一种路用隔热沥青混合料及其生产方法.pdf

本发明公开了一种路用隔热沥青混合料，制得的该路用隔热沥青混合料由下列原料及其体积百分比组成：石灰石集料：26%～49%，多孔玄武岩集料：31％～37％，粉煤灰漂珠：11％～23％，石灰石矿粉：1％～4％，SBS改性石油沥青：8％～10％；上述原料的体积百分比之和为100%；其生产方法包括在185℃条件下将石灰石集料、多孔玄武岩集料、0.15mm和0.075mm粉煤灰漂珠、石灰石矿粉和小于0.075mm粉煤灰漂珠烘干24小时；将石灰石矿粉与小于0.075mm粉煤灰漂珠按比例混合，在170℃条件下将其与SBS改性石油沥青混合并拌和均匀；最后加入石灰石集料、多孔玄武岩集料、0.15mm和0.075mm粉煤灰漂珠拌和均匀即可。具有隔热功能，能够阻碍热量在沥青路面结构中的传递，提高路面使用寿命。

权利要求书
1.  一种路用隔热沥青混合料，其特征在于，制得的该路用隔热沥青混合料由下列原料及其体积百分比组成：
石灰石集料：26%～49%，多孔玄武岩集料：31％～37％，粉煤灰漂珠：11％～23％；石灰石矿粉：1％～4％，SBS改性石油沥青：8％～10％，上述原料的体积百分比之和为100%；
其中，石灰石集料的粒度为0.075mm~13.2mm，多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占13％～16％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占18％～21％，粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占4％～7％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占5％～10％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占2％～6％。

2.  如权利要求1所述的路用隔热沥青混合料，其特征在于：所述的多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占13％～15％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占18％～20％，所述的粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占4％～6％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占7％～9％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占3％～5％，石灰石矿粉：2％～4％，SBS改性石油沥青为9％～10％。

3.  如权利要求1或2所述的路用隔热沥青混合料，其特征在于：所述的石灰石集料占37%；所述的多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占14％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占19％，所述的粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占5％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占8％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占4％，石灰石矿粉：3％，SBS改性石油沥青为10％。

4.  权利要求1-3中任意一项所述的路用隔热沥青混合料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
在185℃条件下将石灰石集料、多孔玄武岩集料、石灰石矿粉和粉煤灰漂珠烘干24小时；其中，石灰石集料的粒度为0.075mm~13.2mm，多孔玄武岩集料粒度为9.5mm和4.75mm，粉煤灰漂珠粒度分为0.15mm、0.075mm和小于0.075mm；
将石灰石矿粉与小于0.075mm粉煤灰漂珠按配方混合，在170℃条件下将其与SBS改性石油沥青混合并拌和均匀；
最后加入石灰石集料、多孔玄武岩集料和粒度为0.15mm和0.075mm的粉煤灰漂珠拌和均匀，得到路用隔热沥青混合料。

