CN103468006B

CN103468006B - 一种废旧沥青再生路面用材料及其制备方法

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Publication number: CN103468006B
Application number: CN201310413215.1A
Authority: CN
Inventors: 彭馨彦; 林智勇; 周来添; 龙海舟; 朱东浩
Original assignee: Guangzhou municipal engineering maintenance department
Current assignee: Guangzhou municipal engineering maintenance department
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103468006A

Abstract

本发明涉及一种废旧沥青再生路面用材料及其制备方法，属于道路工程施工与养护领域。为了提高废旧沥青的性能，降低道路的维护成本，本发明提供一种废旧沥青再生路面用材料及其制备方法，该沥青再生路面用材料包括轻质油分、增塑组分、改性主剂、增粘组分以及稳定剂，并具体限定了各组分的选择范围和组成。老化试验和低温性能试验显示，该沥青再生路面用材料用于废旧沥青再生时可以大幅度提升再生沥青的粘弹性能及路面的抗裂性能和耐久性能，因此具有广阔的应用前景。

Description

一种废旧沥青再生路面用材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种废旧沥青再生路面用材料及其制备方法，属于道路工程施工与养护领域。

背景技术

我国自上世纪90年代末期开始大规模修筑沥青路面，进入新世纪以来，公路的发展和建设速度更是突飞猛进，每年以近2000亿元的投资规模飞速发展，新建城市及高等级沥青路面的规模不断扩大。与此同时，随着交通运输负荷的增加以及路面用材料使用寿命的临近，一大批沥青路面相继出现了较为严重的车辙、磨损、裂纹等病害，我国的沥青路面即将进入大规模的翻修时代。沥青路面的翻修将会产生大量的废旧沥青混凝土材料，如果不对这些废弃物加以利用，不仅会造成巨大的资源浪费，还会占用土地，污染环境。现阶段，国内外关于废旧沥青路面再生主要有现场冷再生、现场热再生、厂拌热再生三种方式：

而现场冷再生的混合料质量难以达到面层质量要求，一般只能用于基层，在国外多用于乡村道路的现场翻修，不宜用于高速公路。现场热再生设备在短时间内对原路面沥青层加热，其温度难以控制；沥青混合料“油石比”的控制需要通过翻修工作速度和翻修厚度，换算成切削沥青路面的旧混合料的数量，再调节新沥青和新骨料的添加量，计量的控制很难达到理想程度。由于旧沥青层的损害程度不一致，而该设备仅能以一种统一的铣刨深度进行翻修作业。对于那些基层(甚至路基)承载力不足需要补强的路段，这种设备的使用大大受到限制。而我国需要维修的沥青路面基本上没有这种路况损坏程度均一的路段，并且其再生设备十分昂贵，难以让“沥青路面热再生联合机组”在我国大规模的使用。因此我国使用最多的还是厂拌热再生其技术原理：在拌合楼将一定比例的废旧沥青混合料与新骨料、新沥青、再生路面用材料拌合生产出的一种沥青混合料。再生沥青混合料基本能够达到原沥青路面一致的路用性能，是我国目前的主要再生手段。但是回收率低（10~30%），主要原因一是分级处理不够，另一方面则是沥青再生路面用材料的开发运用性能的直接关系到厂拌热再生沥青混合料的路用性能，还有很大的提升空间。

目前再生路面用材料研发的技术原理是通过补偿废旧沥青中被氧化的油分，从而恢复沥青恢复柔韧性。常用的沥青再生路面用材料主要由轻质油分，防老化剂，及其他辅助剂组成。如专利号为200810050689，其特征描述在于：具体步骤：首先是对再生剂原料进行配制，将芳香基软化油加热至130℃－160℃加入石油基础油中进行调配并符合黏度要求，石油基础油是调整动力黏度，按重量百分比芳香基软化油∶石油基础油50%－100%∶50%－0%；其次进行添加剂配制：将调制好的混合油进入预先的拌和罐中进行搅拌，搅拌后的混合油装入2号泵与1号泵的沥青进行混合，按重量百分比混合油∶沥青为25%－75%∶25%－75%的比例进行添加掺配；再次进行再生剂磨制：将掺配后的原料用泵将其输入磨机中，通过胶体磨磨制；最后进行再生剂贮存：在再生剂存放时，采用密封容器，另外在容器上加装搅拌装置，定期进行搅拌，长期大容量存放要定期抽样检验。又如专利号为200410018445，其特征在于描述一种废沥青再生剂，包括轻质油分，树脂，防老剂，抗紫外线助剂，其特征在于各组份的组成按重量百分比计分别为：轻质油分75－90%，树脂10－25%，防老剂0.1-1%，抗紫外线助剂0.1-1%。又如专利号为200910060532，其特征在于描述废旧沥青再生剂，其特征在于它由包含废橡胶粉、重交沥青、抗老化剂、稳定剂和增溶剂原料制备而成；各原料所占重量份数为：废橡胶粉10～40份；重交沥青60～90份；抗老化剂0～5份；稳定剂0.01～10份；增溶剂0.1～25份。

