一种储热型大空隙沥青混合料、制备方法及低温环境施工方法与流程

本发明涉及道路工程，具体而言，涉及一种储热型大空隙沥青混合料、制备方法及低温环境施工方法。

背景技术：

1、施工温度对沥青混合料铺筑的成品路面质量影响显著，沥青混合料运输到施工现场后，混合料的温度一般在160℃～180℃之间，温度尚可。但是需经历候工、摊铺、碾压等环节，每个环节都会发生热量的损失，导致沥青混合料的温度降低。除了在施工各环节做好保温措施之外，下承层的温度对铺设于其上方的混合料散热效率具有明显的影响。在低温环境下施工时，尤其是冬季山区公路，风速高，沥青混合料散热快，同时下承层的温度较低，以上种种因素对沥青混合料的施工质量提出了严峻的考验。大空隙沥青混合料的空隙率相比常规混合料更大，散热更快，对施工温度要求更高。由于施工温度不足、施工质量不达标，导致大空隙沥青路面返工的情况时常发生。

2、目前一般采用温拌技术进行低温环境下的混合料施工，可以将混合料的生产温度降低15℃～30℃，一定程度上缓解了温度偏低对沥青路面施工质量的影响。此外在进行就地热再生作业时，需要采用加热机对旧路面进行加热，但是加热温度最高达到200℃以上，目的是软化原路面材料，达到耙松、拌和、再摊铺的效果。在常规沥青路面施工过程中，尚无对下承层进行加热以提高施工质量的做法。

3、温拌技术虽然一定程度上改善了较低温度混合料的施工质量，但是无法解决混合料散热快和低温环境下下承层温度较低的问题。现有的加热机加热工艺以路表温度为控制指标，加热温度高，以使路面材料充分软化。但是正常施工时无需将路面加热至很高的温度，只需要达到夏季正常的路表温度，即约60℃即可。此外，大多数温拌剂都对沥青混合料的路用性能和耐久性产生不利的影响。而且在冬季低温环境下，当气温低于5℃时，要求不可进行沥青混合料的施工作业，即便温拌沥青混合料也不可以施工。因此需要开发一种高储热、慢散热的沥青混合料，以满足低温施工的需求。

4、申请内容

5、本发明的目的在于提供一种储热型大空隙沥青混合料、制备方法及低温环境施工方法，其相比大空隙沥青混合料添加了高比热容的钢渣粉，以及自动储热放热的植物基相变材料，在混合料制备过程中储存了大量的热量，在后续摊铺过程中热量逐渐释放。同时结合加热机预热和篷布覆盖保温，显著提高了混合料的施工温度，保障了施工质量。

6、本发明的实施例通过以下技术方案实现：储热型大空隙沥青混合料，包括大空隙沥青混合料100份、钢渣粉3-7份以及植物基相变材料。

7、本发明还提供了上述储热型大空隙沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)将各档集料加热至180～210℃，按照设定比例投入搅拌缸中，拌和10～15s，然后投入温度为150～170℃的高粘沥青，搅拌5～10s，即得到大空隙沥青混合料；

9、(2)将钢渣粉加热至180～210℃，按照设定比例投入搅拌缸中，搅拌35～40s；

10、(3)将植物基相变材料加热至70～90℃，按照设定比例投入搅拌缸中，搅拌5～10s，即得到储热型大空隙沥青混合料。

11、进一步地，钢渣粉由钢渣研磨而成，粒径小于0.15mm，比热容为1200～1500j/(kg×℃)。

12、进一步地，植物基相变材料是由打碎的植物废料萃取而成的蜡状或油状物料，主要成分为高碳脂肪烷醇。

13、进一步地，植物基相变材料的熔融峰值温度为70～90℃，潜热为200～250kj/kg，比热容为1500～2000j/(kg×℃)。

14、进一步地，植物基相变材料用量的确定包括以下几个步骤：

15、(1)计算集料和钢渣粉混合物比表面积(m2/kg)＝(0.41a+0.41b+0.82c+1.64d+2.87e+6.14f+12.29g+32.77h)/102

