本发明涉及路面铺设材料，尤其涉及一种低标号改性沥青断级配高性能沥青混合料。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，公路交通量的迅猛增长，运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加，车辆超载现象十分普遍，加之近年来连续高温气候频发，使得车辙成为当前我国高等级道路沥青路面最常见的病害之一，严重影响了路面行车的安全性、舒适性和耐久性。为了提高沥青路面的抗车辙性能，全国各地在沥青混合料设计、路面结构组合设计等方面均做了大量的尝试和探索，虽然取得了一定的成绩，但是车辙病害依然存在。借助低标号沥青、新材料技术、混合料设计理念和性能评价方法的进步，一些低标号新型沥青混合料是提升路面耐久性、提高混合料模量和高温稳定性的有效技术途径。
低标号沥青由于其针入度较低、软化点较高、具有较好的高温稳定性，被成功应用于高模量沥青混合料，而低标号沥青不仅可以单独使用，还可以与改性沥青进行复合使用，来提高沥青路面的性价比。与传统的改性沥青混合料相比，改性低标号沥青混合料在达到相同高温性能的条件下可降低SBS掺量、提高混合料的模量，使用SBS改性低标号沥青混合料替代传统的改性沥青混合料，可以用于长寿命经济效益的沥青路面，实现提高性能的同时降低造价的目的。同时低标号沥青的生产及大规模推广应用也将为石油企业带来巨大的市场空间。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种改性沥青断级配沥青混合料。
为达到上述目的，本发明提供一种改性沥青断级配沥青混合料，包括矿料和改性沥青，所述矿料由93～96％的集料和4～7％的矿粉组成，所述改性沥青为50号SBS改性沥青，所述沥青混合料中矿料为100质量份，所述改性沥青为4.0～4.7质量份；其中，所述集料的岩性为玄武岩或石灰岩，按照粒径分为三组：第一组集料：10～15mm；第二组集料：3～5mm；第三组集料：≤3mm，所述第一组集料质量占矿料总质量的质量百分比为40％～66％，所述第二组集料质量占矿料总质量的质量百分比为10％～24％，所述第三组集料质量占矿料总质量的质量百分比为20％～30％，且所述三组集料的质量百分比不能同时取最小值或最大值，所述三组集料的质量之和占矿料总质量的93～96％。
其中，所述三组集料合成级配在筛孔4mm～10mm之间的通过率不大于15％。
其中，所述沥青混合料中最小沥青用量通过丰度系数K来确定，K>2.55。
其中，所述沥青混合料的压实厚度为7～16cm。
其中，所述沥青混合料的旋转压实试件的空隙率VV﹤6％。
其中，所述沥青混合料的法国车辙试验运行30000次所对应的车辙率≤7.5％。
其中，所述沥青混合料的中国车辙试验的动稳定度大于3000次/mm。
其中，所述沥青混合料在试验温度15℃，试验频率10HZ条件下的复合模量E>9000MPa。
其中，所述沥青混合料在试验温度10℃，试验频率25Hz，应变水平80με条件下的两点疲劳寿命次数≥100万次。
其中，所述沥青混合料在冻融劈裂试验中劈裂强度比TSR>80％。
其中，所述沥青混合料在低温小梁试验中弯曲破坏应变≥2500με。
本发明的有益效果是：
具有较好的高温性、模量性能、抗疲劳性能和耐久性能；用在道路下面层，可减少车辆荷载作用下沥青混凝土产生的应变，提高路面的抗疲劳和抗车辙的能力；有利于延长路面使用寿命和维修周期，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
一种改性沥青断级配沥青混合料，包括矿料和改性沥青，所述矿料由93～96％的集料和4～7％的矿粉组成，所述改性沥青为50号SBS改性沥青，所述沥青混合料中矿料为100质量份，所述改性沥青为4.0～4.7质量份；其中，所述集料的岩性为玄武岩或石灰岩，按照粒径分为三组：第一组集料：10～15mm；第二组集料：3～5mm；第三组集料：≤3mm，所述第一组集料质量占矿料总质量的质量百分比为40％～66％，所述第二组集料质量占矿料总质量的质量百分比为10％～24％，所述第三组集料质量占矿料总质量的质量百分比为20％～30％，且所述三组集料的质量百分比不能同时取最小值或最大值，所述三组集料的质量之和占矿料总质量的93～96％。
其中，所述三组集料合成级配在筛孔4mm～10mm之间的通过率不大于15％。
其中，所述沥青混合料中最小沥青用量通过丰度系数K来确定，K>2.55。
其中，所述沥青混合料的压实厚度为7～16cm。
其中，所述沥青混合料的旋转压实试件的空隙率VV﹤6％。
