一种高性能超薄沥青磨耗层及其铺装方法

技术领域

本发明涉及路面施工技术领域，特别涉及一种高性能超薄沥青磨耗层及其铺装方法。

背景技术

目前，在公路管理部门选择沥青路面的早中期养护措施时，主要采取零封层、微表处、碎石封层等技术。经实践表明，上述现有技术能够在一定程度上改善现有路面的通行能力和服务水平，但依然存在耐久性不足、路面噪音大、易剥落、铣刨工作量大及施工效率低、对现有路面交通通行干扰大等技术缺陷。

超薄沥青罩面作为一种精细化、低碳环保的道路预养护技术，在国内外已经得到比较广泛应用。该技术是一种新型的道理养护技术，其核心为特种改性沥青、专用级配以及高性能粘层油，在旧路面上采用专用施工工艺直接加铺一层1-2.5cm厚的超薄沥青罩面。超薄沥青罩面是各类预养护技术中唯一的热拌沥青混合料技术，在具备热拌沥青混合料高性能特点的同时，可满足预养护技术对于快速施工与耐久性的要求。相比其他预养护技术，超薄沥青罩面具备外科手术式的精确修复能力，是各类路面预防性养护技术中最为有效的先进技术。

目前我国各类超薄沥青罩面技术基本都是从Novachip

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能超薄沥青磨耗层，使得路面具备超强层间结合性能、抗老化性能、抗反射裂缝性能、抗低温开裂性能以及良好的施工和易性；同时成型路面还具备行车舒适性高、摩擦系数高、行车噪音低、结构厚度超薄、使用寿命长的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高性能超薄沥青磨耗层，包括设置在原路面上的防水粘结层和设置在所述防水粘结层上方的表面磨耗层；

所述表面磨耗层包括以下重量份的组分制备而成：集料84-90份、改性沥青5-8份、矿粉3-8份、聚酯纤维0.1-0.5份。

在进一步的技术方案中，相对100重量份的表面磨耗层，所述改性沥青包括以下重量份的原料制备而成：沥青2.5-6.4份、岩沥青0.5-1.6份、环烷基橡胶油0.05-0.64份、SBS热塑性丁苯橡胶0.1-0.8份、EVA乙烯-醋酸乙烯酯共聚物0.50-0.70份；

上述原料组分经高温、高速剪切复合加工得到所述的改性沥青。

在进一步的技术方案中，所述矿粉为经研磨的石灰岩碱性石料。

在进一步的技术方案中，所述聚酯纤维呈束状，长度为6mm，具有良好的热稳定性及分散性。

在进一步的技术方案中，所述防水粘结层包括以下重量份的组分制备而成：沥青30-50份、三氯乙烯20-40份、煤焦油10-30份、SBR丁苯橡胶5-10份、聚二甲基硅氧烷2-8份。

本发明还提供了一种铺装上述高性能超薄沥青磨耗层的方法，所述方法包括先将常温下即为液态的粘结防水层原料混合物采用高压无气喷涂机洒布到原路面上以形成防水粘结层；

将集料、改性沥青、矿粉和聚酯纤维在温度为170-180℃的条件下搅拌混合，得到混合料；保持摊铺温度≥150℃，将混合料摊铺到所述防水粘结层上，摊铺完成后在130℃以上的温度条件下进行碾压，碾压2-3遍后待路面温度降低至50℃以下即完成所述超薄沥青磨耗层的铺装。