说明书一种路用隔热沥青混合料及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于道路铺筑的沥青混合料，特别是一种具有隔热功能的路用沥青混合料及其生产方法。
背景技术
沥青混合料是对温度非常敏感的材料，外界环境的变化使路面结构内产生不稳定热流，构成了路面结构的温度场。由于层状路面材料感温性能的差异、各结构层之间的相互约束、以及狭长路面体沿路线方向上的约束，路面体内产生温度应力。对沥青混合料来说，温度的变化会导致其性能有较大的差异，在不同温度域的破坏模式有很大的不同：在低温温度域，沥青路面的破坏主要是由于温度降低过快或者温度反复降温等原因产生的开裂；在高温温度域，沥青混合料的劲度模量很低，混合料的破坏模式主要是失去稳定性，产生车辙等流动变形。据统计，我国夏季某些地区的最高气温达40℃以上，当采用沥青混合料作为路面面层时，其内部温度可高至60℃，面层长期处于高温状态致使面层与基层的粘结性下降及沥青老化加速，大大降低了路面的使用寿命。
发明内容
针对如上所述的路面面层材料中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种具有隔热功能的路用沥青混合料及其生产方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种路用隔热沥青混合料，其特征在于，制得的该路用隔热沥青混合料由下列原料及其体积百分比组成：
石灰石集料：26%～49%，多孔玄武岩集料：31％～37％，粉煤灰漂珠：11％～23％，石灰石矿粉：1％～4％，SBS改性石油沥青：8％～10％，上述原料的体积百分比之和为100%；
其中，石灰石集料的粒度为0.075mm~13.2mm，多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占13％～16％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占18％～21％，粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占4％～7％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占5％～10％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占2％～6％。
根据一个优选的实施方式，所述的石灰石集料的体积百分比不变，多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占13％～15％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占18％～20％，所述的粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占4％～6％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占7％～9％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占3％～5％，石灰石矿粉：2％～4％，SBS改性石油沥青为9％～10％。
根据进一步优选的实施方式，所述的石灰石集料占37%；所述的多孔玄武岩集料粒度为9.5mm占14％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占19％，所述的粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占5％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占8％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占4％，石灰石矿粉：3％，SBS改性石油沥青为10％。
上述路用隔热沥青混合料生产的方法。其特征在于，包括以下步骤：
在185℃条件下将在185℃条件下将石灰石集料、多孔玄武岩集料、石灰石矿粉和粉煤灰漂珠烘干24小时；其中，石灰石集料的粒度为0.075mm~13.2mm，多孔玄武岩集料粒度为9.5mm和4.75mm，粉煤灰漂珠粒度分为0.15mm、0.075mm、小于0.075mm；
将石灰石矿粉与小于0.075mm粉煤灰漂珠按配方混合，在170℃条件下将其与SBS改性石油沥青混合并拌和均匀；最后加入石灰石集料、多孔玄武岩集料、和粒度为0.15mm和0.075mm粉煤灰漂珠拌和均匀，得到路用隔热沥青混合料。
本发明制得的路用隔热沥青混合料的马歇尔稳定度等力学性能，满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）密级配沥青混合料相关技术标准，因此，该路用隔热沥青混合料完全可以在道路面层中使用；并且具有隔热功能，能够阻碍热量在沥青路面结构中的传递，提高路面使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体的优选实施例来进一步说明本发明。
本发明采用多孔玄武岩和粉煤灰漂珠作为部分原料，玄武岩具有强度高、坚硬、耐压等特点，在沥青混合料路面材料中广泛应用，而多孔玄武岩因其构造上的特点，用它作为路面材料中的集料，实践证明，还具有另一些特殊的路面性质。如多孔玄武岩集料沥青混合料抗滑性能好。众所周知，沥青路面的抗滑性能，既取决于路面表层集料颗料之间的宏观纹理，又取决于集料颗粒本身的微观纹理。多孔玄武岩集料表面的微观纹理丰富，构成了粗糙表面，故用多孔玄武岩集料沥青混合料铺筑的沥青路面，其抗滑性能肯定比用致密集料的为好。另一方面，用多孔玄武岩集料配制的混合料，其抗压、抗折强度应高于一般致密集料配制的混合料。因为混合料强度的形成胶浆与集料表面的粘结力非常关键。因此，集料表面越粗糙，混合料的强度就越高。多孔集料不但表面粗糙，而且因沥青能进入集料的表面孔中，硬化后像无数个双向楔子，将集料颗粒连接起来，共同承担外力，因而混合料表现出更高的强度。
粉煤灰漂珠在隔热保温材料中应用较多，是一种灰白色空心球，它是煤炭燃烧时，炉膛温度上升到1400℃以上，处于强烈扰动的气氛中，熔融的硅铝酸盐玻璃微粒内部释放出来的气体在其液体表面张力的作用下，发生膨胀随后冷却而形成的一种高熔点封闭型空心珠状体。空心微珠吸水率小于0.5%，壁薄中空，重质的容重为720kg/m3，粒径约0.3~0.05mm，化学成分为SiO2和Al2O3，矿物组成主要为石英相和莫莱石相，易于与沥青等结合料混合，漂珠的表面封闭，热导率小，耐火度≥1610℃，具有颗粒细、中空、高强、耐磨、保温绝缘等多种功能，是一种优良的保温材料。
粉煤灰漂珠由于其特殊的高真空结构和玻璃态材质，使之在低温下和高温下都有较低的导热系数。另外，粉煤灰漂漂珠球内是非常稀薄的CO2气体，外壁热量传导到内壁时，靠近热壁的CO2气体膨胀，密度减小而上升，在微小的球内产生非常缓慢的自然对流，漂珠的给热过程基本上就是CO2气体的热传导过程，所以漂珠给热系数小，传热速率慢，保温效果好。
以下是发明人给出的实施例，本领域技术人员应理解，这些实施例仅用于本领域技术人员充分的理解本发明，而不是用来限制本发明的范围。
实施例1：
原材料选择：以混合料总体积计，石灰石集料占37%；孔玄武岩集料粒度为9.5mm占14％，多孔玄武岩集料粒度为4.75mm占19％，粉煤灰漂珠粒度为0.15mm占5％，粉煤灰漂珠粒度为0.075mm占8％，粉煤灰漂珠粒度小于0.075mm占4％，石灰石矿粉：3％，SBS改性石油沥青为10％。
石灰石集料：陕西泾阳产石灰石集料，密度为2.648g·cm-3，对沥青粘附等级为4级，压碎值为8.0％，粒径为0.075mm~13.2mm，连续级配；
多孔玄武岩集料：四川产多孔玄武岩集料，密度为2.576g·cm-3，孔隙率为2.2%，对沥青粘附等级为4级，压碎值为15.0％，粒径为9.5mm和4.75mm，间断级配；
粉煤灰漂珠：陕西榆林产中空粉煤灰漂珠，粒径为0.15mm和0.075mm，以及小于0.075mm，密度为0.721g/cm-3；
石灰石矿粉：陕西泾阳产石灰石矿粉，密度为2.701g·cm-3；
SBS改性沥青：韩国SBS改性SK-70沥青，密度为1.250g·cm-3。
石灰石集料级配如表1所示。
表1石灰石集料级配表（体积比%）

