一种大空隙率开级配沥青混合料及其制备方法、应用与流程

本发明涉及道路工程，尤其涉及一种大空隙率开级配沥青混合料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、传统的沥青路面为不透水密实性结构，雨水主要通过表面径流方式汇聚至路面低洼处，再依赖路面集中排水或横向分散漫流等方式进行排除。集中排水方法是在路侧设置拦水带或路肩边沟，使路面水流汇集于特定断面，再经急流槽或集水井排出；而横向分散漫流的排水方式则是对路肩进行特殊处理，让雨水得以横向自由流淌。

2、与传统沥青路面不同，排水沥青路面采用大空隙率开级配沥青混合料铺筑表层，使得雨水能够渗透至沥青层内部，并沿路面横坡自然排出。排水沥青路面在排水、抗滑及降噪方面表现优异，成为提升路面安全性能的重要手段。然而，传统的排水沥青路面在长期的车辆荷载与环境因素作用下，特别是受到雨水冲刷和车轮动水压力的影响，容易出现集料剥落、坑槽、飞散等水损害问题，严重影响路面性能。

3、为了克服上述缺陷，现有技术通过优化大空隙率开级配沥青混合料的级配(即混合沥青4.75mm筛孔通过率为10～10.2％，2.36mm筛孔通过率为9.2～9.4％)和提升改性沥青的性能，使得即使大空隙率开级配沥青混合料的孔隙率高达25～28％，且铺设厚度仅为2～2.5mm，也能在一定程度上改善传统排水沥青路面的排水和降噪功能减弱、易剥落松散等缺陷。然而，过高的空隙率往往意味着粗集料粒径的减小，而粗集料粒径的减小容易导致沥青混合料的强度降低，进而影响排水沥青路面的抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性。此外，过高的孔隙率还容易引发灰尘、泥土在路面结构内部的积聚，导致排水沥青路面的排水功能衰减较快，反而削弱排水效果。同时，由于铺设厚度较薄，排水沥青路面的承载能力受限，难以承受大量车辆的重压，容易出现开裂、剥离和坑洼等损伤，同样影响排水沥青路面的抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性。

4、综上所述，即使通过改进大空隙率开级配沥青混合料的级配和提升改性沥青的性能，其铺设而成的排水沥青路面仍存在排水性能、抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性较差，难以满足对路用性能要求更高的使用场所的路面需求。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提出一种大空隙率开级配沥青混合料，通过对沥青混合料的配比设计和原料进行优化，有效地解决现有技术中利用大空隙率开级配沥青混合料铺设而成的排水沥青路面的排水性能、抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性较差的技术问题。

2、本发明的目的之二在于提出一种大空隙率开级配沥青混合料的制备方法，其制备方法简单，操作性强，有利于确保大空隙率开级配沥青混合料铺设而成的排水沥青路面的路用性能和耐久性。

3、本发明的目的之三在于提供一种大空隙率开级配沥青混合料的应用，将其应用于铺设排水沥青路面，确保制得的排沥青路面的路用性能和耐久性。

4、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

5、一种大空隙率开级配沥青混合料，按照质量百分比，所述大空隙率开级配沥青混合料的13.2mm筛孔通过率为95～100％，9.5mm筛孔通过率为39.2～39.6％，4.75mm筛孔通过率为7.0～7.2％和2.36mm筛孔通过率为6.2～6.4％；

6、按照质量份数计算，所述大空隙率开级配沥青混合料包括高粘高弹改性沥青6.0～6.2份、玄武岩纤维0.3～0.5份、混合集料95～105份和矿粉0～2份；

7、所述高粘高弹改性沥青的60℃复合剪切模量g＊＞12kpa，60℃动力粘度＞58万pa·s，25℃弹性恢复＞98％；

8、按照质量份数计算，所述混合集料包括10～15mm的第一粗集料45～50份、5～10mm的第二粗集料45～50份和0～3mm的细集料5～10份。

9、进一步地，所述高粘高弹改性沥青包括sbs改性剂，且按照质量百分数计算，所述sbs改性剂的添加量≥10％。

10、进一步地，所述第一粗集料和所述第二粗集料均为碎石，所述细集料为机制砂。

11、进一步地，所述碎石为辉绿岩、玄武岩和闪长岩中的任意一种；

12、所述碎石的压碎值≤18％，磨耗值≤20％，表观相对密度≥2.6g/cm3，吸水率≤1％，坚固性≤8％，与所述高粘高弹改性沥青的黏附性≥5级，且按照质量百分比，所述碎石的软石含量≤1％，针片状含量≤8％。

