抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010209014.X (22)申请日 2020.03.23 (71)申请人 广州大学 地址 510006 广东省广州市番禺广州大学 城外环西路230号 (72)发明人 黄文柯崔文天吴旷怀蔡旭 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限 公司 44202 代理人 颜希文 (51)Int.Cl. C04B 26/26(2006.01) (54)发明名称 一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料 及其制备方法 (57)摘要 本发明涉及一种抗车辙的排水性超薄罩面 沥青混合料及其制

2、备方法， 属于道路养护技术领 域。 本发明提供的排水性超薄罩面沥青混合料的 制备方法， 包括如下步骤： 准备集料、 沥青和填 料； 将集料划分为粗集料和细集料， 确定粗集料、 细集料、 填料和沥青的密度， 采用体积法确定粗 细集料占级配比例、 空隙率和沥青质量百分含 量； 根据粗细集料的质量比和福勒级数， 完成排 水性超薄罩面沥青混合料的级配设计， 并加入筛 网的关键筛孔； 确定排水性超薄罩面沥青混合料 的最佳沥青质量百分含量。 发明提供的制备方法 制备获得的沥青混合料空隙率较大， 粗骨料间接 触点多， 骨架空间网络结构稳定性好， 骨架间嵌 挤力强， 具有很好的排水性能和抗车辙能力。 权利要求

3、书1页 说明书7页 附图1页 CN 111423156 A 2020.07.17 CN 111423156 A 1.一种排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法， 其特征在于， 包括如下步骤： (1)准备原材料： 集料、 沥青和填料； (2)将集料划分为粗集料和细集料， 确定粗集料、 细集料、 填料和沥青的密度， 采用体积 法确定粗细集料占级配比例、 所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率和所述沥青质量百 分含量； (3)根据粗细集料的质量比和福勒级数， 完成排水性超薄罩面沥青混合料的级配设计， 并加入筛网的关键筛孔； (4)确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量， 即可获得所述的排水 性

4、超薄罩面沥青混合料。 2.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 所述集料为辉绿岩， 所示沥 青为高黏沥青， 所述填料为碱性石灰岩矿粉； 所述辉绿岩包括粒径为3-5mm、 5-10mm的碎石 和粒径为0-3mm石屑。 3.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述粗集料的毛体积密度为 2.90g/cm3， 捣实状态下的堆积密度为1.72g/cm3； 所述细集料表观相对密度为2.93g/cm3； 所 述沥青相对密度为1.023g/cm3、 所述填料的相对密度为2.864g/cm3。 4.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述排水

5、性超薄罩面沥青混 合料的空隙率为1823， 所述沥青质量百分含量为3.95.1。 5.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 所述排水性超薄罩面沥青混 合料的级配如下： 筛孔/mm13.29.586.74.752.361.180.60.30.150.075 通过率/10094.886.272.720.915.413.410.77.66.15 。 6.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 所述筛网的筛孔孔径为 13.2mm、 9.5mm、 8.0mm、 6.7mm、 4.75mm、 2.36mm、 1.18mm、 0.6mm、 0.3mm、 0.15mm

6、或0.075mm。 7.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 所述加入筛网的关键筛孔具 体操作为:在孔径为4.75mm-9.5mm筛孔之间加入孔径为6.7mm和8mm的两个关键筛孔。 8.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(4)中， 采用析漏飞散综合实验法确 定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量； 所述排水性超薄罩面沥青混合料 的最佳沥青质量百分含量4.5。 9.采用权利要求18任一所述的制备方法制备得到的排水性超薄罩面沥青混合料。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111423156 A 2 一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法 技

7、术领域 0001 本发明涉及一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法， 属于道路养 护技术领域。 背景技术 0002 随着经济的不断发展和城镇化进程的日趋加深， 交通荷载也在逐年增加， 所以人 们对公路的性能要求也越来越高。 在阴雨天气， 道路事故的发生率远大于晴天， 且连环追 尾、 水漂等恶性事故频发， 事故高发的主要原因是由于道路大量积水， 路面摩擦系数明显降 低， 刹车距离大幅延长。 因此， 采用结构空隙率大， 路面排水效果明显的排水性超薄罩面作 为沥青路面的上面层是合理的。 0003 排水性超薄罩面沥青混合料由于自身存在较大连通空隙， 易受到水的损害产生剥 落、 松散等破坏，

