CN103173024B

CN103173024B - 一种废旧道路沥青再生剂

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Publication number: CN103173024B
Application number: CN201310066085.9A
Authority: CN
Inventors: 栗培龙; 丁湛; 张争奇
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103173024A

Abstract

本发明公开了一种废旧道路沥青再生剂。其是将废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂混合经微波处理，然后再加入石油树脂混匀制得。将上述废旧道路沥青再生剂用于废旧道路沥青再生时，其添加质量为废旧道路沥青质量的8%～10%。本发明的废旧道路沥青再生剂是选择价格低廉的废旧橡胶为原料通过适当的处理工艺研制而成，降低了原料成本。且利用本发明的再生剂制备的再生沥青具有较好的二次抗老化性能。

Description

一种废旧道路沥青再生剂

技术领域

本发明涉及废旧道路沥青再生剂，具体涉及一种以废旧橡胶为主要原料，经过微波降解处理技术制备的废旧道路沥青再生剂。

背景技术

由于交通荷载及自然因素的老化作用，沥青路面经使用一定年限后，会出现各种病害并逐步扩展，直至无法正常通车。按照沥青路面的设计寿命和实际使用情况，每隔10-15年，沥青混凝土路面就需要翻修一次，即刨除旧路面而重新铺筑新的沥青路面。据粗略计算，中国每年所废弃的道路沥青混合料要超过200万吨，其中含有沥青10多万吨，而且可以预测随着道路里程的逐年增加，废弃的混合料也将逐年增加。如果这些大量的废料不能及时有效的回收利用，不仅是资源的浪费，而且会造成较为严重的环境污染。废旧沥青混合料的再生利用，无疑是解决沥青资源短缺及环境污染的有效途径。

所谓再生就是向老化的废旧沥青或废旧沥青混合料中加入再生剂使之恢复路用性能的过程。由于废旧沥青再生属废弃物再利用，必须同时考虑再生效果和再生剂的成本。如果再生效果不好，不能达到恢复性能的目的；如果成本太高，就直接使用新沥青。现有的废旧沥青再生剂多为树脂与石油工业生产油分的混合物，其使用性能效果较好，但成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废旧道路沥青再生剂，以解决现有的废旧道路沥青再生剂存在的成本高的问题。

为此，本发明提供的废旧道路沥青再生剂是将废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂混合经微波处理，然后再加入石油树脂混匀制得。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的芳香性轻质油分为糠醛油。

所述的塑解剂为五氯硫酚。

按废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分的总质量计，所述废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分的质量百分比为：废旧橡胶粉：20%～25%、增塑剂：10%～20%、芳香性轻质油分：60%～70%，且三者的质量百分比和为100%；所述塑解剂的添加质量为废旧橡胶粉质量的0.1%～1%。

所述石油树脂的添加质量为废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂总质量的10%～15%。

所述微波处理是在360～900w功率下微波处理。

可在70～90℃条件下再加入石油树脂。

本发明的另一技术目的在于将上述废旧道路沥青再生剂用于废旧道路沥青再生，且上述废旧道路沥青再生剂的添加质量为废旧道路沥青质量的8%～10%。

与现有技术相比，本发明的废旧道路沥青再生剂具有以下特点：

（1）本发明的废旧道路沥青再生剂是选择价格低廉的废旧橡胶为原料通过适当的处理工艺研制而成，降低了原料成本。

（2）废弃橡胶有很强的惰性，在沥青中的溶解性较差。加入化学助剂，并结合微波处理技术，橡胶分子可被适度脱硫、降解而均匀的溶解于可以补充老化沥青组分的轻组分（邻苯二甲酸二丁酯和糠醛油）中。经过物理化学作用下的分散，可改善废旧橡胶与老化沥青的相容性，保证良好的再生效果。

（3）沥青路面在老化过程中，沥青的高温粘度及低温劲度模量都逐渐增大。从某种意义上讲，沥青的老化使沥青路面的高温性能得到一定程度的提高，但低温抗裂性大幅衰减。因此，再生剂的关键作用是恢复其低温性能，经微波处理的橡胶柔韧性大大增强，有利于改善老化沥青的低温延度；加入的轻组分（邻苯二甲酸二丁酯和糠醛油）既作为橡胶微波处理助剂，又可以补充老化沥青缺失的轻组分，有效分散沥青质，降低粘度，改善老化沥青的流变性。

（4）沥青混合料的性能衰减主要由于沥青老化导致的，再生沥青的一项重要的性能就是抗老化性能。以轻质油组分为原料的再生剂，往往存在抗挥发性不足，抗老化性能差的缺点，致使再生后的沥青感温性及抗老化性差。本发明的再生剂含有的橡胶分子和石油树脂的改性作用使再生沥青具有较好的抗二次老化的性能，使再生沥青路面有很好的耐久性。

