CN101121822A - 工厂化热再生沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工厂化热再生沥青混合料，其包括下列重量百分比的组分：44～92％的新集料、1～3％的矿粉、5～50％的旧沥青混合料以及1.7～3.0％的新沥青结合料，其中旧沥青混合料中粒径0～15mm的细料与粒径15～25mm的粗料的重量比为0.5～2∶1。本发明还公开了其制备方法。本发明的工厂化热再生沥青混合料可以不用再生剂、且能节约大量沥青和砂石材料，节省工程投资，变废成宝，节约能源；制得的混合料无论在高低温性能，还是抗水损害性能方面，都不逊于新拌沥青混合料；另外，本发明的制备方法可有效地减少旧料在加热时引起的烟雾现象，降低了对环境的污染，具有良好的环保效果。

Description

工厂化热再生沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热再生沥青混合料，特别涉及一种工厂化热再生沥青混合料及其制备方法。

背景技术

随着市政建设的推进，对道路使用功能和行车质量、道路建设环境保护及道路材料综合再生利用等提出了新的课题。而大规模的道路建设，道路翻修所产生的大量旧料混凝土等材料既污染了环境，堆放处理也相当困难，而且废旧料的堆放、运输处理还要花很多的资金。为了变废成宝，节约能源及保护环境，各国均重视回收再利用得到的旧沥青混凝土(混合料)碎块，将其破碎、筛分，再与新加矿料、沥青及再生剂适当配合，经加热搅拌制得热再生沥青混合料。在加工厂完成上述过程制得的产品又称为工厂化热再生沥青混合料。然而，早期开发的再生沥青混合料必须使用再生剂，采用的再生剂含有较多轻质成分，得到的再生沥青混合料在使用初期能满足性能要求，但由于再生沥青容易老化，降低了再生沥青路面的正常使用寿命。

公开号为1657480A的中国专利申请公开了一种再生沥青混凝土及其加工方法。其中该再生沥青混凝土中再生剂的使用量较大，而且新沥青的添加量也大，为5-7％(w/w)，成本较高；另外，其未披露使用的旧沥青混合料的破碎、筛分情况；而加工方法则采用了连续式双滚筒再生沥青拌和机拌和；更重要的是该文件未公开制得的再生沥青混凝土的各项性能指标，按其公开的内容制得的最终产品质量令人怀疑。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一即是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可以不使用再生剂，且性能良好的工厂化热再生沥青混合料。

本发明的工厂化热再生沥青混合料，其包括下列重量百分比的组分：44～92％的新集料、1～3％的矿粉、5～50％的旧沥青混合料以及1.7～3.0％的新沥青结合料，其中旧沥青混合料中粒径0～15mm的细料与粒径15～25mm的粗料的重量比为1～0.5∶2。

其中，为制得一定粒径标准的沥青混合料，如粗粒式AC-25和中粒式AC-20沥青混合料，按常规，对新集料、矿粉等材料的粒径有一定的要求，如新集料最大粒径不超过25mm；矿粉粒径小于0.6mm，矿粉中0.075mm以下部分不应小于75％等。

本发明所说的“新集料”概念同一般沥青混合料(非再生沥青混合料)中的集料，是指在混合料中起骨架和填充作用的粒料，又可称矿料、石料或骨料等，通常包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等；相对于本发明中的旧沥青混合料，其初次使用，故谓之“新集料”。由于集料中较粗的粒料主要承受着外部应力的作用，细料则起填充作用，故其粒径有一定的级配要求，按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定，通常将其分为粒径0～5mm的细料，与粒径5～25mm的粗料，其用量根据集料实际级配来调整，本发明新集料中细料与粗料的重量比优选为0.3～0.7∶1。

本发明所说的“矿粉”起到补充填骨架空隙之用，故又称填料，其通常由石灰岩等碱性石料经磨细加工得到的，在沥青混合料中起填料作用的是以碳酸钙为主要成分的矿物质粉末。

本发明所说的“新沥青结合料”概念同一般沥青混合料(非再生沥青混合料)中的沥青结合料，是指在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料(含添加的外掺剂、改性剂等)的总称，故又可直接称沥青；相对于本发明中的旧沥青混合料，其初次使用，故谓之“新沥青结合料”。沥青的用量太少，会影响沥青的粘结性和集料表面的沥青膜厚；太多，则大大增加成本。