16、式中：a、b、c、d、e、f、g、h分别表示集料和钢渣粉混合物通过19mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔的质量百分率。

17、(2)在12～16μm范围内选择植物基相变材料膜厚，优选膜厚为14μm；

18、(3)计算植物基相变材料用量(％)＝植物基相变材料膜厚×集料和钢渣粉混合物比表面积×植物基相变材料密度(g/cm3)/10。

19、本发明还提供了储热型大空隙沥青混合料在低温环境的施工方法，包括以下几个步骤：

20、(1)制备储热型大空隙沥青混合料，混合料温度应保持在170～185℃之间，当施工气温低于0℃时，采用温拌技术制备大空隙沥青混合料；

21、(2)将储热型大空隙沥青混合料运输至施工现场，到场温度按照160℃～180℃之间控制；

22、(3)在储热型大空隙沥青混合料摊铺前，采用加热机对下承层进行预热至60℃；

23、(4)加热机后跟随一台保温篷布自动收卷装置，将加热机经过路段采用保温篷布进行全覆盖，待摊铺机行至该路段时，再将保温篷布卷起；

24、(5)将混合料均匀摊铺在下承层上，摊铺机速度与加热机速度保持一致，控制为1～3m/min，以使整个作业面施工协调；

25、(6)采用压路机将混合料碾压密实，压路机应紧跟摊铺，执行紧跟慢压，水量以不粘轮为标准尽量减少，以免水分引起的温度散失。

26、进一步地，预热工艺中将下承层表面温度提高至60℃所需的热量q＝c×ρ×v×(60-t0)；

27、式中：热量q单位为j，比热容c单位为j/(kg×℃)，毛体积密度ρ单位为103×kg/m3，体积v单位为m3，下承层表面温度t0单位为℃。

28、进一步地，加热机的速度设定为v，功率为p，二者需满足的关系：p/v＝q/l；

29、式中：功率p单位为j/s，速度v单位为m/s，施工路段长度l单位为m。

30、进一步地，储热型大空隙沥青混合料的比热容为1100～1300j/(kg×℃)，毛体积密度ρ为2.1×103kg/m3。

31、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

32、(1)大空隙沥青混合料由集料、矿粉、沥青按照一定比例混合组成，制备过程中矿粉不加热，混合料的比热容一般为750～1150j/(kg×℃)。本发明不使用矿粉，将其替换为高比热容的钢渣粉，并且混合料制备过程中钢渣粉需要加热。钢渣粉的比热容为1200～1500j/(kg×℃)，比一般岩石的比热容800～1000j/(kg×℃)大50％以上。再加上高比热容的植物基相变材料的使用，储热型大空隙沥青混合料的比热容达到1100～1300j/(kg×℃)，在加热过程中吸收大量的热量，使制备得到的混合料储存的热量更大。

33、(2)相比正常的沥青混合料拌制工艺，本发明增加了一道工序，即将流动状的植物基相变材料加入混合料中拌和，植物基相变材料裹覆在混合料颗粒的表面，吸收热量使自身性状发生变化，减少了混合料散失的热量，进一步减缓了混合料热量散失速率。而且在混合料摊铺碾压过程中，当周围环境温度较低时，植物基相变材料吸收的热量会自动释放，起到了加热混合料的效果，进一步保证了混合料的施工温度。

34、(3)将下承层的表面温度增大至稳定的60℃，达到了夏季施工时路表温度水平，保证了施工各环节的温度达到控制标准，提高了大空隙沥青混合料的施工质量，并提出了加热机功率和速度的控制标准。

35、(4)结合保温篷布、温拌技术的使用，进一步保证了低温环境下大空隙沥青混合料的摊铺碾压效果。

技术实现思路