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透水沥青混合料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种道路路面建筑材料，特别是一种透水沥青混合料及其制造方法。
背景技术
透水沥青混合料在欧洲常称为多孔性沥青混合料(PA)或排水性沥青混合料。在美国取开级配沥青磨耗层(Open-Graded Asphalt FrictionCourse)的字头，简称为OGFC。
透水沥青路面，一般是指表面一到二层面层材料采用空隙率较大、排水迅速的开级配沥青混合料。这种混合料使用的粗集料较多，因而空隙率很大，通常在15％以上，能够迅速排走降落在路面表面的雨水。所修筑的路面在雨天表现出良好的性能：路面不积水，行车时不会出现积水导致的水漂滑溜现象，同时雨季夜晚行车标线的识别能力显著增加；表面粗糙，纹理深，抗滑性能提高；表面较大的纹理还起到降低行车噪音的作用。
城市沥青道路表面层通常采用最大公称尺寸为13.2mm的集料，下表所列为现有的我国、日本和美国联邦公路管理局(FHWA)要求的级配。

国家                                     通过下列筛孔(mm)的质量百分比16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075中国10090-10060-8012-3010-226-184-153-123-82-6日本10095-10010-308-255-174-143-102-7FHWA10095-10030-505-152-5
按照上表的级配，现有的开级配沥青磨耗层(OGFC)制成的沥青混合料，在马歇尔试件两面击实50次的条件下，测得的空隙率在18-25％，其余指标还包括马歇尔稳定度、析漏损失、肯特堡飞散损失和动稳定度等。但是通过研究发现空隙率为18％时的透水沥青混合料材料，其非连通空隙率出现最大值，不利于材料发挥其透水性能。而且，根据现有的技术标准制成的透水沥青混合料不能保证长期使用过程中的耐久性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透水沥青混合料，从而解决现有透水沥青混合料空隙率过低，不利于材料发挥透水性能，而且长期使用耐久性不可靠的问题。
为达成上述目的，本发明的技术方案提供了一种透水沥青混合料的制造方法，该透水沥青混合料包括集料、沥青结合料、填料和添加剂，所述的制造方法包括根据级配比例选取集料，根据集料的级配估算沥青用量，制作混合料的马歇尔试件，测试马歇尔试件的技术指标，若不符合要求则改变沥青用量或添加剂直至符合技术要求，其中集料的最大公称粒径为13.2mm，各级的质量百分比分别是：粒径小于0.075mm的占0-6％，0.075-2.36mm之间的占6-12％，2.36-4.75mm之间的占6-10％，4.75-9.5mm之间的占48-58％，9.5-13.2mm之间的占20-30％，13.2-16mm的占0-10％。
上述透水沥青混合料的制造方法，其中在双面击实65次的条件下，马歇尔试件所测得的空隙率为19-24％，析漏损失不大于0.3％，肯塔堡飞散不大于20％，长期老化后的肯塔堡飞散不大于30％。
将本发明的透水沥青混合料与现有的国家级配的透水沥青混合料进行比较后发现，两种材料具有相同的疲劳性能，其耐久性不相上下。但是本发明材料的空隙率较大，平均空隙率为20.8％，相同高度下，国家级配的平均空隙率为18.2％，因此从透水能力而言，本发明更具有优势。
具体实施方式
本发明为一种透水沥青混合料，主要包括沥青结合料、集料、填料和添加剂，其中集料又可包括粗集料、细集料。
粗集料可采用较硬的石料，例如玄武岩、花岗岩、辉绿岩、凝灰岩、安山岩等轧制而成的石料。粗集料应洁净、干燥、表面粗糙、强度高、棱角性好、针片状含量少，不含风化颗粒。应选用反击式破碎机破碎的碎石，具有2个以上破碎面的比例应大于90％。
粗集料的技术要求见表1。
                             表1  粗集料技术要求
指标单位高速公路及一级公路其他等级公路表面层其他层次石料压碎值                 不大于％262830洛杉矶磨耗损失             不大于％283035表观相对密度               不小于t/m³2.602.502.45吸水率                    不大于％2.03.03.0坚固性                    不大于％1212-针片状颗粒含量(混合料)      不大于其中粒径大于9.5mm          不大于其中粒径小于9.5mm          不大于％1081218152020--水洗法＜0.075mm颗粒含量     不大于％111软石含量                   不大于％355
