一种地聚物灌注多孔沥青混合料制备方法及混合料与流程

1.本发明涉及路面工程材料技术领域，具体而言，涉及一种地聚物灌注多孔沥青混合料制备方法及混合料。


背景技术：

2.地聚物灌注多孔沥青混合料是由大空隙基体沥青混合料和地聚物灌浆料以一定比例组成的新型绿色半柔性路面材料。该材料能较好的改善沥青混合料高温抗车辙性能，具有良好的承担结构重载的技术潜力，且相对于传统的水泥填充半柔性材料来说，具有碳排放量低、养生时间短、色差更小等优势，通过开发地聚物灌注多孔沥青混合料，不仅可以拓宽半柔性沥青混合料的材料范畴，也会打开地聚物在道路工程中大规模使用的一扇窗口，同时非常符合“绿色集约、安全发展”的理念。
3.然而，现有的关于半柔性路面材料的设计方法，更多的是针对传统的水泥填充半柔性材料，但由于地聚物灌浆料的强度形成机理、与基体沥青混合料间的协同工作机制等与水泥填充料有着本质上的不同，所以不能完全沿用。
4.现有技术中，由于没有地聚物灌注多孔沥青混合料的具体制备方法，导致制备得到的地聚物灌注多孔沥青混合料往往性质较差，难以满足实际需求。而为了得到具有良好性质的地聚物灌注多孔沥青混合料，常需要进行反复实验，不仅提高了制备的复杂程度，同时降低了制备效率，提高了生产成本。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供地聚物灌注多孔沥青混合料及其制备方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.本发明提供一种地聚物灌注多孔沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、制备大空隙基体沥青混合料：混合集料、填料和沥青并检测，当混合物的空隙率、流值、稳定度和密度均为设定值时，得到所述大空隙基体沥青混合料；
9.s2、制备地聚物灌浆料：将地聚物的各组分水混合并检测，当混合物的流动度、抗压强度、抗折强度以及干缩率均为设定值时，得到地聚物灌浆料；
10.s3、将所述地聚物灌浆料灌注到所述大空隙基体沥青混合料中，并进行养生，得到试件；检测所述试件的高温性能、低温性能和水温性能，当各性能达到设定值时，得到所述地聚物灌注多孔沥青混合料。
11.本发明还可以通过以下进一步技术方案实现：
12.进一步，所述步骤s1中的混合过程为，确定集料和填料混合物的级配；确定沥青的重量份数；按照所述级配和所述沥青的重量份数将所述集料、所述填料和所述沥青混合；
13.所述空隙率的设定值为大于20％、所述流值的设定值为2～4mm、所述稳定度的设定值为大于3kn，所述密度的设定值为大于1.9g/cm3。
14.进一步，所述步骤s2中，所述流动度的设定值为15～30s；
15.将所述步骤s2的混合物先进行养生和固化，并得到地聚物浆体，再对所述地聚物浆体检测抗压强度、抗折强度以及干缩率；
16.所述抗压强度为7d抗压强度，其设定值为10～25mpa；所述抗折强度为7d抗折强度，其设定值为大于2mpa；所述干缩率为56d干缩率,其设定值为-0.3％～0.3％。
17.进一步，所述步骤s3中，采用动态单轴压缩试验检测高温性能，作用次数大于1500；采用低温半圆弯拉试验检测低温性能，断裂能》700j/m2，分别采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验检测水稳性能，tsr》75％，ms》80％。
18.进一步，所述步骤s1得到的所述大空隙基体沥青混合料，占地聚物灌注多孔沥青混合料的体积百分比为70～80％；
19.所述大空隙基体沥青混合料中各组分及其所占重量份数包括：集料90～95份、填料2～4份、沥青2～5份；
20.所述集料为石灰岩、玄武岩、花岗岩或辉绿岩；填料为石灰岩矿粉；
21.所述级配的范围为：26.5mm筛孔通过率为100％、19mm筛孔通过率为90～100％、16mm筛孔通过率为50～80％、13.2mm筛孔通过率为40～70％、9.5mm筛孔通过率为15～60％、4.75mm筛孔通过率为3～20％、0.075mm筛孔通过率为1～3％。
