CN103833267B - 一种易施工的耐久性高强热再生沥青混合料、配制方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种易施工的热再生沥青混合料、配制方法及应用，所述混合料包括50号道路石油沥青、新矿料及沥青路面回收材料，由50号道路石油沥青和旧石油沥青形成的石油沥青质量份与由新、旧矿料形成的矿料质量份之比为100：（5.5～6.5）；新、旧矿料占矿料百分比分别为50%～70%和30%～50%；其配置方法是将矿料和沥青路面回收材料分别加热至180～200℃和100～140℃后拌合60～90s，再加入温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，得到出厂温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6的沥青混合料；该沥青混合料铺设于路面的厚度为6~17cm。优点是抗车辙性能好，模量高，抗疲劳、抗水损害性能优。用在道路面层中可起到节能减排，提高抗车辙等病害能力，延长路面使用寿命的效果。
Description
技术领域
本发明涉及路面铺设材料，尤其涉及一种易施工的耐久性高强热再生沥青混合料、配制方法及应用。
背景技术
高速公路在我国铺设运营已有数十年，随着时间的推移、经济的快速发展及运输量的大幅增加，不少路面进入了修整期，随修整而产生了大量的铣刨废料。近年来人们越发注重资源的节约利用，对铣刨废料的开发利用随着再生技术发展也愈发广泛和深入，技术人员在不断地探讨如何使再生沥青混合料在较低生产成本和便于实施的情况下具有较好的性能。
发明内容
本发明目的在于在提供一种具有优良的高温稳定性能、较高的模量、优良的抗水损害性能、抗疲劳性且便于实施的一种易施工的耐久性高强热再生混合料。其具体技术方案如下：
所述热再生混合料，包括50号道路石油沥青、添加剂、新矿料及包含旧石油沥青和旧矿料的沥青路面回收材料，由新矿料和旧矿料形成的矿料质量份与由50号道路石油沥青和旧石油沥青形成的石油沥青质量份及与添加剂质量份之比为100：（5.5～6.5）：（0.20～0.35）；新矿料占矿料百分比为50%～70%，旧矿料占矿料的百分比为30%～50%；所述矿料通过6.3、4、2、0.063毫米孔径的法国标准筛孔时，分别对应通过比例为50%～65%，40%～50%，25%～35%，5.8%～7.7%。
所述热再生混合料进一步设计在于，所述新矿料为石灰岩。
所述热再生混合料进一步设计在于，所述石灰岩矿料粒径分设为三组，第一组粒径：0～3mm；第二组粒径：3～5mm；第三组粒径：5～16mm；上述三组集料质量占矿料总质量的百分比依次为5%～15%、5%～15%、35%～55%。
所述热再生混合料的配制方法，包括：按所述质量份配比获取对应的新矿料、添加剂、沥青路面回收材料和50号道路石油沥青；将按配比获得的对应质量份的沥青路面回收材料加热至100～140℃后加入拌锅与添加剂拌合20s，再加入加热至180～190℃的新矿料拌合60～90s，再加入对应质量份且温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，搅拌中注意保持温度在160～170℃，得到出料温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6的所述沥青混合料。由于添加剂的作用，所述耐久性高强热再生混合料压实温度较常规的热再生混合料可降低15～20℃，该混合料成型试件时的适应温度为140～165℃。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料的旋转压实试件的空隙率VV=1.0%～6.0%，旋转压实试件采用法国/欧洲旋转压实标准（EN12697-31）成型，旋转压实仪内部角设定为0.82°，外部角设定为1°，旋转次数100次。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料水稳定性能试验的劈裂强度TSR≥80%。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料的法国车辙试验运行30000次所对应的车辙率≤7.5%。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料的中国车辙试验的动稳定度大于5000次/mm。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料在15℃环境温度下复合模量≥14000MPa。
所述配制方法进一步设计在于，所述沥青混合料在10℃温度环境、速率50mm/min的条件下低温小梁试验弯曲应变≥1800με。
