破壞和環境污染等問題。世界上不少國家因使用除雪鹽造成道路、橋梁的嚴重破壞，目前正在花費巨額費用進行修復，其經濟損失十分巨大。電纜加熱融雪化冰方法施工布設較難，而且電纜一旦出現問題，查找線路 問題和維護工程量大，費用較高。
[0004]而主動除冰雪技術則不存在這些問題，主動除冰雪技術可以采用通過改善路面材料自身性能的方式，有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性能和運輸效率，如通過在浙青混凝土中添加外加劑，降低水分的冰點達到抑制路面結冰的目的。
[0005]抗冰凍浙青混合料的使用，可以實現路面的及時、高效融冰化雪，有力地保障道路暢通及行駛安全，減少交通堵塞和交通事故，降低了因冰雪災害造成的國民經濟損失；并且幾乎對環境沒有什么危害，是一種保護生態的鋪裝，滿足綠色環保要求，實現國民經濟的可持續發展。同時，利用抗冰凍浙青混合料，可以節省大量的人力、物力、財力；降低冬期路面管理養護成本，具有較好的經濟性。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是:針對現有冬季除冰雪技術，提出一種新的抗冰凍浙青混合料及其制備和施工方法，完善主動除冰雪技術。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的，由Mafilon全部或部分替代礦粉，制備成一種抗冰凍浙青混合料，由以下重量百分比的組分構成:
Mafilon5 ~7%浙青5~6%
碎石集料90~95%
石灰巖礦粉余量；
其中，所述碎石集料分為如下四檔:0~2.36mm、2.36~4.75mm、4.75~9.5mm以及
9.5 ~16_，各檔的比例為:24.00 ~28.00%: 10.00 ~14.00%:32.00 ~36.00%:28.00 ~30.00%ο
[0008]按上述比例制備抗冰凍浙青混合料,步驟如下:
步驟一:將碎石集料加熱至200±5°C后，按比例加入石灰巖礦粉干拌5s;
步驟二:將浙青按比例添加至步驟一的混合物中繼續攪拌5s，攪拌溫度為185±5°C ;步驟三:將Mafilon按比例添加至步驟二的混合物中繼續攪拌，攪拌時間不低于40s(根據出料時肉眼觀察，必要的時候調整拌和時間使混合料能得以充分拌和。)，攪拌溫度為185±5°C,Mafi1n的混合料的出料溫度要比一般的混合料高(高出5~10°C)，得到抗冰凍浙青混合料。
[0009]步驟三中的Mafilon是一種外觀類似礦粉一樣的粉末狀物質，粒徑的密度為2.25~2.35g/cm3，粒徑0.10-0.20mm，氧化硅含量≤l%wt，氯化鈉含量≤28%wt，氯化鎂含量> 0.8%wt,氧化鈣含量> 2.5%wto其中的氧化娃、食鹽、氯化鎂、氧化鈣等成分其主要作用。
[0010]普通路面施工過程中，在浙青混凝土攤鋪完成后，為了提高密實度，通常把碾壓的過程分為三段:初壓、復壓和終壓。初壓主要起到穩定、起到初步的提高壓實度的作用，一般采用雙鋼輪壓路機；復壓是主要壓實階段，此階段復壓應在較高溫度下緊跟在初壓后進行，一般采用雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機配合碾壓，膠輪壓路機具有搓揉、擠密的效果，更有利于提高壓實度。終壓是清除缺陷和保證面層有較好平整度的最后一步，一般采用雙鋼輪壓路機。在抗冰凍路面施工過程中，如果溫度較低達不到充分壓實，Mafilon的有效成份會早期溶出，影響其功能使用壽命，所以Mafilon混合料在施工的時候要求確保一定的攤鋪溫度。并且在各碾壓過程的碾壓溫度要比普通的混合料高出5~10°C，且壓實度標準要比通常的混合料高出2%。(改性浙青的MFL混合料的施工方法基本上和基質浙青MFL混合料的施工方法相同，但由于改性浙青混合料的攤鋪和碾壓溫度都比基質浙青混合料要高，一般高出20°C左右。)此外，在所述抗冰凍浙青混合料的鋪設過程中，為了防止混合料的溫度下降和控制Mafilon的溶出，在鋼輪碾壓輪和膠輪壓路機的輪胎上盡量不要灑水，可用少量的輕油。
