一种极薄表面磨耗层用沥青、其混合料及其使用

摘要

本发明涉及一种极薄表面磨耗层用沥青，其中含有重量份数为90-96份的重交或常规改性沥青，并添加了复配剂，所述复配剂的重量份数组成为，聚合物2-3份、橡胶1-3份、分散助剂1.5-3份，其提高了沥青的粘度、劲度和沥青与石料的粘附力，避免或减少混合料在温度和行车荷载的作用下产生沥青上浮，堵塞空隙，导致构造深度、排水性能及降噪效果下降；并公开了此种沥青的混合料，此混合料中增加了级配控制点，并将断级与开放级相配合，获得了稳定的骨架嵌挤结构和最大的骨架间隙，得到较大的空隙率、最大的连通空隙率，从而避免骨架失稳造成表面功能衰减；同时公开了此混合料的使用方法。

权利要求

1.一种极薄表面磨耗层用沥青，其中含有重量份数为90-96份的重交沥青，其特征在于：所述极薄表面磨耗层用沥青中添加了复配剂，所述复配剂的重量份数组成为，聚合物

2-3份、橡胶1-3份、分散助剂1.5-3份，所述分散助剂为反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂中的一种，抽出油芳香分含量大于90％；所述聚合物为乙烯丙烯酸甲酯共聚物；所述极薄表面磨耗层用沥青中还包括重量份数为0.01-0.03份的聚磷酸。

2.根据权利要求1所述的极薄表面磨耗层用沥青，其特征在于：所述橡胶为丁苯橡胶其S/B比为70/30波动值为2，或者是天然橡胶。

3.一种极薄表面磨耗层用沥青混合料，当表面磨耗层厚度为1.2cm-1.5cm时，其含有重量份数为90-93份的集料、2-4份的填料、4.5-5.5份的权利要求1所述的沥青，其特征在于：所述集料中粗集料的粒径为5-8mm，细集料的粒径为0-3mm，并且在粒径为6.3mm处设置级配控制点；在2.36-4.75mm处断开为间断级配，2.36mm以下为开放级配的设计。

4.一种极薄表面磨耗层用沥青混合料，当表面磨耗层厚度为0.8-1.0cm时，其含有重量份数为89-92份的集料、2-4份的填料、5.5-6.5份的权利要求1所述的沥青，其特征在于：所述集料中细集料的粒径为3-5mm和0-3mm，并且在粒径为2.36mm以下为开放级配设计。

5.根据权利要求3或4所述的一种极薄表面磨耗层用沥青混合料，其特征在于：所述混合料的级配如下表所示。

6.根据权利要求3或4所述的一种极薄表面磨耗层用沥青混合料，其特征在于：所述填料为憎水性石料经磨细得到的矿粉。

7.根据权利要求6所述的一种极薄表面磨耗层用沥青混合料，其特征在于：所述憎水性石料为石灰岩。

8.如权利要求3或4所述一种极薄表面磨耗层用沥青混合料的使用，其特征在于：集料加热温度为175-185℃、沥青的加热温度为160－170℃；其拌合下料次序为首先加入集料，然后是沥青，最后加入填料，将其有效拌合45s，并且保证混合料的出料温度小于195℃；

此极薄表面磨耗层用沥青混合料的摊铺成型温度为160－170℃。

说明书

一种极薄表面磨耗层用沥青、其混合料及其使用

技术领域

[0001] 本发明属于道路路面材料领域，尤其涉及一种用于热拌热铺极薄表面磨耗层用的沥青，以及此沥青的混合料，及其使用。

背景技术

[0002] 进入二十一世纪以来，我国早期建设的高速公路不少已经进入大、中修阶段，且养护相关观念和技术的国际交流日益频繁，大型养护设备逐步引进，都促使公路养护，特别是高速公路养护进入了一个新的纷繁复杂的阶段。预防性养护观念和相关技术逐渐为广大公路工程技术人员所了解和接受，并在全国各地区进行了不同程度的尝试，并取得了一定的实际效果。

