一种提高稀释沥青冷补料水稳定性的方法与流程

本发明涉及一种提高稀释沥青冷补料水稳定性的方法，属于道路养护领域。
背景技术：
：稀释沥青冷补料是将加热的沥青溶解到汽油、煤油、柴油等溶剂中制成稀释沥青，与集料拌合，用袋装或堆放储存。冷补料主要用来修补路面坑洞。在压实成型，汽油、煤油、柴油等溶剂挥发后，冷补料形成强度与普通热拌沥青混合料无异。由于汽油、煤油和柴油等溶剂的挥发速度不同，稀释沥青冷补料可分为快凝、中凝和慢凝三种；稀释沥青冷补料是最常用的修补路面坑洞的材料，由于路面坑洞多是由于水损坏或者冬季时冻融破坏导致，提高冷补料的水稳定性，即抵抗水损坏的性能，对保证坑洞修补的耐久性和稳定性非常重要。工程界已采用将消石灰或水泥等碱性材料作为矿粉掺加在沥青混合料中，来提高其水稳定性。水会导致沥青粘附性下降的机理是：当水侵入到了沥青-矿粉-集料的界面内，由于水分子是极性物质，水更易与集料结合，会使沥青或者沥青胶浆整体从集料表面剥落；沥青中含有少量羧酸(carboxylic)，碱性矿粉中的氢氧化钙与羧酸接触，会生成硷土盐，硷土盐能够粘附在集料表面而不剥落，这样极性的水分子无法使沥青胶浆从集料表面剥落；但是这种方法只是利用碱性矿粉与沥青中酸性物质的反应产物与集料的粘附性来抵抗水分子入侵到集料和沥青胶结料的界面处。目前，同时利用水泥水化和沥青胶黏作为胶结料的建筑材料有两种：一种是法国人发明的将配制好的水泥浆灌入开级配沥青混凝土路面中，形成介于刚性路面和柔性路面之间的路面结构类型，具有较好的抗车辙性能。另一种是将水泥加入乳化沥青中制成乳化沥青砂浆。利用乳化沥青中的水分与水泥发生水化反应，生成水泥胶砂，具备一定强度。主要用于高速铁路板式无砟轨道弹性垫层专用填充材料。这两种材料在制备时，水泥已经发生水化反应。本发明中采用的冷补料为稀释沥青冷补料，并不含有水分。水泥颗粒团簇分布储存在沥青薄膜表面，在遇到水入侵时，发生水化反应，消耗掉入侵水分，而水泥颗粒团簇的水化产物也可补偿水入侵造成的沥青混合料强度损失。技术实现要素：技术问题：本发明的目的是提供一种提高稀释沥青冷补料的水稳定性的方法，该方法简单易行，可以显著提高稀释沥青冷补料的水稳定性、抵抗冻融循环破坏的能力。技术方案：本发明提供了一种提高稀释沥青冷补料水稳定性的方法，该方法包括以下步骤：1)配制稀释沥青：将沥青加热至130～140℃后，加入质量为沥青质量1/2～1/3的柴油，充分搅拌均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将集料加热到70～100℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青搅拌均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为70～100℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量3～6％的水泥，继续搅拌5～10min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。其中：步骤1)和步骤2)所述搅拌均匀过程中搅拌频率为35～50rpm，搅拌时长为20～30s。所述的水泥以水泥颗粒团簇的形式分布于在集料表面形成的沥青薄膜中，且不与沥青薄膜包裹的集料接触。所述的水泥为普通水泥或者快凝水泥。所述的集料为普通石灰岩粗集料。步骤3)所述搅拌的时间需要严格控制，过度搅拌会导致水泥颗粒团簇过于分散。有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：本发明提出的一种提高稀释沥青冷补料水稳定性的方法简单易行，只需在生产稀释沥青冷补料的过程中，增加一道工序，即在稀释沥青冷补料拌和结束时，加入一定量的水泥继续搅拌；水泥以水泥颗粒团簇的形式存在于稀释沥青冷补料中沥青薄膜的表面，水泥颗粒团簇与入侵的水分发生水化反应，消耗掉入侵的水分，并且水化产物可以补强入侵水分引起的粘结力损失。经过室内冻融循环试验结果表明，该方法可以显著提高稀释沥青冷补料的水稳定性、抵抗冻融循环破坏的能力。附图说明图1为普通水泥掺入量不同的试件在干燥、泡水和冻融之后劈裂抗拉强度示意图；图2为普通水泥掺入量不同的试件的劈裂抗拉强度比示意图，其中“冻融/干燥”表示冻融循环后的劈裂抗拉强度/干燥试件的劈裂抗拉强度、“冻融/泡水”表示冻融循环后的劈裂抗拉强度/浸在水中的试件的劈裂抗拉强度；图3为快凝水泥掺入量不同的试件在干燥、泡水和冻融之后劈裂抗拉强度示意图；图4为快凝水泥掺入量不同的试件的劈裂抗拉强度比示意图，其中“冻融/干燥”表示冻融循环后的劈裂抗拉强度/干燥试件的劈裂抗拉强度、“冻融/泡水”表示冻融循环后的劈裂抗拉强度/浸在水中的试件的劈裂抗拉强度；图5为添加水泥的稀释沥青冷补料中沥青薄膜、集料、水泥颗粒团簇位置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。