[发明专利]一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装

说明书

本发明提出一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装，借鉴毛栗子形状，针对酸性花岗岩石子与酸性沥青粘接结差的问题，采用包裹聚合物砂浆和表面喷射微细纤维的方法，改良酸性花岗岩石子成为碱性界面，形成裹浆长毛的粗集料石子，改良后的粗集料石子与沥青玛蹄脂的粘附性大幅度提高；在沥青玛蹄脂中掺入石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物改性剂，形成空间网络结构，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织。采用裹浆长毛的改良粗集料石子和石墨烯碳纤维改性沥青玛蹄脂混合料的SMA沥青混凝土钢桥面铺装，大幅度钢桥面SMA铺装的强度、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性，抗车辙能力等性能。

技术领域

本发明涉及路面工程领域，涉及一种沥青混凝土铺装，尤其涉及一种基于改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装。

背景技术

钢桥面的沥青混凝土铺装一直是行业性难题，钢箱梁是大型薄壁空间结构，在荷载作用下，钢箱梁会发生伸长、缩短、弯曲、扭转等变形，桥面铺装要求具有追随钢箱梁一起协同变形的能力；另一方面，桥面铺装直接承受车轮荷载碾压，需要抵抗车轮荷载产生的局部变形，还要保持外观平整，便于行车。这种互相矛盾的需求就决定了钢桥面铺装工程技术的复杂性。

钢桥面沥青混凝土铺装设计应该满足以下要求：足够的强度与刚度及良好的变形追从性、高温稳定性、低温抗裂性、抗车辙能力、抗滑能力、良好的疲劳抗裂性能、抗水损害能力、与桥面板良好的粘结性能、防水性能和各层铺装材料之间需要具有可靠的粘结性能。

对于钢桥面沥青混凝土铺装苛刻的要求，较好的解决方法就是采用双层沥青混凝土铺装方案。沥青混凝土铺装面层的着重点是应该足够的强度与刚度、抗车辙能力、抗滑能力、良好的疲劳抗裂性能、抗水损害能力和高温稳定性和低温抗裂性；下层的着重点是良好的变形追从性、防水性能和高温稳定性。

目前，钢桥面铺装通常采用SMA沥青混凝土面层和GA浇筑式沥青混凝土下层的双层铺装方案，SMA+GA双层沥青混凝土铺装协同工作，优势互补，使用效果较好，应用广泛。

SMA沥青混凝土的结构组成特点可概括为“三多一少，5mm以上的粗集料比例高达70％～80％，细集料少，矿粉的用量达7％～13％，沥青用量较多，有的甚至高达6.5％～7％，使用纤维作为稳定剂。

自然界的石灰石等碱性骨料通常强度太低，石灰石等碱性粗骨料不适合作为沥青混凝土的粗骨料。自然界的花岗岩、石英石等酸性骨料通常强度较高，但是花岗等酸性粗骨料与酸性沥青两者粘附性较差，花岗岩等酸性粗骨料也不适合直接作为沥青混凝土的粗骨料。玄武岩等酸碱度中性的骨料强度适中，中性骨料与酸性沥青两者粘附性尚可，玄武岩骨料通常作为沥青混凝土的粗集料。

但是，玄武岩等中性石料只有少数地区才有，大多数项目不得不使用酸性花岗岩粗集料替代玄武岩等中性粗集料，并采取掺入沥青中抗剥落剂和消石灰措施，改善花岗粗集料岩石子与酸性沥青的粘附性，效果不理想。

酸性花岗岩粗集料与沥青的粘附界面薄弱的区域，两者界面不友好，会导致粘附性较差，在水动力作用和超载车辆反复作用，导致沥青膜与粗集料表面剥离，两者界面产生微裂缝，关于酸性的花岗岩粗集料石子用于SMA沥青混凝土的研究是亟需解决的事情。

本申请针对酸性粗集料石子与酸性沥青粘结力差的问题，采用聚合物砂浆界面剂和微细合成纤维对粗集料石子界面进行改良处理，形成一种外裹微细纤维聚合物砂浆薄层的石子骨料，将粗集料石子改良为“裹浆长毛石子”，可改善粗集料石子与沥青的界面亲和性，提高沥青和粗集料石子的粘附性，从而改善AMS沥青混凝土混合料的工作性能。

本申请针对现有的SMA沥青混凝土铺装的沥青玛蹄脂的耐久性和低温时韧性不足等问题，在传统的SBS沥青玛蹄脂中增加了石墨烯海绵、碳纤维丝和聚合物改性剂，形成空间网络结构，石墨烯海绵相当于骨骼，碳纤维相当于肌肉纤维，而聚合物改性剂则相当于结缔组织，提高沥青玛蹄脂的材料性能，可有效地改善了沥青玛蹄脂的工作性能。