[0003] 截至2011年底，公路总里程408万公里，高速公路8.5万公里，高速公路里程世界第二，仅次于美国，至2015年，将超越美国成为世界拥有高速公路里程最大的国家。从政府层面，如此巨大的资产需要保值、增值，从社会层面，必须保证这些道路的畅通、安全和舒适，所以，预防性养护将是最好的手段和最大的需求。

[0004] 各级道路的养护、维修和改造市场广阔，需要与之适应的各种养护技术。近年来，预防性养护技术因其技术经济优势而越来越受到业界的关注，相关的技术开发或对国外技术的引进吸收工作相继开展。目前，雾封层、稀浆封层、同步碎石封层、宏表处、微表处、超薄磨耗层、铣刨加铺或直接加铺等预防性养护技术在国内得到逐步应用，有些已得到较好推广。超薄磨耗层于上世纪80年代在法国出现，90年代后引入美国并得到推广应用。凭借其优异的安全、环保和舒适性能以及突出的综合经济性，超薄磨耗层于2002年进入中国后，日益受到业界的重视，很快就在几个省区得到应用，但其缺陷也逐步显示，造价太高，表面功能衰减过快等。

[0005] 目前常用的超薄磨耗层技术有如下几种：

[0006] (1)Novachip超薄磨耗层：该技术由法国Colas开发并拥有专利，后被美国KOCH公司购买，并与2002年开始在中国推广。厚度1.5-2.5cm，间断级配，骨架空隙结构，公称粒径分别为4.75mm、9.5mm和12.5mm；沥青分别采用SBS成品改性沥青和SBS成品改性乳化沥青；采用防水粘结层喷洒和混合料摊铺同步施工工艺。

[0007] 不足：造价很高，构造深度、排水能力和降噪效果衰减较快，沥青只能在壳牌的工厂生产。

[0008] (2)InnoChip超薄磨耗层：该技术由上海龙孚材料技术有限公司仿照NovaChip开发。厚度1.0-2.5cm，间断级配，骨架空隙结构，公称粒径分别为9.5mm和13.2mm；沥青分别采用直投式改性沥青和高粘改性乳化沥青；采用防水粘结层喷洒和混合料摊铺同步施工工艺。

[0009] 不足：没有1.0cm的工程实例，造价较高，表面功能衰减较快，由于防水粘层沥青粘度较大，喷洒不易控制。

[0010] (3)UTB超薄磨耗层：该技术由东南大学开发，厚度厚度1.5-2.5cm，半开级配，公称粒径分别为9.5mm和6.7mm；沥青为SBS改性沥青和乳化沥青。采用先防水粘结层喷洒，后混合料摊铺的分步施工工艺。

[0011] 不足：无法提供良好的防水粘结性能，施工速度慢，与（1）和（2）相比，表面功能差。

[0012] (4)SMA-10：厚度2.5-3.0cm，间断级配，骨架密实结构，公称粒径为9.5mm；添加纤维；沥青为常规改性沥青和常规粘层沥青；采用先防水粘结层喷洒，后混合料摊铺的分步施工工艺。

[0013] 不足：压实度难以保证，容易渗水和出现松散；与下承层的粘结效果较差，无法提供足够的雨天抗滑性能，降噪功能与常规路面相比无明显的提高；施工速度慢[0014] (5)AC-10：厚度2.5-3.0cm，连续级配，密实结构，公称粒径为9.5mm；沥青为常规改性沥青和常规粘层沥青；采用先防水粘结层喷洒，后混合料摊铺的分步施工工艺。

[0015] 不足：压实度难以保证，容易渗水和出现松散；与下承层的粘结效果极差，极易出现脱落；表面功能差；施工速度慢。

[0016] (6)SAC-10：厚度2.5-3.0cm，半开级配，骨架结构，公称粒径为9.5mm；沥青为常规改性沥青和常规粘层沥青；采用先防水粘结层喷洒，后混合料摊铺的分步施工工艺。

