一种水泥改性凝灰岩沥青混合料及其应用的制作方法

本发明属于道路工程
技术领域：
，具体涉及一种水泥改性凝灰岩沥青混合料及其应用。
背景技术：
：沥青路面相对于其他路面具有诸多优势，如低噪声、振动小、行车舒适、开放交通早等，因而在我国高等级公路建设中沥青路面占有重要地位。沥青路面所用集料通常采用碱性或中性为主的优质石料，但这些建筑石料的储备量目前越来越小，因而无法满足长期的使用需要，并且价格也越来越贵。相反，酸性集料在我国分布范围广，容易就地取材，使用成本相对较低。其中，凝灰岩是一种较为典型的酸性岩(sio2含量超过65％)，它在我国浙江、福建等地有广泛分布，也是一种常见的细粒火山碎屑岩，并介于溶岩和沉积岩之间的过渡类型岩石。相比于典型的酸性花岗岩石料，由于凝灰岩石料的来源以及内部成分更为复杂，目前对凝灰岩在沥青路面混合料中的应用研究并不多。根据现有的资料表明，使用改性沥青并添加液体抗剥落剂后凝灰岩集料可以被应用于高等级公路的面层，但凝灰岩沥青混合料粘附耐久性研究方面待进一步评估。另外，一些研究者通过试验也发现，凝灰岩作为酸性集料在沥青面层中应用后，常出现集料与沥青之间的剥离病害，出现水稳定性能不佳状况。因此，解决酸性凝灰岩沥青混合料的抗剥离水稳定性及其耐久性是一个关键问题。因此，针对工程应用中凝灰岩集料与沥青结合料粘附性存在不稳定的问题，特别是在水的作用下易导致沥青路面损伤劣化和各种病害，开展凝灰岩集料应用于典型沥青面层的试验研究对推广凝灰岩集料的工程应用有重要意义。技术实现要素：基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种水泥改性凝灰岩沥青混合料及其应用。为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种水泥改性凝灰岩沥青混合料，包括沥青、矿料，所述矿料包括凝灰岩级配料，凝灰岩级配料采用水泥改性，水泥的添加量与矿料重量的比例不小于1.5wt％。作为优选方案，所述水泥的添加量与矿料重量的比例为2wt％。作为优选方案，所述凝灰岩级配料包括凝灰岩粗集料和凝灰岩细集料。作为优选方案，所述凝灰岩粗集料的压碎值不大于24％、扁平颗粒含量不大于10％、0.075颗粒含量不大于10％、洛杉矶磨耗不大于28％、坚固性不大于12％。作为优选方案，所述凝灰岩细集料的砂当量不小于70％、棱角性不小于45％、亚甲蓝值不大于5g·kg-1、0.075颗粒含量不大于10％、坚固性不大于12％。作为优选方案，所述水泥的比表面积不小于300m2/kg、安定性不大于5mm，28天抗折强度不小于6.5mpa，28天抗压强度不小于42.5mpa。作为优选方案，所述凝灰岩级配料的级配为：通过31.5mm筛孔的质量百分数为100％、通过26.5mm筛孔的质量百分数为93.2％、通过19mm筛孔的质量百分数为74.8％、通过16mm筛孔的质量百分数为65.6％、通过13.2mm筛孔的质量百分数为57.4％、通过9.5mm筛孔的质量百分数为45.2％、通过4.75mm筛孔的质量百分数为31.3％、通过2.36mm筛孔的质量百分数为22.1％、通过1.18mm筛孔的质量百分数为16.1％、通过0.6mm筛孔的质量百分数为10.8％、通过0.3mm筛孔的质量百分数为8.1％、通过0.15mm筛孔的质量百分数为6.2％、通过0.075mm筛孔的质量百分数为5.1％。作为优选方案，所述沥青混合料的油石比为4.3％。作为优选方案，所述沥青采用70#普通沥青。本发明还提供如上任一项方案所述的水泥改性凝灰岩沥青混合料的应用，用作道路下面层的铺装材料。本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明的水泥改性凝灰岩沥青混合料，可提高凝灰岩沥青混合料的粘附耐久性，用作道路下面层的铺装材料，即可减少新建公路中所产生的凝灰岩废物石料堆放对环境的不利影响，又能最大程度的解决优质集料日益短缺的问题，既环保，又经济。附图说明图1为本发明的不同水泥掺量下凝灰岩和石灰岩集料的粘附性试验的结果图；图2为本发明的不同添加剂方案下马歇尔稳定度试验结果图；图3为本发明的不同添加剂方案下冻融劈裂试验结果图；图4为本发明的考虑老化后马歇尔稳定度试验结果图；图5为本发明的考虑老化后冻融劈裂试验结果图。具体实施方式以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。本发明实施例的水泥改性凝灰岩沥青混合料，包括沥青、矿料，所述矿料包括凝灰岩级配料和矿粉，凝灰岩级配料采用水泥改性，水泥的添加量与矿料重量的比例不小于1.5wt％。