高粘薄层沥青混合料改性剂及其应用
技术领域
本发明涉及沥青路面的病害修复、高速公路沥青路面薄层罩面及桥面和隧道路面加铺领域，具体的说涉及一种高粘薄层沥青混合料改性剂及其制备方法和高粘薄层沥青混合料改性剂的应用。
背景技术
薄层沥青混合料罩面是一种经济合理的路面结构形式，将它应用到高速公路养护维修项目中，可有效防止路面、桥面病害恶化、改善其平整度、恢复抗滑性能、对路面具有一定的补强作用。
最早出现的罩面技术是水泥混凝土罩面，主要是用来提高已有公路和乡村道路的结构承载能力，厚度一般不小于10cm，往往超过20cm，有时高达30cm，加铺工程成本较高。为了降低工程成本，逐渐出现了超薄水泥混凝土罩面的加铺技术，即超薄白色罩面：将旧沥青层刨去一定的厚度，清洁铣刨的沥青表面后摊铺上相应厚度的素水泥混凝土或纤维水泥混凝土。超薄白色罩面定义为：一种厚度为5～10cm之间的，有较短接缝间距的，铺筑于旧沥青路面上且与之完全粘结的水泥混凝土罩面。
薄层沥青混合料罩面技术发展较慢，主要是由于薄层沥青混合料罩面的原材料性能、施工工艺及质量评价体系等存在着技术问题，因而难以达到预期实施效果。
此外，无论是路面、桥面还是隧道路面，随着通车时间的延长，都不同程度的出现车辙、裂缝和局部坑槽等路面病害，而车辙病害已经成为最为严重的早期病害之一。
目前车辙病害的处治方案主要有三种：对于车辙深度在1-2cm之间的车辙采用微表处车辙处治技术；对于深度在2cm以上的车辙采用改性沥青混合料挖补车辙处治技术；对于特殊路段(长大纵坡、桥面铺装路段)车辙采用特种技术挖补车辙处治技术。
微表处填补轻度车辙技术是以聚合物改性乳化沥青为粘结料的冷拌稀浆混合料薄层施工技术，它仅限于压密型的轻度车辙填补，对于严重车辙病害处治不适用。此外，微表处填补车辙技术还存在着一些技术问题：(1)对集料要求严格；(2)对改性乳化沥青性能指标要求较高；(3)随着气温的逐渐升高，有效作业时间减短；(4)仅适用于车辙深度在1-2cm之间的车辙，对于车辙深度在2-3cm之间且路面车辙变形相对较稳定的路段，微表处填补车辙技术不适用，采用改性沥青混合料挖补最小结构厚度不小于4-6cm的方法也不适宜。
发明内容
针对目前薄层沥青混合料罩面存在的问题和施工技术瓶颈以及针对路面车辙病害的处治问题，本申请人提供了一种新的改性剂，将该改性剂与集料、矿粉、沥青拌和，即得高粘薄层沥青混合料，其中改性剂的选择是很重要的。本发明所称的高粘薄层沥青混合料是指20℃抗压模量可达1600～3000MPa的沥青混合料。
本发明所要解决的问题是提供一种高粘薄层沥青混合料改性剂及其制备方法以及高粘薄层沥青混合料改性剂的应用。
本发明所要解决的另一问题是提供一种用于修复车辙深度在1.5～3.0cm沥青路面的方法。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
本发明所提供的高粘薄层沥青混合料改性剂由下列重量比的组分组成：聚烯烃50～70％，增粘树脂2～8％，沥青材料10～15％，色母料1～3％，余量为填充剂。
上述聚烯烃是聚乙烯、聚乙烯与回收聚乙烯的混合物、聚乙烯与聚烯烃蜡的混合物中的一种；通常情况下，聚乙烯与回收聚乙烯的混合物中聚乙烯占混合物重量的20～80％，聚乙烯与聚烯烃蜡的混合物中聚乙烯占混合物重量的20～80％；
上述增粘树脂可选用GW-1401、GW-1402、GW-1403增粘树脂中的至少一种；
上述色母料可选用PE色母料；
上述沥青材料是天然沥青或硬质沥青；天然沥青是岩沥青和/或湖沥青，硬质沥青是针入度不大于50的硬质沥青；
上述填充剂可选用陶土、滑石、高岭土、粉煤灰、二氧化硅、云母粉、石棉、木粉、粉末纤维素中的至少一种。
本发明提供的上述高粘薄层沥青混合料改性剂的制备方法步骤如下：
1)将聚烯烃、增粘树脂、沥青材料、色母料、填充剂按重量比称量，混合，搅拌，得到均匀的混合物；
2)将步骤1)得到的混合物加热，加热温度为150～180℃；
3)将步骤2)加热后的混合物通过挤出机，形成条状混合物；
4)将步骤3)中的条状混合物冷却至常温；
5)将步骤4)中冷却后的混合物切割成片状颗粒，即得本发明高粘薄层沥青混合料改性剂。