其中，所述沥青混合料的法国车辙试验运行30000次所对应的车辙率≤7.5％。
其中，所述沥青混合料的中国车辙试验的动稳定度大于3000次/mm。
其中，所述沥青混合料在试验温度15℃，试验频率10HZ条件下的复合模量E>9000MPa。
其中，所述沥青混合料在试验温度10℃，试验频率25Hz，应变水平80με条件下的两点疲劳寿命次数≥100万次。
其中，所述沥青混合料在冻融劈裂试验中劈裂强度比TSR>80％。
其中，所述沥青混合料在低温小梁试验中弯曲破坏应变≥2500με。
本发明采用50#SBS沥青作为胶结料，一方面靠低标号沥青的低针入度、高软化点、提高高温稳定性，另一方面依靠SBS改性剂改善混合料的低温和疲劳性能；同时为保证骨料之间的合理布局，克服颗粒组合的松散性，保证骨架稳定性，采用间断级配进行设计，同时要求集料合成级配在筛孔4mm～10mm之间的通过率不大于15％。用在道路下面层，可减少车辆荷载作用下沥青混凝土产生的应变，提高路面的抗疲劳和抗车辙的能力；且由于低标号沥青自身的优势，与一般改性沥青相比可降SBS改性剂掺量25％～55％，具有较好的经济效益。
实施例1
本实施例沥青混合料主要由100质量份的矿料、4.3质量份的低标号改性沥青，其中低标号改性沥青采用的是中石油的50号SBS改性沥青，矿料包括石灰岩集料和石灰岩矿粉，石灰岩集料和矿粉的质量别占矿料质量的95％和5％，石灰岩集料按下列三种粒径范围分设为三组：第一组：粒径10～15mm；第二组：粒径3～5mm；第三组：粒径≤3mm。上述三组集料的质量占矿料总质量的百分比依次为：60.8％、15.2％、19％，总矿料的有效密度ρG＝2.689g/cm3，其级配如表1。
表1 级配表(法标)
根据本实施例的矿料比例、矿料有效密度ρG、提供的油石比TLext及表1中集料的通过率算丰度系数K，丰度系数K通过下式计算：
式中，TLext—油石比(沥青重量与矿料重量之比)，本实施例TLext＝4.3％
100Σ＝0.25G+2.3S+12s+135f
G—粒径大于6.3mm的集料占总的集料的百分率，
S—粒径在0.25mm到6.3mm之间的集料占总集料的百分率，
s—粒径在0.063mm到0.25mm之间的集料占总集料的百分率，
f—粒径小于0.063mm的集料占总的集料的百分率，
α—为中间参数，α＝2.65/ρG。
从表1可知G＝100％-40.2％(6.3mm集料通过率)＝59.8％，S＝40.2％(6.3mm集料通过率)-11％(0.25mm集料通过率)＝29.2％，s＝11％(0.25mm通过率)-7.5％(0.063mm集料通过率)＝3.5％，f＝7.5％；得到丰度系数K＝2.68满足K>2.55的技术要求。
将按上述级配配置好的矿料放入搅拌设备，拌合10～15秒后加入上述对应质量份的中石油50号SBS改性沥青，再搅拌40～45秒得到沥青混合料。将得到的上述沥青混合料进行下述相关性能的试验：
1)旋转压实试验
将上述沥青混合料制成Φ150mm的试件，并根据法国相关标准中对沥青混合料的旋转压实试验的技术要求进行旋转压实试验，试验结果汇总如表2。
表2 旋转压实试验结果
2)法国车辙试验
根据BS EN 12697-22(法国车辙试验)，沥青混合料制成长500mm、宽180mm、高100mm的车辙试件，试验温度60℃，测定荷载循环次数100，300，1000，3000，10000，30000时，15个测量点的变形值。根据测量结果计算不同运行次数对应的车辙率：
表3 法国车辙试验结果
3)中国车辙试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0719的要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行了车辙试验，试验结果见表4，从该表所示试验结果可以看出，本实施例的混合料的具有很好的高温稳定性能。
表4 车辙试验动稳定度
4)冻融劈裂试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)的要求进行实冻融劈裂试验，击实次数50次，结果见表5，从试验结果可以看出本实施例的具有很好的水稳定性能力。
表5 冻融劈裂试验结果
5)小梁弯曲试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0715的要求进行了6组-10℃低温小梁弯曲试验，结果平均值见表6，破坏应变2935.1με，高于标准要求的≥2500με，表明本实施例的混合料的具有很好的抵抗低温变形的能力。
表6 小梁弯曲试验结果
6)模量性能试验