先将石灰石集料、多孔玄武岩集料、石灰石矿粉和粉煤灰漂珠在175℃条件下烘干24小时，在185℃条件下将石油沥青与漂珠和矿粉复合物拌和均匀，最后加入集料拌和均匀，由此得到路用隔热沥青混合料。
实施例2～5：
按照实施例1中描述的方法生产实施例2～5的隔热沥青混合料，原料及其体积配合比如表2所示。
表2路用隔热沥青混合料配合比（体积比%）  实施例   序号   9.5mm  多孔  玄武   岩集  料   4.75mm  多孔玄  武岩  集料   0.15mm  粉煤灰  漂珠   0.075mm  粉煤灰  漂珠   石   灰  石  矿  粉   小于  0.075mm  粉煤灰漂   珠   SBS  改性  石油   沥青   石  灰   石  集   料   实施例2   13   18   4   5   1   2   8   49   实施例3   14   19   5   7   2   6   9   38   实施例4   15   20   6   9   3   6   10   31   实施例5   16   21   7   9   4   6   10   27
 
试验实施例：
对实施例1～5中成型好的路用隔热沥青混合料试件竖立在平台上在室温下冷却24小时，进行路用性能和温度变化试验，其中路用性能试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）进行。
试验实施例1：马歇尔稳定度的测定
采用马歇尔击实仪，击锤重量4536g，自由下落高度457.2mm，在试件两面各连续击实75次。试件为×h63.5mm圆柱体试件。用马歇尔稳定度测定仪测试其稳定度和流值，试验结果见下表3。
表3马歇尔试验结果  序号   稳定度(kN)   流值(mm)   实施例1   12.5   2.24   实施例2   14.3   1.59   实施例3   11.9   2.36   实施例4   10.8   2.44   实施例5   9.4   2.69
 
表3表明，随着多孔集料和粉煤灰漂珠体积分数的增加，混合料稳定度和逐渐降低，流值逐渐增加，但都能够满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的要求。原因在于，多孔集料压碎值低于石灰石集料，多孔集料和粉煤灰漂珠增加，集料对应力的承受能力降低，混合料稳定度降低；但是改性石油沥青用量增加，集料间内摩阻力降低，因此，流值增加。
试验实施例2：静压强度的测定
试件采用静压成型的圆柱体试件，直径为100mm±2.0mm，高为100±2.0mm。试验温度为20℃，加载速率为2mm·min-1，试验结果如表4所示。
表4静压强度试验结果  实施例序号   静压强度(kN)   实施例1   36   实施例2   33   实施例3   31   实施例4   28   实施例5   27
 
表4表明，随着多孔集料和漂珠体积用量的增加，混合料的静压强度先升高，后逐渐降低。这是因为，一定条件下，多孔集料与沥青胶浆具有更好的粘附性能，增强了混合料的粘聚能力，混合料静压强度提高；但随着多孔集料和粉煤灰漂珠的不断增加，混合料内部颗粒间接触能力减弱，集料嵌挤能力降低，混合料静压强度随之下降。
试验实施例3：温度变化的测定
试件采用40mm×40mm×160mm长方体试件，成型过程中在试件中部插入直径为5mm钢柱，冷却后去除，形成预留孔洞，试验时将水银温度计插入，以测试试件中部温度。试验采用275W集中光源进行照射，测试不同照射时间时，混合料试件表面、中间和内部温度的变化，环境温度为19℃，试验结果如表5所示。
表5混合料试件不同部位温度测试结果（单位：℃）

表5表明，与环境温度相比，初始混合料表面温度上升较快，但随着多孔集料和粉煤灰漂珠体积用量的增加，混合料试件中间温度和底部温度逐渐降低，说明混合料隔热性能逐渐提高。随着测试时间的增长，15min后，混合料面温度趋于稳定，中间和内部温度随多孔集料和粉煤灰漂珠体积用量的增加，仍然逐渐降低，但差别小于测试初期，例如5min时的。