一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法 【技术领域】
本发明属于桥面铺装材料技术领域，具体涉及一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法。
背景技术
随着我国公路交通的快速发展，大跨度桥梁，特别是大型跨江海桥梁的建设得到了迅速发展。钢箱梁桥面由于其施工速度快、自重轻等优点得到了广泛的应用。然而，钢箱梁桥面铺装是一个世界性难题，沥青混合料在高温下很难与钢板粘结并协同变形，进而造成桥面铺装的推移、拥包等破坏。
因此，大跨度桥梁采用钢--混凝土组合梁结构，避免钢桥面铺装这个世界性难题。然而，组合梁桥面板是由预制预应力混凝土板拼接而成，这就造成组合梁桥面铺装存在以下难题：1)桥面板的防水。沥青面层是透水的，水分渗入路面内部并达到混凝土面板，不但会造成桥面铺装层的破坏及沥青铺装层于桥面混凝土的脱粘，还会造成桥面板预应力混凝土的钢筋锈蚀等问题，影响整个桥梁结构的耐久性；2)高粘结性能。预制预应力混凝土板与上层沥青路面粘结性较差，在高温条件下，沥青路面在轮载作用下极易产生拥包，推移等病害，使上层沥青路面发生破坏。3)防止反射裂缝的产生。混凝土面板与接缝混凝土变形不一致造成面板的开裂。为降低桥梁自重，桥面铺装一般不超过10cm，这就使由混凝土板接缝造成的反射裂缝很容易扩展到路表，水分沿裂缝渗入桥面，进一步加剧桥面铺装的破坏，并影响桥面板的耐久性。因此，研究开发适合组合梁桥面铺装的集防水、粘结和应力吸收作用于一体的铺装材料并对其铺装结构进行优化具有重要意义。
针对以上问题，以原美国科氏材料公司的strata为代表的应力吸收层沥青混合料采用具有较高粘弹性的改性沥青配制的细粒式沥青混合料具有很好的应力吸收和防水作用，但由于应力吸收层沥青混合料的沥青含量高，级配细，造成其抵抗高温变形的能力较差。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种具有防水、粘结、应力吸收功能的防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)高粘度高弹性改性沥青的制备：
①按各组分的质量比为基质沥青：改性剂SBS∶增粘剂∶增容剂∶稳定剂＝100∶(5.2～15.3)∶(1.0～3.6)∶(5.0～18.7)∶(0.2～1.4)，选取基质沥青、改性剂SBS、增粘剂、增容剂和稳定剂，备用；
首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS放入搅拌机搅拌30～60min，温度控制在150～170℃，得到沥青混合物；再将沥青混合物加入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘剂及增容剂，继续碾磨3～6次循环，温度控制160～170℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速剪切机，调整转速3000～7000转/min，添加稳定剂，待全部添加后，继续高速剪切15～30min，剪切时控制温度150～180℃，将剪切后的沥青混合物在145～175℃下充分溶胀后，得到高粘度改性沥青；
②在高粘度改性沥青中加入活性橡胶粉，高粘度改性沥青与活性橡胶粉的质量比为100∶(5.0～20.3)，将高粘度改性沥青加热到165～185℃，将活性橡胶粉分2～4次加入，每次加入后将沥青混合物通过高速剪切机，调整转速为4000～6000转/min，搅拌4～8min，搅拌完毕后在140～180℃静置15～30min，得到高粘度高弹性改性沥青；
2)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备：
按各组分的质量比为粗集料∶高粘度高弹性改性沥青＝100∶(8.0～20.5)，选取高粘度高弹性改性沥青和粗集料，备用；
采用间歇式拌和设备，在加入粗集料的同时喷入高粘度高弹性改性沥青拌和15～30s，拌和温度170～185℃，出料温度不低于160℃，得到防水粘结应力吸收碎石混合料；
3)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的铺装：
①将预制预应力混凝土板进行净化处理，应用高压水枪进行冲洗直至混凝土板上没有明显土块，石子等异物为止；
②将高粘度高弹性改性沥青加热到160～180℃，采用沥青撒铺车在预制预应力混凝土板上进行高粘度高弹性改性沥青铺撒，高粘度高弹性改性沥青洒铺量为1.8～2.4kg/m2；形成高粘度高弹性改性沥青层；
③利用摊铺机在高粘度高弹性改性沥青撒铺完毕后的5～30s内进行防水粘结应力吸收碎石混合料的摊铺工作；摊铺时防水粘结应力吸收碎石混合料的温度应保持在140～180℃，防水粘结应力吸收碎石混合料的洒铺量为12～18kg/m2；形成防水粘结应力吸收碎石混合料层；