附图说明

图1为实验三中旧料级配的示意图。

具体实施方式

废旧橡胶属于工业固体废物中的一大类，目前已被称为危及地球生态环境的黑色污染。据报道，2005年中国的废旧轮胎产生量达1亿条，但现阶段废旧轮胎回收利用率仅为53%。本发明从节约资源、保护环境以及废物再利用的角度出发，同时降低再生剂的成本，选择废旧橡胶为原料，通过微波处理工艺，研制开发性能优良而价格低廉的环保型沥青路面再生剂，以期达到废物资源综合利用的目的。

本发明的废旧道路沥青再生剂是将废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂混合经微波处理，然后再加入石油树脂混匀制得。增塑剂可选用邻苯二甲酸二丁酯。芳香性轻质油分可选用糠醛油。塑解剂可选用五氯硫酚。

本发明的沥青再生剂的制备方法步骤可为：

（1）将废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分混匀，在常温下充分溶胀后加入塑解剂，并混匀；

（2）将步骤（1）得到的混合液在360～900w功率下进行微波处理，最好在无氧条件下进行微波处理，废旧橡胶粉在助剂、塑解剂及微波的胶粉发生致热和非致热作用进行很大程度的软化和降解，形成粘稠、均匀的黑色液体；

（3）微波处理完后，在70～90℃加入石油树脂，混匀即得本发明的废弃沥青再生剂；

方法中各原料组分的用量为：按废旧橡胶粉、增塑剂和芳香性轻质油分的总质量计，废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分的质量百分比为：废旧橡胶粉：20%～25%、增塑剂：10%～20%、芳香性轻质油分：60%～75%，且三者的质量百分比和为100%；另外，塑解剂的添加质量为废旧橡胶粉质量的0.1%～1%；石油树脂的添加质量为废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂总质量的10%～15%。各原料的性能要求及功能作用如表1所示。

表1

将本发明的废旧沥青再生剂用于废旧沥青再生时，其添加质量为废旧沥青质量的8%～10%。

实施例1：

遵循本发明的技术方案，该实施例的废旧沥青再生剂的制备原料用量为：

废旧橡胶粉、邻苯二甲酸二丁酯、糠醛油的质量百分比为：废旧橡胶粉20%、邻苯二甲酸二丁酯15%、糠醛油65%；

塑解剂五氯硫酚的添加质量为废旧橡胶粉质量的0.1%；

石油树脂的添加质量为废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂总质量的12%。

具体制备方法为：

（1）将废旧橡胶粉与邻苯二甲酸二丁酯、糠醛油充分混合，在常温下溶胀30min；

（2）向溶胀后的固液混合液中加入塑解剂，充分搅拌均匀；

（3）将混合液装入三角瓶，塞上带小孔玻璃塞，置入微波处理器，选择450w功率，辐照处理3min，取出搅拌均匀后，重复微波处理操作3-4次使橡胶充分软化降解；

（4）待步骤（3）处理后的混合液温度降至70-90℃时加入石油树脂，并搅拌溶解至均匀，即得废旧沥青再生剂。

发明人对本发明的废旧道路沥青再生剂进行了以下性能验证实验。

以下试验中所用的本发明的废旧沥青再生剂是上述实施例1制备的废旧沥青再生剂，所用沥青为兰炼（LAL）沥青或（/和）ESSO沥青。

实验一：本发明的废旧沥青再生剂的添加量对老化沥青性能的影响实验

分别对兰炼（LAL）沥青和ESSO沥青进行老化实验得到兰炼（LAL）沥青的老化沥青和ESSO沥青的老化沥青，老化实验参照交通部《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTG E20-2011)中T0610-2011、T0630-2011先后进行85min沥青旋转薄膜加热实验和20h的压力老化容器加速沥青老化实验，模拟沥青混合料施工及使用5-10年的沥青老化效果。

将本发明的废旧沥青再生剂分别占老化沥青3%、5%、8%、10%、12%的质量比加入加热后的上述两种老化沥青中，缓慢搅拌均匀后浇模，进行软化点、针入度、延度、粘度以及低温劲度模量的测试，并与相应的基质沥青作对比，分析本发明的废旧沥青再生剂对老化沥青性能的影响。测试结果如表2所示。

表2

一般而言，沥青老化后硬度增大，低温变形能力大幅衰减，沥青老化后性能衰减主要表现在低温性能上，而高温性能会有所增加，进行沥青再生应将重点放在低温性能的恢复上。分析表2的测试结果可知：

（1）随着再生剂添加比例的增大，两种老化沥青的针入度显著增加，而软化点和粘度不断降低，这说明再生剂中的轻组分降低了老化沥青中的沥青质，增加了老化沥青的胶溶能力，使硬度较大的老化沥青得到软化。当再生剂添加量在8%～10%范围内时，再生沥青的针入度、软化点和粘度指标与基质沥青比较接近。