具体地，水泥改性凝灰岩沥青混合料的级配为sup-25，沥青混合料的油石比为4.3％，沥青采用70#普通沥青，矿粉采用石灰岩矿粉，均满足《沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)要求。凝灰岩级配料包括凝灰岩粗集料和凝灰岩细集料，其中，凝灰岩粗集料的压碎值不大于24％、扁平颗粒含量不大于10％、0.075颗粒含量不大于10％、洛杉矶磨耗不大于28％、坚固性不大于12％；凝灰岩细集料的砂当量不小于70％、棱角性不小于45％、亚甲蓝值不大于5g·kg-1、0.075颗粒含量不大于10％、坚固性不大于12％。另外，水泥的比表面积不小于300m2/kg、安定性不大于5mm，28天抗折强度不小于6.5mpa，28天抗压强度不小于42.5mpa。更为具体地，通过对比测试进一步说明水泥改性凝灰岩沥青混合料的优势。本实施例的沥青混合料级配为sup-25，沥青为70#普通沥青，矿粉采用石灰岩矿粉，均满足《沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)要求。此外，集料分别选择酸性凝灰岩和碱性石灰岩进行对比研究，相应的沥青混合料油石比(沥青与矿料的质量比)分别为4.3％和4.0％，其中凝灰岩混合料的粗、细集料选自浙江文泰高速公路工程项目，两类不同岩性集料也均满足《沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)要求。沥青混合料级配可见表1，选取的凝灰岩粗细集料性能可见表2和3。凝灰岩级配料的级配为：表1sup25凝灰岩混合料和石灰岩混合料的级配表2凝灰岩粗集料性质试验结果表3凝灰岩细集料性质试验结果水泥产自江山南方水泥厂，水泥品牌及强度为p.042.5，密度为3.05g/cm3，其所检指标均符合《通用硅酸盐水泥》(gb175-2007)，其具体检测结果及技术指标检测结果，如下表4所示。表4水泥主要技术指标检测项目技术指标结果技术要求比表面积(m2/kg)344≥300安定性(mm)1.0≤528天抗折强度(mpa)8.7≥6.528天抗压强度(mpa)52.1≥42.5作为对比例的添加剂，选用xt-2抗剥落剂，为深色黏稠液体，技术指标可见下表5。表5液体抗剥落剂主要技术指标检测项目技术指标结果技术要求比重1.01±0.2失效温度/℃300＞260产品性能非胺类活性剂非胺类活性剂测试对比：基于一系列室内试验对不同岩性集料、不同添加剂改性效果的对比，评估了水泥改性凝灰岩混合料的粘附耐久性能。首先，通过水煮法试验对不同岩性和不同掺量添加剂的集料粘附效果进行评估，以便确定水泥和其他添加剂的有效掺量；然后，通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对凝灰岩混合料水稳定性能进行评估，进一步确定改性凝灰岩混合料的性能；最后，考虑长期老化对凝灰岩混合料耐久性能的影响，来验证水泥改性的长期耐久性效果。具体步骤和方法如下：1)粘附等级的评估试验选取水泥掺量分别为不加添加剂凝灰岩混合料中矿料总质量的0％、1％、2％、3％，液体抗剥落剂掺量为不加添加剂凝灰岩混合料中沥青总质量的0％、0.3％、0.6％、0.9％，而不加添加剂的常规石灰岩混合料作为凝灰岩混合料性能评估的对比试样。通过水煮法试验，对石灰岩粗集料和加不同掺量添加剂的凝灰岩粗集料进行粘附性评估，其中每种材料通过4组平行试验。所得到相应的粘附等级典型结果如图1所示，其中，(a)、(b)为不加添加剂的石灰岩和凝灰岩粗集料，(c)、(d)为加水泥的凝灰岩粗集料。从图1可知，相较于常规石灰岩集料，凝灰岩集料在水煮后表面裹复的沥青存在明显剥离现象，即粘附等级较低，而加入水泥添加剂后，凝灰岩集料的粘附等级明显提高，其中1％和2％掺量下粘附等级分别提高到3级和5级。不同添加剂方案下得到的粘附等级均值如下表6所示。表6水泥改性凝灰岩集料以及对比结果的粘附等级从表6中可知，加添加剂后凝灰岩集料等粘附等级也不尽相同，其中，1％掺量水泥和0.3％掺量抗剥落剂下粘附等级均为3级，说明提升效果并不显著，而其他更高掺量下粘附等级接近石灰岩集料，即达到了5级，说明提升效果良好。