上述配制方法得到的所述热再生混合料制作试件的方法，成型试件时的适应温度为140～165℃
上述配制方法所得到的热再生沥青混合料的应用，所述热再生混合料在铺于路面时压实厚度为6～17cm，压实时的控制温度可降低15～20℃。
本发明通过将沥青质含量相对较高的老化沥青掺配到标号50号道路沥青中，产生了相当于硬质沥青生产过程中的氧化和调和工艺的效果，用再生沥青改善沥青在混合料中的粘附性能，并通过改进矿料级配，使粗集料形成良好的骨架结构，以提高混合料的抗剪与抗压性能，本发明还通过添加复合多效增强剂，使所配制的再生混合料在较大的温度范围能适应试件的制作，使本发明再生混合料易于实施，因此本发明的混合料具有如下有优点：具有优良的高温稳定性能、较高的模量、优良的抗水损害性能、抗疲劳性能及易于施工；用在道路面层，可减少车辆荷载作用下沥青混凝土产生的应变和残余变形，提高路面抵抗车辙等破损
的能力，延长路面使用寿命和维修周期，高掺量的沥青路面回收材料的利用对于
保护生态环境，减少资源开采和浪费具有重要的经济和社会意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
混合料配制实施例
实施例1
首先确定本实施例配制的再生沥青混合料所含组分及配比，本实施例的再生沥青混合料主要由50号道路石油沥青、新矿料、沥青路面回收材料和添加剂组成。其中的沥青路面回收材料包含旧石油沥青和旧矿料，因此再生沥青混合料中包含三类材料，一类是石油沥青，一类是矿料，还有一类是添加剂，而石油沥青和矿料这两类材料都包含有对应的新旧两种材料，石油沥青中包含新石油沥青即50号道路石油沥青和旧石油沥青，矿料中包含新、旧矿料，本实施例中矿料与石油沥青两类材料的质量比为100:5.7。添加剂采用现有的复合多效增强剂，例如本实施例采用HONEYWELL7686复合多效增强剂，该添加剂是一种聚合物改性剂，相对分子量在5000～15000之间，常温时固体，粉末状，温度高于115℃时呈液体状，140℃时的布氏粘度为0.45，其与沥青相容性好、熔点低于正常热拌沥青混合料所需温度、密度与沥青近似。
本实施例中的沥青路面回收材料所做的抽提试验结果如表1，并选用石灰岩作为新矿料，将该新矿料分成三组，第一组粒径：0～3mm；第二组粒径：3～5mm；第三组粒径：5～16mm，用法国标准筛进行筛分的结果如表2。将该三组新矿料质量依次按占总矿料总质量百分比的：44%、9%、7%进行配制，则新矿料占总矿料60%，旧新矿料占总矿料40%，添加剂的掺量为矿料的0.3%，总矿料的有效密度ρG=2.691g/cm3，通过6.3、4、2、0.063毫米孔径的法国标准筛孔时，对应通过比例依次为53.7%，41.4%，29.4%，6.5%，具体合成级配如表3。
表1沥青路面回收材料抽提试验结果（法国筛分标准）
表2新矿料的筛分试验结果（法国筛分标准）
表3混合料合成级配（法标）
按上述设定的矿料与石油沥青及添加剂质量之比和新、旧矿料比及沥青路面回收材料的油石比可得到对应的50号道路石油沥青和新矿料及沥青路面回收材料及添加剂质量比，根据该质量比分别称取对应的材料。先将按配比获得的对应质量份的沥青路面回收材料加热至100～115℃后倒入拌锅与添加剂拌合20s，再加入加热至185～190℃的新矿料拌合60～90s，再加入对应质量份且温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，搅拌中注意保持温度在160～170℃，得到温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6（丰度系数的计算见混合料性能检测实施例）的所述沥青混合料。
实施例2
本实施例与上述混合料配制实施例1基本相同，不同之处在于：
1）本实施例中矿料与石油沥青两类材料的质量比为100:6.0；新旧新矿料之比为55:45；
2）三组新矿料(第一组粒径：0～3mm；第二组粒径：3～5mm；第三组粒径：5～16mm)依次按占总矿料总质量百分比的5%、15%、35%进行配制，则新矿料占总矿料55%，旧新矿料占总矿料45%，添加剂的掺量为矿料的0.25%；
3）总矿料的有效密度ρG=2.690g/cm3；
4）通过6.3、4、2、0.063毫米孔径的法国标准筛孔时，对应通过比例依次为61.8%，46.1%，31.6%，7.1%，具体合成级配如表4；
表4混合料合成级配（法标）
5）将按配比获得的对应质量份的沥青路面回收材料加热至110～130℃后加入拌锅与添加剂拌合20s，再加入加热至185～190℃的新矿料拌合60～90s，再加入对应质量份且温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，搅拌中注意保持温度在160～170℃，得到温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6的所述沥青混合料。