[0011]本發明的抗冰凍浙青混合料的制備原理主要是在混合料中加入了 Mafilon (簡稱MFL), MFL的主要成分為:氧化硅、食鹽、氯化鎂、氧化鈣等，MFL為類似礦粉一樣的粉末狀物品，密度為密度:2.25~2.35g/cm3。MFL成分里含有的主要成分能夠降低冰點達到緩解路面凍結的效果。摻入MFL的抗冰凍浙青混合料，可以實現路面的及時、高效融冰化雪，有力地保障道路暢通及行駛安全，減少交通堵塞和交通事故，降低了因冰雪災害造成的國民經濟損失；并且幾乎對環境沒有什么危害，是一種保護生態的鋪裝，滿足綠色環保要求，實現國民經濟的可持續發展。同時，利用抗冰凍浙青混合料，可以節省大量的人力、物力、財力；降低冬期路面管理養護成本，具有較好的經濟性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是各實施例的高溫性能試驗對比圖。
[0013]圖2是各實施例低溫抗裂性能試驗對比圖。
[0014]圖3是各實施例浸水馬歇爾試驗對比圖。
[0015]圖4是各實施例凍融劈裂試驗對比圖。
[0016]圖5是各實施例抗疲勞性能試驗對比圖。
[0017]【具體實施方式】
本發明中Mafilon的作用是加入浙青混合料后，通過浸透壓和毛細管現象及行駛車輛的摩擦效果使抗路面凍結材料MFL逐漸析出，降低路面的冰點來緩解冬季路面的冰凍。通過以下實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0018]實施例一
1.材料準備:
浙青，采用改性浙青，本實施例采用的為江蘇寶利浙青股份有限公司生產的SBS改性浙青。
[0019]碎石集料，又稱骨料。浙青混凝土的主要組成材料之一，主要起骨架作用和減小由于膠凝材料在凝結硬化過程中干縮濕脹所引起的體積變化，同時還作為膠凝材料的廉價填充料。有天然集料和人造集料之分，前者如碎石、卵石、浮石、天然砂等；后者如煤渣、礦渣、陶粒、膨脹珍珠巖等。本實例所采用石料為篩分碎石，按照常用的分檔要求對碎石集料進行分檔，本實施例米用的分檔為:0~2.36mm、2.36~4.75mm、4.75~9.5mm以及9.5~16mm，各檔的比例為:24.50%:13.00%:34.00%:28.50%，加入時為同時加入。
[0020]石灰巖礦粉，主要成分為碳酸鈣，要求采用石灰巖加工的石灰巖礦粉。
[0021]Mafilon為日本良園商事有限會社銷售的類似礦粉一樣的粉末狀固體。
[0022]Mafilon5%
浙青4.76%
碎石集料90.24%
2.將上述材料按以下步驟制備抗冰凍浙青混合料:
步驟一:將碎石集料加熱至200 ±5°C后，干拌5s;
步驟二:將SBS改性浙青按上述比例添加至步驟一的混合物中繼續攪拌5s，攪拌溫度為 185±5°C ;
步驟三:將Mafilon按上述比例添加至步驟二的混合物中繼續攪拌，攪拌時間為40s(根據出料時肉眼觀察，必要的時候調整拌和時間使混合料能得以充分拌和。)，攪拌溫度為185 ± 5 °C，得到抗冰凍浙青混合料。
[0023]實施例二
1.材料準備:
浙青，采用改性浙青，本實施例采用的為南通通沙浙青科技有限公司生產的SBS改性浙青。
[0024]碎石集料，按照常用的分檔要求對碎石集料進行分檔，本實施例采用的分檔為:O ~2.36mm, 2.36 ~4.75mm、4.75 ~9.5mm 以及 9.5 ~16mm，各檔的比例為:27.00%:
12.00%:32.50%:28.50%，加入時為同時加入。[0025]石灰巖礦粉，主要成分為碳酸鈣，要求采用石灰巖加工的石灰巖礦粉。
[0026]Mafilon為日本良園商事有限會社銷售的類似礦粉一樣的粉末狀固體。
[0027]Mafilon6%
浙青4.94%
碎石集料89.06%
2.將上述材料按以下步驟制備抗冰凍浙青混合料:
步驟一:將碎石集料加熱至200 ±5°C后，干拌5s;
步驟二:將SBS改性浙青按上述比例添加至步驟一的混合物中繼續攪拌5s，攪拌溫度為 185±5°C ;
步驟三:將Mafilon按上述比例添加至步驟二的混合物中繼續攪拌，攪拌時間為40s(根據出料時肉眼觀察，必要的時候調整拌和時間使混合料能得以充分拌和。)，攪拌溫度為185 ± 5 °C，得到抗冰凍浙青混合料。
