一种高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路工程中建筑材料，特别是一种高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土。

背景技术

在公路建设不断发展的过程中，公路沥青路面养护问题越来越受到普遍关注和重视，公路网的规划和沥青路面迫切需要养护的现状标志着我国已进入公路建、养并重的时代。为了保持路面良好的服务状态，减少路面病害的发生，延缓早期病害的发展，延长路面使用寿命，降低养护成本，根据沥青路面使用性能的变化情况合理的选取养护时机和养护技术实施例路面预防性养护，对于公路自身和社会经济的可持续发展都具有重要的意义。公路建设要走可持续发展的道路，要向社会提供更安全、更舒适、更环保、更节约资源的“绿色”道路。绿色养护追求“高效、低耗、环保”，以环保优先为原则，要求做到环境保护、经济效益、社会效益的有机统一。

随着预防性养护技术在国内的不断推广，预防性养护行业急需解决预防性养护所使用的养护材料和技术的匮乏，确切的说是快速、低碳、环保、节能型的预防性养护材料和技术。另外，所使用材料性能的好坏以及施工工艺的优劣，也直接关系到道路养护资金的投入与寿命的长短。

沥青路面预防性养护技术种类较多，针对路面病害类型不同有不同的养护方法和技术。其中微表处技术作为一种提高原路面抗滑能力、抗水损害能力、延长路面寿命、美观路容的预防性养护技术，近几年得到了广泛的应用。微表处技术是在原有路面上直接摊铺乳化改性沥青稀浆混合料，微表处技术的缺陷是与原路面黏结效果较差，易脱落，噪音大，表面功能衰减快，使用寿面较短，已逐渐不被市场所接受。另外，现有技术中的超薄磨耗层技术虽然能够克服微表处技术的部分缺陷，但是由于其磨耗层采用的是热拌沥青混合料，结构层厚，所以碳排放量大、造价昂贵(人民币50-60/m

高黏冷拌冷铺精薄罩面是指将常规微表处施工的稀浆封层车进行关键部件的改装，采用类似微表处的施工拌合摊铺工艺，将交联型常温复合改性沥青及热拌薄层级配用稀浆封层车在常温下拌合摊铺到原路面上，通过适当碾压快速成型的预防性养护技术(厚度一般为5～9mm)，是一种融合超薄罩面技术与微表处技术的新型公路预养护技术。实现了热拌超薄罩面技术的冷拌冷铺施工，同时结合专用级配克服了常规微表处易脱皮、噪音大、寿命短等缺点，又规避了热拌超薄罩面对于热拌沥青混合料拌合楼及传统摊铺机队的依赖而形成的施工工艺繁杂、施工成本过高等缺点。

发明内容

本发明提供一种高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土，其包括以下组分：(a)集料、(b)高黏冷拌冷铺乳化改性沥青以及组分(c)水。

其中组分(a)集料，主要包括玄武岩石料。其中“主要包括”是指，一方面，组分(a)集料可基本上完全由玄武岩石料组成，所述“基本上完全由玄武岩石料组成”是除难以避免的掺入杂质外，组分(a)集料由玄武岩石料组成。另一方面，组分(a)集料可包含主要的玄武岩石料作为集料主体，此外可以存在少量填料或少量其他集料。在该种情况下，本领域技术人员可以理解为，集料主要由玄武岩石料组成，优选地，玄武岩石料至少占集料重量份的90％以上，以及优选地95％以上。

本发明中，各组分的比例为：组分(a)集料80％～82％重量百分比，组分(b)高黏冷拌冷铺乳化改性沥青10％～12％重量百分比，以及补足至100％重量百分比的组分(c)水。

本发明所述精薄罩面是厚度不大于1cm的罩面，优选地是厚度约为0.7cm的罩面。所述约为0.7是厚度为0.7±0.2cm的厚度，优选地为0.7±0.1cm的厚度。

组分(a)集料选用为高强度、耐磨性能优的玄武岩石料，优选集料的级配如表1所示。

表1：玄武岩石料集料的级配表

优选地，玄武岩石料的级配如表2：

其中，级配表中通过率为重量百分比。

组分(b)包括：基质沥青、高聚物改性剂、抗老化剂、合成酯类增塑剂、改性沥青稳定剂、乳化剂、乳化沥青稳定剂、水性环氧树脂。其中，基质沥青100份，抗老化剂1-3份，高聚物改性剂10-11份，合成酯类增塑剂2-3份，改性沥青稳定剂0.1-0.15份，乳化剂1.2-1.4份，乳化沥青稳定剂0.1-0.15份，水性环氧树脂2-5份。

进一步包括组分(c)水，并且，以组分(c)补齐至100％。

在更优选的实施例方式中，玄武岩80％～82％，水6～10％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青10％～12％。