8、又因为其位于路面结构最上层， 在夏季时直接与强烈阳光接触后， 温度迅 速增加， 混合料的模量和抗剪强度迅速降低。 如果排水性超薄罩面沥青混合料的抗车辙能 力不足， 在行车荷载的反复作用下路面就容易产生诸如波浪、 推移、 车辙等病害， 影响行驶 舒适性和路面的抗滑性能， 对行车安全性造成威胁。 如果超薄罩面沥青混合料的抗车辙能 力较好， 则可以承担行车荷载的作用， 有效减少下面层沥青混合料出现的车辙等病害， 而且 由于超薄罩面沥青混合料具有良好的平整度和抗滑性能， 路面的行车舒适性和安全性得到 提高。 0004 因此， 针对排水性超薄罩面沥青混合料抗车辙能力的提高进行深入研究具有重要 的现实意义

9、。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青 混合料的制备方法。 0006 为实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 一种排水性超薄罩面沥青混合料的 制备方法， 包括如下步骤： 0007 (1)准备原材料： 集料、 沥青和填料； 0008 (2)将集料划分为粗集料和细集料， 确定粗集料、 细集料、 填料和沥青的密度， 采用 体积法确定粗细集料占级配比例、 所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率和所述沥青质 量百分含量； 0009 (3)根据粗细集料的质量比例和福勒级数， 完成排水性超薄罩面沥青混合料的级 配设计， 并加入筛网的关键筛孔； 00

10、10 (4)确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量， 即可获得所述的 排水性超薄罩面沥青混合料。 0011 本发明提供的所述制备方法， 采用体积法进行沥青混合料的优化级配设计， 能够 提高粗集料间的嵌挤力和骨架空间网络结构的稳定性， 制备的的排水性超薄罩面沥青混合 说明书 1/7 页 3 CN 111423156 A 3 料具有较强的抵抗永久变形的能力。 0012 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(1)中， 所述集料为辉绿岩， 所示 沥青为高黏沥青(壳牌沥青有限公司提供)， 所述填料为碱性石灰岩矿粉(清除矿粉中杂 质)； 所述辉绿岩包括粒径为3-5mm、 5-10mm的

11、碎石和粒径为0-3mm石屑。 0013 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(2)中， 所述粗集料的毛体积密度 为2.90g/cm3， 捣实状态下的堆积密度为1.72g/cm3； 所述细集料表观相对密度为2.93g/cm3； 所述沥青相对密度为1.023g/cm3、 所述填料的相对密度为2.864g/cm3。 0014 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(2)中， 所述排水性超薄罩面沥青 混合料的空隙率18-23， 所述沥青质量百分含量为3.95.1。 0015 粗细集料的划分根据规范(JTG E42-2005 公路工程集料试验规程 )做出划分， 粒 径2.36mm的集料为粗

12、集料， 小于2.36mm的集料为细集料。 粗细集料的占级配比例根据所 选择的级配不同而变化， 当满足所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率为18-23， 所 述沥青质量百分含量3.9-5.1， 即可得到所述粗细集料的占级配比例。 0016 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(2)中， 所述采用体积法确定粗细 集料比例， 具体通过式和式获得粗细集料的质量百分含量： 0017 qc+qf+qp100； 0018 0019 VCADRC(1- / b)100 0020 其中， qc、 qf、 qp、 qa分别是粗集料、 细集料、 矿粉以及沥青的质量百分含量， VCADRC是 粗集料孔隙率()

13、， 根据式获得VCADRC， Vv是设计空隙率()， 是粗集料捣实状态下的堆 积密度(g/cm3)； b是粗集料合成毛体积密度； af是细集料的表观相对密度(g/cm3)； a是沥 青相对密度(g/cm3)； f是矿粉的相对密度(g/cm3)。 0021 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(3)中， 福勒级数设计具体如下 式： 0022 0023 其中， P是筛孔尺寸d的集料通过百分率()； d是筛孔尺寸(mm)； D是集料的最大粒 径(mm)； n是指数， 0.3n0.5。 0024 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(3)中， 所述排水性超薄罩面沥青 混合料的级配如下：

