一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土的制备，属于道路工程领域。
背景技术
在公交专用道、道路交叉口、景观道路等特殊路段长修筑彩色沥青铺面，起到交通诱导和景观美化作用。目前国内市场彩色沥青铺面种类大体上分为两类：脱色工艺(彩色沥青)和混合工艺(彩色喷涂。)[1]。脱色工艺指采用石油树脂与SBS改性剂等化工材料共混改性而成的胶结料，制备的彩色沥青原材料成本较高且用量大，加工工序复杂且加工费用较高；混合工艺指在路表喷涂喷涂剂对路面进行改色，对采用混合工艺的彩铺路面跟踪观测发现：彩色铺面在抗滑、耐磨、保色性方面表现较差。究其原因：首先，目前市面上的彩色喷涂中掺有炭黑，炭黑常用作润滑剂，用于涂料中将降低彩色铺面的抗滑性。其次，喷涂的彩色颜料填补了路表的开口空隙，减小了路面构造深度，进而降低路面抗滑性能。最后，石料的磨光值较小，在道路使用过程中，石料表面纹理构造被磨光，彩色喷涂也随之磨耗缺失，导致彩色铺面喷涂损失严重，保色性差。彩色沥青和彩色喷涂本身的技术缺陷逐渐成为彩铺行业的诟病[2]。
目前国内市场彩色沥青涂料，如部分水性环氧涂料，在制备过程中不仅需要对部分组分进行研磨，还需要对部分组分进行筛网过滤，增加了制备工序，也随之增加成本。
本发明使用岩沥青代替传统彩色沥青中的炭黑，使用钢渣代替部分粗集料，以期形成一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土制备方法。
参考文献：
1.张敬义,杨闯,吴立报,罗王群,黄婉利.喷涂速凝型彩色乳化沥青及其防水涂料的研究[J].中国建筑防水,2017(10):1-4.
2.李涛.高性能彩色微表处开发及性能研究[D].重庆交通大学,2018.
发明内容
本发明的目的是提供一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土制备方法，以解决现有彩色铺面耐磨性能和抗滑性能不足的问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
A、准备沥青混凝土原材料。以总量100份计，所述的沥青混凝土的各原料重量份配比如下：沥青5-7，钢渣5-63，碎石25-75，矿粉7-11，其中钢渣的游离氧化钙含量低于3％，吸水率低于3％，粒径范围为5-10mm。
B、制备沥青混凝土。将沥青升温至160-170℃，养护4-6小时；石料升温至170-180℃，钢渣升温至180-200℃，养护5-8小时；拌锅温度在175-185℃范围内。按照碎石和钢渣、沥青、矿粉的顺序置于拌锅内，制备钢渣沥青混合料，每次加入组分需搅拌至少90s。
C、制备彩色涂料。以总重量100份计，彩色涂料各原料重量份配比如下：环氧树脂30-40，固化剂25-30，岩沥青1-3，TiO220-30，着色剂2-10，稀释剂6-10，水5-10，分散剂4-6，乳化剂0.2-2.0，其中，岩沥青，灰分不高于15％，细度不低于200目，选取环氧树脂和稀释剂用分散机或搅拌机在200-600转/min速度下混合10-15min；在水中加入分散剂、乳化剂、岩沥青、TiO2、着色剂在1300-1800转/min高速分散15-30min，再加入固化剂在600-800转/min分散5-10min。
D、使用专用齿耙将制备好的涂料均匀涂抹、刮平在养护好的钢渣沥青铺面上，涂覆量为1.1-2.0kg/m2，待彩色铺面固化后即可。
进一步地，在水中加入分散剂、乳化剂、岩沥青、TiO2、着色剂搅拌均匀时，温度应控制在55～75℃。
进一步地，钢渣为电炉渣或转炉渣。
进一步地，沥青采用改性SBS，SBS改性剂掺量不低于4％。
进一步地，0-3mm档碎石为石灰岩，3-10mm档碎石为玄武岩或者辉绿岩，压碎值不高于26％，针片状含量不高于15％。
进一步地，环氧树脂固化时间不超过2h，固化后强度不低于12MPa。
进一步地，制成后对其进行空隙率测试，建议范围为3.0％-4.5％。
本发明的一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土，具有如下优点：
1.抗滑性能强。钢渣棱角性明显，在沥青混凝土中掺入一定量钢渣，增加了路面的构造深度，由此提高了彩色沥青铺面的抗滑性能；使用岩沥青替代炭黑，避免了炭黑对抗滑性的不利影响。