所述高黏冷拌冷铺乳化改性沥青是以基质沥青、高聚物改性剂、抗老化剂、合成酯类增塑剂、改性沥青稳定剂、乳化剂、乳化沥青稳定剂、水性环氧树脂为原料制得一种沥青。

基质沥青选用鑫海基质沥青70，高聚物选用长鸿高科热塑性弹性体(苯乙烯类)型号为CH1301-1HE，抗老化剂选用糠醛抽出油，糠醛抽出油主要成分为芳香组分和不饱和组分，合成酯类增塑剂为邻苯二甲酸二己酯，邻苯二甲酸二辛脂，磷酸二苯辛脂，磷酸三辛酯中的一种或几种任意组合，改性沥青稳定剂选用片硫(片硫磺)，乳化剂选用采用购自天津康泽为型号为KZW-065的乳化剂，乳化沥青稳定剂选用购自天津康泽为型号为KZW-096的乳化沥青稳定剂，水性环氧树脂选用山东华宜型号为E446101。

本发明中沥青混凝土的60℃动力黏度不小于5000Pa·s；优选地，沥青混凝60℃动力黏度不小于10000Pa·s；更优选地，沥青混凝60℃动力黏度不小于100000Pa·s。

所述高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的制备方法为先制备改性沥青，然后将改性沥青进行乳化形成高黏冷拌冷铺乳化改性沥青，具体方法如下：

原料组分为：基质沥青100份，抗老化剂1-3份，高聚物改性剂10-11份，合成酯类增塑剂2-3份，改性沥青稳定剂0.1-0.15份，乳化剂1.2-1.4份，乳化沥青稳定剂0.1-0.15份，水性环氧树脂2-5份，水66-68份。

高黏冷拌冷铺乳化改性沥青制备方法包括以下步骤：

⑴、将基质沥青加热至190～200℃，投放高聚物改性剂、抗老化剂、合成酯类增塑剂搅拌，使高聚物改性剂充分溶胀；

⑵、将混合物以4500-5500rpm的剪切速率进行剪切0.5～1h，加入改性沥青稳定剂发育4～6h后得到高黏改性沥青；

⑶、将乳化剂和乳化沥青稳定剂用水按比例稀释，加入盐酸调节pH值，调节pH值至达到1.5-2.0，配成皂液；

⑷、调节高黏改性沥青温度至190～200℃，皂液温度调节至50～60℃；

⑸、将步骤⑶的皂液、步骤⑵的高黏改性沥青投入乳化沥青胶体磨，并经过热交换器，投入水性环氧树脂，充分搅拌制备成高黏冷拌冷铺乳化改性沥青。

高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的检测数据如表3所示。

表3：高黏冷拌冷铺乳化改性沥青与微表处、热拌超薄罩面所用沥青性能对比

本发明进一步公开了高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土的施工工艺，与微表处的施工拌合摊铺工艺类似，将高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土均匀摊铺、碾压于路表。必须采用胶轮压路机进行碾压，一般春秋季气候条件下，成型时间在2小时以内，夏季成型时间更短，开放交通更为迅速。

本发明的高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混合料在常温下拌合摊铺到原路面上，通过适当碾压快速成型，具有热拌超薄舒适耐久、平整美观，以及微表处经济环保、封水抗滑的优点，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青整体提高超薄罩面的黏结性、柔韧性与耐久性。采用高黏冷拌冷铺乳化改性沥青，在沥青混合料摊铺至路面后，沥青成型与固化同步进行，能显著提升高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土的高低温性能与韧性，尤其是提高了其抗反射裂缝能力，性能够媲美于热拌超薄罩面的沥青性能。高黏冷拌冷铺精薄沥青混凝土采用单一粒径集料再结合胶轮碾压可确保表面平整，表面宏观构造大，有效吸收胎噪，降噪耐磨抗滑，提高行车安全性和行驶舒适性。相比热拌超薄技术，高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土在不降低路用性能的前提下，大幅降低施工成本，具有很好的工程经济性。同时在其常温施工过程中不产生有毒有害气体，绿色节能环保。外观具有细腻的颗粒感，表观构造类似于热拌超薄沥青罩面，耐磨集料能够保证路面长期黑化效果，增强路容路貌的视觉观感。

具体实施例方式：

实施例1：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：集料为玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％。其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由：基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂10份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水性环氧树脂2份，水66份组成。集料级配如表4所示：

表4实施例1集料级配表

将集料加入搅拌机中，在搅拌100rpm的条件下搅拌90s，得到中间混合料。将高黏冷拌冷铺乳化改性沥青及水加入搅拌机中，在搅拌速率为100rpm的条件下搅拌10s，得到混合料。