在进一步的技术方案中，所述防水粘结层的铺装过程中，所述洒布的量为0.1-0.3kg/m

在进一步的技术方案中，所述混合料的摊铺厚度为a，且1.0cm≤a≤2.0cm。

在进一步的技术方案中，所述集料采用以下粒径大小分布的专用级配：

A：筛孔尺寸为9.5mm，集料通过率为100％；

B：筛孔尺寸为4.75mm，集料通过率为60-100％；

C：筛孔尺寸为2.36mm，集料通过率为15-35％；

D：筛孔尺寸为1.18mm，集料通过率为10-25％；

E：筛孔尺寸为0.6mm，集料通过率为8-20％；

F：筛孔尺寸为0.3mm，集料通过率为5-15％；

G：筛孔尺寸为0.15mm，集料通过率为4-12％；

H：筛孔尺寸为0.075mm，集料通过率为3-8％。

在进一步的技术方案中，所述混合料通过以下方式制备得到：集料的粒径为b，将集料按照粒径0＜b＜3mm、3≤b＜7mm分别装入冷料仓，然后分别运输到热料仓，输送过程中对集料进行加热、除尘，然后共同输送到拌合缸，在温度170-180℃的条件下加入聚酯纤维和矿粉进行干拌，然后再加入改性沥青，拌和均匀后得到所述混合料。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、通过本发明提供的超薄沥青磨耗层用于路面养护，由于采用了特殊的粘结料，使得路面具有超强的层间结合性能、抗老化性能、抗反射裂缝性能、抗低温开裂性能的同时，还具有良好的施工和易性，使得该磨耗层具有更薄的结构厚度。

2、本发明提供的超薄沥青磨耗层中，防水粘结层材料属于不粘轮溶剂类材料，相比传统的改性乳化沥青类水性粘结材料具有更好的渗透性，该防水粘结层材料渗透到旧路面形成钉子效应，洒布以后在摊铺过程中不易被施工车辆破坏；防水粘结层包含沥青及多种高聚物，粘结强度以及抗剪强度相比改性乳化沥青类粘结材料有大幅提高，层间的粘结效果更好，并且渗透好，表干时间短，保证了旧路面与表面磨耗层整体的防水粘结效果。

3、本发明提供的超薄沥青磨耗层的铺装工艺简单，采用普通沥青拌和及摊铺设备，无需使用专用摊铺机，大大降低了施工设备的准备难度和施工难度，更利于大面积的推广实施。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

如前所述，本发明提供了一种高性能超薄沥青磨耗层，所述的超薄沥青磨耗层包括设置在原路面上的防水粘结层和设置在所述防水粘结层上方的表面磨耗层；所述表面磨耗层包括以下重量份的组分制备而成：集料84-90份、改性沥青5-8份、矿粉3-8份、聚酯纤维0.1-0.5份。

进一步的，本发明中，相对100重量份的表面磨耗层，所述改性沥青包括以下重量份的原料制备而成：沥青2.5-6.4份、岩沥青0.5-1.6份、环烷基橡胶油0.05-0.64份、SBS热塑性丁苯橡胶0.1-0.8份、EVA乙烯-醋酸乙烯酯共聚物0.50-0.70份；

上述原料组分经高温、高速剪切复合加工得到所述的改性沥青。

本发明中，通过上述改性沥青作为粘结料，相比普通改性沥青各方面性能均有大幅度的提高，解决了磨耗层对沥青不仅要求具备很好的高温和低温性能，还要具备极佳的抗老化性能的问题，同时还要保证沥青混合料具有良好的施工和易性。本发明提供的改性沥青具有较高的软化点、低温延度、弹性恢复以及韧性，有助于防止磨耗层产生高温车辙、推移以及反射、低温、疲劳裂缝，同时，本发明提供的改性沥青具有极佳的抗老化性能，保证了路面具有较长的使用寿命。本发明提供的超薄沥青磨耗层相比传统的薄层罩面具有更好的低温抗裂性能、抗水损害性能、高温稳定性能及耐久性能，结构厚度更薄、施工季节更长，成型路面行车更舒适、噪音更小，具有革命性的改变。

根据本发明提供的超薄沥青磨耗层，所述的表面磨耗层中，所述集料优选为辉绿岩或玄武岩集料，该集料相比于传统磨耗层中常用的石灰岩集料更加坚硬耐磨；相较于花岗岩集料来说，辉绿岩或玄武岩集料与沥青的粘附性更好，从而可以保证超薄沥青磨耗层具有更好的耐久性与抗滑性。

本发明中，所述矿粉为经研磨的石灰岩碱性石料。

所述聚酯纤维呈束状，长度为6mm，具有良好的热稳定性及分散性。

根据本发明提供的超薄沥青磨耗层，本发明中，所述防水粘结层包括以下重量份的组分制备而成：沥青30-50份、三氯乙烯20-40份、煤焦油10-30份、SBR丁苯橡胶5-10份、聚二甲基硅氧烷2-8份。

