一种用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料及其制备与施工方法.pdf

本发明公开了一种用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料及其制备与施工方法，沥青混合料包括矿料、沥青、纤维稳定剂以及添加剂，其中，矿料中的填料为铜尾矿粉。本发明的优点是将铜尾矿粉用作沥青混合料中的填料，实现了铜尾矿的综合回收利用，且该沥青混合料性能优异、且易压实，能加铺在水泥混凝土路面上1.5～2.5cm，施工后能够迅速修复破损路面，恢复路面的平整性和抗滑性，改善路面质量，延长路面的使用寿命，提高行车舒适性及安全性，还能预养护路面，降低建设成本，节约能源和资源，减少对环境和设施的影响等。此外，本发明的沥青混合料制备方法和施工方法简单易行，容易操作，实用性强。

1.  一种用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料，其特征在于：包括矿料、沥青、纤维稳定剂以及添加剂，其中，所述矿料由集料和填料组成，集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，填料为铜尾矿粉，集料和填料的重量百分比为96～94％：4～6％；所述沥青为聚合物改性沥青或重交通普通沥青，前者油石比为5.6～6.0％，后者油石比为5.8～6.2％，其油石比为沥青占矿料的重量百分比；所述纤维稳定剂为聚酯纤维或木质素纤维，其重量为矿料总重量的0.1～0.3％；所述添加剂为复合增效剂，其重量为矿料总重量的0.3～0.6％。

2.  根据权利要求1所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料，其特征在于：所述添加剂由复合增效剂和温拌剂混合而成，其中，复合增效剂和温拌剂的重量各占矿料总重量的0.3～0.6％。

3.  根据权利要求1或2所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料，其特征在于：所述沥青混合料的最大公称粒径为6.7mm。

4.  根据权利要求1或2所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料，其特征在于：所述矿料的级配范围为：


5.  根据权利要求1所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
对于聚合物改性沥青，预先将矿料加热至180～190℃，聚合物改性沥青加热至165～175℃；接着将矿料、纤维稳定剂和添加剂混合干拌10～15s，其中，矿料中作为填料的铜尾矿粉是由铜尾矿经粉磨筛分后满足细度和级配要求后使用；然后加入聚合物改性沥青湿拌50～55s，最后出料并控制出料温度为170～180℃；
对于重交通普通沥青，预先将矿料加热至170～180℃，重交通普通沥青加热至155～165℃；接着将矿料、纤维稳定剂和添加剂混合干拌10～15s，其中，矿料中作为填料的铜尾矿粉是由铜尾矿经粉磨筛分后满足细度和级配要求后使用；然后加入重交通普通沥青湿拌50～55s，最后出料并控制出料温度为160～170℃。

6.  根据权利要求1所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据原水泥混凝土路面情况对其进行预处理；
(2)清扫路面；
(3)对清扫后的路面的裂缝处粘贴高性能聚酯布或聚酯玻纤布制成的SBS；
(4)对贴布后的路面喷洒高强度改性乳化沥青粘层油；
(5)待高强度改性乳化沥青粘层油中的乳化沥青完全破乳后依次摊铺和碾压沥青混合料，所述沥青混合料铺设于水泥混凝土路面表层1.5～2.5cm，其中，摊铺温度不低于130℃，碾压的初始温度不低于120℃，碾压的终了温度不低于90℃，碾压后路面的温度低于50℃时即可逐步开放交通。

7.  根据权利要求6所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的施工方法，其特征在于：步骤(1)中，所述预处理包括调平处理或接缝处理，其中，所述调平处理是先测定路面的平整度，然后将路面上高出的部分铣刨掉，低陷的部分用所述沥青混合料填补；所述接缝处理是将原水泥混凝土路面以斜三角的方式渐变延伸至新路面。

8.  根据权利要求6所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的施工方法，其特征在于：步骤(2)中，所述清扫路面是对路面先用洒水车清洗，接着用强力清刷机清扫，再用洒水车冲洗，最后用吹风机吹干净。

9.  根据权利要求6所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的施工方法，其特征在于：步骤(3)中，所述粘贴高性能聚酯布或聚酯玻纤布制成的SBS的厚度不超过2.5mm，宽度为30～50cm。