2)水稳定性能试验为更好评价凝灰岩混合料在水环境作用后的粘附稳定性，在以上研究的基础上，选取粘附等级达到5级的加添加剂方案，并以不加添加剂的凝灰岩和石灰岩混合料为对比试样，实施浸水马歇尔和冻融劈裂试验，即选取水泥掺量分别为不加添加剂凝灰岩混合料中矿料总质量的0％、2％、3％，对照的液体抗剥落剂掺量为不加添加剂凝灰岩混合料中沥青总质量的0.6％、0.9％，而不加添加剂的常规石灰岩混合料作为凝灰岩混合料性能评估的对比试样。试验结果如下图2和3所示。根据浸水马歇尔试验可得到稳定度和残余稳定度指标，结果表明浸水前加水泥方案的稳定度要高于石灰岩混合料，其余方案稳定度相差不大，而浸水48小时后各方案中混合料的稳定度降低，其中不加添加剂凝灰岩混合料下降最明显(残留稳定度为70.5％)，其次为加液体抗剥落剂方案(0.6％和0.9％含量抗剥落剂改性的凝灰岩混合料残余稳定度分别为80.1％和78.3％)，石灰岩混合料稳定度下降最小(残留稳定度为86.9％)。另外，2％与3％水泥含量下的结果相差并不大，如2％和3％含量水泥改性凝灰岩混合料的残余稳定度分别达到83.7％和85％，并与石灰岩混合料的结果相接近，说明水泥改性凝灰岩混合料的水稳效果良好。与此同时，从上图3的冻融劈裂结果可知，相比石灰岩混合料的劈裂强度，加不同添加剂改性后的凝灰岩混合料强度性能得到提升，而经过冻融循环后，劈裂强度的下降，其中不加添加剂凝灰岩混合料下降最明显(冻融劈裂强度比达到了0.74)，其次为加液体抗剥落剂方案(0.6％和0.9％含量抗剥落剂下凝灰岩混合料冻融劈裂强度比分别为0.81和0.80)，石灰岩混合料的稳定度下降最小(冻融劈裂强度比为0.85)。另外，2％和3％含量水泥改性凝灰岩混合料的冻融劈裂强度比分别达到0.86和0.84，说明水泥改性凝灰岩混合料的良好水稳强度效果。3)考虑老化影响的粘附稳定性能为验证水泥改性凝灰岩混合料在长期使用下的粘附耐久性能，在以上两类水稳定性试验前进一步考虑了沥青混合料老化作用的影响，其中老化试验主要参考《沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)，主要分两步骤实施：①实施掺添加剂混合料短期老化(混合料拌和后摊铺好后135℃，4h)；②实施长期老化(短期老化后→成型试件→室温冷却16h→脱模放入85℃烘箱并通风条件下5天→开烘箱门自然冷却16h)。对于沥青混合料的试样种类，以不加添加剂的凝灰岩和石灰岩混合料为对比试样，实施老化后的浸水马歇尔和冻融劈裂试验，即选取水泥掺量分别为不加添加剂凝灰岩混合料中矿料总质量的0％、2％、3％，对照的液体抗剥落剂掺量为不加添加剂凝灰岩混合料中沥青总质量的0.6％、0.9％，而不加添加剂的常规石灰岩混合料作为凝灰岩混合料性能评估的对比试样。经老化后的马歇尔试验和冻融劈裂试验指标结果，如下图4和5所示。根据浸水马歇尔试验可得到老化后的稳定度和残余稳定度指标，结果表明浸水前加水泥方案的老化后稳定度要高于石灰岩混合料，其余方案稳定度相差不大，而浸水48小时后各方案中混合料的稳定度降低，其中不加添加剂凝灰岩混合料下降最明显(残留稳定度为68.3％)，其次为加液体抗剥落剂方案(0.6％和0.9％含量抗剥落剂改性的凝灰岩混合料残余稳定度分别为74.7％和74.2％)，石灰岩混合料稳定度下降最小(残留稳定度为85.4％)，根据老化前后的指标也说明了液体抗剥落剂方案的耐久稳定性存在不足。另外，2％与3％水泥含量下的结果相差并不大，如2％和3％含量水泥改性凝灰岩混合料的老化后残余稳定度分别达到83.0％和83.1％，并与石灰岩混合料的结果相接近，验证了水泥改性凝灰岩混合料的良好耐久稳定性效果。与此同时，从上图5的考虑老化后的冻融劈裂结果可知，相比石灰岩混合料的劈裂强度，加水泥后的凝灰岩混合料强度性能得到提升，而其他方案变化不大。另外，经过老化和冻融循环后，劈裂强度都下降，其中不加添加剂凝灰岩混合料下降最明显(冻融劈裂强度比达到了0.72)，其次为加液体抗剥落剂方案(0.6％和0.9％含量抗剥落剂下凝灰岩混合料冻融劈裂强度比分别为0.74和0.75)，石灰岩混合料劈裂强度下降最小(冻融劈裂强度比为0.84)。另外，2％和3％含量水泥改性凝灰岩混合料的冻融劈裂强度比分别达到0.84和0.83，进一步验证了水泥改性凝灰岩混合料的良好水稳强度效果。通过以上步骤的评价方法，可得到水泥改性凝灰岩沥青混合料相比液体抗剥剂方案具有更为稳定的粘附耐久性效果，2％和3％水泥含量下的老化后残留稳定度和冻融劈裂比指标都较为接近石灰岩沥青混合料的相应指标，因而考虑经济因素，可以采用2％含量下的水泥方案来改性凝灰岩沥青混合来的粘附耐久性。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。当前第1页12