2.耐磨性能强。钢渣的磨光值范围为60-70，玄武岩的磨光值约为45-60，石灰岩的磨光值约为30-55。掺入磨光值更大的钢渣作为粗集料，不仅提高了路面的摩擦系数，而且随着路面使用年限的增长，摩擦系数衰减不明显，从而可以有效的保证路面在使用年限内的抗滑性能。
3.保色能力强。主要有以下三点原因：(1)钢渣表面多孔，比表面积大，具有较佳的物理吸附性能力，喷涂颜料较多的吸附于钢渣表面的孔隙中。(2)钢渣磨光值比一般石料磨光值高，表面纹理构造不宜磨损，降低了因石料磨损带来的铺面褪色现象出现的概率，提升了彩色沥青铺面的保色能力。(3)在彩色涂料中，岩沥青与TiO2、着色剂共同调色。岩沥青是石油经过长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触媒、细菌等的综合作用下生成的沥青类物质，化学成分稳定，受光、氧作用变色不明显。因此，与炭黑相比，岩沥青保色能力更强，提升了涂料的色彩稳定性和彩色沥青铺面的保色能力。
4.材料费用低。钢渣作为一种工业废物，原料丰富，价格低廉，应用到道路工程中会降低道路建设成本，同时解决钢渣对环境的污染和对土地的占用问题，具有极大的社会效益和经济效益。
5.本发明所需设备简单。制备方法不需采用新设备、新工艺，可充分利用现有技术装备，实现抗滑、耐磨的彩色沥青混合料的制备。
具体实施方式
实施例1
为了验证本发明的可行性，在此提供一种抗滑、耐磨彩色沥青混凝土实施方式。
步骤一、制备钢渣沥青混合料。准备以下原材料，以总重量100份计，各原料重量份配比如下：5份沥青，28份钢渣，58份碎石(20份0-3mm碎石，10份3-5mm碎石，28份5-10mm碎石)，9份矿粉。其中，沥青选取SBS沥青；钢渣采取使用摇晒法，筛选粒径为5-10mm的电炉渣；0-3mm碎石选用石灰岩，3-5mm和5-10mm碎石选取玄武岩。将沥青升温至160-170℃，养护4-6小时；石料升温至170-180℃，钢渣升温至180-200℃，养护5-8小时；将拌锅升温至175-185℃，依次放入石料与钢渣、沥青、矿粉，制备钢渣沥青混合料，其中每放入一种原材料后需搅拌90s。
步骤二、成型钢渣沥青混合料。将制备好的混合料摊铺到车辙板中，使用车辙板成型仪碾压成型，其中正压2次，反压18次，随后常温养护48h以上。
步骤三、制备彩色涂料。准备以下原材料，以总重量100份计，本发明的彩色涂料各原料重量份配比如下：30份环氧树脂，28份环氧树脂固化剂，2份岩沥青，22份TiO2，5份氧化铁蓝，8份稀释剂(丁基缩水甘油醚)，5份水，4份分散剂，1份乳化剂。
步骤四、使用专用齿耙将制备好的涂料均匀涂抹、刮平在养护好的钢渣沥青混凝土试件上，涂覆量为1.5kg/m2，待彩色铺面固化后即可。
实施例2
为了验证本发明抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的抗滑性能，需要进行BPN测定，即使用摆式仪对路面抗滑性能进行评定，BPN越大，路面抗滑能力越强，BPN越小，路面抗滑能力越弱。首先，参照实施例1成型抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土，其中普通彩色沥青混凝土5-10mm碎石均为玄武岩碎石，涂料中采用2％的炭黑，不掺加钢渣和岩沥青。其次，参照《公路路基路面现场测试规程》(JJG%20E60)中的《摆式仪测定路面摩擦系数试验方法》进行BPN测定，对比抗滑能力差异。最后，普通沥青混凝土与彩色沥青混凝土材料差异见表1，BPN摆值结果见表2。
表1两种彩色沥青混凝土组分对比结果
表2%20BPN摆值测试结果
由表2可知，本发明的彩色沥青混凝土的BPN为63.3，大于普通彩色沥青混凝土50.7的BPN值，BPN提高幅度约24.9％。这是因为钢渣棱角性明显，在沥青混凝土中掺入一定量钢渣，增加了路面的构造深度，由此提高了彩色沥青铺面的抗滑性能；使用岩沥青替代炭黑，避免了炭黑对抗滑性的不利影响。
实例3