模量性能验证采用两点弯曲复数模量试验进行，试验温度15℃，试验频率10HZ。试验结果如表7所示。从模量检测数据来看，本实施例的混合料的复数模量符合，大于9000MPa的技术要求。
表7 混合料模量试验结果
7)疲劳性能试验
疲劳性能采用法国两点弯曲疲劳试验(欧标试验方法EN12697-24)，试验温度10℃，试验频率25Hz，应变水平130με，试验结果如下表8。从疲劳试验数据来看，本实施例的混合料疲劳性能满足相应的技术要求。
表8 耐久性高模量沥青混合料疲劳试验结果
以上混合料的性能验证试验表明：本实施例沥青混合料的石料级配和对应沥青用量而形成的沥青混合料能满足所需的体积指标和各项路用性能指标的要求。
实施例2
本实施例沥青混合料主要由100质量份的矿料、4.6质量份的低标号改性沥青，其中低标号改性沥青采用的是中石油的50号SBS改性沥青，矿料包括玄武岩集料和石灰岩矿粉，玄武岩集料和矿粉的质量别占矿料质量的93％和7％，玄武岩集料按下列三种粒径范围分设为三组：第一组：粒径10～15mm；第二组：粒径3～5mm；第三组：粒径≤3mm。上述三组集料的质量占矿料总质量的百分比依次为：65％、11％、24％，总矿料的有效密度ρG＝2.714g/cm3，其级配如表9。
表9 级配表(法标)
根据本实施例的矿料比例、矿料有效密度ρG、提供的油石比TL ext及表1中集料的通过率算丰度系数K，丰度系数K通过下式计算：
式中，TLext—油石比(沥青重量与矿料重量之比)，本实施例TLext＝4.6％
100Σ＝0.25G+2.3S+12s+135f
G—粒径大于6.3mm的集料占总的集料的百分率，
S—粒径在0.25mm到6.3mm之间的集料占总集料的百分率，
s—粒径在0.063mm到0.25mm之间的集料占总集料的百分率，
f—粒径小于0.063mm的集料占总的集料的百分率，
α—为中间参数，α＝2.65/ρG。
从表9可知G＝100％-43.7％(6.3mm集料通过率)＝56.3％，S＝43.7％(6.3mm集料通过率)-13％(0.25mm集料通过率)＝30.7％，s＝13％(0.25mm通过率)-8.1％(0.063mm集料通过率)＝4.9％，f＝8.1％；得到丰度系数K＝2.84满足K>2.55的技术要求。
将按上述级配配置好的矿料放入搅拌设备，拌合10～15秒后加入上述对应质量份的中石油50号SBS改性沥青，再搅拌40～45秒得到沥青混合料。将得到的上述沥青混合料进行下述相关性能的试验：
1)旋转压实试验
将上述沥青混合料制成Φ150mm的试件，并根据法国相关标准中对沥青混合料的旋转压实试验的技术要求进行旋转压实试验，试验结果汇总如表10。
表10 旋转压实试验结果
2)法国车辙试验
根据BS EN 12697-22(法国车辙试验)，沥青混合料制成长500mm、宽180mm、高100mm的车辙试件，试验温度60℃，测定荷载循环次数100，300，1000，3000，10000，30000时，15个测量点的变形值。根据测量结果计算不同运行次数对应的车辙率：
表11 法国车辙试验结果
3)中国车辙试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0719的要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行了车辙试验，试验结果见表12，从该表所示试验结果可以看出，本实施例的混合料的具有很好的高温稳定性能。
表12 车辙试验动稳定度
4)冻融劈裂试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)的要求进行实冻融劈裂试验，击实次数50次，结果见表13，从试验结果可以看出本实施例的具有很好的水稳定性能力。
表13 冻融劈裂试验结果
5)小梁弯曲试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0715的要求进行了6组-10℃低温小梁弯曲试验，结果平均值见表14，破坏应变2833.6με，高于标准要求的≥2500με，表明本实施例的混合料的具有很好的抵抗低温变形的能力。
表14 小梁弯曲试验结果
6)模量性能试验
模量性能验证采用两点弯曲复数模量试验进行，试验温度15℃，试验频率10HZ。试验结果如表15所示。从模量检测数据来看，本实施例的混合料的复数模量符合，大于9000MPa的技术要求。
表15 混合料模量试验结果
7)疲劳性能试验
疲劳性能采用法国两点弯曲疲劳试验(欧标试验方法EN12697-24)，试验温度10℃，试验频率25Hz，应变水平130με，试验结果如下表16。