实施例2：实施例5：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：集料为玄武岩82％，水7％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青11％。高黏冷拌冷铺乳化改性沥青组成成分与实施例相同。集料级配与实施例1相同。

实施例3：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：集料为玄武岩82％，水10％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青8％。高黏冷拌冷铺乳化改性沥青组成成分与实施例相同。集料级配与实施例1相同。

实施例4：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％。高黏冷拌冷铺乳化改性沥青组成成分与实施例相同。集料级配如表5所示：

表5实施例4集料级配表

实施例5：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％。高黏冷拌冷铺乳化改性沥青组成成分与实施例相同。集料级配如表6所示：

表6实施例5集料级配表

实施例6：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：集料为玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％。其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由：基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂11份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水性环氧树脂2份，水66份组成。集料级配与实施例1相同。

实施例7：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％，其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由,基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂5份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水性环氧树脂2份，水66份组成。集料级配与实施例1相同。

实施例8：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％，其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由,基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂10份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水66份组成。集料级配与实施例1相同。

实施例9：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％，其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由,基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂10份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水性环氧树脂2.5份，水66份组成。集料级配与实施例1相同。

实施例10：沥青混合料由集料、高黏冷拌冷铺乳化改性沥青、水组成，具体由以下质量百分比的原料制成：玄武岩82％，水6％，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青12％，其中高黏冷拌冷铺乳化改性沥青由,基质沥青100份，抗老化剂2份，高聚物改性剂10份，合成酯类增塑剂2份，改性沥青稳定剂0.1份，乳化剂1.2份，乳化沥青稳定剂0.1份，水性环氧树脂4份，水66份组成。集料级配与实施例1相同。

对比例1：热拌超薄罩面沥青混凝土

热拌沥青混凝土采用UTAC-8型，由与高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土相同材质的玄武岩集料及改性沥青组成，油石比为5.7，其级配范围如表7所示：

表7对比例1UTAC-8集料级配表

对比例2：微表处

微表处选用MS-3型，由乳化改性沥青及优选的玄武岩集料组成，乳化改性沥青由SBR改性乳化沥青，其级配范围如表8所示：

表8对比例2微表处集料级配表

高黏冷拌冷铺乳化改性沥青与热拌超薄罩面改性沥青及微表处改性乳化沥青的性能对比如下表9：

由表9的检测结果可以直观看出，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青实施例1对比热拌超薄罩面改性沥青，软化点和60℃动力黏度极大提高，实现提高沥青用量和沥青膜厚度，增强沥青与集料、混合料与原路面的黏结作用。高黏冷拌冷铺乳化改性沥青与集料拌和后能够形成较厚的沥青膜，其混合料的稳定性较强，强度较好，抗水损坏和抗剥落能力强。

由检测结果可以直观看出，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青对比微表处BCR改性乳化沥青，软化点及60℃动力黏度极大提高，在提升沥青用量的同时，混合料级配由连续级配变为骨架级配，使得磨耗层碾压完之后更加均匀，丰富的沥青胶结料提高集料的黏结力，提高路面的水稳定性和耐久性。

实施例1、实施例6、实施例7相比较，高聚物改性剂添加比例对高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的性能有较大的影响，高聚物改性剂添加比例的增加，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青软化点及60℃动力黏度极大提高，实现提高沥青用量和沥青膜厚度，增强沥青与集料、混合料与原路面的黏结作用。实施例1、实施例9、实施例10相比较，水性环氧树脂对高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的性能有较大的影响，水性环氧树脂添加比例的增加，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青软化点及60℃动力黏度极大提高，实现提高沥青用量和沥青膜厚度，增强沥青与集料、混合料与原路面的黏结作用。。

混合料性能检测以稳定度、残留稳定度、肯特堡飞散、构造深度、噪音测试结果和析漏损失为指标。并且以UTAC-8及微表处MS-3为参照对象，采用室内成型方法，利用稳定度及肯特堡飞散评价混合料的稳定性及抗剥落能力；利用搓揉实验模拟车辆荷载作用，并观察构造深度变化；利用轮胎落下法测试室内噪音；利用残留稳定度评价抗水损害性能；利用析漏损失评价沥青用量及沥青黏度的适宜性。

检测方法，采用将高黏冷拌冷铺精薄沥青混合料及微表处破乳后，再加热至165℃，制备马歇尔试件，进行检测稳定度、残留稳定度、肯特堡飞散损失、析漏损失，抗滑构造深度采用采用铺砂法，噪音检测采用轮胎落下法测试室内噪音进行检测，依据混合料级配和沥青用量采用计算法计算沥青膜厚度。检测结果如表10所示：

