掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料及制备和测定方法与流程

本发明属于沥青材料技术领域，尤其涉及一种掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料及制备和测定方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：过去的二十几年，我国的高速公路事业迅速发展起来，早期修建的沥青路面也已经陆续进入了维修养护期。但是，由于技术上存在困难，加之环境保护意识淡薄，我国目前在沥青路面材料的回收利用率上低于30％，而发达国家的利用率已经超过90％，远远低于发达国家的水平。另外，海绵城市的提出，对道路透水性能提出更高要求，目前的大孔隙透水性沥青路面均采用新制备的沥青混合料，未能充分利用回收沥青材料。因此从节能和环保角度都来说，均应该着眼于新型透水性再生沥青路面用混合料的开发研究。

综上所述，现有技术存在的问题是：我国目前在沥青路面材料的回收再生利用率低于30％，无法契合社会对工程节能和环保要求；研制大孔隙透水性再生沥青混合料，在回收利用原有资源的同时，达到海绵城市透水性路面使用要求。

解决上述技术问题的难度和意义：较之新建沥青路面，回收再生沥青路面在工程标准、技术积累等方面较为薄弱；如何满足路面使用性能的同时达到海绵城市使用要求的透水性技术指标，目前国内尚未有研究和解决方案。研究一种新型的掺水泥的大孔隙透水性再生沥青混合料，用于海绵城市道路工程的建设中，完全符合我国可持续发展、节能减排等发展战略与理念，属于一种既经济又环保的新型材料。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料及制备和测定方法。

本发明是这样实现的，一种掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料，所述掺再生沥青混合料(下简称rap)的掺量为20％，其余为达到ogfc-13级配(或根据实际使用要求调整)需求的新集料，级配中用42.5的普通硅酸盐水泥代替级配中的60％矿粉含量，混合料采用70号石油沥青制备，沥青用量为4.7％。

本发明的另一目的在于提供一种所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的制备方法，所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将之前准备好的各种规格的集料放在温度为120℃的烘箱中进行烘干直到水分蒸发(一般不少于4～6h)。将烘好的集料从烘箱中取出，根据计算好的配合比，对其称重，然后将其均匀地混合在金属板中，将矿物粉末放进小盆中。按沥青样式准备方法规定的方法准备式样。将所需的沥青用料在电炉上加热，用石棉垫进行脱水处理；

步骤二，将沥青混合料搅拌机加热到160℃，并在试验中持续控温，水泥和rap先行搅拌，随后再将70号沥青倒入。总拌和时间为3min；

步骤三，在搅拌结束后，将拌合均匀的混合料装入试模，利用马歇尔电动击实仪对试件双面进行50次击实成型，不进行二次击实。最后用脱模器脱模，混合料制备完成。

本发明的另一目的在于提供一种所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法，所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法包括以下步骤：

步骤一，通过马歇尔试验研究混合料的高温稳定性，通过透水性试验渗水性；

步骤二，采用五个rap掺量0、20％、40％、60％、80％作为变量，组成5组对照试验，每组做2个标准试件用作试验结果的综合取值；

步骤三，参照性能试验即确定最佳的rap掺量。

进一步，所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法分别进行马歇尔试验，根据百分表读数换算马歇尔强度以得出马歇尔稳定度，得出试验结果，在rap掺量为20％时，马歇尔模数达到最大，当掺量超过20％时，呈现下降趋势。

进一步，所述掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法的试件渗水系数参照t0730-1计算，以液面从100ml-500ml所需时间为标准时间；目标空隙率在19％时，渗水系数为84.47ml/s；通过透水性试验测试，大孔隙透水性热再生沥青混合料的渗水系数为1267ml/15s。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水拌和均匀后成为一种浆状物，遇水、空气会发生硬化现象，其作用是将砂、石等原材料胶结在一起，而且还增加了新物质的粘结聚合力，提高再生混合料的强度。并且水泥与矿料的相互作用也活化了矿料表面，创造了不溶于水的化学吸附，减少了矿料的亲水性，从而加强了矿料和沥青的粘结程度。水泥作为填料提高了沥青混合料的路用性能，沥青中的树脂为酸性材料，这使得沥青具有塑性和粘结性，可以增加沥青和集料间的粘结力。水泥还会吸收极性氧化物质，使之不能参与进一步的氧化反应，这使得沥青的氧化也会减轻。这些大大提高了沥青混合料的水稳定性和高温稳定性。

本发明混合料最佳rap掺量在20％的时候达到最优，此时再生沥青混合料的高温性能达到最优；随着级配的粗化，同种透水沥青混合料的高温性能增强；透水性沥青混合料的空隙率随着最大粒径的增大而增大，透水性能同空隙率存在正相关关系；目前关于我国水泥作为填料对热再生沥青混合料性能的研究正在积极开展中，但是关于热再生技术要求的规范和书籍还很局限，又因为时间、空间的多方面的因素影响，对于水泥以及rap性能、最佳油石比最佳沥青用量的选择上还比较局限。在对rap性能的分析时发现，沥青的老化程度已经不满足道路的使用情况。此外对于rap的筛分试验还发现细集料不够用的情况，不能够满足规范的要求。经过马歇尔试验、渗水试验等大量的试验分析，确定了水泥代替60％的矿粉为最佳掺量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法流程图。