22.进一步，所述步骤s2得到所述地聚物灌浆料占地聚物灌注多孔沥青混合料的体积百分比为20～30％；
23.地聚物灌浆料中各组分及其所占质量百分比包括：固体硅酸钠15～21％，偏高岭土22～35％，粉煤灰3～16％，氢氧化钠2～8％，水20～40％，细砂10～20％、膨胀剂0.5～6％，偶联剂0.1～2％。
24.进一步，所述偏高岭土和所诉粉煤灰细度为1000～2000目；所述细砂为加工后符合标准规定的石英砂，粒径为0.6mm以下；所述固体硅酸钠的模数为2.0，na2o质量百分数为25.0％，sio2质量百分数为49.2％，杂质与结晶水质量百分数为25.8％，常温状态下为白色粉末；
25.所述氢氧化钠为白色片状颗粒，密度为2.1～2.3g/cm3，常温下为片状晶体；偶联剂为硅烷类；膨胀剂为hcsa。
26.进一步，所述步骤s1的具体过程为：
27.s1-1、分别对集料、填料和沥青进行加热，其中集料、填料的加热温度为145～150℃，沥青的加热温度为140～145℃；
28.s1-2、按照集料、基质沥青、填料的顺序投放到145～150℃的拌合锅中持续恒温搅拌，然后成型，即得所述大空隙基体沥青混合料。
29.进一步，所述步骤s3的具体过程为：
30.s3-1、基体密封处理：将所述大空隙基体沥青混合料试件的基体的周围和底部包裹住，只留灌浆面不进行密封处理，然后采用透明胶带将试件周围及底部缠绕多层，且在基体灌浆面的垂直方向缠绕高于灌浆面2～3cm的圆圈，防止浆料流出；
31.s3-2、灌浆：先将密封好的所述基体放在平台上，把所述地聚物灌浆料倒入基体中，第一次灌入灌浆料时漫过灌浆面，待灌浆料下渗漏出所述基体表面空隙后，则继续灌入灌浆料并漫过灌浆面，并观察灌浆面有无冒泡现象；有冒泡现象则继续往基体里加入适量的浆料直至无冒泡现象，浆料已经填满空隙，灌浆完成；完成后，刮除所述基体表面多余的
浆料并整平表面，露出一定的构造深度，得到试件；
32.s3-3、养护：将所述试件放入温度为30℃、湿度为90％
±
5％的养护箱中养护3d后脱模，脱模后的试样继续置于温度为30℃、湿度为90％
±
5％的养护箱中继续养护4天，然后取出，进行所述步骤s4。
33.本发明提供一种采用上所述的制备方法制备的地聚物灌注多孔沥青混合料。
34.本发明的有益效果在于：
35.(1)本发明首次提出一种地聚物灌注多孔沥青混合料材料的制备方法，能够科学、系统、方便的开展地聚物灌注多孔沥青混合料组成设计，并降低材料组成设计阶段的盲目性和工作量，为设计出路用性能优异的地聚物灌注多孔沥青混合料材料奠定基础，也为后期地聚物类半柔性沥青混合料的设计可以提供技术指导，起到一个参考的作用。
36.(2)本发明首次提出一种地聚物灌注多孔沥青混合料材料的组成制备方法，采用地聚物灌浆材料替换传统的水泥基灌浆材料，并进一步引入标准砂、硅烷偶联剂和膨胀剂。标准砂的加入可以减小地聚物的收缩，同时起到节约成本的作用；偶联剂的加入可以进一步提高所得灌浆料与大孔隙沥青混合料基体之间的粘结性能，从而提高地聚物灌注多孔沥青混合料的低温抗裂性与水稳定性能；膨胀剂的加入可以减小地聚物的收缩，减小浆料与基体沥青混合料间的裂缝。
37.(3)本发明首次提出一种地聚物灌注多孔沥青混合料材料的组成制备方法，总体来说，地聚物灌注多孔沥青混合料同时具有较好的高温抗车辙能力、低温抗开裂性能、水稳定性和疲劳性能，尤其表现出极强的高温抗车辙性能与水稳性能，远超过相关规范对沥青路面的技术要求，应用性广。
附图说明
38.图1为本发明的地聚物灌注多孔沥青混合料制备方法中，步骤s1的流程图；
39.图2为本发明的地聚物灌注多孔沥青混合料制备方法中，步骤s2的流程图；
40.图3为本发明的地聚物灌注多孔沥青混合料制备方法中，步骤s3的流程图。
具体实施方式
41.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
42.本发明的地聚物灌注多孔沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
43.s1、制备大空隙基体沥青混合料：混合集料、填料和沥青并检测，当混合物的空隙率、流值、稳定度和密度均为设定值时，得到大空隙基体沥青混合料；