实施例3
本实施例与上述混合料配制实施例1基本相同，不同之处在于：
1）本实施例中矿料与石油沥青两类材料的质量比为100:6.5；新旧新矿料之比为70:30；
2）三组新矿料(第一组粒径：0～3mm；第二组粒径：3～5mm；第三组粒径：5～16mm)依次按占总矿料总质量百分比的15%、8%、47%进行配制，则新矿料占总矿料70%，旧新矿料占总矿料30%，添加剂的掺量为矿料的0.35%；
3）总矿料的有效密度ρG=2.686g/cm3；
4）通过6.3、4、2、0.063毫米孔径的法国标准筛孔时，对应通过比例依次为52.0%，41.1%，28.3%，6.5%，具体合成级配如表5；
表5混合料合成及配（法标）
5）将按配比获得的对应质量份的沥青路面回收材料加热至125～140℃后加入拌锅与添加剂拌合20s，再加入加热至180～185℃的新矿料拌合60～90s，再加入对应质量份且温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，搅拌中注意保持温度在160～170℃，得到温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6的所述沥青混合料。
混合料性能检测实施例
上述三例配制的再生沥青混合料通过有关性能试验都符合设定指标，下面仅以混合料配制中的实施例1为例来说明沥青混合料的相关的性能试验，本发明的混合料在140～165℃这样较宽泛的范围内适应试件制作的需求，使得本发明的混合料易于实施。
1）旋转压实试验
将上述混合料配制实施例1的沥青混合料按照法国标准EN12697-31方法制成Φ150mm的试件，并根据法国相关标准中对沥青混合料的旋转压实试验的技术要求进行旋转压实试验，试验结果汇总如表6。
表6旋转压实试验结果
2）水稳定性能试验
水稳定性能试验采用AASHTOT283试验进行，试验结果如表7所示，从试验结果可以看出本实施例的具有很好的水稳定性。
表7AASHTOT283试验结果
表中的“非条件”是指将试件室温下保存48h后浸入（25±0.5）℃水中保温2h±10min；“条件”是指将试件先在0.013MPa-0.067MPa真空饱水10-15min，达到70%-80%的饱水率，然后在（-18±3）℃保持16h，再在（60±1）℃水箱中保温（24±1）h，最后浸入（25±0.5）℃水中保温2h±10min。
3）法国车辙试验
将上述混合料配制实施例1的沥青混合料按法国标准EN12697-33:2003+A1方法制成尺寸长500mm、宽180mm、高100mm的试件，跟据法国标准EN12697-22方法，当试件达到试验温度60℃后，试件在车辙仪中放置12h-16h后开始车辙试验。当试件经受指定的荷载循环次数300次、1000次、3000次、10000次、30000次后，停止设备的运转，测定15点的车辙深度结果如表8所示。从试验结果可以看出本实施例的法国车辙试验结果符合要求。
表8法国车辙试验结果
4）国标车辙试验
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0702-2011的方法进行试件成型，试件长300mm、宽300mm、厚50mm。在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，车辙动稳定度试验结果见表9所示。从试验结果可以看出本实施例的国标车辙试验结果符合要求。
表9车辙试验动稳定度
5）复合模量
对上述混合料配制实施例1的沥青混合料先用法国车辙成型仪按法国标准EN12697-33:2003+A1方法在155℃温度环境下碾压成长500mm、宽180mm、高100mm的试件，将成型的试件按法国标准EN12697-26要求切割得到两个长250mm、宽25mm、上底25mm、下底56mm的梯形梁试件，进行15℃环境下的复合模量试验。试验结果如表10所示。从试验结果可以看出本实施例的复合模量试验结果符合要求。
表10复合模量试验结果
6）小梁弯曲试验
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0702-2011的方法进行试件成型，试件长300mm、宽300mm、厚50mm。将成型的试件通过切割得到6个长250mm，宽30mm，高35mm的长方体试件，按照(JTGE20-2011)T0715试验规程的要求对上述长方体试件在10℃低温环境下进行小梁弯曲试验，结果平均值见表11，破坏应变2372.5με，高于标准≥1800με的要求，表明本实施例的混合料的具有很好的抵抗低温变形的能力。