一种用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料及其制备与施工方法
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料及其制备方法与施工方法，具体涉及一种将铜尾矿回收利用且应用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料及其制备方法与施工方法，属于道路工程中所用的建筑材料技术领域。
背景技术
沥青混凝土路面是一种柔性高级路面，对于旧沥青路面修补加铺沥青混凝土面层比较简单，只需要对病害处理好并做好新旧路面的搭接工序，就可以整体发挥出沥青混凝土路面的效果。
与之相对地，水泥混凝土路面是一种刚性高级路面，在自然环境和车辆荷载的长期作用下，加上其自身存在的缺陷，路面一旦破损，很难修补，而且在应力集中的作用下，破损的路面很容易迅速扩展开来。为了降低水泥混凝土路面破损段的维修成本，以及避免或减少水泥混凝土路面过早地受到损坏，我们有必要采取一些修复和预防性养护措施。国内外研究表明，对水泥混凝土路面的改造最可行的措施是在原有路面的基础上加铺沥青混凝土面层作磨耗层。但是，对于水泥混凝土路面加铺沥青面层比较复杂，目前，我国沥青混合料薄层罩面技术在沥青路面上的应用较为成熟，但是在水泥混凝土路面上的应用还比较少。我国《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)对旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层只给出一些指导性的建议：应根据气温、荷载、混凝土路面承载能力、接缝传荷能力等合理选用减缓反射裂缝的措施，包括增加沥青加铺层的厚度；在沥青混合料中掺加纤维及橡胶等改性剂；在混凝土板顶面或加铺层内设置应力吸收层或土工织物夹层等。沥青加铺层的厚度应兼顾沥青混合料的公称最大粒径相匹配和减缓反射裂缝的要求确定。高速公路和一级公路的最小厚度宜为100mm，其他等级公路的最小厚度宜为80mm，这种厚度不仅提高了路面的综合造价，而且某些地段提高了路面标高会影响道路设施。因此，如果加铺厚度能够降至2cm左右，会显著降低维修和预养护成本。但是，仅2cm的加铺层厚度会给混合料的压实带来很大难度，尤其在低温天气。
此外，尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。目前，我国尾矿量高达100亿吨以上，年排出尾矿量高达5亿t以上，其中铜尾矿占了很大一部分，而我国的尾矿综合利用率非常低，大量的尾矿长期堆积不但对空气和水土造成了严重的污染，而且占用了大量农用土地，加上尾矿库如果管理、设计不善，极易发生倒坍事故， 造成人员伤亡。此外，随着建筑业及公路事业的发展，对砂石材料的需求量日益增大，然而天然的砂石材料是一种短时间内不可再生资源，致使砂石资源紧缺，价格不断上涨。尾矿种类多样，组分复杂，各类尾矿可利用性也不尽相同，每种尾矿由于组分不同，其亲水系数、塑性指数和加热安定性等性质也有所区别，因此对于不同的尾矿需要经过大量的研究和试验才能得到充分有效的利用。
目前，仅有些资料显示将铁尾矿砂取代沥青混合料中的细集料进行使用，还没有资料显示可以将铜尾矿应用到沥青混合料中，尤其是应用于水泥混凝土路面薄层罩面沥青混合料的填料中，其对于原材料要求较高。因此，如何将铜尾矿应用到水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料中，如何减薄沥青混合料的加铺厚度，同时满足混合料的压实要求，还能降低路面的综合造价是目前亟待解决的难题。
发明内容
发明目的：本发明第一目的是提供一种集回收利用铜尾矿、修复和预养护水泥混凝土路面为一体的沥青混合料；
本发明的第二目的是提供该沥青混合料的制备方法；
本发明的第三目的是提供该沥青混合料的施工方法。
技术方案：本发明所述的沥青混合料，包括矿料、沥青、纤维稳定剂以及添加剂，其中，所述矿料由集料和填料组成，集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，填料为铜尾矿粉，集料和填料的重量百分比为96～94％：4～6％；所述沥青为聚合物改性沥青或重交通普通沥青，前者油石比为5.6～6.0％，后者油石比为5.8～6.2％，其油石比为沥青占矿料的重量百分比；所述纤维稳定剂为聚酯纤维或木质素纤维，其重量为矿料总重量的0.1～0.3％；所述添加剂为复合增效剂，其重量为矿料总重量的0.3～0.6％。
所说的添加剂由复合增效剂和温拌剂混合而成，其中，复合增效剂和温拌剂的重量各占矿料总重量的0.3～0.6％。沥青混合料的最大公称粒径为6.7mm。
矿料的级配范围为：