[0028]實施例三
1.材料準備:
浙青，采用改性浙青，本實施例采用的為南通通沙浙青科技有限公司生產的SBS改性浙青。
[0029]碎石集料，按照常用的分檔要求對碎石集料進行分檔，本實施例采用的分檔為:
，O~2.36mm, 2.36 ~4.75mm、4.75 ~9.5mm 以及 9.5 ~16mm，各檔的比例為:27.50%:
，11.50%:32.40%:28.60%，加入時為同時加入。
[0030]石灰巖礦粉，主要成分為碳酸1丐，要求米用石灰巖加工的石灰巖礦粉。
[0031]Mafilon為日本良園商事有限會社銷售的類似礦粉一樣的粉末狀固體。
[0032]Mafilon7%
浙青4.85%
碎石集料88.15%
2.將上述材料按以下步驟制備抗冰凍浙青混合料:
步驟一:將碎石集料加熱至200 ±5°C后，干拌5s;
步驟二:將SBS改性浙青按上述比例添加至步驟一的混合物中繼續攪拌5s，攪拌溫度為 185±5°C ;
步驟三:將Mafilon按上述比例添加至步驟二的混合物中繼續攪拌，攪拌時間為40s(根據出料時肉眼觀察，必要的時候調整拌和時間使混合料能得以充分拌和。)，攪拌溫度為185 ± 5 °C，得到抗冰凍浙青混合料。
[0033]a.高溫性能分析
浙青混合料在行車荷載的重復作用下，會由于永久變形的累積而導致路表面出現車轍。車轍，是浙青路面的主要損壞現象之一。從我國浙青路面的破壞現象分析來看，在各類破壞現象中，車轍問題尤其嚴重。在其它發達國家，如美國、法國、比利時、日本等國，高速公路路面翻修或罩面的原因中，車轍占到80%以上。傳統的方法是在實驗室采用馬歇爾穩定度這一強度指標來預估浙青路面的車轍，但很多的研究結果表明，馬歇爾穩定度和路面實際使用性能相關性不好，難以建立起和路面性能指標的相關關系，而且其隨材料和級配的變化較大。車轍試驗是采用一個小型車輪在浙青混合料板塊狀試件上進行往復行走，從而使板塊試件形成轍槽，并通過測定車輪荷載作用次數與板塊試件變形的關系，得出變形速率或動穩定度，作為浙青混合料抗永久變形性能指標。該試驗方法比較直觀，對浙青路面車轍形成過程的模擬性好，操作簡單，容易為工程上所接受，為此，本發明采用車轍試驗作為抗冰凍浙青混合料高溫穩定性的評價方法。結果見圖1。
[0034]b.低溫抗裂性分析
通常認為裂縫是浙青路面的主要缺陷之一，初期產生的裂縫對行車一般無明顯的影響，但隨著表面雨水或露水的侵入，在大量行車荷載反復作用下，導致路面強度明顯降低，產生沖刷和唧泥現象，使裂縫加寬，裂縫兩側的浙青面層碎裂，開裂后的路面可能折斷成更小尺寸的板并發生龜甲狀疲勞開裂；裂縫逐年加寬，邊緣碎裂，使路面平整度明顯下降，車輛通過時將產生明顯的振動，影響浙青路面的使用性能，并加速浙青路面的破壞。采用低溫小梁彎曲試驗來研究浙青混合料的低溫性能,通過規定溫度和加載速率時混合料彎曲破壞的力學參數——破壞彎拉應變來評價浙青混合料的低溫抗裂性能，試驗溫度-10°C。結果見圖2。由低溫彎曲試驗結果可知，在低溫條件下，抗冰凍浙青混合料的破壞彎拉應變滿足規范要求，說明Mafilon的加入,能夠滿足規范浙青混合料低溫性能的要求。
[0035]c.抗水損害性能分析
水損害是浙青路面的主要病害之一。水損害是浙青路面在水或凍融循環的作用下，由于車輛動態荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環作用，水分逐漸滲入到浙青與碎石集料的界面上，使浙青粘附性降低并逐漸喪失粘結力，浙青從碎石集料表面剝離，混合料掉粒、松散，繼而形成浙青路面的坑槽、推擠變形等損壞現象。除了荷載及水分 供給條件等外在因素外，浙青混合料的抗水損害能力是決定路面水穩定性的根本因素。
[0036]本發明采用凍融劈裂試驗T0729和浸水馬歇爾試驗T0709共同評價抗冰凍浙青混合料抗水損害性能，結果見圖3和圖4.抗冰凍浙青混合料的凍融劈裂強度比和浸水馬歇爾殘留穩定度，在正常的實驗波動范圍內，說明隨著Mafilon的加入，抗冰凍浙青混合料的水穩定性和SBS改性浙青混合料仍滿足規范要求。