44.s2、制备地聚物灌浆料：将地聚物的各组分水混合并检测，当混合物的流动度、抗压强度、抗折强度以及干缩率均为设定值时，得到地聚物灌浆料；
45.s3、将地聚物灌浆料灌注到所述大空隙基体沥青混合料中，并进行养生，得到试件；检测试件的高温性能、低温性能和水温性能，当各性能达到设定值时，得到地聚物灌注多孔沥青混合料。
46.优选的，步骤s1中的制备流程为，通过cavf体积设计法确定大空隙基体沥青混合料的级配；通过肯塔堡飞散试验和谢伦堡析漏试验确定大空隙基体沥青混合料的最佳沥青
用量；根据确定好的级配与最佳沥青用量制备得到大空隙基体沥青混合料，对其空隙率、流值、稳定度、密度进行检测。上述流程如图1所示，检测指标与方法如表1所示。
47.表1大空隙基体沥青混合料检测指标
[0048][0049]
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤s1的具体工艺包括以下步骤：
[0050]
s1-1、分别对集料、填料和沥青进行加热，其中集料、填料的加热温度为145～150℃，沥青的加热温度为140～145℃；
[0051]
s1-2、按照集料、基质沥青、填料的顺序投放到145～150℃的拌合锅中持续恒温搅拌，然后成型，即得所述大空隙基体沥青混合料。
[0052]
上述实施例中，优选的，大空隙基体沥青混合料，占地聚物灌注多孔沥青混合料的体积百分比为70～80％。大空隙基体沥青混合料中各组分及其所占重量份数包括：集料90～95份、填料2～4份、沥青2～5份。集料为石灰岩、玄武岩、花岗岩或辉绿岩；填料为石灰岩矿粉。级配的范围为：26.5mm筛孔通过率为100％、19mm筛孔通过率为90～100％、16mm筛孔通过率为50～80％、13.2mm筛孔通过率为40～70％、9.5mm筛孔通过率为15～60％、4.75mm筛孔通过率为3～20％、0.075mm筛孔通过率为1～3％。
[0053]
上述实施例中，优选的，沥青可选用50号、70号或90号沥青等。
[0054]
优选的，步骤s2的制备流程为：通过将地聚物、碱激发剂、添加剂和标准砂进行搅拌得到地聚物灌浆料；对地聚物灌浆料进行流动度测试；将地聚物灌浆料注模养生，得到地聚物浆体，对其力学强度、收缩性能进行检测。制备流程如图2所示，检测指标与方法如表2所示。
[0055]
表2地聚物灌浆料检测指标
[0056][0057]
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤s2的具体工艺包括以下步骤：
[0058]
s2-1、用天平称取适量的固体硅酸钠、氢氧化钠、偏高岭土、粉煤灰、细砂、膨胀剂置于拌锅中。
[0059]
s2-2、用天平称取适量的水、偶联剂置于烧杯中。
[0060]
s2-3、首先将水加入到拌锅中，开始搅拌5min，然后再加入偶联剂，再搅拌15min(搅拌速度以200周/分钟的速度进行)，即可得到地聚物灌浆料；
[0061]
优选的，步骤s2得到地聚物灌浆料占地聚物灌注多孔沥青混合料的体积百分比为20～30％。
2004)的要求。
[0075]
采用偏高岭土和粉煤灰细度为1000～2000目；标准砂为加工后符合标准规定的石英砂，粒径为0.6mm以下；固体硅酸钠的模数为2.0，na2o质量百分数为25.0％，sio2质量百分数为49.2％，杂质与结晶水质量百分数为25.8％，常温状态下为白色粉末；氢氧化钠为白色片状颗粒，密度为2.1～2.3g/cm3，常温下为片状晶体；偶联剂为硅烷类；膨胀剂为hcsa。
[0076]
实施例1
[0077]
本实施例制备地聚物灌注多孔沥青混合料，并验证其性能。
[0078]
制备方法包括如下步骤：
[0079]
s1)大空隙基体沥青混合料的制备：
[0080]
称取93.5重量份的石灰岩矿料作为集料，并加热至150℃；称取3重量份石灰岩矿粉作为填料，并加热至150℃。其中，石灰岩矿料与石灰岩矿粉(填料)的混合物级配为：26.5mm筛孔通过率为100％、19mm筛孔通过率为95％、16mm筛孔通过率为80％、13.2mm筛孔通过率为52％、9.5mm筛孔通过率为26.5％、4.75mm筛孔通过率为15.5％、0.075mm筛孔通过率为2％。