[0017] 不足：压实度难以保证，容易渗水和出现松散；与下承层的粘结效果极差，表面功能一般；施工速度慢。

发明内容

[0018] 本发明解决的技术问题为，现有超薄磨耗层技术中存在，构造深度、排水性能及降噪效果衰减过快、过大的问题；以及现有技术的造价过高等问题。

[0019] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0020] 一种极薄表面磨耗层用沥青，其中含有重量份数为90-96份的重交或常规改性沥青，本沥青中添加了复配剂，所述复配剂的重量份数组成为，聚合物2-3份、橡胶1-3份、分散助剂1.5-3份，所述分散助剂为反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂中的一种，抽出油芳香分含量大于90％。

[0021] 所述极薄表面磨耗层用沥青的优选方案为，所述成分中还包括重量份数为0.01-0.03份的聚磷酸。

[0022] 所述极薄表面磨耗层用沥青的优选方案为，所述聚合物为乙烯丙烯酸甲酯共聚物。

[0023] 所述极薄表面磨耗层用沥青的优选方案为，所述橡胶为丁苯橡胶其S/B比为70/30波动值为2，或者是天然橡胶。

[0024] 所述极薄表面磨耗层用沥青混合料，当表面耐磨层厚度为1.2cm-1.5cm时，其含有重量份数为90-93份的集料、2-4份的填料、4.5-5.5份的上述沥青，所述集料中粗集料的粒径为5-8mm，细集料的粒径为0-3mm，并且在粒径为6.3mm处设置级配控制点；在2.36-4.75mm处断开为间断级配，2.36mm以下为开放的级配设计；当厚度为0.8-1.0cm时，其含有重量份数为89-92份的集料、2-4份的填料、5.5-6.5份的上述沥青，所述集料中细集料的粒径为3-5mm和0-3mm，并且在粒径为2.36mm以下为开放的级配设计。

[0025] 所述极薄表面磨耗层用沥青混合料的优选方案为，所述混合料的级配如下表1所示。

[0026] 表1极薄表面磨耗层混合料级配要求

[0027]

[0028] 所述极薄表面磨耗层用沥青混合料的优选方案为，所述填料为憎水性石料经磨细得到的矿粉。

[0029] 所述极薄表面磨耗层用沥青混合料的优选方案为，所述憎水性石料为石灰岩。

[0030] 一种极薄表面磨耗层用沥青混合料的使用，集料加热温度为175-185℃、沥青的加热温度为160－170℃；其拌合下料次序为首先加入集料，然后是沥青，最后加入填料，将其有效拌合45s，并且保证混合料的出料温度小于195℃；此热拌沥青混合料的摊铺温度为160－170℃。

[0031] 所述极薄表面磨耗层用沥青混合料的使用的优选方案为，所述沥青混合料适用于厚度为0.8-1.5cm热拌超薄表面磨耗层的铺设。

[0032] 本发明所涉及的一种极薄表面磨耗层用沥青，其中添加了复配剂，所述复配剂由聚合物、橡胶、分散助剂以及其他添加剂组成。其中使用的聚合物为乙烯丙烯酸甲酯共聚物，它可以与沥青中的不饱和键交联，从而形成共聚物/沥青的复合共聚物。从沥青检测结果到混合料检测结果，通过复配改性剂的添加，沥青的粘度、劲度和沥青与石料的粘附力都得到了大幅度的提高，避免或减少混合料在温度和行车荷载的作用下产生沥青上浮，堵塞空隙，导致构造深度、排水性能及降噪效果下降。