本发明所说的“旧沥青混合料”是指从旧沥青路面上经翻挖或铣刨收集得到，由石油沥青与集料砂石等组成的混合材料，简称为沥青旧料。而由于旧沥青混合料中集料破坏以粗料为主，且在铣刨破碎过程中，由于机械物理作用产生较多的细料。因此在旧料使用之前，本发明将旧料进行筛分，分类成与新集料类似的规格，更利于保证最终产品的性能。从经济角度来考虑，在沥青混合料中掺入的旧料比例越高，则生产成本越低。但旧料掺入比例上限除了受再生设备限制外，其本身的性能也会影响。如旧料中的沥青老化程度很大，或旧料掺入比例太高则需添加较多的再生剂来恢复其性能，而再生剂的价格相对比较昂贵，成本较高，可能造成得不偿失；其次旧料中的集料经受了长期的荷载和环境作用，可能造成强度、坚固性等力学性能降低，并且由于旧料中可能进入了较多的泥或其他杂质，在一定程度上影响新沥青混合料的性能。因此，在利用旧料之前，通常对旧料进行全面的分析，对其中的旧沥青和旧集料有一定的性能要求。例如，本领域通用的标准是：旧沥青：60℃动力粘度不大于800Pa·s(沥青路面工厂热拌再生之台湾经验，《上海公路》2004年第1期)；而本发明旧沥青混合料中的粗料及细料则采用下列标准[《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)]：

旧料粗料(15～25mm)

试验项目	技术要求
		石料压碎值(％)	不大于28
洛杉机磨耗损失(％)	不大于30
		针片状含量(％)	不大于15

旧料细料(0～15mm)

试验项目	技术要求
		0～5mm部分砂当量(％)	不小于60

而本发明人经过研究发现，更优选符合下列要求的旧料细料：＜0.075mm部分塑性指数不大于9％，尤其是不大于4％。所述“＜0.075mm部分塑性指数”是指该部分处在可塑状态的含水量变化范围，反映其可塑性的大小，测试方法参见JTJ051-93《公路土工试验规程》中(T0118-93)。由于其越高，说明旧料中含有较多的粘性颗粒，可能影响沥青与集料的粘附性能。故选择上述指标在一定范围的旧沥青混合料，并控制其中细料的掺量，可以更好地降低其对再生沥青混合料性能的影响。

本发明中所说的粒径大小是根据行内标准进行筛分所得的近似数据，具体而言，其中新、旧料中细料粒径“0～5mm”是指集料中100％通过9.5mm，在4.75mm筛上的筛余小于10％；“0-15mm”是指集料中100％通过16mm，在13.2mm筛上的筛余小于10％，而粗料粒径“5-25”是指集料中100％通过31.5mm，在26.5mm筛上的筛余小于10％，4.75mm筛通过率小于15％；“15-25”是指集料中100％通过31.5mm，在26.5mm筛上的筛余小于10％，13.2mm筛通过率小于15％。

在本发明一较佳实施例中，上述工厂化热再生沥青混合料包括下列重量百分比的组分：54-67％的新集料、1～3％的矿粉、30～40％的旧沥青混合料以及1.7～3.0％的新沥青结合料。

当然，更佳地，本发明再生沥青混合料还可以包括再生剂。

所说“再生剂”是指为使旧沥青软化，并改善其路用性能，在旧沥青中掺入的一种含沥青质少，含芳香分高的物质。本发明可使用任何现有的再生剂，如GF系列的芳烃油、橡胶芳烃油等富含芳烃的石油化工产品。由于本发明对旧料进行破碎、筛分，因此大大降低该再生剂占整个再生沥青混合料的重量百分比，通常不超过0.4％。

本发明要解决的另一问题是提供上述的工厂化热再生沥青混合料的制备方法。

本发明的制备方法包括下列步骤：

①将旧沥青混合料在干燥筒内加热至80～100℃，将新集料在另一筒内加热至190～210℃；

②将步骤①加热后的旧沥青混合料、新集料，以及矿粉加入拌缸拌和；

③将新沥青混合料加热至155～165℃，加入步骤②得到的混合物中拌和。

本发明制备方法包括拌和温度的控制和投料的次序。在热再生过程中，对旧料的加热温度及新集料加热的控制非常重要。旧料加热温度太低，进入搅拌缸吸收的热量太多，导致拌和温度太低，影响产品质量；反之，旧料加热温度太高，旧沥青容易分解，并且熔化的沥青会部分粘住提升机、计量系统，影响正常工作。由于现有再生料的加热温度一般为80℃左右，而旧料是通过吸收新集料的热量而升温，为保证再生混合料能达到足够高的温度就必须首先提高新集料的加热温度，但集料温度过高会导致旧料沥青与新集料接触产生蓝烟现象，影响产品质量，也不利于环保。因此，在再生沥青混合料生产过程中，根据新、旧料掺配比例，控制新集料和旧料的加热温度，将其调节在上述最佳温度范围之内。