本发明所提供的高粘薄层沥青混合料改性剂用于制备高粘薄层沥青混合料的方法是：将粗细集料、矿粉、沥青和本发明提供的高粘薄层沥青混合料改性剂拌和，拌和时集料加热温度为170～180℃，沥青加热温度为150～160℃，拌和步骤是：将粗细集料投入到拌和楼中，再将占粗细集料、矿粉和沥青总重量0.3～0.8％的高粘薄层沥青混合料改性剂投入拌和楼中，与粗细集料拌和均匀，然后按照先加沥青后加矿粉的顺序拌和，使高粘薄层沥青混合料改性剂在混合料中充分融化、均匀分布、无结团现象，混合料出厂温度范围160～180℃，最高不超过190℃。
本发明还提供了一种高粘薄层沥青混合料修复沥青路面车辙或加铺路面的方法，其步骤是：
1)对需要修复的路面进行铣刨，铣刨深度为1.5～3.0cm；对于需要加铺的路面进行拉毛处理，铣刨和拉毛后的表面纹理均匀、洁净、干燥；
2)在铣刨或拉毛后路面上洒布粘层，粘层采用改性乳化沥青，洒布量为0.3～0.5kg/m2，如果有纵向接缝部位，应在纵向接缝部位均匀涂抹改性乳化沥青进行密封处理；
3)将拌和好的温度为160～180℃的高粘薄层沥青混合料摊铺到路面上，摊铺速度3～10m/min；
4)采用26吨以上胶轮压路机紧跟快压，然后采用双钢轮压路机振压，碾压终了温度不低于90℃；
所述高粘薄层沥青混合料是由粗细集料、矿粉、沥青和高粘薄层沥青混合料改性剂拌和而成；
所述高粘薄层沥青混合料改性剂由下列重量比的组分组成：聚烯烃50～70％，增粘树脂2～8％，沥青材料10～15％，色母料1～3％，余量为填充剂。
所述聚烯烃是聚乙烯、重量比占20～80％的聚乙烯与回收聚乙烯的混合物、重量比占20～80％的聚乙烯与聚烯烃蜡的混合物中的一种；
所述增粘树脂可选用GW-1401、GW-1402、GW-1403增粘树脂中的至少一种；
所述沥青材料是天然沥青或硬质沥青；天然沥青是岩沥青和/或湖沥青，硬质沥青是针入度不大于50的硬质沥青；
所述色母料是PE色母料；
所述填充剂可选用陶土、滑石、高岭土、粉煤灰、二氧化硅、云母粉、石棉、木粉、粉末纤维素中的至少一种。
本发明将改性剂均匀投入拌和楼中，直接对沥青混合料进行改性，所以使用便捷。沥青混合料经本发明的改性剂改性后，其粘度大，20℃抗压模量可达1600～3000MPa，摊铺厚度为1.5～3.0cm，而普通细粒式沥青混合料20℃抗压模量为1000～1600MPa，摊铺的最薄厚度为4.0～6.0cm。本发明高粘薄层沥青混合料改性剂减薄了沥青路面的厚度，简化了改性沥青的生产工艺，达到了提高工程质量和降低工程成本的目的。
用本发明改性剂改性后的沥青混合料所修复或加铺的路面具有良好的平整度、足够的粗糙度和密实不渗水的性能，表观集料分布均匀，无离析现象，与双层微表处施工直接成本相当，施工质量和可靠度相对较高。
本发明的高粘薄层沥青混合料改性剂在拌和过程中，容易在沥青混合料中充分融化，其分布均匀、无结团，能够提高沥青混合料的抗压模量和矿料之间的粘结能力，具有施工时间短，施工工序衔接紧凑，施工速度快的特点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的内容加以详细说明。
实施例1
1)配制高粘薄层沥青混合料改性剂，以制备100kg改性剂为例：
称量60kg聚乙烯、市售的GW-1401增粘树脂6kg、岩沥青12kg、PE色母料2kg、陶土20kg，将各组分混合搅拌均匀后，加入到螺杆挤出机料斗中，加热到170℃，通过螺杆挤出机，制备出条状混合物，通过水冷到常温，采用切割机将条状混合物切割成片状颗粒，即得高粘薄层沥青混合料改性剂；
上述的陶土可用粉煤灰替代，也可用滑石和云母粉混合替代；
2)制备高粘薄层沥青混合料：按重量比计，集料组成为6～11mm石料58％、4～6mm石料12％、0～4mm石料22％、矿粉8％；沥青选用油石比5.8％的沥青；拌和时集料加热温度为175℃，沥青加热温度为155℃；采用自动计量投料机将占集料、矿粉和沥青总重量0.6％的高粘薄层沥青混合料改性剂直接均匀投入拌和楼中，与粗细集料干拌20s，再按照先加沥青后加矿粉的顺序湿拌35s，使改性剂在沥青混合料中充分融化、均匀分布、无结团现象，拌和好的高粘薄层沥青混合料待用；需用时将温度为160～180℃高粘薄层沥青混合料运至施工现场；
3)对沥青路面的车辙病害处铣刨，铣刨深度为2.5cm，采用强力清扫车及时清理废料，铣刨后表面纹理均匀、洁净、干燥；