从疲劳试验数据来看，本实施例的混合料疲劳性能满足相应的技术要求。
表16 混合料疲劳试验结果
以上混合料的性能验证试验表明：本实施例沥青混合料的石料级配和对应沥青用量而形成的沥青混合料能满足所需的体积指标和各项路用性能指标的要求。
实施例3
本实施例沥青混合料主要由100质量份的矿料、4.1质量份的低标号改性沥青，其中低标号改性沥青采用的是中石油的50号SBS改性沥青，矿料包括石灰岩集料和石灰岩矿粉，石灰岩集料和矿粉的质量别占矿料质量的96％和4％，石灰岩集料按下列三种粒径范围分设为三组：第一组：粒径10～15mm；第二组：粒径3～5mm；第三组：粒径≤3mm。上述三组集料的质量占矿料总质量的百分比依次为：48％、23％、29％，总矿料的有效密度ρG＝2.681g/cm3，其级配如表17。
表17 级配表(法标)
根据本实施例的矿料比例、矿料有效密度ρG、提供的油石比TLext及表1中集料的通过率算丰度系数K，丰度系数K通过下式计算：
式中，TLext—油石比(沥青重量与矿料重量之比)，本实施例TLext＝4.3％
100Σ＝0.25G+2.3S+12s+135f
G—粒径大于6.3mm的集料占总的集料的百分率，
S—粒径在0.25mm到6.3mm之间的集料占总集料的百分率，
s—粒径在0.063mm到0.25mm之间的集料占总集料的百分率，
f—粒径小于0.063mm的集料占总的集料的百分率，
α—为中间参数，α＝2.65/ρG。
从表17可知G＝100％-38.3％(6.3mm集料通过率)＝61.7％，S＝38.3％(6.3mm集料通过率)-10.7％(0.25mm集料通过率)＝27.6％，s＝10.7％(0.25mm通过率)-6.9％(0.063mm集料通过率)＝3.8％，f＝6.9％；得到丰度系数K＝2.58满足K>2.55的技术要求。
将按上述级配配置好的矿料放入搅拌设备，拌合10～15秒后加入上述对应质量份的中石油50号SBS改性沥青，再搅拌40～45秒得到沥青混合料。将得到的上述沥青混合料进行下述相关性能的试验：
1)旋转压实试验
将上述沥青混合料制成Φ150mm的试件，并根据法国相关标准中对沥青混合料的旋转压实试验的技术要求进行旋转压实试验，试验结果汇总如表18。
表18 旋转压实试验结果
2)法国车辙试验
根据BS EN 12697-22(法国车辙试验)，沥青混合料制成长500mm、宽180mm、高100mm的车辙试件，试验温度60℃，测定荷载循环次数100，300，1000，3000，10000，30000时，15个测量点的变形值。根据测量结果计算不同运行次数对应的车辙率：
表19 法国车辙试验结果
3)中国车辙试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0719的要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行了车辙试验，试验结果见表20，从该表所示试验结果可以看出，本实施例的混合料的具有很好的高温稳定性能。
表20 车辙试验动稳定度
4)冻融劈裂试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)的要求进行实冻融劈裂试验，击实次数50次，结果见表21，从试验结果可以看出本实施例的具有很好的水稳定性能力。
表21 冻融劈裂试验结果
5)小梁弯曲试验
按照沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)T0715的要求进行了6组-10℃低温小梁弯曲试验，结果平均值见表22，破坏应变2734.0με，高于标准要求的≥2500με，表明本实施例的混合料的具有很好的抵抗低温变形的能力。
表22 小梁弯曲试验结果
6)模量性能试验
模量性能验证采用两点弯曲复数模量试验进行，试验温度15℃，试验频率10HZ。试验结果如表23所示。从模量检测数据来看，本实施例的混合料的复数模量符合，大于9000MPa的技术要求。
表23 混合料模量试验结果
7)疲劳性能试验
疲劳性能采用法国两点弯曲疲劳试验(欧标试验方法EN12697-24)，试验温度10℃，试验频率25Hz，应变水平130με，试验结果如下表24。从疲劳试验数据来看，本实施例的混合料疲劳性能满足相应的技术要求。
表24 混合料疲劳试验结果
以上混合料的性能验证试验表明：本实施例沥青混合料的石料级配和对应沥青用量而形成的沥青混合料能满足所需的体积指标和各项路用性能指标的要求。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。