本发明所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
对于聚合物改性沥青，预先将矿料加热至180～190℃，聚合物改性沥青加热至165～175℃；接着将矿料、纤维稳定剂和添加剂混合干拌10～15s，其中，矿料中作为填料的铜尾矿粉由铜尾矿经粉磨筛分满足细度和级配要求；然后加入聚合物改性沥青湿拌50～55s，最后出料并控制出料温度为170～180℃；
对于重交通普通沥青，预先将矿料加热至170～180℃，重交通普通沥青加热至155～165℃；接着将矿料、纤维稳定剂和添加剂混合干拌10～15s，其中，矿料中作为填料的铜尾矿粉由铜尾矿经粉磨筛分满足细度和级配要求；然后加入重交通普通沥青湿拌50～55s，最后出料并控制出料温度为160～170℃。
本发明所述用于水泥混凝土路面薄层罩面的沥青混合料的施工方法，包括如下步骤：
(1)根据原水泥混凝土路面情况对其进行预处理；
(2)清扫路面；
(3)对清扫后的路面的裂缝处粘贴高性能聚酯布或聚酯玻纤布制成的SBS；
(4)对贴布后的路面喷洒高强度改性乳化沥青粘层油；
(5)待高强度改性乳化沥青粘层油中的乳化沥青完全破乳后依次摊铺和碾压沥青混合料，所述沥青混合料铺设于水泥混凝土路面表层1.5～2.5cm，其中，摊铺温度不低于130℃，碾压的初始温度不低于120℃，碾压的终了温度不低于90℃，碾压后路面的温度低于50℃时即可逐步开放交通。
其中，在步骤(1)中，所述预处理包括调平处理或接缝处理，其中，所述调平处理是先测定路面的平整度，然后将路面高出的部分铣刨掉，低陷的部分用沥青混合料填补；所述接缝处理是将原水泥混凝土路面以斜三角的方式渐变延伸至新路面。
步骤(2)中，所述清扫路面是对路面先用洒水车清洗，接着用强力清刷机清扫，再用洒水车冲洗，最后用吹风机吹干净。
步骤(4)中，所述粘贴的厚度不超过2.5mm，宽度为30～50cm。
发明机理：本发明主要通过调整矿料的级配优化混合料的配合比设计，将回收利用的铜尾矿粉磨后取代填料进行使用，同时掺入的添加剂可以增加60℃动力粘度、提高高温性能、降低高温粘度和可压实温度、改善施工和易性和延长施工时间，掺入的纤维稳定剂又能改善高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能和水稳定性，加上沥青的胶结作用，使整体发挥出了良好的性能。
集料分为粗集料和细集料，填料通常就是指矿粉类的细粉物质；集料尤其是粗集料 更多的是起骨架作用，细集料则填充在粗集料内嵌挤堆积；矿粉是为了填充粗细集料之间的空隙，对到矿料的级配要求较高。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的沥青混合料能回收利用铜尾矿，并将铜尾矿粉磨后取代矿粉中的填料进行使用，由于铜尾矿粉廉价易得，不仅降低了沥青混合料的成本，还能提高混合料的性能，同时减少了污染，节约了资源，其综合回收利用具有良好的经济效益和社会效益。该沥青混合料性能优异、且易压实，加铺在水泥混凝土路面上仅仅1.5～2.5cm就能实现目前5～7cm的沥青混凝土面层的磨耗功能，施工后能够迅速修复破损路面，恢复路面的平整性和抗滑性，改善路面质量，延长路面的使用寿命，降低噪音，提高行车舒适性及安全性，还能预养护路面，不影响道路设施，降低建设成本，节约能源和资源，减少对环境和设施的影响等。此外，本发明的沥青混合料制备方法和施工方法简单易行，容易操作，实用性强。
具体实施方式：
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：
(一)组分：
集料：玄武岩，最大公称粒径为6.7mm，购自江苏兴源矿业有限公司；
填料：铜尾矿粉，可选自当地或周边矿场；
其中，集料与填料的重量比为96％：4％，为了方便叙述，这里将集料与填料统称为“矿料”，矿料级配参见表1。
表1 矿料级配

沥青：SBS聚合物改性沥青，其油石比为5.8％，其中，油石比为沥青与矿料重量之比，该沥青购自江苏宝利沥青股份有限公司。
纤维稳定剂：聚酯纤维，掺量为矿料重量的0.2％，购自常州筑威建筑材料有限公司。
添加剂：由复合增效剂和温拌剂混合而成，掺量均为矿料重量的0.3％，复合增效剂购自上海Honeywell有限公司，温拌剂购自常州筑威建筑材料有限公司
值得说明的是，这里的复合增效剂起具有提高高温稳定性、低温抗裂性、抗车辙性 能和抗疲劳性能等作用；温拌剂起具有降低高温粘度和可压实温度、改善施工和易性和延长施工时间等作用；所以两者作用并不相同，并且协同使用效果更好。
沥青混合料的性能验证如表2所示，其性能可以很好地满足技术要求。
表2 马歇尔试验结果