胶凝性冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体地说是一种胶凝性冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法。
背景技术
冷拌冷铺沥青混合料是一种可以在常温条件下进行拌和、修补与铺筑的材料，目前，冷拌冷铺沥青混合料的技术已较为成熟，一般可以分为溶剂型、乳化型及反应型三类。通过对冷拌冷铺沥青混合料的经验总结，其特点可归纳为可储存性与低温施工特性两种，其中，可储存性指的是混合料能够存储一段时间，并且可以保持其本来的疏松性和工作性，而混合料的疏松性主要取决于冷拌冷铺混合料所用结合料的粘度，粘度越低，疏松性能越好，工作性越强，但是粘结性越差，相对于常规的热拌沥青混合料，其强度及稳定性等评价指标相对较差，不满足一些高等级路面的铺筑条件。所以，在高速公路等高等级路面上，主要是以热拌沥青混合料为主，冷拌料常被用于修补坑槽等病害使用，并且，常用的冷拌冷铺沥青混合料中掺加了一定量的隔离剂与冷补添加剂等，提高了冷拌料的造价，降低了其使用价值。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种可储存性与施工特性好，强度高的胶凝性冷拌冷铺沥青混合料。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种胶凝性冷拌冷铺沥青混合料，由结合料、集料、矿粉混合而成，其特点是所述结合料由溶剂型冷拌沥青、高强度胶凝性液态添加剂组成，所述溶剂型冷拌沥青由基质沥青和废弃柴油组成，所述高强度胶凝性液态添加剂由激发碱、胶凝材料、水溶性硅酸盐和抗裂剂组成。
进一步的，结合料中溶剂型冷拌沥青与高强度胶凝性液态添加剂的质量比优选为55～85:15～45，最佳质量比为63～75:25～37。
溶剂型冷拌沥青中基质沥青和废弃柴油的质量比优选为75～86:14～25，最佳质量比为80～83:17～20。所述基质沥青优选为成本低、稳定性好、产量充足的70#基质沥青。所述废弃柴油作为稀释剂，优选为0#或10#的废弃柴油，可以对石油沥青进行较好的稀释。
高强度胶凝性液态添加剂中激发碱、胶凝材料、水溶性硅酸盐、抗裂剂的质量比优选为20-35:20-35:30～45:5～10。所述激发碱优选为氢氧化钠。所述的水溶性硅酸盐用于与强碱形成胶凝产物，增加整体强度的材料，优选为水玻璃。所述胶凝材料优选为生石灰和/或粉煤灰。所述抗裂剂用于延缓地聚物的干缩形变，能够有效减小裂缝的产生，防止强度降低。
激发碱、胶凝原料、水溶性硅酸盐和抗裂剂组成的添加剂协同作用，可以在冷拌沥青提供的粘结强度基础上，进一步形成裹覆性的粘结力，增加颗粒间的粘结强度与骨架密实性，进而极大的提高冷拌料的整体强度。
进一步的，集料可采用普通石灰岩集料，级配类型采用SMA-5，集料与矿粉的质量比优选为97～99:1～3，结合料与矿料质量比优选为6.7～7.0:93.0～93.3。所述矿料包括集料、矿粉。
本发明进一步的技术任务是提供上述混合料的制备方法。
胶凝性冷拌冷铺沥青混合料制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.基质沥青与废弃柴油充分混合，得到溶剂型冷拌沥青；激发碱、胶凝材料、水溶性硅酸盐、抗裂剂充分混合，得到高强度胶凝性液态添加剂；
S2.集料、溶剂型冷拌沥青、高强度胶凝性液态添加剂分别加热到60℃-70℃；
S3.将集料与溶剂型冷拌沥青充分拌和均匀
S4.加入高强度胶凝性液态添加剂，进行充分拌和；
S5.加入矿粉拌和至均匀，得到沥青混合料成品。
以本发明胶凝性冷拌冷铺沥青混合料完成路面摊铺或修补后，常温下养生7d即可达到强度要求，可开放交通。
路面摊铺或修补方法与现有冷铺沥青混合料的路面摊铺或修补方法相同。
与现有技术相比，本发明的胶凝性冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法具有以下突出地有益效果：
一、通过胶凝性的物质生成，对原有的冷拌料进行更好的物理化学粘结，在保持其沥青粘结性的同时，也更好的提高了冷拌冷铺沥青混合料的整体强度与稳定性，提升了冷拌料的路用性能；
二、添加剂成本低，不会过于复杂，生产与施工便捷，提升了冷拌冷铺沥青混合料的使用价值，可更好的将冷拌冷铺技术应用于道路的修补与铺筑。
三、抗裂剂中的乳化沥青在减少裂缝的同时，其与稀释沥青均属有机物，可较好的粘结在一起，提高胶凝添加剂中的无机物与冷拌沥青的协同作用，进一步提升混合料的强度。
具体实施方式
以具体实施例对本发明的胶凝性冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法作以下详细地说明。
【实施例1-4】
胶凝性冷拌冷铺沥青混合料由结合料、集料、矿粉混合而成。
结合料由溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂组成，溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂的质量比为：55:45、65:35、75:25、85:15。
所述溶剂型冷拌沥青由70#基质沥青与10#的废弃柴油混合而成，70#基质沥青与10#的废弃柴油的质量比定为85:15、80:20、75:25。