（2）延度是沥青低温性能的反应，延度越大沥青的低温柔韧性和延展性越好，抗低温开裂能力就越强。当再生剂添加量在10%左右时，两种沥青的延度可以恢复至接近基质沥青水平。

实验二，本发明的废旧沥青再生剂与其他废旧沥青再生剂的再生效果比较实验。

为了更好地评价本发明的废旧沥青再生剂（RA）的再生效果，发明人选用一种轻油型再生剂RA-1（陕西高速机械化公司结合工程应用，采用市售石油化工副产品糠醛油、废机油、松节油等自行配制而成，粘度较低）和美国巴拉蒙石油化工公司（Paramount Petroleum Corporation）生产的合成树脂型再生剂RA-2，对老化后的兰炼沥青进行再生，并将再生后的沥青性能进行对比，其中各再生剂的添加质量为老化沥青质量的10%，结果如表3所示。

表3

由表3可知，本发明的再生剂和另外两种再生剂都对老化沥青的性能均有不同程度的改善，其中对针入度、软化点和粘度的改善幅度差别不大，均与基质沥青的指标较为接近。对延度和低温劲度的改善效果存在较大差异，其中RA和RA-2对延度和低温劲度的改善幅度最大，其中使用本发明的再生剂的再生沥青延度从5.8cm增加到79.6cm，低温劲度模量由98.9MPa降低到52.8MPa，接近于基质沥青的指标；而RA-1再生剂的再生沥青延度和低温劲度分别为16.4cm和76.5MPa，与基质沥青的指标相差较大，改善幅度较小。

实验三，采用本发明的再生剂制备的再生沥青的抗老化性能的实验。

沥青老化会导致路面使用性能劣化，所以在路面工程中需要使用再生剂进行再生。与普通沥青一样，再生沥青也应具有较好的抗老化性能，再生路面才可能经久耐用。

将LAL沥青采用与试验一中的长期老化方法得到的老化沥青，然后采用本发明的再生剂制备再生沥青。为了检验再生沥青的耐老化性，对其进行旋转薄膜烘箱实验（163℃，85min）。通过对比老化前后的针入度比、延度、质量变化等指标来评价其耐老化性能，并与规范要求的AH-90#沥青老化后的指标进行对比，结果如表5所示。

表5

由表5中的实验数据可以看出，再生沥青经RTFOT老化后针入度、粘度和延度等各项指标变化趋势与基质沥青完全一致。再生沥青老化后的残留针入度比为61.2%，比基质沥青的稍小，但仍能满足规范要求；粘度变化与基质沥青相差不大；质量损失为-0.76，比基质沥青稍大，但仍在规范要求的±0.8范围内。就延度而言，虽然再生沥青没有基质沥青的大，但经RTFOT老化后的延度却略大于对应基质沥青老化后的延度，这是因为再生剂不仅补充了老化沥青中缺失的组分，而且含有橡胶改性作用，由橡胶分子形成的网状结构，使再生沥青具有较强的抗老化性能。总体而言，再生沥青老化后的指标与基质沥青相差不大，某些指标还优于基质沥青，可以满足沥青路面再生工程的需要。

实验三，采用本发明的再生剂制备的再生沥青的再生沥青混合料路用性能实验。

该实验中所用的再生沥青混合料组成设计如下：

采用铣刨机从旧沥青路面取样后，采用燃烧法测定沥青含量为4.46%，采用抽提法回收得到的老化沥青性质列于表6中；采用燃烧法对残留矿料进行筛分，旧料级配情况如图1所示。

表6老化沥青指标

沥青名称	针入度（mm）	软化点（℃）	15℃延度（mm）	沥青含量
					兰炼90＃	36.2	65.3	93	4.46％

沥青路面再生过程就是加入再生剂恢复老化沥青性能，补充新沥青并加入新料重新调整混合料级配的过程。旧料的掺配率越大，则经济效益越高，但由于旧料细化严重，若旧料添加量太大可能无法调整到目标级配。综合考虑，选择50%的旧料掺配率进行了再生混合料设计，所用材料及再生混合料级配分别列于表7和表8所示。

表7再生沥青混合料设计采用材料

材料	性质
		废旧沥青混合料	沥青含量4.46%，级配如前所述。
新沥青	兰炼‐90，再生沥青混合料最佳沥青用量减去旧料

	中所含老化沥青的量和再生剂的量。
		新集料	与旧料中矿料一致，均为石灰岩。

表8实验所用级配

高温稳定性

采用车辙实验分析再生沥青混合料的高温稳定性，结果如表9所示。

表9再生与全新沥青混合料的车辙实验结果

混合料类型	DS（次/mm）	d₄₅（mm）	d₆₀（mm）
				基质沥青混合料	1047.137	4.364	5.015
RA-1#再生混合料	866.253	4.581	5.335
				RA-2#再生混合料	1572.091	4.477	4.896
本发明RA#再生混合料	1209.101	4.143	4.682