本发明还提供了一种铺装上述高性能超薄沥青磨耗层的方法，所述方法包括先将常温下即为液态的防水粘结层原料混合物采用高压无气喷涂机洒布到原路面上以形成防水粘结层；

具体的，将形成防水粘结层的原料混合物装入到沥青洒布车的沥青罐中，调节好洒布车喷嘴的高度及宽度，喷洒前应先通过试喷检查喷嘴是否通畅，若不通畅则应先清洗喷嘴后再试喷，直到喷洒流畅、均匀，呈扇形，设定洒布量，在沥青洒布车匀速行驶的过程中进行洒布，洒布过程中严禁明火，在原路面上形成防水粘结层。

进一步的，所述防水粘结层的铺装过程中，所述洒布的量优选为0.1-0.3kg/m

接着将集料、改性沥青、矿粉和聚酯纤维在温度为170-180℃的条件下搅拌混合，得到混合料；保持摊铺温度≥150℃，将混合料摊铺到所述防水粘结层上，摊铺完成后在130℃以上的温度条件下进行碾压，碾压2-3遍后待路面温度降低至50℃以下即完成所述超薄沥青磨耗层的铺装。

本发明中，构成表面磨耗层中的集料的级配可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述集料采用以下粒径大小分布的专用级配：A：筛孔尺寸为9.5mm，集料通过率为100％；B：筛孔尺寸为4.75mm，集料通过率为60-100％；C：筛孔尺寸为2.36mm，集料通过率为15-35％；D：筛孔尺寸为1.18mm，集料通过率为10-25％；E：筛孔尺寸为0.6mm，集料通过率为8-20％；F：筛孔尺寸为0.3mm，集料通过率为5-15％；G：筛孔尺寸为0.15mm，集料通过率为4-12％；H：筛孔尺寸为0.075mm，集料通过率为3-8％；

通过本发明提供的专用级配，粗集料在混合料内部形成骨架主要起到支撑作用，而细集料在混合料内部主要起到填充作用，空隙率在8％以上，采用本发明提供的这种专用级配的表面磨耗层不仅具有良好的高温稳定性，还具有良好的抗滑、降噪性能。

本发明中，所述混合料通过以下方式制备得到：集料的粒径为b，将集料按照粒径0＜b＜3mm、3≤b＜7mm分别装入冷料仓，然后分别运输到热料仓，输送过程中对集料进行加热、除尘，然后共同输送到拌合缸，在温度170-180℃的条件下加入聚酯纤维和矿粉进行干拌，然后再加入改性沥青，拌和均匀后得到所述混合料，将混合料通过运料车运送到路面摊铺现场即可使用。

经测试，该混合料的马歇尔稳定度≥6KN，浸水马歇尔残留稳定度≥85％，肯塔堡飞散损失≤10％。

在具体的摊铺过程中，作业面准备完成后，将沥青路面摊铺机调整好机位及最佳工作状态，根据路面宽度和场地要求合理安排摊铺机和压路机数量；摊铺前应将熨平板预热(不低于100℃)，开始摊铺前运料车将混合料卸入摊铺机接料斗，摊铺过程中及时调整好摊铺宽度、松铺厚度及摊铺速度，摊铺机在匀速行进过程中一边不间断地摊铺一边连续供料，保持摊铺温度≥150℃，将混合料摊铺在防水粘结层上，摊铺厚度为a，且1.0cm≤a≤2.0cm；摊铺完成后必须紧跟着在沥青混合料在130℃以上温度开始采用压路机进行碾压，碾压2-3遍后待路面温度降低至50℃以下，即完成整个超薄沥青磨耗层的铺装。