[0033] 沥青中添加的复配剂的组成物橡胶，可以是丁苯橡胶，S:B在70:30左右，波动值为2，或者是天然橡胶。单纯使用以上共聚物，沥青的延度等指标大幅降低，我们添加了可以大幅改善沥青延展性的丁苯橡胶或天然橡胶。丁苯橡胶或天然橡胶可以改善沥青的低温性能和抗水性能。

[0034] 复配剂中另一组成部分，分散助溶剂是一种温敏性轻质油脂。可以加速沥青对上述2种聚合物溶胀，使得上述2种聚合物通过低速搅拌作用就可以均匀的分散在沥青中，从而大幅度节省加工设备成本。它可以是反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂，抽出油芳香分含量大于90％。复配剂中的其他添加剂为聚磷酸等，加速乙烯丙烯酸甲酯共聚物在沥青中溶解反应的物质。复配剂可以与沥青中的不饱和键发生胶联反应，生成稳定的网络结构共聚物，提高沥青的粘度、劲度和沥青与石料的粘附力，避免或减少混合料在温度和行车荷载的作用下产生沥青上浮，堵塞空隙，导致构造深度、排水性能及降噪效果下降。

[0035] 沥青混合料为实现厚度为0.8-1.5cm热拌超薄表面磨耗层的铺设，并且保证不影响性能和施工，混合料使用特殊尺寸的粗集料，粒径为5-8mm（我国规范为5-10mm），并且增加了6.3mm的级配控制点；细集料为标准粒径3-5mm和0-3mm；填料为标准石灰岩矿粉。集料的级配必须满足表2的要求。

[0036] 表2集料级配要求：

[0037]

[0038] 采用5-8mm集料和6.3mm的级配控制，在1.2-1.5cm压实厚度的情况下，根据干涉理论和工程经验，可以获得稳定的骨架嵌挤结构，和最大的骨架间隙，同时，避免形成骨架的集料在交通荷载作用下产生滑动和移动，目的是获得较大的空隙率、最大的连通空隙率，和避免骨架失稳造成表面功能衰减。

[0039] 为了最大的提高磨耗层的表面功能，并且有效避免表面功能衰减过快和过大，采用2.36-4.75mm处断开（间断级配）结合2.36mm以下开放（开级配）的级配设计方法。

[0040] 使用2.36-4.75mm处断开的设计，目的是避免或减少2.36-4.75mm粒径的次级集料嵌挤在粗集料之间，形成不稳定的骨架结构，导致在行车荷载作用下，表面功能衰减过快、过大。在混合料集料组成中缺少或者仅有极小含量的某中间粒径的集料的混合料级配，该级配混合料具有更好骨架结构和提供更好的路面表面功能。

[0041] 结合2.36mm以下开放（开级配）的级配设计，目的是减少细集料堵塞骨架间隙，使空隙率和连通空隙率变小，以获得更大的空隙率、更大的连通空隙率和更大的单位空隙体积，以提高路面的纹理深度、摩擦系数、表层排水能力和降噪效果。

[0042] 与现有技术相比本发明具有如下的优异效果：在沥青中加入了复配剂，提高了沥青的粘度、劲度和沥青与石料的粘附力，避免或减少混合料在温度和行车荷载的作用下产生沥青上浮，堵塞空隙，导致构造深度、排水性能及降噪效果下降；混合料使用特殊尺寸的粗集料，粒径为5-8mm，并且增加了6.3mm的级配控制点，获得了稳定的骨架嵌挤结构和最大的骨架间隙，得到较大的空隙率、最大的连通空隙率，从而避免骨架失稳造成表面功能衰减；并且集料在2.36-4.75mm处断开结合2.36mm以下开放的级配设计方法，从而提高了磨耗层的表面功能，并且有效避免表面功能衰减过快和过大。