所述的胶凝添加剂由氢氧化钠、生石灰、水玻璃(密度为1.48g/cm3)和抗裂剂混合而成。各组分的质量比定为氢氧化钠：生石灰：水玻璃：抗裂剂＝30:30:35:5。
集料采用普通石灰岩集料，按粒径范围采用为3-5mm与0-3mm两档集料，级配类型采用SMA-5，经过筛分与级配调试，确定3-5mm集料与0-3mm集料的质量比为68:32，矿粉的掺量为集料总重的2％，结合料的用量参照常规的热拌沥青混合料，选择结合料用量为混合料总重的6.5％、6.8％、7.1％。
混合料制备方法：
S1.将符合级配特征的集料、溶剂型冷拌沥青、高强度胶凝性液态添加剂分别加热到65℃；
S2.将矿粉以外的集料与溶剂型冷拌沥青充分拌和均匀；
S3.再加入高强度胶凝性液态添加剂，进行充分拌和；
S4.加入矿粉拌和至均匀；
S5.常温下养生7d。
对实施例1～4进行沥青混合料的试验分析，将得到的试验数据列于表一：
表一.不同比例的冷拌沥青混合料的稳定度(KN)
由表一中可以得出，实施例1～4中，在同等条件下，胶凝添加剂的掺量越多，马歇尔稳定度就越大，说明胶凝添加剂可以大大提升冷拌沥青混合料的强度与内部粘结力，可以有效的抵抗对应交通等级的路面车辆荷载，但残留稳定度却随之下降，虽然下降的幅度较小，也说明该胶凝性冷拌沥青混合料中，胶凝添加剂易受水损害的影响，所以，溶剂型冷拌沥青与胶凝添加剂最佳掺量宜保持在65～75:35～25。
从不同沥青用量与沥青稀释比的冷拌沥青混合料稳定度值，可以看出，随着沥青用量的增加，稳定度值先增大后减小，而随着稀释比例的增加，稳定度也为先增大后减小，说明一定用量的沥青对冷拌料起到了粘结的作用，但过多的沥青用量，则会导致沥青膜偏厚，阻挡了胶凝产物的生成与黏连，反而减弱了整体的粘结力，降低了强度。所以冷拌沥青中，沥青与稀释剂的质量比为80:20较好，最佳沥青用量在6.8％左右。
实施例5～8
胶凝性冷拌冷铺沥青混合料由结合料、集料、矿粉混合而成。
结合料由溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂组成，溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂的质量比为70:30。
所述溶剂型冷拌沥青由70#基质沥青与10#的废弃柴油混合而成，70#基质沥青与10#的废弃柴油的质量比定为80:20。
所述的胶凝添加剂由氢氧化钠、生石灰、水玻璃和抗裂剂混合而成，各组分的质量比定为氢氧化钠：生石灰：水玻璃：抗裂剂＝25:25:40:10、30:30:35:5、35:35:30:0、25:25:45:5四种。
集料采用普通石灰岩集料，按粒径范围采用为3-5mm与0-3mm两档集料，级配类型采用SMA-5，经过筛分与级配调试，确定3-5mm集料与0-3mm集料的质量比为68:32，矿粉的掺量为集料总重的2％，结合料的用量参照常规的热拌沥青混合料，选择结合料用量为混合料总重的6.8％。
混合料制备方法与实施例1相同，仅养生时间设定为3d、7d、14d、28d。
对实施例5～8进行沥青混合料的试验分析，将得到的混合料稳定度试验数据列于表二：
表二.不同养生龄期下的冷拌沥青混合料稳定度(KN)
从表二可以看出：在同等条件下，随着养护龄期的逐渐增加，混合料的稳定度均逐渐增大，养护强度增长速率随龄期的增加而减小。所述的胶凝性添加剂中，氢氧化钠：生石灰：水玻璃：抗裂剂＝35:35:30:0时，前期稳定度较好，但28d的强度增长率下降大；氢氧化钠：生石灰：水玻璃：抗裂剂＝30:30:35:5时，28d的强度最大；氢氧化钠：生石灰：水玻璃：抗裂剂＝25:25:40:10时，残留稳定度最好，说明抗裂剂可在一定程度上提升冷拌冷铺沥青混合料的水稳定性，但过多的掺量会减小冷拌料的稳定度。
实施例9～10
胶凝性冷拌冷铺沥青混合料由结合料、集料、矿粉混合而成。
结合料由溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂组成，溶剂型冷拌沥青与胶凝性添加剂的质量比为70:30。
所述溶剂型冷拌沥青由70#基质沥青与10#的废弃柴油混合而成，70#基质沥青与10#的废弃柴油的质量比定为80:20。
所述的胶凝添加剂由氢氧化钠、粉煤灰、水玻璃和抗裂剂混合而成，各组分的质量比定为氢氧化钠：粉煤灰：水玻璃：抗裂剂＝25:25:40:10和30:30:35:5两种。
集料采用普通石灰岩集料，按粒径范围采用为3-5mm与0-3mm两档集料，级配类型采用SMA-5，经过筛分与级配调试，确定3-5mm集料与0-3mm集料的质量比为68:32，矿粉的掺量为集料总重的2％，结合料的用量参照常规的热拌沥青混合料，选择结合料用量为混合料总重的6.8％。
混合料制备方法与实施例1相同，养生时间设定为7d、28d。
对实施例9～10进行沥青混合料的试验分析，将得到的混合料稳定度试验数据列于表三：
表三.掺加粉煤灰的胶凝冷拌沥青混合料稳定度(KN)
由表三可知：所述的胶凝性添加剂中，掺加的粉煤灰可以较好地替代实施例1中的生石灰，但从稳定度及残留稳定度指标来看，生石灰的效果要略优于粉煤灰。
为了进一步了解本发明的技术特征，以上为结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