[0081]
称取3.5重量份ah-70基质沥青，并加热至142℃。先将石灰岩矿料倒入到加热至150℃的拌锅中，搅拌60s，再将基质沥青倒入拌锅中，搅拌60s，将矿粉倒入拌锅中，搅拌60s，最后将搅拌好的混合物用电动马歇尔击实仪进行正反50次击实。
[0082]
检测击实后的混合物，其空隙率为23.2％，马歇尔稳定为4.0kn，流值为2.322mm，即得大空隙基体沥青混合料。
[0083]
s2)地聚物灌浆料的制备：
[0084]
地聚物灌浆料部分涉及的各原料及其所占百分比为：固体硅酸钠20％、氢氧化钠2.8％、水35％、偏高岭土19％、粉煤灰9％、细砂14％、膨胀剂2％、偶联剂0.5％。
[0085]
先用天平称取适量的固体硅酸钠、氢氧化钠、偏高岭土、粉煤灰、细砂、膨胀剂置于拌锅中；然后用天平称取适量的水、偶联剂置于烧杯中；最后先将水加入到拌锅中，开始搅拌5min，然后再加入偶联剂，再搅拌15min，搅拌速度以200周/分钟的速度进行，即可得到地聚物灌浆料。将本步骤的混合物先进行养生和固化，并得到地聚物浆体，再对地聚物浆体检测抗压强度、抗折强度以及干缩率。
[0086]
经检测，其7d抗压强度为15.7mpa，7d抗折强度为3.5mpa，流动度为16s，56d干缩率为0.35％。
[0087]
s3)地聚物灌注多孔沥青混合料的制备
[0088]
将制备好的地聚物灌浆料立即灌注于大空隙基体沥青混合料中，具体步骤包括：调试水泥成型振动台，将大空隙基体沥青混合料放置于水泥振动台上；将地聚物灌浆料浇筑在大空隙基体沥青混合料上，两者的体积比为1:3，分别占总体积的25％和75％。过程中应边振动边浇筑，等浆体不下渗，关闭振动台，刮刀刮平表面浆体，静置24小时后，置于温度30℃，湿度大于等于90％的养生烘箱内养生7d，即得地聚物灌注多孔沥青混合料。
[0089]
对本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料进行高温性能、低温性能、水稳性能测试，结果如下：
[0090]
(1)高温性能
[0091]
高温动态单轴压缩试验测试，将所得地聚物灌注多孔沥青混合料制作成尺寸为φ
100
×
h110mm的圆柱体试件，在60℃条件下进行动态单轴压缩试验，试验结果显示所得地聚物灌注多孔沥青混合料的高温动态单轴作用次数为4348，远大于常规沥青类材料动态单轴数据。
[0092]
(2)低温性能
[0093]
低温抗裂性测试，将基体沥青混合料制作成尺寸为直径150mm、高50mm的圆柱试件，灌入地聚物灌浆料养生成型，再将圆柱试件沿半径对半切割制成半圆试件，半圆试件中间切缝5mm裂缝，在-10℃条件下进行scb试验，试验结果表明本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的断裂能为971j/m2。
[0094]
(3)冻融劈裂试验
[0095]
采用冻融劈裂试验测试本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的水稳定性能，结果表明，地聚物灌注多孔沥青混合料的冻融劈裂比为81％，大于规范要求的75％。
[0096]
(4)浸水马歇尔试验
[0097]
采用浸水马歇尔试验测试本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的水稳定性能，结果表明，地聚物灌注多孔沥青混合料的浸水残留稳定度为99％，远超规范要求的80％。
[0098]
实施例2
[0099]
本实施例制备地聚物灌注多孔沥青混合料，并验证其性能。
[0100]
制备方法包括如下步骤：
[0101]
s1)大空隙基体沥青混合料的制备：
[0102]
称取93.5重量份的石灰岩矿料作为集料，并加热至150℃；称取3重量份石灰岩矿粉作为填料，并加热至150℃，其中石灰岩矿料与石灰岩矿粉的混合物级配为：26.5mm筛孔通过率为100％、19mm筛孔通过率为95％、16mm筛孔通过率为80％、13.2mm筛孔通过率为52％、9.5mm筛孔通过率为26.5％、4.75mm筛孔通过率为15.5％、0.075mm筛孔通过率为2％。