实施例1普通水泥质量含量为3％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至130℃后，加入质量为沥青质量1/2的柴油，在搅拌频率为35rpm的条件下充分搅拌20s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗集料按照以下级配配制：筛孔尺寸(mm)12.59.54.752.380.60.075通过百分率(％)1009025102.51混合好后，将集料加热到70℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为35rpm的条件下搅拌20s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为70℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量3％的普通水泥，继续搅拌5min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例2普通水泥质量含量为6％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至135℃后，加入质量为沥青质量2/5的柴油，在搅拌频率为40rpm的条件下充分搅拌22s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗集料按照以下级配配制：筛孔尺寸(mm)12.59.54.752.380.60.075通过百分率(％)1009025102.51混合好后，将集料加热到80℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为40rpm的条件下搅拌22s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为80℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量6％的普通水泥，继续搅拌6min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例3普通水泥质量含量为9％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至140℃后，加入质量为沥青质量1/3的柴油，在搅拌频率为50rpm的条件下充分搅拌24s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗集料按照以下级配配制：筛孔尺寸(mm)12.59.54.752.380.60.075通过百分率(％)1009025102.51混合好后，将集料加热到90℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为50rpm的条件下搅拌24s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为90℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量9％的普通水泥，继续搅拌7min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例4快凝水泥质量含量为3％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至130℃后，加入质量为沥青质量1/2的柴油，在搅拌频率为35rpm的条件下充分搅拌26s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗集料按照以下级配配制：混合好后，将集料加热到100℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为35rpm的条件下充分搅拌26s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为100℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量3％的快凝水泥，继续搅拌8min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例5快凝水泥质量含量为6％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至135℃后，加入质量为沥青质量2/5的柴油，在搅拌频率为45rpm的条件下充分搅拌28s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗集料按照以下级配配制：筛孔尺寸(mm)12.59.54.752.380.60.075通过百分率(％)1009025102.51混