14、 0025 筛孔/mm13.29.586.74.752.361.180.60.30.150.075 通过率/10094.886.272.720.915.413.410.77.66.15 0026 。 0027 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(3)中， 所述筛网的筛孔孔径为 13.2mm、 9.5mm、 8.0mm、 6.7mm、 4.75mm、 2.36mm、 1.18mm、 0.6mm、 0.3mm、 0.15mm或0.075mm。 0028 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(3)中， 所述加入筛网的关键筛孔 具体操作为:在孔径为4.75mm-9.5mm筛孔之间加入

15、孔径为6.7mm和8mm的两个关键筛孔。 0029 作为本发明所述制备方法的优选实施方式， 步骤(4)中， 采用析漏飞散综合实验法 说明书 2/7 页 4 CN 111423156 A 4 确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量； 所述排水性超薄罩面沥青混合 料的最佳沥青质量百分含量4.5。 0030 采用高温车辙试验、 低温小梁弯曲、 浸水马歇尔试验、 冻融劈裂试验和构造深度试 验作为常规路用性能试验。 0031 本发明的另一目的是提供所述制备方法制备得到的排水性超薄罩面沥青混合料。 0032 本发明所述的排水性超薄罩面沥青混合料， 提高了沥青混合料的高温稳定性和抗 车辙能力。

16、0033 与现有技术相比， 本发明的有益效果为： 0034 (1)本发明提供的一种排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法， 其制备获得的沥 青混合料空隙率较大， 粗骨料间接触点多， 骨架空间网络结构稳定性好， 骨架间嵌挤力强， 具有很好的排水性能和抗车辙能力， 路面不易出现裂缝、 车辙、 坑槽等病害， 提高行车舒适 性和安全性； 0035 (2)采用本发明所述的制备方法制备获得的排水性超薄罩面沥青混合料， 能够有 效提高排水性超薄罩面沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力； 0036 (3)采用本发明所述的制备方法制备获得的排水性超薄罩面沥青混合料， 其高温 稳定性能、 低温抗裂性能、 抗水损害能力和

17、抗滑性能均满足规范要求， 又因为其具有较好的 排水性能和抗车辙能力， 路面不易出现裂缝、 车辙、 坑槽等病害， 将本发明所述的排水性超 薄罩面沥青混合料应用于路面， 可以提高行车舒适性和安全性。 附图说明 0037 图1为本发明提供的一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备工艺流程 图。 具体实施方式 0038 为更好地说明本发明的目的、 技术方案和优点， 下面将结合具体实施例对本发明 作进一步说明。 0039 实施例1 0040 本实施例为本发明提供的一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法， 包括如下步骤： 0041 (1)准备原材料： 集料(10mm辉绿岩碎石)、 高黏沥青(壳牌

18、沥青有限公司提供)、 碱 性石灰岩矿粉(清除矿粉中杂质)； 0042 (2)将集料划分为粗集料和细集料， 确定粗集料、 细集料、 填料和沥青的密度(粗集 料的毛体积密度为2.90g/cm3， 捣实状态下的堆积密度为1.72g/cm3； 细集料表观相对密度为 2.93g/cm3； 高黏沥青相对密度为1.023g/cm3、 碱性石灰岩矿粉的相对密度为2.864g/cm3)， 采用体积法确定粗细集料的质量比例， 具体通过式和式获得粗细集料的质量百分含 量： 0043 qc+qf+qp100； 0044 说明书 3/7 页 5 CN 111423156 A 5 0045 VCADRC(1- / b)1

19、00； 0046 其中， qc、 qf、 qp、 qa分别是粗集料、 细集料、 矿粉以及沥青的质量百分含量， VCADRC是 粗集料孔隙率()， Vv是设计空隙率()， 是粗集料捣实状态下的堆积密度(g/cm3)； b是 粗集料合成毛体积密度； af是细集料的表观相对密度(g/cm3)； a是沥青相对密度(g/cm3)； f是矿粉的相对密度(g/cm3)； 所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率和所述沥青质量百 分含量； 取矿粉的用量qp为5， 目标空隙率Vv为20， 沥青用量qa为5， 根据式和得到 粗集料质量百分含量qc为84.6， 细集料质量百分含量qf为10.4， 根据式可知VCADRC