表10高黏冷拌冷铺精薄沥青混合料性能参数

由实施例1与实施例2相比较，实施例2混合料中高黏冷拌冷铺乳化改性油石比稍微减少一点，从表10的实验数据可以看出，实施例2比实施例1的结果略优，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的用量提升，其混合料的性能随之提升。

由实施例1与实施例3相比较，实施例3混合料中高黏冷拌冷铺乳化改性油石比偏低，从表10的实验数据可以看出实施例3的稳定度偏小，沥青膜厚度偏小，肯特堡飞散损失偏高，稳定度和残留稳定度偏低。随着高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的用量降低较大时，混合料中的沥青膜厚度下降，导致集料之间沥青胶结料不足，无法形成足够的粘结力，造成混合料抗剥落能力和水稳定性下降。

由实施例1与实施例4相比较，实施例4混合料中级配偏粗，从表10的实验数据可以看出实施例4的稳定度偏小，肯特堡飞散损失偏高，析漏损失偏高。混合料中缺少细集料，集料本身的嵌挤填充作用下降，仅靠沥青胶结料的黏结作用不能够满足混合料的黏结力、稳定性和抗剥落性能。另外，级配太粗导致沥青膜厚度过大，析漏损失增大，在行车过程中容易产生路面泛油问题发生。

由实施例1与实施例5相比较，实施例5混合料级配偏细，从表10的实验数据可以看出，稳定度、肯特堡分散损失与实施例1指标相差不大，但是实施例5的抗滑构造深度有所下降，噪音检测偏高，安全舒适性有所下降。另外沥青膜厚度较实施例1下降较多，路面耐久性较实施例1呈下降趋势。

由实施例1与实施例6相比较，实施例6的高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的高聚物改性剂比实施例1稍微增加，实施例6比实施例1的结果略优，高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的高聚物改性剂用量提升，其混合料的性能随之提升。

由实施例1与实施例7相比较，实施例7的高黏冷拌冷铺乳化改性沥青的高聚物改性剂比实施例1减少，沥青的60℃动力黏度由103820Pa·s下降至2256Pa·s。从表10的实验数据可以看出实施例7，稳定度和残留稳定度降低，肯特堡飞散损失及析漏损失增大。较“稀”的沥青不能均匀裹覆在集料上，同等的沥青膜厚度容易造成沥青的流淌，实验结果表明了高聚物改性剂的减少影响了混合料的水稳定性，高聚物改性剂的减少造成了高黏冷拌冷铺乳化改性沥青黏度降低，当动力黏度提高到10万Pa·s左右时，才能使得沥青膜均匀裹附集料从而形成很强的粘结力，从而提高混合料的稳定性及抗剥落能力。

由实施例1与实施例8相比较，实施例6中没有在高黏冷拌冷铺乳化改性添加水性环氧树脂，从表10的实验数据可以看出肯特堡飞散损失偏高，表明了混合料的抗剥落能力较差，水性环氧树脂会提高混合料的粘结力从而提高混合料的抗剥落能力。

由实施例1与实施例9相比较，实施例9在高黏冷拌冷铺乳化改性添加水性环氧树脂稍微增加一些，从表10的实验数据。实施例9的试验结果稍微优于实施例1的结果，水性环氧树脂会提高混合料的性能。

由实施例9与实施例10相比较，实施例中高黏冷拌冷铺乳化改性添加水性环氧树脂的较多，从表10的实验数据可以看出，实施例9与实施例10的结果相差无几，水性环氧树脂在达到一定值时，无法继续提高其混合料的性能，实施例10不经济。

实施例1与对比例1相比较，从表10的实验数据可以看出，实施例1与对比例1的各项实验数据相差不大，表明了高黏冷拌冷铺精薄沥青混凝料对于超薄沥青混凝料有相同的路用性能、行车舒适性和安全性，但是高黏冷拌冷铺精薄沥青混凝料施工采用冷拌冷铺工艺，排放少，节省了拌和站加工环节，摊铺碾压机具数量少，造价更低且更环保。

实施例1与对比例2相比较，从表10的实验数据可以看出，实施例1的沥青膜厚度和残留稳定度较高，较大的沥青膜厚度能够保证路面的耐久性，较高的残留稳定度表现为良好的水稳定性。另外，实施例1的噪音明显较小，在保证路面行车安全性的前提下极大改善行车舒适性。表明了高黏冷拌冷铺精薄沥青混凝料与微表处相比较有更优秀的路用性能及安全舒适性。

本发明中，如无特殊说明，各组分比例、百分比、份数均为重量比、重量百分比、重量份。以上对本发明所提供一种高黏冷拌冷铺精薄罩面沥青混凝土及其制备方法进行了详细说明，本文中应用了具体个例对本专利的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。