由表9可以看出，基质沥青混合料和再生沥青混合料的动稳定度均大于规范要求的800次/mm。但三种再生混合料中，使用国内轻油型RA-1再生剂的动稳定度较小，60min车辙变形量较大，因此高温抗车辙能力较差；使用自制再生剂RA和国外再生剂RA-2的混合料动稳定度均高于全新料，60min车辙变形量均小于全新料；其中使用RA的混合料车辙变形量最小。可见，使用RA-2和本发明的再生剂的再生混合料均具有较好的高温稳定性。

低温抗裂性

参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTG E20-2011)中T0728-2000沥青混合料弯曲蠕变实验进行，将轮辙成型的试件切割成40mm×40mm×250mm的小梁，实验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，采用美国MTS-810材料万能实验机进行实验。结果如表10所示。

表10

混合料类型	最大弯拉应变ε_B（×10^-3）	弯曲劲度模量S_B(MPa)
			基质沥青混合料	1.915	5308.347
RA-1#再生混合料	1.573	6215.301
			RA-2#再生混合料	2.176	4918.825
本发明RA#再生混合料	2.147	5120.041

由表10可知，不同使用再生剂的再生沥青混合料的低温性能有较大差异。其中使用RA-1的混合料弯曲劲度模量远大于全新料的劲度模量，而与之对应得最大弯拉应变较小，说明此种再生料铺筑的路面低温变形能力较差，较容易发生低温开裂，这主要是由于轻油型再生剂对老化沥青的低温延展性改善幅度较小造成的。而由于RA-2和RA再生剂对老化沥青的低温性能具有较好改善效果，使用这两种再生剂的混合料低温劲度较小，变形能力较强。

水稳定性

参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTG E20-2011)中T0709-2011浸水马歇尔实验，和T0729-2000冻融劈裂实验进行水稳定性评价。

浸水马歇尔试验步骤如下：制作马歇尔试件两组，每组5个，双面各击实75次；一组在60℃水中浸泡30min后测定马歇尔稳定度，记为MS；另一组在60℃水中浸泡48小时后测定马歇尔稳定度，记为MS1；计算浸水残留稳定度为如下：

{MS}_{0} = \frac{{MS}_{1}}{MS} \times 100 %

真空饱水冻融循环后劈裂试验步骤如下：制作马歇尔试件，双面各击实50次。试件分两组，每组5个，一组在25℃水浴中浸泡2小时后测试劈裂强度，得到劈裂抗拉强度RT1；另一组饱水过程依次如下：（1）在25℃的水中浸水20min；（2）在0.09MPa的真空容器中浸水抽真空15min；（3）在-18±2℃冰箱中，恒温16h；（4）在60℃水浴中恒温24h；（5）在25℃水中浸泡2h。与第一组试件一样对冻融后的试件进行劈裂试验，得到劈裂抗拉强度RT2。最后计算冻融劈裂抗拉强度比如下：

TSR = \frac{{RT}_{2}}{{RT}_{1}} \times 100 %

表11

由表11可知，三种再生料的浸水马歇尔残留稳定度都大于90%，满足规范要求。而冻融劈裂抗拉强度比RA-1#较小，这可能由于低温性能不足导致冻融过程中胀裂损伤，劈裂强度衰减；另外两种再生混合料略低于基质沥青混合料，但无显著差异。

Claims

1.一种废旧道路沥青再生剂，其特征在于，该再生剂是将废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂混合经微波处理，然后再加入石油树脂混匀制得；

所述的塑解剂为五氯硫酚；

按所述废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分的总质量计，废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分的质量百分比为：废旧橡胶粉：20％～25％、增塑剂：10％～20％、芳香性轻质油分：60％～70％，且三者的质量百分比和为100％；

所述塑解剂的添加质量为废旧橡胶粉质量的0.1％～1％。

2.如权利要求1所述的废旧道路沥青再生剂，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

3.如权利要求1所述的废旧道路沥青再生剂，其特征在于，所述的芳香性轻质油分为糠醛油。

4.如权利要求1所述的废旧道路沥青再生剂，其特征在于，所述石油树脂的添加质量为废旧橡胶粉、增塑剂、芳香性轻质油分和塑解剂总质量的10％～15％。

5.如权利要求1所述的废旧道路沥青再生剂，其特征在于，所述微波处理是在360～900w功率下微波处理。

6.如权利要求1所述的废旧道路沥青再生剂，其特征在于，在70～90℃条件下加入石油树脂。

7.权利要求1至6任一权利要求所述的废旧道路沥青再生剂用于废旧道路沥青再生的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述废旧道路沥青再生剂的添加质量为废旧道路沥青质量的8％～10％。