[0103]
称取3.5重量份ah-70基质沥青，并加热至142℃；先将石灰岩矿料倒入到加热至150℃的拌锅中，搅拌60s，再将基质沥青倒入拌锅中，搅拌60s，将矿粉倒入拌锅中，搅拌60s，最后将搅拌好混合物，用电动马歇尔击实仪进行正反50次击实。
[0104]
检测击实后的混合物，其空隙率为23.2％，马歇尔稳定为4.0kn，流值为2.322mm，即得大空隙基体沥青混和料。
[0105]
s2)地聚物灌浆料的制备：
[0106]
地聚物灌浆料部分涉及的各原料及其所占百分比为：固体硅酸钠20％、氢氧化钠2.8％、水28％、偏高岭土26％、粉煤灰9％、细砂14％、膨胀剂2％、偶联剂0.5％。
[0107]
先用天平称取适量的固体硅酸钠、氢氧化钠、偏高岭土、粉煤灰、细砂、膨胀剂置于拌锅中；然后用天平称取适量的水、偶联剂置于烧杯中；最后先将水加入到拌锅中，开始搅拌5min，然后再加入偶联剂，再搅拌15min，搅拌速度以200周/分钟的速度进行，即可得到地聚物灌浆料。将本步骤的混合物先进行养生和固化，并得到地聚物浆体，再对地聚物浆体检测抗压强度、抗折强度以及干缩率。
[0108]
经检测，其7d抗压强度可达21.7mpa，抗折强度可达4.5mpa，流动度为23s，56d干缩率为0.27％。
[0109]
s3)地聚物灌注多孔沥青混合料的制备
[0110]
将制备好的地聚物灌浆料立即灌注于大空隙基体沥青混合料中，具体步骤包括：调试水泥成型振动台，将大空隙基体沥青混合料放置于水泥振动台上；将地聚物灌浆料浇筑在大空隙基体沥青混合料上，两者的体积比为1:3，过程中应边振动边浇筑；等浆体不下渗，关闭振动台，刮刀刮平表面浆体，静置24小时后，置于温度30℃，湿度大于等于90％的养生烘箱内养生7d，即得地聚物灌注多孔沥青混合料。将本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料进行高温性能、低温性能、水稳性能测试，结果如下：
[0111]
(1)高温性能
[0112]
高温动态单轴压缩试验测试，将所得地聚物灌注多孔沥青混合料制作成尺寸为φ100
×
h110mm的圆柱体试件，在60℃条件下进行动态单轴压缩试验，试验结果显示所得地聚物灌注多孔沥青混合料的高温动态单轴作用次数为5268，远大于常规沥青类材料动态单轴数据。
[0113]
(2)低温性能
[0114]
低温抗裂性测试，将基体沥青混合料制作成尺寸为直径150mm、高50mm的圆柱试件，灌入地聚物灌浆料养生成型，再将圆柱试件沿半径对半切割制成半圆试件，半圆试件中间切缝5mm裂缝，在-10℃条件下进行scb试验，试验结果表明本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的断裂能为836j/m2。
[0115]
(3)冻融劈裂试验
[0116]
采用冻融劈裂试验测试本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的水稳定性能，结果表明，地聚物灌注多孔沥青混合料的冻融劈裂比为83％，大于规范要求的75％。
[0117]
(4)浸水马歇尔试验
[0118]
采用浸水马歇尔试验测试本实施例所得地聚物灌注多孔沥青混合料的水稳定性能，结果表明，地聚物灌注多孔沥青混合料的浸水残留稳定度为103％，远超规范要求的80％。
[0119]
上述结果表明，本发明所得的地聚物灌注多孔沥青混合料材料的设计方法切实可行，且所得地聚物灌浆料其浆体均匀稳定，流动性好，强度高，所得地聚物灌注沥青混合料可同时兼顾优异的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等。
[0120]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0121]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。