粗集料的磨光值粗集料的磨光值、粗集料与沥青的粘附性要求见表2。
               表2  粗集料的磨光值、粗集料与沥青的粘附性技术要求
雨量气候区1(潮湿区)2(湿润区)3(半干区)4(干旱区)年降雨量(mm)＞10001000～500500～250＜250粗集料的磨光值PSV          不小于高速公路、一级公路表面层42403836粗集料与沥青的粘附性        不小于高速公路、一级公路表面层高速公路、一级公路的其他层次及其他等级公路的各个层次54444333
细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量和规格应符合表3的规定。可以采用玄武岩、花岗岩、辉绿岩、凝灰岩、安山岩等石料。
                       表3  细集料质量要求
项目单位高速公路、一级公路其他等级公路表观相对密度        不小于t/m³2.52.45
坚固性(＞0.3mm部分)         不小于％12-含泥量(小于0.075mm的含量)   不大于％35砂当量                     不小于％6050亚甲蓝值                   不大于g/kg25-棱角性                     不小于s30-
填料选用石灰石加工的矿粉。矿粉应干燥、洁净，每50t检验一次，其质量应符合表4的要求。不得将拌和机回收的粉尘作为矿粉使用。
                               表4  矿粉的要求
视密度含水量亲水系数                  粒度范围外观＜0.6mm＜0.15mm＜0.075mm≥2.5g/cm³≤1％＜0.9100％90-100％85-100％无团粒结块
结合料根据环境、交通和透水沥青混合料的预期功能选用。在炎热气候或有冻融循环的寒冷气候、中等至重交通条件建议采用针入度较低、软化点较高的高劲度结合料，例如性能分级PG76-XX的SBS改性沥青结合料或者高粘沥青混合料。70#改性沥青结合料的指标参见表5。
              表5  70#改性沥青技术指标
项目技术要求针入度(100g，5s，25℃)/0.1mm50～70PI-0.2～1.0软化点(环球法)/℃＞75延度(5cm/min，5℃)/cm＞30布鲁克菲尔德粘度(135℃)/Pa·s＜3闪点/℃＞230离析试验(软化点差)/℃＜2.5弹性恢复(25℃)/％＞70运动粘度(135℃)/Pa·s＜3相对密度(25℃水)/质量损失/％＜0.6延度(5cm/min，5℃)/cm＞20针入度比(25℃)/％＞65
一般需要添加纤维，木质素纤维、矿物纤维或聚酯纤维皆可，纤维的用量为混合料重量的0.3～0.5％。木质素纤维和聚酯纤维的用量为混合料重量的0.3％，矿物纤维一般为0.4％。在250℃的温度下纤维应不变质、不发脆。使用纤维必须符合环保要求，不危害身体健康。纤维必须在混合料拌和过程中能充分分散均匀。
各种纤维的质量应符合表6的技术要求。
                   表6  纤维质量技术要求
项目单位指标试验方法纤维长度，不大于mm6水溶液用显微镜观测灰分含量％18±5高温590℃～600℃燃烧后测定残留物PH值7.5±1.0水溶液用PH试纸或PH计测定吸油率，不小于^*纤维质量的5倍用煤油浸泡后放在筛上经振敲后称量含水率(以质量计)  不大于％5105℃烘箱烘2h后冷却称量
^*仅对木质素纤维做此要求
对于集料最大公称粒径13.2mm的透水沥青混合料，本发明采用如下表所列的级配。
               表7  透水沥青混合料级配范围


根据上表的级配可知，最大公称粒径13.2mm的集料中，各级的质量百分比分别是：粒径小于0.075mm的占0-6％，0.075-2.36mm之间的占6-12％，2.36-4.75mm之间的占6-10％，4.75-9.5mm之间的占48-58％，9.5-13.2mm之间的占20-30％，13.2-16mm的占0-10％。
实施例1：粒径小于0.075mm的为0，0.075-2.36mm之间的占11％，2.36-4.75mm之间的占10％，4.75-9.5mm之间的占49％，9.5-13.2mm之间的占26％，13.2-16mm的占4％。