表11小梁弯曲试验结果
7）丰度系数K
根据有效密度ρG及油石比TLext计算丰度系数K，丰度系数K通过下式计算：
式中，TLext—油石比（沥青重量与矿料重量之比），本实施例TLext=5.7%
100Σ=0.25G+2.3S+12s+135f
G—粒径大于6.3mm的集料占总的集料的百分率
S—粒径在0.25mm到6.3mm之间的集料占总集料的百分率，
s—粒径在0.063mm到0.25mm之间的集料占总集料的百分率，
f—粒径小于0.063mm的集料占总的集料的百分率，
α—为中间参数，α=2.65/ρG。
从表1可知G=100%-53.7%（6.3mm集料通过率）=46.3%，S=53.7%（6.3mm集料通过率）-11.1%（0.25mm集料通过率）=42.6%，s=11.1%（0.25mm通过率）-6.5%（0.063mm集料通过率）=4.6%，f=6.5%；得到丰度系数K=3.62>3.6。说明本实施例沥青混合料中的石料级配和对应沥青用量而形成的沥青混合料能满足所需的体积指标和路用性能指标的要求。
混合料铺于路面时的压实厚度实施例
实施例1
本实施例采用上述混合料配制实施例1的耐久性高强热再生混合料，用于S337公路下面层路面施工试验段。
本次试铺段采用随机抽检的方式进行，共钻取4个芯样。芯样高度及压实度如表12所示。
表12路面芯样高度及压实度
实施例2
本实施例采用上述混合料配制实施例2的耐久性高强热再生混合料，用于S337公路养护。
本次试铺段采用随机抽检的方式进行，本次试铺段共钻取4个芯样。芯样位置及现场描述、芯样高度及压实度如表13所示。
表13路面芯样高度及压实度
上述表中：最大理论密度为实测值；标准密度为拌和楼取样室内试验马歇尔试件密度平均值；压实度（毛/马）是指芯样密度和标准密度的比值；压实度（毛/理）是指芯样密度和最大理论密度的比值。上述两压实厚度实施例说明，耐久性高强热再生混合料在路面施工时，压实厚度控制在6-17cm时，其压实度均能满足设定的指标要求。
Claims (11)
1.一种易施工的耐久性高强热再生沥青混合料，其特征在于包括50号道路石油沥青、添加剂、新矿料及包含旧石油沥青和旧矿料的沥青路面回收材料，由新矿料和旧矿料形成的矿料质量份与由50号道路石油沥青和旧石油沥青形成的石油沥青质量份及与添加剂质量份之比为100：（5.5～6.5）：（0.20～0.35）；新矿料占矿料百分比为50%～70%，旧矿料占矿料的百分比为30%～50%；所述矿料通过6.3、4、2、0.063毫米孔径的法国标准筛孔时，对应通过比例分别为50%～65%，40%～50%，25%~35%，5.8%~7.7%，使所述沥青混合料的丰度系数K≥3.6,中国车辙试验的动稳定度大于5000次/mm。
2.根据权利要求1所述的热再生沥青混合料，其特征在于所述新矿料为石灰岩。
3.根据权利要求2所述的热再生沥青混合料，其特征在于所述石灰岩矿料粒径分设为三组，第一组粒径：0～3mm；第二组粒径：3～5mm；第三组粒径：5～16mm；上述三组集料质量占矿料总质量的百分比依次为5%~15%，5%~15%，35%～55%。
4.如权利要求1-3任一项所述热再生沥青混合料的配制方法，其特征在于包括：将按配比获得的对应质量份的沥青路面回收材料加热至100～140℃后加入拌锅与添加剂拌合20s，再加入加热至180～190℃的新矿料拌合60～90s，再加入对应质量份且温度控制在160～170℃的50号道路石油沥青，再搅拌60～90s，搅拌中注意保持温度在160～170℃，得到温度控制在160～170℃且丰度系数K≥3.6的所述沥青混合料。
5.根据权利要求4所述配制方法，其特征在于所述沥青混合料的旋转压实试件的空隙率VV=1.0%～6.0%。
6.根据权利要求4所述配制方法，其特征在于所述沥青混合料水稳定性能试验的劈裂强度TSR≥80%。
7.根据权利要求4所述配制方法，其特征在于所述沥青混合料的法国车辙试验运行30000次所对应的车辙率≤7.5%。
8.根据权利要求4所述的配制方法，其特征在于所述沥青混合料在15℃环境温度下复合模量≥14000MPa。
9.根据权利要求4所述配制方法，其特征在于所述沥青混合料在10℃温度环境、速率50mm/min的条件下低温小梁试验弯曲应变≥1800με。
10.如权利要求4-9任一项所述配制方法得到的所述热再生沥青混合料制作试件的方法，其特征在于成型试件的适应温度为140～165℃。
11.如权利要求4-9任一项所述配制方法得到的所述热再生沥青混合料的应用，其特征在于所述混合料在铺于路面时压实厚度达到6~17cm，压实时的控制温度能够降低15~20℃。
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