20、是 40.7； 0047 (3)根据粗细集料的比例和福勒级数， 完成排水性超薄罩面沥青混合料的级配设 计， 并加入筛网的关键筛孔； 福勒级数设计具体如下式：其中， P是筛孔尺寸d的集 料通过百分率()； d是筛孔尺寸(mm)； D是集料的最大粒径(mm)； n是指数； P和d如下表1所 述， D10mm， n0.5； 0048 所述排水性超薄罩面沥青混合料的级配如下表1所示： 0049 表1排水性超薄罩面沥青混合料的级配 0050 筛孔/mm13.29.586.74.752.361.180.60.30.150.075 通过率/10094.886.272.720.915.413.410.77.6

21、6.15 0051 (4)确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量， 即可获得所述的 排水性超薄罩面沥青混合料； 选用析漏飞散综合试验法确定超薄罩面沥青混合料的最佳沥 青用量， 拌和5组沥青用量为3.9、 4.2、 4.5、 4.8和5.1的沥青混合料， 利用马歇尔 击实仪成型试件， 击实次数是双面25次， 将成型试件放入洛杉矶磨耗机内以33r/min的转速 转300圈， 损失的质量和试件原质量的比值作为飞散损失， 不同沥青混合料的飞散与析漏试 验结果如表2所示， 沥青混合料最佳沥青用量体积参数表如表3所示。 0052 表2沥青混合料最佳沥青用量范围表 0053 0054 当沥青用量

22、在4.4-4.6区间范围内时， 析漏损失与飞散损失的变化速率相差 较大， 又因为此时沥青混合料的析漏损失与飞散损失均满足规范要求， 所以沥青用量是 4.5是沥青混合料的最佳沥青用量。 0055 表3沥青混合料体积参数 说明书 4/7 页 6 CN 111423156 A 6 0056 0057 实验例1 0058 本实验例根据实施例1所述的抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法， 采用最佳沥青用量获得排水性超薄罩面沥青混合料， 通过车辙动稳定度试验、 低温小梁弯 曲试验、 浸水马歇尔试验、 冻融劈裂试验和构造深度试验验证排水性超薄罩面沥青混合料 的路用性能。 0059 1、 车辙动稳定度试

23、验 0060 根据沥青及沥青混合料试验规程(JTGF20-2011)T0719的要求， 在601， 0.7 0.05MPa的条件下进行三组车辙试验(三组车辙试验均为同一批次制备的沥青混合料， 为重 复性试验)， 试验结果见表4。 0061 表4车辙动稳定度试验结果 0062 0063 由表4的试验结果显示， 本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料满足规范要 求且高温稳定性能较好。 0064 2、 低温小梁弯曲试验 0065 根据沥青及沥青混合料试验规程(JTGF20-2011)T0715的要求在温度为-10、 加 载速率为50mm/min的条件下进行低温弯曲试验(以下4组试件为同一批次制备的

24、沥青混合 料， 为重复性试验)， 试验结果见表5。 0066 表5低温小梁弯曲试验结果 0067 0068 由表5的结果显示， 本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料的低温弯曲破坏 应变大于2500， 满足规范要求。 0069 3、 水稳定性试验 0070 根据设计最佳沥青用量及级配进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验沥青 说明书 5/7 页 7 CN 111423156 A 7 混合料的水稳定性能， 以下4组试件为同一批次制备的沥青混合料， 为重复性试验， 试验结 果分别见表6、 表7。 0071 表6浸水马歇尔试验结果 0072 0073 表7冻融劈裂试验结果 0074 0075 由表

25、6和7的试验结果显示， 本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料的抗水 损害能力、 低温抗裂性能满足规范要求。 0076 4、 构造深度试验 0077 采用铺沙法测定沥青混合料的表面构造深度， 以下3组试件为同一批次制备的沥 青混合料， 为重复性试验， 试验结果见表8。 0078 表8构造深度试验结果 0079 0080 通过实验例1的排水性超薄罩面沥青混合料的路用性能试验验证， 表明本方制备 说明书 6/7 页 8 CN 111423156 A 8 的抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的高温稳定性能、 低温抗裂性能、 抗水损害能力和 抗滑性能均满足规范要求， 又因为其具有较好的排水性能和抗车辙能力， 路面不易出现裂 缝、 车辙、 坑槽等病害， 将本发明所述的排水性超薄罩面沥青混合料应用于路面， 可以提高 行车舒适性和安全性。 0081 最后所应当说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保 护范围的限制， 尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明， 本领域的普通技术人员应当 理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的实质 和范围。 说明书 7/7 页 9 CN 111423156 A 9 图1 说明书附图 1/1 页 10 CN 111423156 A 10