实施例2：粒径小于0.075mm的为6％，0.075-2.36mm之间为7％，2.36-4.75mm之间的占8％，4.75-9.5mm之间的占58％，9.5-13.2mm之间的占20％，13.2-16mm的为1％。
实施例3：粒径小于0.075mm的为3％，0.075-2.36mm之间的占12％，2.36-4.75mm之间的占6％，4.75-9.5mm之间的占48％，9.5-13.2mm之间的占30％，13.2-16mm的占1％。
实施例4：粒径小于0.075mm的为6％，0.075-2.36mm之间的占8％，2.36-4.75mm之间的为6％，4.75-9.5mm之间的占51％，9.5-13.2mm之间的占25％，13.2-16mm的为4％。
实施例5：粒径小于0.075mm的为3％，0.075-2.36mm之间的占8％，2.3 6-4.75mm之间的占10％，4.75-9.5mm之间的占48％，9.5-13.2mm之间的占26％，13.2-16mm的占5％。
实施例6：粒径小于0.075mm的为3％，0.075-2.36mm之间的占7％，2.36-4.75mm之间的占7％，4.75-9.5mm之间的占53％，9.5-13.2mm之间的占25％，13.2-16mm的占5％。
级配应当尽量取中值或下限值。可以调整2.36mm及以下筛孔的通过率，2.36mm以上筛孔的通过率最好靠近中值，以保证具备足够的空隙率。
最佳沥青用量按照下列步骤确定。
先初步估计沥青用量P_b，P_b可以按照下式计算：
P_b＝h×A
其中h为沥青膜的厚度，A为集料的总表面积，其按下式计算：
A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74
其中a、b、c、d、e、f、g分别代表4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm筛孔的通过百分率。
按照估算的沥青用量P_b、P_b+0.4％、P_b+0.8％三个沥青用量制作马歇尔试件，马歇尔试件的击实次数为双面65次。试件的空隙率用体积法测定，最大理论相对密度采用计算法。最大理论密度的计算公式如下：
γ t = 100 + P a + P x 100 γ se + P a γ a + P x γ x ]]>
式中：γ_se-矿料的有效相对密度，
γ se = 100 R 1 γ 1 + P 2 γ 2 + . . . . . . + P n γ n ]]>
P_a-沥青混合料的油石比，(％)；
γ_a-沥青结合料的表观相对密度；
P_x-纤维用量，以沥青混合料总量的百分数代替，(％)；
γ_x-纤维稳定剂的密度，由供货商提供或由比重瓶实测得到。
先进行谢伦堡析漏试验和肯特堡飞散试验马歇尔试验。根据飞散结果(肯塔堡飞散不超过20％)和析漏结果(允许的最大滴落不超过混合料总重量的0.3％)，结合估计的沥青用量，确定最佳沥青用量的范围。从中选取比估计沥青用量高0.2％～0.4％的用量作为最佳沥青用量。
按照确定的最佳沥青用量，检验透水沥青混合料的长期老化后的抗飞散能力，要求长期老化后的肯特堡飞散损失不大于30％。如果长期老化后的飞散结果和未老化前的相比增加幅度较大，例如大于80％，则实际生产时候建议略微上调最佳沥青用量。
透水沥青混合料的技术要求如表8所示
                表8  透水沥青混合料技术要求
试验项目单位技术要求马歇尔试件尺寸mm_101.6mm×63.5mm马歇尔试件击实次数两面击实65次空隙率％19～24马歇尔稳定度       不小于kN3.5析漏损失           不大于％0.3肯特堡飞散损失     不大于％20
长期老化后的肯特堡飞散损失    不大于％30动稳定度                    不小于次/mm1500(一般交通路段)3000(重交通量路段)
如果任一种沥青用量都不满足所有的4个标准——空隙率、析漏损失、肯塔堡飞散和长期老化后的肯塔堡飞散，则需要采取补救措施。结合料含量控制混合料的空隙率，如果空隙过少，则减少沥青用量。未老化试件的肯塔堡飞散超过20％，则需要增加沥青用量。老化试件的肯塔堡飞散超过30％，可以增加沥青用量或改变结合料添加剂的类型。若析漏损失大于0.3％，则调整结合料的用量和/或添加剂。
根据以上说明可知，本发明的透水沥青混合料制作过程主要是：先根据级配比例选取集料，根据集料的级配估算沥青用量，制作混合料的马歇尔试件，测试马歇尔试件的技术指标，若不符合要求则改变沥青用量或者添加剂直至符合技术要求。
以上说明和描述仅仅是为了本领域技术人员能更好地理解本发明而采用的实施方式，并不对本发明的保护范围构成限制。在不脱离权利要求所要求保护的范围的情况下，本发明可以进行任何的修正和改动。