④采用钢轮压路机碾压3～5遍，制得防水粘结应力吸收桥面铺装材料(即高粘度高弹性应力吸收层2，由高粘度高弹性改性沥青和防水粘结应力吸收碎石混合料组成，高粘度高弹性改性沥青与防水粘结应力吸收碎石混合料相互嵌剂，为沥青包裹沥青形式，具体示意图见图1)。
所述的基质沥青选用沥青AH-70或沥青AH-90。
所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或线型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
所述的增粘剂选用石油树脂或萜烯树脂。
所述的增容剂选用二氢呋喃、季戊四醇或季戊四醇酯增容剂。
所述的稳定剂选用聚酰胺类稳定剂或硫磺类稳定剂；聚酰胺类稳定剂为聚酰胺6或聚酰胺66；硫磺类稳定剂为硫磺或二硫化碳。
所述的粗集料选用玄武岩或辉绿岩，公称粒径为9.5～13.2mm或者13.2～16mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明的防水粘结应力吸收桥面铺装材料采用热铺高粘度高弹性改性沥青加上防水粘结应力吸收碎石混合料，有效解决了组合梁桥面板中预制预应力混凝土板拼接所造成的应力集中及防水效果差等技术问题。同时由于大量改性剂SBS，增粘剂及增容剂的加入，沥青的60℃粘度可达到80000Pa·s，高粘度高弹性改性沥青是制备防水粘结应力吸收桥面铺装材料的必备材料。通过使用高粘度高弹性改性沥青，预制预应力混凝土板与上层沥青路面的粘结力也大大增强，有效防止在高温条件沥青路面与混凝土板之间推移、拥包等现象的产生。
2、本发明制备的防水粘结应力吸收桥面铺装材料可提高上层沥青路面疲劳破坏寿命50倍以上，单位渗水量不超过0.5mL/min，25℃拔拉强度可达0.60MPa以上，剪切强度可达1.20MPa以上。对上层沥青路面动稳定度影响在2％以下。较其他应力吸收材料不但具有应力吸收效果，而且具有防水性能优良，粘结性能好(即具有防水、粘结、应力吸收功能)，对加铺沥青路面结构影响小的效果，非常适用于钢-混凝土结构的桥面铺装时使用。
【附图说明】
图1为防水粘结应力吸收桥面铺装材料的组合铺装结构示意图。
图中：1-预制预应力混凝土板(或称混凝土层)，2-高粘度高弹性应力吸收层(由防水粘结应力吸收桥面铺装材料构成)，3-中面层沥青路面材料，4-上层沥青路面层。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明地内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)高粘度高弹性改性沥青的制备：
①按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶增粘剂∶增容剂∶稳定剂＝100∶6.0∶1.0∶5.0∶0.3，选取基质沥青、改性剂SBS、增粘剂、增容剂和稳定剂，备用；
所述的基质沥青选用沥青AH-70；
所述的改性剂SBS为线型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的增粘剂选用石油树脂；
所述的增容剂选用季戊四醇酯；
所述的稳定剂选用硫磺类稳定剂；如硫磺；
首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS放入搅拌机搅拌60min，温度控制在150℃，得到沥青混合物；再将沥青混合物加入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘剂及增容剂，继续碾磨3次循环，温度控制160℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速剪切机，调整转速3000转/min，添加稳定剂，待全部添加后，继续高速剪切15min，剪切时控制温度150℃，将剪切后的沥青混合物在145℃下充分溶胀后，即制得高粘度改性沥青；
②在高粘度改性沥青中加入活性橡胶粉，高粘度改性沥青与活性橡胶粉的质量比为100∶5.0，将高粘度改性沥青加热到165℃，将活性橡胶粉分2次加入，每次加入后将沥青混合物通过高速剪切机，调整转速为4000转/min，搅拌4min，搅拌完毕后在140℃静置15min，即得高粘度高弹性改性沥青；
2)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备：
按各组分的质量比为粗集料∶高粘度高弹性改性沥青＝100∶8.0，选取高粘度高弹性改性沥青和粗集料，备用；
所述的粗集料选用玄武岩，公称粒径为9.5～13.2mm；
采用间歇式拌和设备，在加入粗集料的同时喷入高粘度高弹性改性沥青拌和15s，拌和温度170℃，出料温度为160℃，得到防水粘结应力吸收碎石混合料；
3)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的铺装：如图1所示，