发明内容

现有国产技术主要是采用一些石油工业生产出来的轻质油分如润滑油、柴油、机油或者他们的混合物，再生效果不理想，必须在废旧沥青中掺入一定比例的新沥青才能达到路用要求，无法进一步提升废旧沥青的性能，同时无论是再生沥青或者废旧胶粉沥青国内都研究的比较多，但是很少有将二者结合起来的一起利用，有的也仅仅是将其作为废料填充，很难将其稳定在废旧沥青基体中，没有发挥其增加耐久性能的优势。

本发明提出利用拟采用轻质油分（环烷油、芳烃油、糠醛油、玉米油等）、增塑组分（邻苯二甲酸二丁酯）、改性主剂、增粘组分（石油类树脂）、稳定剂（过氧二异丙苯）开发一种可以显著提高废旧沥青粘弹性能的再生路面用材料（与再生沥青作用后达到高粘沥青的技术水平），同时采用复合改性技术掺入一定橡胶粉资源化利用废物，以进一步提高再生沥青的粘弹性能及路面的抗裂性能和耐久性能。本发明所述的再生路面用材料可称为再生剂。

本发明旨在提供一种具有提高废旧沥青粘弹性能的再生路面用材料及其制备方法，所述的再生路面用材料由包括轻质油分、增塑组分、改性主剂、增粘组分、稳定剂、废旧橡胶粉等原材料制备而成，所述废旧沥青再生路面用材料中各原材料所占的重量份数为：

轻质油分 1~20份

废旧橡胶粉 10~20份

增塑组分 1-3份

改性主剂 60~100份

增粘组分 1~5份

稳定剂 0.1~2份

其中：

所述的轻质油分为环烷油、芳烃油、糠醛油、玉米油等中的一种或者任意二种以上的混合，当轻质油分为任意二种以上的混合时，其组分可以为任意配比。

所述的废旧橡胶粉为活化废弃橡胶粉，所述活化废弃橡胶粉细度优选为40目~80目。

所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯或其组合。

所述的改性主剂为90#或者110#基质沥青。

所述的增粘组分为C5或者C9石油树脂。

所述的稳定剂为过氧二异丙苯。

上述再生路面用材料的制备方法包括如下步骤：首先将改性主剂加热到165℃-175℃，放置在高速剪切机下，开动高速剪切机并控制高速剪切机的剪切转速为3000～5000转/min、剪切温度为172℃-178℃，30min内依次向高速剪切机下添加处方量的增粘组分和增塑组分，加入完成后保持剪切转速进行高速剪切15-30min；然后提高高速剪切机的剪切转速至5000~7000转/min，向高速剪切机中添加处方量的废旧橡胶粉、轻质油分和稳定剂，加入完成后保持该剪切转速进行高速剪切15~30min得到剪切料；剪切完成后将剪切料置于烘箱内，维持烘箱温度为160～170℃进行溶胀发育60min，然后将剪切料静置60～90min后即可得到本发明废旧沥青再生路面用材料。

本发明还提供上述所述废旧沥青再生路面用材料的一个应用，即该再生路面用材料在公路废旧沥青混合料再生中的应用。其具体应用中再生方法包括如下步骤：将废旧沥青路面铣刨，二次破碎后，取破碎后的废旧沥青混合料，抽提，测其油石比和级配，确定废旧沥青再生路面用材料的掺量和添加新集料的级配；将废旧沥青置于沥青罐中，向废旧沥青中加入本发明废旧沥青再生路面用材料进行拌合90~110秒，添加新集料拌合后制成再生沥青混合料。其中废旧沥青再生路面用材料的掺量视新集料添加情况而定，优选为废旧沥青混合料的0.3%~4%。