为了验证本发明抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的耐磨性能，采用实施例2中成型的抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土进行对比试验，此处参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG%20E20-2011)中的《沥青混合料车辙试验》方法进行车辙试验(温度为20℃，压实时间为2h)，参照《公路路基路面现场测试规程》(JJG%20E60)中的《摆式仪测定路面摩擦系数试验方法》进行BPN测定，对比车辙磨耗后抗滑能力差异。下表为试验结果。
表3车辙磨耗后BPN摆值测试结果
由表3可知，本发明抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的BPN始终高于不掺钢渣的普通彩色沥青混凝土BPN；随着试验次数增加BPN都呈下降趋势，下降趋势越来越小，且抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的BPN下降幅度低于不掺钢渣的普通彩色沥青混合料。这是因为钢渣的磨光值大于普通石料的磨光值。掺入钢渣作为粗集料，不仅提高了路面的BPN指数，而且随着路面使用年限的增长，BPN衰减缓慢。
实例4
为了验证本发明抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的保色能力，采用实施例2中成型的抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土进行对比试验，此处参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的《沥青混合料车辙试验》方法进行车辙试验(温度为20℃，压实时间为2h)，模拟车轮荷载对彩色沥青混凝土的磨耗作用。采用图像处理软件Photoshop对比分析车辙磨耗后，抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土彩色喷涂的磨损率。
Photoshop表征磨损率包括以下步骤
步骤一、拍摄轮压痕迹区域。取出试件，置于平整地面上，清晰的拍摄出车辙仪轮压痕迹。需要注意的是：在拍摄两条轮压痕迹时，要确保两次拍摄的位置、光线一致，避免影响像素读数。
步骤二、使用Photoshop计算像素。把轮压痕迹照片导入Photoshop软件中，识别图片中磨损像素、总像素，磨损像素与总像素的比值即为磨损率
步骤三、重复步骤一至步骤二，获得1～3次车辙磨耗后的数据，列入表4。
表4抗滑、耐磨彩色混凝土与普通彩色混凝土的磨损率
由表4可知，抗滑、耐磨彩色混凝土的磨损率在0.01％～0.09％范围内，普通彩色混凝土磨损率在0.29％～0.95％范围内，前者显著低于后者，抗滑、耐磨彩色混凝土的磨损率仅为普通彩色混凝土磨损率的3.4％～9.5％。这是因为钢渣表面多孔，比表面积大，具有较佳的物理吸附性能力，喷涂颜料较多的吸附于钢渣表面的孔隙中；鉴于钢渣磨光值比一般石料磨光值高，表面纹理构造不宜磨损，降低了因石料磨损带来的铺面褪色现象出现的概率，提升了彩色沥青铺面的保色能力。
实例5
为了验证本发明抗滑、耐磨彩色沥青混凝土的原材料费用低，采用实施例2中成型的抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土进行对比，下表为各原材料价格。
表5各原材料价格表
抗滑、耐磨彩色沥青混凝土、普通彩色沥青混凝土原材料比例见实施例1、实施例2，抗滑、耐磨彩色沥青混凝土和普通彩色沥青混凝土密度分别为2.647t/m3和2.464t/m3。以面层厚度3cm、彩色涂料涂敷量1.5kg/m2计算，对比两种彩色沥青混合料原材料价格差异。表6为原材料价格差异对比结果。
表6抗滑、耐磨彩色沥青混凝土与普通彩色沥青混凝土原材料价格差异表
综上所述，抗滑、耐磨彩色沥青混凝土与普通彩色沥青混凝土的涂料价格差异较小，为0.5％，这是因为虽然炭黑和岩沥青的价格差异较大，但两者在两种彩色沥青混合料中的占比太少，所以在价格上并没有明显的优势；而混合料价格差异明显，为18.3％，这是因为在抗滑、耐磨彩色沥青混凝土中钢渣用量大，而且钢渣作为一种工业废物，价格低廉，所以混合料价格差异明显；总体看，相比较传统彩色喷涂的沥青铺面，本发明的彩色沥青混合料铺面节约了8.3％，节约成本显著。
本发明提供的一种抗滑、耐磨的彩色沥青混凝土，在抗滑性能、耐磨性能和保色性能方面有显著的提升，具有非常好的应用价值。