①将预制预应力混凝土板(如：C50混凝土)1进行净化处理，应用高压水枪进行冲洗直至混凝土板上没有明显土块，石子等异物为止；
②将高粘度高弹性改性沥青加热到160℃，采用沥青撒铺车在预制预应力混凝土板上进行高粘度高弹性改性沥青铺撒，高粘度高弹性改性沥青洒铺量为1.8kg/m2；形成高粘度高弹性改性沥青层2；
③利用摊铺机在高粘度高弹性改性沥青撒铺完毕后的30s内进行防水粘结应力吸收碎石混合料的摊铺工作；摊铺时防水粘结应力吸收碎石混合料的温度应保持在140℃，防水粘结应力吸收碎石混合料的洒铺量为12kg/m2；形成防水粘结应力吸收碎石混合料层3；
④采用钢轮压路机碾压3遍，制得防水粘结应力吸收桥面铺装材料(即形成高粘度高弹性应力吸收层2，由高粘度高弹性改性沥青和防水粘结应力吸收碎石混合料组成)。
再在防水粘结应力吸收桥面铺装材料上摊铺中面层沥青路面材料(如：改性沥青AC-13路面材料)3，再在中面层沥青路面材料3上摊铺沥青路面层(即上层沥青路面，如：改性沥青SMA-13路面材料)4。
制备的高粘度改性沥青60℃粘度达到72000Pa·s。上层沥青路面疲劳破坏次数为23050次，单位渗水量为0.1ml/min，25℃拔拉强度达0.62MPa，剪切强度达1.27MPa。(以上内容即为防水粘结应力吸收桥面铺装材料的防水、粘结、应力吸收的性能指标)。
本实施例制备的防水粘结应力吸收桥面铺装材料可提高上层沥青路面(沥青路面层4)疲劳破坏寿命50倍以上，单位渗水量不超过0.5mL/min，25℃拔拉强度可达0.60MPa以上，剪切强度可达1.20MPa以上。对上层沥青路面动稳定度影响在2％以下。
实施例2：
一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)高粘度高弹性改性沥青的制备：
①按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶增粘剂∶增容剂∶稳定剂＝100∶8.0∶2.0∶10.0∶0.5，选取基质沥青、改性剂SBS、增粘剂、增容剂和稳定剂，备用；
所述的基质沥青选用沥青AH-70；
所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的增粘剂选用萜烯树脂；
所述的增容剂选用二氢呋喃；
所述的稳定剂选用硫磺类稳定剂；如二硫化碳；
首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS放入搅拌机搅拌45min，温度控制在160℃，得到沥青混合物；再将沥青混合物加入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘剂及增容剂，继续碾磨5次循环，温度控制160℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速剪切机，调整转速5000转/min，添加稳定剂，待全部添加后，继续高速剪切30min，剪切时控制温度160℃，将剪切后的沥青混合物在160℃下充分溶胀后，即制得高粘度改性沥青；
②在高粘度改性沥青中加入活性橡胶粉，高粘度改性沥青与活性橡胶粉的质量比为100∶10.0，将高粘度改性沥青加热到170℃，将活性橡胶粉分3次加入，每次加入后将沥青混合物通过高速剪切机，调整转速为5000转/min，搅拌6min，搅拌完毕后在160℃静置20min，即得高粘度高弹性改性沥青；
2)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备：
按各组分的质量比为粗集料∶高粘度高弹性改性沥青＝100∶12.0，选取高粘度高弹性改性沥青和粗集料，备用；
所述的粗集料选用辉绿岩，公称粒径为13.2～16mm；
采用间歇式拌和设备，在加入粗集料的同时喷入高粘度高弹性改性沥青拌和20s，拌和温度175℃，出料温度为165℃，得到防水粘结应力吸收碎石混合料；
3)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的铺装：
①将预制预应力混凝土板(如：C50混凝土)进行净化处理，应用高压水枪进行冲洗直至混凝土板上没有明显土块，石子等异物为止；
②将高粘度高弹性改性沥青加热到170℃，采用沥青撒铺车在预制预应力混凝土板上进行高粘度高弹性改性沥青铺撒，高粘度高弹性改性沥青洒铺量为2.0kg/m2；形成高粘度高弹性改性沥青层；
③利用摊铺机在高粘度高弹性改性沥青撒铺完毕后的15s内进行防水粘结应力吸收碎石混合料的摊铺工作；摊铺时防水粘结应力吸收碎石混合料的温度应保持在160℃，防水粘结应力吸收碎石混合料的洒铺量为15kg/m2；形成防水粘结应力吸收碎石混合料层；
④采用钢轮压路机碾压4遍，制得防水粘结应力吸收桥面铺装材料(即形成高粘度高弹性应力吸收层2，由高粘度高弹性改性沥青和防水粘结应力吸收碎石混合料组成)。
再在防水粘结应力吸收桥面铺装材料上摊铺中面层沥青路面材料(如：改性沥青AC-13路面材料)3，再在中面层沥青路面材料3上摊铺沥青路面层(即上层沥青路面，如：改性沥青SMA-13路面材料)4。