本发明实施例8证明，参比实施例沥青再生路面用材料和本发明沥青再生路面用材料对于废旧沥青的针入度、软化点、延度以及旋转黏度均有较大改善。但本发明沥青再生路面用材料在上述指标改善方面要远优于参比实施例沥青再生路面用材料。这表明本发明沥青再生路面用材料对于废旧沥青的软化性以及延展性等指标均具有显著的改善作用。本发明实施例9证实，使用不同再生路面用材料后对于再生沥青混合料的低温性能也是不同。其中使用参比实施例再生路面用材料制备得到混合料最大弯拉应变与基质沥青相差不大，其弯曲劲度模量甚至大于全新料的劲度模量，这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。而采用本发明再生路面用材料制备的混合料弯曲劲度模量显著降低，最大弯拉应变显著升高。这表明本发明再生路面用材料对废旧沥青的低温性能可以显著改善。其中实施例4所对应的再生路面用材料对废旧沥青的低温性能改善能力最强，为本发明最优实施例。实施例10证实，不同添加比例下本发明沥青再生路面用材料对于老化沥青均具有明显的改善作用，当添加比例为9.0%和12%时，混合料的延度下降且旋转黏度增加。因此，本发明沥青再生路面用材料的添加比例为0.3-4%时其对废旧沥青的软化性能和延展性能改善效果较好，其中添加比例为3%时，改善效果最好。

本发明废旧沥青再生路面用材料与现有技术相比，具有如下技术优势：

本发明废旧沥青再生路面用材料可以显著改善废旧沥青的针入度、软化点、延度以及旋转黏度等参数，可以对废旧沥青的抗裂性能以及耐久性能全面提升。本发明实施例8证实，其在上述指标改善方面显著优于参比实施例。

本发明废旧沥青再生路面用材料可以显著改善废旧沥青的低温抗裂性能。本发明实施9证实，采用本发明再生路面用材料制备的混合料弯曲劲度模量显著降低，最大弯拉应变显著升高。这表明本发明再生路面用材料对废旧沥青的低温性能可以显著改善。

实施例4对应废旧沥青再生路面用材料在耐久性能、抗裂性能以及低温抗裂性能显著优于其他实施例制备得到的废旧沥青再生路面用材料。

本发明废旧沥青再生路面用材料用于废旧沥青再生时添加比例小，改善效果好。本发明实施例10证实，其较佳添加比例为0.3-4%，这意味着其用于改善废旧沥青时成本更低。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更加清楚本发明的发明内容，下面通过具体实施例进一步说明本发明发明内容，但所述实施例并不以任何方式限定本发明。本发明所述的再生路面用材料可称为再生剂。

实施例1 本发明废旧沥青再生路面用材料

所述废旧沥青再生路面用材料由如下组分组成：轻质油分 1份、废旧橡胶粉 10份、增塑组分 3份、改性主剂 100份、增粘组分 5份、稳定剂 2份。其中轻质油分为环烷油，废旧橡胶粉为活化废弃橡胶粉，细度为40目，所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯，增粘组分为C9石油树脂，稳定剂为过氧二异丙苯。

上述废旧沥青再生路面用材料的制备方法为：首先将改性主剂加热到165℃，放置在高速剪切机下，开动高速剪切机并控制高速剪切机的剪切转速为5000转/min、剪切温度为172℃，30min内依次向高速剪切机下添加处方量的增粘组分和增塑组分，加入完成后保持剪切转速进行高速剪切30min；然后提高高速剪切机的剪切转速至7000转/min，向高速剪切机中添加处方量的废旧橡胶粉、轻质油分和稳定剂，加入完成后保持该剪切转速进行高速剪切30min得到剪切料；剪切完成后将剪切料置于烘箱内，维持烘箱温度为170℃进行溶胀发育60min，然后将剪切料静置90min后即可得到本发明废旧沥青再生路面用材料。

实施例2本发明废旧沥青再生路面用材料

所述废旧沥青再生路面用材料由如下组分组成：轻质油分 1份、废旧橡胶粉 10份、增塑组分 3份、改性主剂 100份、增粘组分 5份、稳定剂 2份。其中轻质油分为环烷油，废旧橡胶粉为活化废弃橡胶粉，细度为40目，所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯，增粘组分为C9#石油树脂，稳定剂为过氧二异丙苯。