合好后，将集料加热到75℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为45rpm的条件下充分搅拌28s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为75℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量6％的快凝水泥，继续搅拌9min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例6快凝水泥质量含量为9％的稀释沥青冷补料1)配制稀释沥青：将沥青加热至140℃后，加入质量为沥青质量1/3的柴油，在搅拌频率为50rpm的条件下充分搅拌30s，直至均匀，得到稀释沥青；2)配制稀释沥青冷补料：将普通石灰岩粗按照以下级配配制：筛孔尺寸(mm)12.59.54.752.380.60.075通过百分率(％)1009025102.51混合好后，将集料加热到85℃，之后加入步骤1)得到的稀释沥青，在搅拌频率为50rpm的条件下充分搅拌30s，直至均匀，使得沥青完全包裹集料，在集料表面形成沥青薄膜，得到稀释沥青冷补料，且稀释沥青冷补料中沥青的质量含量为4～5％；3)提高稀释沥青冷补料水稳定性：保持步骤2)得到的稀释沥青冷补料的温度为85℃，加入质量为稀释沥青冷补料质量9％的快凝水泥，继续搅拌10min，至稀释沥青冷补料表面无水泥形成的水泥颗粒团簇即可。实施例7：不同水泥含量的稀释沥青冷补料性能对比1)试件成型：参考《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》的方法，首先将不同水泥含量的稀释沥青冷补料在130℃的烘箱中放置10h，待大部分柴油挥发完毕后，取出立即采用旋转压实仪制作直径为100mm的试件，每个试件质量为1000g：为模拟实际道路上车轮的持续碾压作用，同时为了保证足够的空隙率，压实次数定为50次，每种稀释沥青冷补料成型12个试件备用。2)冻融循环试验：试件成型完后，参考《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》和美国材料试验协会ASTMD4867的方法进行冻融循环试验。为了评价水泥在泡水时是否发生水化反应，增加了一组只泡水不冻融的对照组。试验方法主要参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)》参照T0729-2000：第一组试件在室温25℃环境下放置48h后测试劈裂强度，第二组试件放在25℃水槽中浸泡48h后测试劈裂强度，第三组试件先以标准的饱水试验方法真空饱水，保证吸入的水分为空隙率的80％左右，再放入塑料袋中扎紧袋口，将试件放入-18℃的冰箱保持16h，取出试件立即放入已保持为25℃的恒温水槽中，撤去塑料袋，保持24h。劈裂强度和冻融劈裂强度比按下式计算：RT＝0.006287Pt/h式中：RT——试件劈裂抗拉强度，MPa；Pt——试件的试验荷载的最大值，N；h——试件的试件高度，mm；TSR＝RT2/RT1*100式中：TSR——冻融劈裂强度比，％；RT1——未冻融循环的试件的劈裂抗拉强度，MPa；RT2——冻融循环后试件的劈裂抗拉强度，MPa。3)、试验结果分析：图1和图2为采用普通水泥的试验结果。图1为普通水泥质量含量不同的试件在干燥、泡水和冻融之后劈裂强度示意图，可以看出，加入普通水泥后，由于提高了稀释沥青冷补料中沥青胶浆的粘稠度和沥青的薄膜厚度，冷补料的强度先出现了增长，在普通水泥质量含量为6％的时候达到最大。但是，过多的普通水泥会降低沥青胶浆的粘稠度，隔离了集料间的粘结，因此普通水泥质含量为9％的时候强度出现了下降。将不同组试件在水中浸泡48h后，未加水泥的冷补料劈裂强度没有明显变化，说明没有发生严重的水损坏，这是因为单纯的浸泡过程中没有动水压力或者冻胀发生，没有水分入侵到集料表面。而加入普通水泥后的试件在泡水后强度出现了略微增长，说明有部分水泥产生了水化反应。将普通水泥质量含量不同的试件进行一次冻融循环后，未加普通水泥的试件劈裂强度显著下降，说明冻胀产生了严重的水损坏。普通水泥质量含量为3％和6％的试件劈裂强度不仅没有下降，反而出现了增长的情况。这说明附着在沥青薄膜中的水泥颗粒与冻胀导致的入侵水分发生了水化反应，不仅减小了水损坏，水化产物反而增加了试件的强度。证明了这种方法的可行性。另外，过多的普通水泥含量，比如9％，由于降低并隔离了沥青胶浆的粘结性，虽然能观察到水化反应，但是并不能提高试件的抗水损坏能力。图2为不同普通水泥用量的试件的劈裂强度比，可以看出加入普通水泥的冷补料的劈裂强度比均高于没有加入普通水泥的冷补料，其中普通水泥含量为6％的劈裂强度比超过了100％，说明冻融循环后强度不仅没有降低，反而出现了增长。图3和图4采用快凝水泥的实验结果，总体规律与采用普通水泥(图1和图2)类似，最佳快凝水泥用量为3％到6％之间。当前第1页1 2 3