具体实施方式

[0043] 以下实施例用于进一步解释本发明。

[0044] 实施例1：

[0045] 将90份重交70#沥青加热到160℃使其具有流动性备用。将3份分散助溶剂N-甲基吡咯烷酮抽出油，3份丁苯橡胶粉依次加入到熔融的沥青中，搅拌2小时。将3份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到沥青中，搅拌30分钟以确保其完全熔融分散。添加0.02份的聚磷酸，继续搅拌反应2小时，得到沥青成品，成品改性沥青的性能指标见表3。

[0046] 表3混合料用改性沥青性能指标

[0047]

[0048] 本案例混合料设计厚度为1.5cm，采用5-8mm玄武岩、0-3mm石灰岩机制砂、石灰岩矿粉。

[0049] 石料、矿粉筛分结果见表4，集料性能检测结果见表5和6。

[0050] 表4集料筛分结果

[0051]

[0052] 表5粗集料性能检测结果

[0053]试验项目 测试方法 单位 结果 要求
洛杉矶磨耗损失 T0317-2000 % 19.3 28max
细长扁平颗粒含量3:1 T0312-2000 % 8.6 10max
单个破碎面 T0346-2000 % 100 100min
两个或多个破碎面 T0346-2000 % 100 90min

[0054] 表6细集料性能检测结果

[0055]试验项目 测试方法 单位 结果 要求
砂当量 T0334-1994 % 62.2 60min
细集料棱角性试验 T0344-2000 % 42.3 40min

[0056] 按照级配范围要求进行级配设计。设计级配下各档料的比例如表7所示，设计级配见表8。可以看出，设计级配满足范围要求。

[0057] 表7各档集料、填料比例

[0058]

[0059] 表8混合料设计级配

[0060]

[0061] 将重量份数为90份的集料加热温度为175℃、4.8份的沥青的加热温度为160℃，同时加入拌缸拌合10s；然后加入5.2份数的填料，有效拌合45s，并且保证混合料的出料温度小于195℃；此热拌沥青混合料的摊铺成型温度为160℃。其体积特性和性能要求见表9。

[0062] 表9混合料体积特性和性能检测结果

[0063]项目 结果 指标
孔隙率Va(%),Min 12.6 10
矿料间隙率VMA(%),Min 23.0 21
沥青填隙率VFA(%), 45.2 30-60
粉胶比(%),Max 1.1 1.4
油膜厚度(μm),Min 11.7 9
动稳定度(次/min),Min 16391 4000
冻融劈裂强度TSR(%),Min 92.6 80
析漏(%),Max 0.06 0.1

[0064] 沥青和混合料指标全部满足要求。设计级配符合要求，在此条件下混合料的体积指标和油膜厚度均满足设计要求。析漏试验表明，混合料中无多余的自由沥青，最佳沥青用量合适。水损害试验结果表明，混合料的抗水损害性能良好。动稳定度试验结果表明，混合料级配符合稳定的骨架结构，且沥青的高温稳定性满足要求。

[0065] 实施例2：

[0066] 将94份SBS改性I-B沥青加热到165摄氏度使其具有流动性备用，将分散助溶剂1.0份N-甲基吡咯烷酮和1.0份糠醛抽出油,2份丁苯橡胶粉一次加入到熔融的沥青中，搅拌2小时。将2.5份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到沥青中，搅拌3.5小时，得到沥青成品，成品改性沥青的性能指标见表10。

[0067] 表10混合料用改性沥青性能指标

[0068]

[0069] 本案例混合料设计厚度为1.2cm，采用5-8mm玄武岩、0-3mm石灰岩机制砂、石灰岩矿粉。

[0070] 石料、矿粉筛分结果见表11，集料性能检测结果见表12和13。

[0071] 表11集料筛分结果

[0072]

[0073] 表12粗集料性能检测结果

[0074]试验项目 测试方法 单位 结果 要求
洛杉矶磨耗损失 T0317-2000 % 21.2 28max
细长扁平颗粒含量3：1 T0312-2000 % 3.2 10max
单个破碎面 T0346-2000 % 100 100min
两个或多个破碎面 T0346-2000 % 100 90min