经过压路机的碾压处理，经测试，该表面磨耗层的摩擦系数摆值(BPN)≥45，表面构造深度≥0.55mm。

以下通过具体的实施例对本发明提供的超薄沥青磨耗层做出进一步的说明。

实施例1-4

本发明实施例1-4提供的超薄沥青磨耗层均包括设置在原路面上的防水粘结层和设置在所述防水粘结层上方的表面磨耗层；

本发明实施例1-4所采用的原料来源如下：

集料(辉绿岩)：购自灵寿县泽诚矿产品加工厂，粒径在1.5-7mm；

集料(玄武岩)：购自福建南安新鸿森石材有限公司，粒径为2-8mm；

矿粉：购自灵寿县江峰矿产品加工厂，粒径小于0.074mm；

聚酯纤维：购自常州天怡有限公司，长度约6mm；

沥青：购自山东联海石化有限公司；

岩沥青：购自安徽中印有限公司；

环烷基橡胶油：购自山东联海石化有限公司；

SBS热塑性丁苯橡胶：购自中石化；

EVA乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：购自中石化；

三氯乙烯：购自河北涵凯能源科技发展有限公司；

煤焦油：购自河北涵凯能源科技发展有限公司；

SBR丁苯橡胶：购自中石化；

聚二甲基硅氧烷：购自河北涵凯能源科技发展有限公司。

实施例1-4中涉及到的防水粘结层的原料组分按重量份计如表1所示；实施例1-4中涉及到的表面磨耗层的原料组分按重量份计如表2所示。

表1：

表2：

本发明实施例1-4中改性沥青与普通SBS(1-D)改性沥青(对比例)的对比测试数据如表3所示。

表3：

沥青软化点是评定沥青高温稳定性能的重要指标，数值越大沥青的高温稳定性能越好。5℃延度是评定沥青低温性能的重要指标，25℃弹性恢复是评定沥青回弹性能的重要指标，25℃粘韧性是评定沥青弹韧性的重要指标，这三项指标数值越大沥青抗反射开裂、抗低温开裂、抗疲劳开裂性能越好。

表3中结果可以看出本发明采用的改性沥青各项指标均远高于行业标准及普通改性沥青，这说明本发明提供的改性沥青的高温稳定性能、抗老化性能、低温抗开裂性能要远高于普通改性沥青；

进而，本发明提供的超薄沥青磨耗层采用该改性沥青用作粘结料相比传统薄层罩面具有更好的抗裂性能、抗水损害性能、高温稳定性能及耐久性能。

按照本发明提供的铺装方法对实施例1-4提供的超薄沥青磨耗层进行路面铺装，对应实施例1-4的铺装工艺参数如表4所示。

表4：

具体的铺装前，先对防水粘结层的原料混合物进行检测，采用普通阳离子快裂改性乳化沥青作为对比，进行25℃粘结强度试验，检测结果如表5所示。

表5：

粘结强度值是评定粘结材料粘结强度的重要指标，数值越大越好，表5中检测结果说明本发明采用的防水粘结层材料的粘结强度要远高于普通快裂改性乳化沥青，进而，本发明提供的超薄沥青磨耗层采用防水粘结层材料用作粘结材料相比传统的薄层罩面与旧路面之间的粘结强度大大提高。

对实施例1-4铺装得到的超薄沥青磨耗层进行性能检测，检测结果如表6所示。

表6：

路面的构造深度以前称纹理深度，是评定路面宏观构造、粗糙度、抗滑性能的重要指标，构造深度越大抗滑性能越好；路面摩擦系数摆值由摆式仪测量得出，反应路面局部微观构造情况，数值越大抗滑性能越好；路面平整度指的是路面表面不平与绝对水平之间所差的数据，数值越小平整度越好；马歇尔稳定度是评价沥青混合料的抗剪切能力，该数值越大越好，代表沥青混合料强度越大，成型以后的路面越不容易被破坏；浸水马歇尔稳定度主要用于评价沥青混合料抗水损害性能，数值越大越好，代表沥青混合料的抗水损害性能越好；肯塔堡飞散试验主要用量评价沥青混合料的所用的沥青的黏度是否足够以及沥青是否少加等，该数值越小越好，代表沥青混合料的强度越好，成型以后的路面就不容易产生掉粒等病害。

从表6中结果可以看出，本发明的超薄沥青磨耗层的各项指标均满足行业标准，其中构造深度、摩擦系数摆值、马歇尔稳定度、浸水马歇尔残留稳定度以及肯塔堡飞散损失要远高于传统行业标准，说明超薄沥青磨耗层具有超强的抗反射开裂、抗低温开裂、抗疲劳开裂及高温稳定性能，同时路面还具备行车舒适、防水、防滑、耐久等特性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。