图3是本发明实施提供的稳定度试验曲线图。

图4是本发明实施提供的流值试验曲线图。

图5是本发明实施提供的马歇尔模数试验曲线图。

图6是本发明实施提供的稳定度试验曲线图。

图7是本发明实施提供的流值试验曲线图。

图8是本发明实施提供的马歇尔模数试验曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用水泥代替剂量不同的矿粉进行试验；通过马歇尔试验和透水试验研究水泥代替矿粉对沥青混合料高温稳定性能和透水性能的影响，结果表明混合料最佳配合比在20％的时候达到最优，此时再生沥青混合料的高温性能达到最优；随着级配的粗化，同种透水沥青混合料的高温性能增强；透水性沥青混合料的空隙率随着最大粒径的增大而增大，透水性能同空隙率存在正相关关系。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的rap掺量为20％。所述掺再生沥青混合料(下简称rap)的掺量为20％，其余为达到ogfc-13级配(或根据实际使用要求调整)需求的新集料，级配中用42.5的普通硅酸盐水泥代替级配中的60％矿粉含量，混合料采用70号石油沥青制备，沥青用量为4.7％。

如图1所示，本发明实施例提供的掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的制备方法包括以下步骤：

s101：将之前准备好的各种规格的集料放在温度为120℃的烘箱中进行烘干直到水分蒸发(一般不少于4～6h)；将烘好的集料从烘箱中取出，根据计算好的配合比，对其称重，然后将其均匀地混合在金属板中，将矿物粉末放进小盆中。按沥青样式准备方法规定的方法准备式样；将所需的沥青用料在电炉上加热，用石棉垫进行脱水处理；

s102：将沥青混合料搅拌机加热到160℃，并在试验中持续控温，水泥和rap先行搅拌，随后再将70号沥青倒入；总拌和时间为3min；

s103：在搅拌结束后，将拌合均匀的混合料装入试模，利用马歇尔电动击实仪对试件双面进行50次击实成型，不进行二次击实；最后用脱模器脱模，混合料制备完成。

如图2所示，本发明实施例提供的掺水泥大孔隙透水性再生沥青混合料的测定方法包括以下步骤：

s201：通过马歇尔试验研究混合料的高温稳定性，通过透水性试验研究渗水性；

s202：采用五个rap掺量(0、20％、40％、60％、80％)作为变量，组成5组对照试验，每组做2个标准试件用作试验结果的综合取值；

s203：参照性能试验即可确定最佳的rap掺量。

下面结合试验对本发明的应用效果做详细的描述。

1、试验过程及数据分析结果

试验分别进行马歇尔试验，根据百分表读数换算马歇尔强度以得出马歇尔稳定度。得出试验结果，详细见下表1、图3、图4、图5所示。

表1马歇尔试验数据

试验结果表明：在rap掺量为20％时，马歇尔模数达到最大，当掺量超过20％时，呈现下降趋势。

1.3新集料试验分析

通过参考新集料测试试验，试验数据主要按(0、20％、40％、60％)作为变量。详细见表2，图6、图7、图8所示。

表2马歇尔试验数据

由上图可知，该试验在rap掺量为20％时，马歇尔模数达到最大，当掺量超过20％时，呈现下降趋势。

综合以上性能测试分析，该试验也在rap掺量为20％时，高温稳定性最佳。且新集料的马歇尔模数与本试验结果也基本一致。

1.4透水性试验

一般在透水性方面首推开级配沥青磨耗层，其空隙率一般在18％-25％间，且因为处于这一部分空隙率的耐久性稳定性及沥青混合料的强度更好。经计算，本课题制备试件的空隙率为19％。

试验试件渗水系数主要参照(t0730-1)计算，以液面从100ml-500ml所需时间为标准时间；另外如果渗水时间延长了，也可采用3min来计算。

经测试，换算得到渗水系数如表3所示。得出目标空隙率在19％的时候，其渗水系数为84.47ml/s。

表3试件渗水试验结果

通过透水性试验测试，本发明的大孔隙透水性热再生沥青混合料的渗水系数为1267ml/15s，满足≥1000ml/15s的设计要求。

2、大孔隙透水性热再生沥青混合料强度形成机理分析

本发明试验的混合料中，由于早期再生沥青混合料的强度偏低。在沥青混合料中需加入一定量的碱性填料用来提高再生沥青混合料的粘结性，也改善了沥青混合料的性能。由于水泥中氧化钙的含量通常也较高而作为碱性物的它活性很高，所以选用水泥代替部分矿粉或全部矿粉来进行试验较优。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。