上述废旧沥青再生路面用材料的制备方法为：首先将改性主剂加热到175℃，放置在高速剪切机下，开动高速剪切机并控制高速剪切机的剪切转速为3000转/min、剪切温度为178℃，30min内依次向高速剪切机下添加处方量的增粘组分和增塑组分，加入完成后保持剪切转速进行高速剪切15min；然后提高高速剪切机的剪切转速至5000转/min，向高速剪切机中添加处方量的废旧橡胶粉、轻质油分和稳定剂，加入完成后保持该剪切转速进行高速剪切15min得到剪切料；剪切完成后将剪切料置于烘箱内，维持烘箱温度为160℃进行溶胀发育60min，然后将剪切料静置60min后即可得到本发明废旧沥青再生路面用材料。

实施例 3-实施例7 本发明废旧沥青再生路面用材料及其制备方法

所述废旧沥青再生路面用材料中的组分和含量如下表所示：

表1 实施例3-7中废旧沥青再生路面用材料中组分份数

表2 实施例3-7中废旧沥青再生路面用材料中组分选择

Figure 2013104132151100002DEST_PATH_IMAGE004

实施例3所述的废旧沥青再生路面用材料的制备方法：首先将改性主剂加热到170℃，放置在高速剪切机下，开动高速剪切机并控制高速剪切机的剪切转速为4000转/min、剪切温度为175℃，30min内依次向高速剪切机下添加处方量的增粘组分和增塑组分，加入完成后保持剪切转速进行高速剪切20min；然后提高高速剪切机的剪切转速至6000转/min，向高速剪切机中添加处方量的废旧橡胶粉、轻质油分和稳定剂，加入完成后保持该剪切转速进行高速剪切25min得到剪切料；剪切完成后将剪切料置于烘箱内，维持烘箱温度为165℃进行溶胀发育60min，然后将剪切料静置75min后即可得到本发明废旧沥青再生路面用材料。

实施例4所述废旧沥青再生路面用材料的制备方法同实施例1；实施例5和实施例6所述废旧沥青再生路面用材料的制备方法同实施例2；实施例7所述废旧沥青再生路面用材料的制备方法同实施例3。

参比实施例参照专利申请201310066085.9实施例1 ：

该实施例的废旧沥青再生路面用材料的制备原料用量为：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，即得废旧沥青再生路面用材料。

实施例8 本发明沥青再生路面用材料对废旧沥青性能的影响实验

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》(JTGE20-2011) 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路面用材料占废旧沥青5%的质量比加入加热后的废旧沥青中，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路面用材料对废旧沥青性能的影响。测试结果如表3所示。

表3 本沥青再生路面用材料对废旧沥青性能的影响实验

Figure 2013104132151100002DEST_PATH_IMAGE006

与基质沥青相比，$$P＜0.01;与废旧沥青相比，*P＜0.05，**P＜0.01；

与参比实施例混合料相比，#P＜0.05，##P＜0.01；

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。由表2可以看出，参比实施例沥青再生路面用材料和本发明沥青再生路面用材料对于废旧沥青的针入度、软化点、延度以及旋转黏度均有较大改善。但本发明沥青再生路面用材料在上述指标改善方面要远优于参比实施例沥青再生路面用材料。这表明本发明沥青再生路面用材料对于废旧沥青的软化性以及延展性等指标均具有显著的改善作用。其中本发明实施例4所对应的再生路面用材料对废旧沥青的性能改善效果最明显，为本发明最优实施例。

实施例 9 本发明沥青再生路面用材料对废旧沥青的低温抗裂性能影响

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4所示。

表4 不同再生路面用材料对废旧沥青低温性能的改善能力对比

Figure 2013104132151100002DEST_PATH_IMAGE008

与基质沥青混合料相比，*P＜0.05，**P＜0.05；

与参比实施例混合料相比，#P＜0.05，##P＜0.05；

再生后沥青的混合料的弯曲劲度模量和最大弯拉应变与再生沥青混合料的低温性能有较大的关系。由表4可以看出，使用不同再生路面用材料后对于再生沥青混合料的低温性能也是不同。其中使用参比实施例再生路面用材料制备得到混合料最大弯拉应变与基质沥青相差不大，其弯曲劲度模量甚至大于全新料的劲度模量，这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。而采用本发明再生路面用材料制备的混合料弯曲劲度模量显著降低，最大弯拉应变显著升高。这表明本发明再生路面用材料对废旧沥青的低温性能可以显著改善。其中实施例4所对应的再生路面用材料对废旧沥青的低温性能改善能力最强，为本发明最优实施例。