优选地在步骤③中还可以加入再生剂。

更佳地，本发明采用现有配备有顺流式干燥滚筒的间歇强制式拌和设备来完成。这种方式的核心部分为烘干和加热旧料用的顺流式干燥筒。该干燥筒内，明火在一特定的燃烧室燃烧，产生温度很高的气流，该气流顺着材料流动的方向对旧材料进行烘干和加热，避免了明火直接接触旧料，保护了旧料中的沥青成分。该方式有以下优点：①新骨料可以筛分，且新旧材料都由计量称来控制给配，生产出来的沥青砼质量较好。②旧料的加热控制更加平稳。③旧料的利用比例高，最大可达50％。④再生量达50％时，设备生产率不受影响。⑤废气排放在限制的范围之内。

本发明采用德国AMMANN带有顺流式干燥滚筒的间歇强制式拌和设备配备。

本发明的工厂化热再生沥青混合料可以不用再生剂、且能节约大量沥青和砂石材料，节省工程投资，大大降低成本，变废成宝，节约能源；制得的混合料无论在高低温性能，还是抗水损害性能方面，都不逊于新拌沥青混合料。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

实施例1～3和对比实施例AC-25再生沥青混合料

配方：

组分		实施例1	实施例2	实施例3	对比实施例
						新集料	0～5mm	22.83	13.81	11.3	34.5
5～25mm	43.5	43.0	36	58.4
					矿粉		1	1	1	2.9
旧沥青混合料	0～15mm	13	24.5	30							0
					15～25mm	17	15.5	20	0
	新沥青结合料		2.44	1.89						1.33	4.2
再生剂					0.23	0.30	0.37	0

制备方法为：

采用德国AMMANN带有顺流式干燥滚筒的间歇强制式拌和设备配备。

①将旧沥青混合料在顺流式干燥滚筒内加热至80～100℃，将新集料在热烘干滚筒内加热至190～210℃；

②将步骤①加热后的旧沥青混合料、新集料，以及矿粉加入拌缸拌和15秒；

③将新沥青混合料加热至155～165℃，加入再生剂以及步骤②得到的混合物中拌和60秒出料。

其中，对比实施例不添加旧料。

实施例4～5AC-25型号再生沥青混合料

配方：

组分		实施例4	实施例5
				新集料	0～5mm	31.88	31.5
5～25mm	47.0	57.65
			矿粉		3	2.8
旧沥青混合料	0～15mm	5					2.5
			15～25mm	10	2.5
	新沥青结合料					3.0	3
再生剂			0.12	0.05

制备方法同实施例1-3。

实施例6～7

配方：

组分		实施例6	实施例7
				AC-20	AC-25
		新集料	0～5mm			25.5	20.04
5～25mm	40.14			46
			矿粉		1.5	1.5
旧沥青混合料	0～15mm	20					20
			15～25mm	10	10
	新沥青结合料					2.86	2.46
再生剂			0	0

制备方法同实施例1-3，其中，步骤③中不加入再生剂。

上面实施例中的百分比均为重量百分比。

其中材料产地为：

新集料：细料(规格0～3mm，0～5mm)江苏宜兴，浙江湖州；粗料(规格3～5mm，5～10mm，5～15mm，10～20mm，10～25mm，15～25mm)江苏宜兴，浙江湖州，安徽和县，南京茅迪；

矿粉：江苏宜兴；

新沥青：泰州栋华70#沥青，韩国SK70#沥青，中石化镇海70#沥青，日本加德士70#沥青，壳牌70#沥青；

再生剂：中石化GF-7芳烃油，上海炼油厂GF-15橡胶芳烃油；

另外，本发明选用性能指标都复合上述标准的旧沥青混合料，其中，实施例1-3、6-7中细料的＜0.075mm部分塑性指数为4％，而实施例4-5中细料的＜0.075mm部分塑性指数为8.96％。