13、进一步地，所述机制砂为闪长岩，所述机制砂的表观相对密度≥2.5g/cm3，坚固性≤12％，砂当量≥65％。

14、进一步地，所述玄武岩纤维的直径为14～16μm，长度为5.5～6.5mm，比重为2.8～3.3，断裂伸长率＞3.0％，断裂强度≥2000mpa，弹性模量＞80gpa。

15、进一步地，所述矿粉为石灰岩，所述矿粉的表观密度≥2.5g/cm3，亲水系数≤1％，且按照质量百分比，所述矿粉的含水量小于1％。

16、一种大空隙率开级配沥青混合料的制备方法，用于制备上述的大空隙率开级配沥青混合料，包括以下步骤：

17、a、将高粘高弹改性沥青预热至180～185℃备用，并将第一粗集料、第二粗集料、细集料和矿粉均预热至200～205℃备用；

18、b、将预热后的第一粗集料、第二粗集料和细集料进行搅拌，得到混合集料；

19、c、将预热后的高粘高弹改性沥青、玄武岩纤维和混合集料进行搅拌，得到混合料；

20、d、将预热后的矿粉和混合料进行搅拌，得到大空隙率开级配沥青混合料。

21、进一步地，步骤b的搅拌时间为15～20s；步骤b、c和d的搅拌温度为190～195℃，步骤b、c和d的搅拌总时间不少于1min。

22、进一步地，所述大空隙率开级配沥青混合料的铺设厚度为4～4.5cm。

23、本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

24、1、通过采用10～15mm的第一粗集料和5～10mm的第二粗集料作为粗集料，以及高含量粗集料、低含量细集料的配比设计，从而使沥青混合料的13.2mm筛孔通过率为95～100％，9.5mm筛孔通过率为39.2～39.6％，4.75mm筛孔通过率为7.0～7.2％，2.36mm筛孔通过率为6.2～6.4％，令沥青混合料的目标空隙率控制在22～25％之间，在确保沥青混合料的排水性能的前提下，有效避免了因孔隙率过高可能引发的强度下降问题，以及灰尘和泥土在路面结构内部积聚，进而导致的排水功能衰退和路面性能减弱等隐患，从而提升排水沥青路面的排水性能、抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性。

25、2、随着粗集料粒径的增大，由其相互嵌锁形成的骨架结构的孔隙也随之增大，促进了沥青混合料排水性能的提升。同时，粗集料粒径的增加还增强了骨架结构的强度，从而相应地提高了沥青混合料的整体强度。因此，本技术方案采用10～15mm的第一粗集料和5～10mm的第二粗集料作为粗集料，不仅准调控了沥青混合料的级配，有效控制了孔隙率，还显著增强了其排水能力和强度，进而优化了排水沥青路面的路用性能和耐久性。另外，与仅利用5～10mm的第二粗集料相比，本技术方案的骨架强度更高且孔隙更大，更有利于确保沥青混合料的整体性能。

26、3、摒弃了传统的3～5mm粗集料，转而采用10～15mm的第一粗集料和5～10mm的第二粗集料，形成开级配的沥青混合料，确保粗集料间的充分嵌挤与锁结，构建稳固的力学支撑体系。同时，通过排除粒径为3～5mm的粗集料，为沥青胶浆提供了更为宽敞的填充空间，使其能够充分渗透并紧密填充于粗集料之间的空隙，增强沥青混合料整体的密实性和粘结力。此外，上述配比设计还避免了细集料与沥青胶浆之间可能产生的干涉效应，提升沥青混合料的均匀性和稳定性。通过上述多方面的作用，有利于确保沥青混合料的强度，从而增强排水沥青路面的抗车辙和抗开裂等路用性能和耐久性。