4)洒布粘层，粘层采用改性乳化沥青，洒布量控制在0.4kg/m2，不宜过多或太少，要求均匀一致。对铣刨后的纵向接缝部位，在采用人工清扫浮料，同时均匀涂抹改性乳化沥青进行密封处理；
5)摊铺，将高粘薄层沥青混合料用摊铺机摊铺到路面的铣刨处，现场摊铺前摊铺机的熨平板加热温度为100℃，摊铺速度7m/min，在保证摊铺质量的前提下，摊铺速度越快，混合料的温度损失越小，施工质量越宜控制。
6)碾压，首先采用26吨位胶轮压路机紧跟摊铺机快压，然后采用双钢轮压路机振压，碾压终了温度为100℃。
实施例2
称量10kg聚乙烯、40kg回收聚乙烯、GW-1402增粘树脂2kg，湖沥青10kg、PE色母料1kg、滑石37kg，将各组分混合搅拌均匀后加入到螺杆挤出机料斗中，加热到180℃，通过螺杆挤出机制备出条状混合物，通过水冷到常温，采用切割机将条状混合物切割成片状颗粒，即得高粘薄层沥青混合料改性剂。
上述的GW-1402增粘树脂可用GW-1401增粘树脂或GW-1403增粘树脂替代，也可用GW-1401增粘树脂和GW-1403增粘树脂混合替代。
用本实例的改性剂制备高粘薄层沥青混合料的过程与实施例1基本相同，只是其中高粘薄层沥青混合料改性剂占集料、矿粉和沥青总重量的0.3％，其中集料组成可适当调配。
用本实例改性剂制备出的高粘薄层沥青混合料加铺路面时，对路面进行拉毛，其余过程与实施例1相同。
实施例3
称量56kg聚乙烯、14kg聚烯烃蜡、GW-1403增粘树脂8kg，岩沥青7kg、湖沥青8kg、PE色母料3kg、二氧化硅4kg，将各组分混合搅拌均匀后，加入到螺杆挤出机料斗中，加热到150℃，制备出条状混合物，通过水冷到常温，采用切割机将条状混合物切割成粒状颗粒，即得高粘薄层沥青混合料改性剂。
上述的二氧化硅也可用滑石和粉末纤维素混合替代；
用本实例的改性剂制备高粘薄层沥青混合料的过程与实施例1相同。
用本实例改性剂制备处的高粘薄层沥青混合料修复路面时的铣刨深度为1.5cm，其余过程与实施例1相同。
实施例4
称量40kg聚乙烯、25kg聚烯烃蜡、GW-1402增粘树脂5kg，针入度为30，的硬质沥青12kg、PE色母料2kg、高岭土8kg、石棉8kg，将各组分混合搅拌均匀后，加入到螺杆挤出机中，加热到160℃，制备出条状混合物，通过水冷到常温，采用切割机将条状混合物切割成片状颗粒，即得高粘薄层沥青混合料改性剂。
用本实例的改性剂制备高粘薄层沥青混合料的过程与实施例1相同。
用本实例改性剂制备处的高粘薄层沥青混合料修复路面时的铣刨深度为3.0cm，其余过程与实施例1相同。
将实施例1～4制备的高粘薄层沥青混合料进行性能指标检测试验，沥青采用SK-90沥青。按照交通部部颁标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中有关沥青混合料性能指标试验规定进行检测，技术指标要求按JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，试验结果如下表所示。
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试验结果表明，采用本发明提供的高粘薄层沥青混合料改性剂，沥青混合料车辙试验动稳定度、低温弯曲试验破坏应变、浸水马歇尔试验残留稳定度、冻融劈裂试验残留强度比均超过JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。
按照实施例1的高粘薄层沥青混合料改性剂配方及制备方法，制备了高粘薄层沥青混合料，并用于修补高速公路沥青路面车辙病害，摊铺后的路面检测结果如下表。
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路面检测结果说明，采用本发明高粘薄层沥青混合料修复后，路面的外观、压实度、平整度、渗水系数、构造深度指标均满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求，具有良好的平整度、足够的粗糙度和密实不渗水的性能。
本申请高粘薄层沥青混合料也可用于高速公路沥青路面薄层罩面、桥面及隧道路面加铺技术中。