下面通过试验实施例和应用实施例对本发明工厂化热再生沥青混合料进行性能试验评价。

试验实施例1

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，对本发明工厂化热再生沥青混合料进行了室内试验研究，以AC-25再生沥青混合料为例，取实施例1～3和对比实施例对各种不同掺量的再生沥青混合料的各项性能指标进行比较，结果如下表。

各种不同掺量AC-25再生沥青混合料的试验结果

项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比实施例	要求
						马歇尔稳定度(kN)	11.4	10.2	11.9	10.0	不小于8
流值(mm)	2.1	2.4	1.5	2.0	1.5～4
						动稳定度(次/mm)	1021	1497	1092	961	不小于1000
最大变形(mm)	4.9	3.9	3.7	5.9	-

冻融劈裂强度比TSR(％)	87.7	96.8	80.2	75.9	不小于75％
						残留稳定度(％)	117.4	113.8	86.8	71.9	不小于80％

试验实施例2

分别对旧料掺量为30％的AC-20(实施例6)和AC-25(实施例7)再生沥青混凝土进行马歇尔试验[《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)T0702]，试验结果见下表。

再生沥青混合料的马歇尔试验结果

试验项目	AC-20	AC-25	《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求
				马歇尔稳定度(KN)	9.03	8.02	不小于8.0
流值(1mm)	28.2	27.9	1.5-4
				空隙率(％)	3.5	3.1	3-6
沥青饱和度(％)	73.2	74.8	65-75
				残留稳定度(％)	87.3	84.1	不小于80

另外，对上述AC-20再生沥青混合料进行了车辙试验和劈裂试验。结果示其动稳定度为1438次/mm，大于规范要求的1000次/mm；劈裂强度为0.9MPa，大于规范要求的0.6MPa。由此可见，本发明再生沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及耐久性等均能达到规范标准。

应用实施例1

至2005年11月份上海中环线共使用5万吨本发明再生沥青混合料，根据实铺工程铺筑效果和检测数据，本发明再生沥青混合料的各项性能均能满足规范要求，并没有出现令人担心的抗裂性能和抗水损害性能不足的问题，某些指标如抗车辙性能甚至优于一般沥青混合料。根据中环线施工过程中的检测表明，中面层AC-20再生沥青混合料的马歇尔稳定度代表值为9.86kN，冻融劈裂强度比为81.6％。目前中环线已经受了一冬一夏的交通荷载考验，路用性能良好。

Claims (10)

1.一种工厂化热再生沥青混合料，其包括下列重量百分比的组分：44～92％的新集料、1～3％的矿粉、5～50％的旧沥青混合料以及1.7～3.0％的新沥青结合料，其中旧沥青混合料中粒径0～15mm的细料与粒径15～25mm的粗料的重量比为0.5～2∶1。

2.如权利要求1所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于其包括下列重量百分比的组分：54-67％的新集料、1～3％的矿粉、30～40％的旧沥青混合料以及1.7～3.0％的新沥青结合料。

3.如权利要求1所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于所述新集料中粒径0～5mm的细料与粒径5～25mm的粗料的重量比为0.3～0.7∶1。

4.如权利要求1所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于所述旧沥青混合料中细料的＜0.075mm部分塑性指数不大于9％。

5.如权利要求4所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于所述旧沥青混合料中细料的＜0.075mm部分塑性指数不大于4％。

6.如权利要求1～5任一项所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于其还包括再生剂。

7.如权利要求6所述的工厂化热再生沥青混合料，其特征在于该再生剂占整个再生沥青混合料的重量百分比不超过0.4％。

8.如权利要求1～5任一项所述的工厂化热再生沥青混合料的制备方法，其包括下列步骤：

①将旧沥青混合料在干燥筒内加热至80～100℃，将新集料在另一筒内加热至190～210℃；

②将步骤①加热后的旧沥青混合料、新集料，以及矿粉加入拌缸拌和；

③将新沥青混合料加热至1 55～165℃，加入步骤②得到的混合物中拌和。

9.如权利要求8所述的工厂化热再生沥青混合料的制备方法，其特征在于在步骤③中还可以加入再生剂。

10.如权利要求8所述的工厂化热再生沥青混合料的制备方法，其特征在于其采用现有配备有顺流式干燥滚筒的间歇强制式拌和设备来完成。