实施例10 本发明沥青再生路面用材料不同添加比例下对废旧沥青的改善能力

老化试验方法同本发明实施例8，采用本发明实施例4所制备得到的废旧沥青再生路面用材料，控制添加比例如下表所示，测定不同添加比例下对于废旧沥青的再生能力。其中添加比例是指沥青再生路面用材料与废旧沥青的重量比例。

表 5 本发明再生路面用材料不同添加比例下对废旧沥青的再生能力

Figure 2013104132151100002DEST_PATH_IMAGE010

与废旧沥青相比，*P＜0.05，**P＜0.01；

由表5可以看出，不同添加比例下本发明沥青再生路面用材料对于老化沥青均具有明显的改善作用，当添加比例为9.0%和12%时，混合料的延度下降且旋转黏度增加。因此，本发明沥青再生路面用材料的添加比例为0.3-4%时其对废旧沥青的软化性能和延展性能改善效果较好，其中添加比例为3%时，改善效果最好。

Claims

1.一种废旧沥青再生路面用材料，其特征在于，其由轻质油分、增塑组分、改性主剂、增粘组分、稳定剂和废旧橡胶粉制备而成，所述废旧沥青再生路面用材料中各原材料所占的重量份数为：

轻质油分 1~20份

废旧橡胶粉 10~20份

增塑组分 1-3份

改性主剂 60~100份

增粘组分 1~5份

稳定剂 0.1~2份，

其中，所述的轻质油分为环烷油、芳烃油、糠醛油和玉米油中的一种或者任意二种以上的混合；所述的废旧橡胶粉为活化废弃橡胶粉；所述的增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯或其组合；所述的改性主剂为90#或者110#基质沥青；所述的增粘组分为C5或者C9石油树脂；所述的稳定剂为过氧二异丙苯。

2.如权利要求1所述的废旧沥青再生路面用材料，其特征在于，当所述的轻质油分为任意二种以上的混合时，其组分可以为任意配比。

3. 如权利要求1所述的废旧沥青再生路面用材料，其特征在于，所述的活化废弃橡胶粉细度为40目~80目。

4. 一种制备权利要求1所述的废旧沥青再生路面用材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：首先将改性主剂加热到165℃-175℃，放置在高速剪切机下，开动高速剪切机并控制高速剪切机的剪切转速为3000～5000转/min、剪切温度为172℃-178℃，30min内依次向高速剪切机下添加处方量的增粘组分和增塑组分，加入完成后保持剪切转速进行高速剪切15-30min；然后提高高速剪切机的剪切转速至5000~7000转/min，向高速剪切机中添加处方量的废旧橡胶粉、轻质油分和稳定剂，加入完成后保持该剪切转速进行高速剪切15~30min得到剪切料；剪切完成后将剪切料置于烘箱内，维持烘箱温度为160～170℃进行溶胀发育60min，然后将剪切料静置60～90min后即可得到所述的废旧沥青再生路面用材料。

5. 权利要求1所述的沥青再生路面用材料在公路废旧沥青混合料再生中的应用。

6. 如权利要求5所述的沥青再生路面用材料的应用，其特征在于，使用权利要求1所述的再生路面用材料进行废旧沥青的再生方法包括如下步骤：将废旧沥青路面铣刨，二次破碎后，取破碎后的废旧沥青混合料，抽提，测其油石比和级配，确定废旧沥青再生路面用材料的掺量和添加新集料的级配；将废旧沥青置于沥青罐中，向废旧沥青中加入所述的废旧沥青再生路面用材料进行拌合90~110秒，添加新集料拌合后制成再生沥青混合料。

7. 如权利要求6所述的沥青再生路面用材料的应用，其特征在于，所述的再生路面用材料的添加比例为废旧沥青混合料的0.3%~4%。

8. 如权利要求7所述的沥青再生路面用材料的应用，其特征在于，所述的再生路面用材料的添加比例为废旧沥青混合料的3%。