[0075] 表13细集料性能检测结果

[0076]试验项目 测试方法 单位 结果 要求
砂当量 T0334-1994 % 71 60min
细集料棱角性试验 T0344-2000 % 41.3 40min

[0077] 按照级配范围要求进行级配设计。设计级配下各档料的比例如表14所示，设计级配见表15。可以看出，设计级配满足范围要求。

[0078] 表14各档集料、填料比例

[0079]

[0080] 表15混合料设计级配

[0081]

[0082] 将重量份数为93份的集料加热温度为185℃、5份的沥青的加热温度为170℃，同时加入拌缸拌合10s；然后加入2份数的填料，有效拌合45s，并且保证混合料的出料温度小于195℃；此热拌沥青混合料的摊铺成型温度为165℃。其体积特性和性能要求见表16。

[0083] 表16混合料体积特性和性能检测结果

[0084]项目 结果 指标
孔隙率Va(%),Min 14.0 10
矿料间隙率VMA(%),Min 21.9 21
沥青填隙率VFA(%), 36.0 30-60
粉胶比(%),Max 0.9 1.4
油膜厚度(μm),Min 13.5 9
动稳定度(次/min),Min 24230 4000
冻融劈裂强度TSR(%),Min 83.5 80
析漏(%),Max 0.07 0.1

[0085] 沥青和混合料指标全部满足要求。设计级配符合要求，在此条件下混合料的体积指标和油膜厚度均满足设计要求。析漏试验表明，混合料中无多余的自由沥青，最佳沥青用量合适。水损害试验结果表明，混合料的抗水损害性能良好。动稳定度试验结果表明，混合料级配符合稳定的骨架结构，且沥青的高温稳定性满足要求。

[0086] 案例三

[0087] 将96份改性I-C沥青加热到170摄氏度使其具有流动性备用，将分散助溶剂1.0份N-甲基吡咯烷酮和0.5份酚类溶剂抽出油，1.0份天然橡胶粉依次加入到熔融的沥青中，搅拌2小时。将2.0份乙烯丙烯酸甲酯共聚物添加到沥青中，搅拌30分钟确保其完全熔融分散，添加0.01份聚磷酸，并维持170摄氏度继续搅拌2小时得到成品，成品改性沥青的性能指标见表17。

[0088] 表17混合料用改性沥青性能指标

[0089]

[0090] 本案例混合料设计厚度为0.8cm，采用3-5mm玄武岩、0-3mm石灰岩机制砂、石灰岩矿粉。

[0091] 石料、矿粉筛分结果见表18，集料性能检测结果见表19。

[0092] 表18集料筛分结果

[0093]

[0094] 表190-3mm细集料性能检测结果

[0095]试验项目 测试方法 单位 结果 要求
砂当量 T0334-1994 % 71 60min
细集料棱角性试验 T0344-2000 % 41.3 40min

[0096] 按照级配范围要求进行级配设计。设计级配下各档料的比例如表20所示，设计级配见表21。可以看出，设计级配满足范围要求。

[0097] 表20各档集料、填料比例

[0098]

[0099] 表21混合料设计级配

[0100]

[0101] 将重量份数为90份的集料加热温度为180℃、5.9份的沥青的加热温度为165℃，同时加入拌缸拌合10s；然后加入3份数的填料，有效拌合45s，并且保证混合料的出料温度小于195℃；此热拌沥青混合料的摊铺成型温度为175℃。其体积特性和性能要求见表22。

[0102] 表22混合料特性和性能要求

[0103]项目 结果 指标

[0104]孔隙率Va(%),Min 13.8 10
矿料间隙率VMA(%),Min 29.0 21
沥青填隙率VFA(%), 52.4 30-60
粉胶比(%),Max 1.2 1.4
油膜厚度（μm),Min 9.1 9
动稳定度(次/min),Min 6369 4000