制备的高粘度改性沥青60℃粘度达到77000Pa·s，上层沥青路面(沥青路面层4)疲劳破坏次数为25450次，单位渗水量为0mL/min，25℃拔拉强度达0.65MPa，剪切强度达1.31MPa。(以上内容即为防水粘结应力吸收桥面铺装材料的防水、粘结、应力吸收的性能指标)。
本实施例制备的防水粘结应力吸收桥面铺装材料可提高上层沥青路面疲劳破坏寿命50倍以上，单位渗水量不超过0.5mL/min，25℃拔拉强度可达0.60MPa以上，剪切强度可达1.20MPa以上。对上层沥青路面动稳定度影响在2％以下。
实施例3：
一种防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)高粘度高弹性改性沥青的制备：
①按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶增粘剂∶增容剂∶稳定剂＝100∶12.0∶3.0∶15.0∶1.0，选取基质沥青、改性剂SBS、增粘剂、增容剂和稳定剂，备用；
所述的基质沥青选用沥青AH-90；
所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用线型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的增粘剂选用石油树脂；
所述的增容剂选用季戊四醇；
所述的稳定剂选用聚酰胺类稳定剂；聚酰胺类稳定剂为聚酰胺-6；
首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS放入搅拌机搅拌60min，温度控制在170℃，得到沥青混合物；再将沥青混合物加入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘剂及增容剂，继续碾磨6次循环，温度控制170℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速剪切机，调整转速7000转/min，添加稳定剂，待全部添加后，继续高速剪切30min，剪切时控制温度180℃，将剪切后的沥青混合物在175℃下充分溶胀后，即制得高粘度改性沥青；
②在高粘度改性沥青中加入活性橡胶粉，高粘度改性沥青与活性橡胶粉的质量比为100∶15.0，将高粘度改性沥青加热到185℃，将活性橡胶粉分4次加入，每次加入后将沥青混合物通过高速剪切机，调整转速为6000转/min，搅拌8min，搅拌完毕后在180℃静置30min，即得高粘度高弹性改性沥青；
2)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的制备：
按各组分的质量比为粗集料∶高粘度高弹性改性沥青＝100∶16.0，选取高粘度高弹性改性沥青和粗集料，备用；
所述的粗集料选用玄武岩，公称粒径为9.5～13.2mm；
采用间歇式拌和设备，在加入粗集料的同时喷入高粘度高弹性改性沥青拌和30s，拌和温度185℃，出料温度为170℃，得到防水粘结应力吸收碎石混合料；
3)防水粘结应力吸收桥面铺装材料的铺装：
①将预制预应力混凝土板(如：C50混凝土)进行净化处理，应用高压水枪进行冲洗直至混凝土板上没有明显土块，石子等异物为止；
②将高粘度高弹性改性沥青加热到180℃，采用沥青撒铺车在预制预应力混凝土板上进行高粘度高弹性改性沥青铺撒，高粘度高弹性改性沥青洒铺量为2.4kg/m2；形成高粘度高弹性改性沥青层；
③利用摊铺机在高粘度高弹性改性沥青撒铺完毕后的30s内进行防水粘结应力吸收碎石混合料的摊铺工作；摊铺时防水粘结应力吸收碎石混合料的温度应保持在180℃，防水粘结应力吸收碎石混合料的洒铺量为18kg/m2；形成防水粘结应力吸收碎石混合料层；
④采用钢轮压路机碾压5遍，制得防水粘结应力吸收桥面铺装材料(即形成高粘度高弹性应力吸收层2，由高粘度高弹性改性沥青和防水粘结应力吸收碎石混合料组成)。
再在防水粘结应力吸收桥面铺装材料上摊铺中面层沥青路面材料(如：改性沥青AC-13路面材料)3，再在中面层沥青路面材料3上摊铺沥青路面层(即上层沥青路面，如：改性沥青SMA-13路面材料)4。
制备的高粘度改性沥青60℃粘度达到82000Pa·s，上层沥青路面疲劳破坏次数为27620次，单位渗水量为0mL/min，25℃拔拉强度达0.71MPa，剪切强度达1.39Mpa。(以上内容为制得的防水粘结应力吸收桥面铺装材料的防水、粘结、应力吸收的性能指标)。
本实施例制备的防水粘结应力吸收桥面铺装材料可提高上层沥青路面疲劳破坏寿命50倍以上，单位渗水量不超过0.5mL/min，25℃拔拉强度可达0.60MPa以上，剪切强度可达1.20MPa以上。对上层沥青路面动稳定度影响在2％以下。
本发明所列举的各原料以及各原料的上下限取值，以及各工艺参数的上下限取值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。