[0037]d.抗疲勞性能分析
浙青混凝土的疲勞性能直接影響浙青路面的使用壽命。路面使用期間，在環境溫度影響下經受車輪荷載的反復作用。其應力、應變長期處于交迭變化狀態。致使路面結構強度逐漸下降。當荷載重復作用超過一定的次數以后，路面內產生的應力就會超過路面結構強度下降后的結構抗力，使路面產生疲勞裂縫。疲勞開裂的早期現象是路面在縱向出現不間斷的裂縫，最終導致路面出現網裂、龜裂，甚至坑槽。浙青混合料疲勞破壞機理極其復雜，影響浙青混合料疲勞壽命的因素眾多，并且各因素之間相互作用。本發明通過對抗冰凍浙青混合料進行了疲勞劈裂試驗，分析抗冰凍浙青混合料的抗疲勞性能。采用UTM試驗儀進行疲勞性能試驗，單向無側壓，模具使用劈裂試驗的夾具。試驗試件采用標準馬歇爾擊實試件，單向無側壓，使用劈裂試驗的夾具，采用應力控制方式，試驗預壓力為IOkPa,預壓時間為I分鐘。施加的荷載為正弦脈沖荷載，荷載為0.7MPa ;脈沖時間0.1s,間隔0.9s，試驗溫度為20°C。由于是應力控制的疲勞試驗，在疲勞過程中，應變隨著循環加載次數的增加而不斷地增加，材料內部的損傷也在不斷地增加，在達到一定次數時，浙青混合料試件將發生斷裂，此時對應的荷載循環作用次數即為材料的疲勞壽命。結果見圖5。[0038]各實施例的主要性能指標試驗結果見表1，分析結果附后。
[0039]表1抗冰凍浙青混合料不同級配混合料的性能試驗結果
【權利要求】
1.一種抗冰凍浙青混合料，其特征在于由以下重量百分比的組分構成: Mafilon5 ~7%浙青5~6% 碎石集料90~95% 石灰巖礦粉余量。
2.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料，其特征在于:所述碎石集料分為如下四檔:O ~2.36mm、2.36 ~4.75mm、4.75 ~9.5mm 以及 9.5 ~16mm，各檔的比例為:24.00 ~28.00%:10.00 ~14.00%:32.00 ~36.00%:28.00 ~30.00%。
3.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料，其特征在于:所述的Mafilon粒徑的密度為2.25~2.35g/cm3，粒徑0.10-0.20mm，氧化硅含量≥l%wt，氯化鈉含量≥28%wt，氯化鎂含量≥0.8%wt，氧化鈣含量≥2.5%wt。
4.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:將碎石集料加熱至200±5°C后，按比例加入石灰巖礦粉干拌5s; 步驟二:將浙青按比例添加至步驟一的混合物中繼續攪拌5s，攪拌溫度為185±5°C ; 步驟三:將Mafilon按比例添加至步驟二的混合物中繼續攪拌，攪拌時間不低于40s，攪拌溫度為185±5°C，Mafi1n的混合料的出料溫度要比一般的混合料(170~180°C)高，得到抗冰凍浙青混合料。
5.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料的施工方法，其特征在于:Mafilon混合料在施工的時候要求確保一定的攤鋪溫度(不低于165°C);如果溫度較低達不到充分壓實，Mafilon的有效成份會早期溶出，影響其功能使用壽命。
6.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料的施工方法，其特征在于:各碾壓過程的碾壓溫度要比普通的混合料(不低于150°C)高出5~10°C，且壓實度標準要比通常的混合料(不小于98%)高出2%ο
7.根據權利要求1所述抗冰凍浙青混合料的施工方法，其特征在于:在所述抗冰凍浙青混合料的鋪設過程中，為了防止混合料的溫度下降和控制Mafilon的溶出，在鋼輪碾壓輪和膠輪壓路機的輪胎上不要灑水，使用少量的輕油。
【文檔編號】E01C7/26GK103771765SQ201310541533
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】王捷, 李華, 潘芳 申請人:江蘇東交工程檢測有限公司