CN104446155A - 利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料及施工方法，是将造纸废液或木质素与亚硫酸钠混合制成造纸废液混合液。在常温下将矿料混合料按配合比配好加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，加入造纸废液或木质素混合液，拌和20-35秒使矿料表面均匀湿润为止，再加入改性乳化沥青拌和58-63秒制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。运输时间根据运距长短调整造纸废液混合液或造纸废液提取的木质素混合液的添加量来确定,施工的摊铺速度控制在4-5ｍ/min，在乳液开始破乳时立即开始碾压，根据铺筑厚度不同，控制冷铺路面在2-6小时内开放交通。
Description
技术领域
本发明属于筑路材料及筑路施工技术领域，具体涉及一种道路、桥梁沥青路面的铺装材料及其施工方法。
背景技术
随着高等级道路的不断发展，沥青路面已成为主要的路面形式，在市政和交通工程中每年需要生产大量的沥青混合料。
沥青混合料的热生产在消耗大量能源的同时也向大气排放大量的二氧化碳、二氧化硫及PM2.5粉尘烟尘等。
沥青混合料的热生产，主要是在砂石料加热过程中以重油为燃料，将砂石加热到160℃以上，加热过程中排放出大量烟气，主要是二氧化碳和二氧化硫。同时砂石料被加热后将有大量粉尘排出，虽经除尘器收尘处理，但还是有PM2.5细微粉尘排放至大气中。中国道路沥青年用量400万吨，可生产8000万吨沥青混合料，按每吨沥青混合料耗燃油7kg计算，将消耗燃料油56万吨，产生二氧化碳90×103万Nm3（按每消耗1公斤燃油可产生1.6Nm3二氧化碳）；产生SO2 560万Nm3。 在低碳环保的今天，沥青混合料的热生产工艺急需改革，沥青混合料的冷拌冷铺材料及施工工艺研制迫在眉睫。
同样造纸废液也一直被认为是世界十大污染之一。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4 亿吨纤维素 ,同时得到 5000万吨左右的木质素副产品,但迄今为止 ,超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉 ,很少得到有效利用。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂。利用造纸废液同样是低碳环保之举。利用造纸废液主要是利用废液中所含的大量木质素。人类利用纤维素造纸已有几千年的历史了，而对木质素真正开始研究是在1930年以后，至今仍没有很好的利用，大自然提供给人类的大宗资源，不仅被白白浪费掉了而且严重污染着环境。
我国道路沥青混合料的年需求量在8000万吨以上。若全部采用冷拌冷铺技术。则可消耗320万吨纸浆废液，这就等于现有全国造纸企业的废液能够被应用10-20%。
冷拌冷铺沥青混合料与热拌热铺相比，既节能又环保的特点已越来越被人们重视。近年来有很多论文和专利发表。但为什么没能得到推广应用，归纳主要有以下原因：
冷拌冷铺乳化沥青混合料现有三种形式：溶剂型、固化型、水乳型。
1.溶剂型：是在沥青中加入一些易挥发的溶剂，成型过程是所加入的溶剂完全挥发后，路面才能形成强度，这种形式完全背离冷拌冷铺节能环保的宗旨：不论添加什么类型的溶剂都要挥发掉，这本身是一种浪费，而溶剂挥发时也都会给环境造成污染。
2.固化型：主要是加入一定量的热固性树脂如环氧树脂，不饱和聚酯等，再加入固化剂，使沥青混合料固化成型，这种形式主要缺点是成本昂贵，因此只适合应急的快速修补，很难大面积推广。
3.水乳型：一般为乳化沥青。它是水和沥青的乳液，应用于路面主要有以下形式：
（1）稀浆封层。它是最早应用于路面的养护。但由于乳化沥青质量、级配等原因，路面质量很难保证。
（2）微表处，它是稀浆封层的一个升级，即采用改性乳化沥青，在级配中加入水泥等添加剂，保证了路面的质量，但它存在以下问题：
①路面铺筑厚度仅限20㎜以下。因此只能用于路面的预防性养护；
②只能用专用机械就地施工，因为乳化沥青破乳时间非常快，没有运输摊铺时间；
③受气温影响很大，15℃以下30℃以上很难施工。
改性乳化沥青混合料冷拌冷铺是近些年来道路工作者重点研究的课题，真正的冷拌冷铺应达到以下标准：
1.能在现有的搅拌站生产，并能保证产品有足够的运输和摊铺时间，这一过程大约1-3小时（当然现场拌和更合理）；
2.尽快的开放交通。现有标准规定，开放交通以后要有人管理车速不能超过40km/h，不能刹车不能调头。这些都是不切合实际的。既然开放交通就不应该有这些规定，根据施工厚度应该在2-6小时后通车；
3.应保证路面设计厚度，一般路面面层设计厚度在25-40㎜。
4.应控制产品成本，冷拌冷铺的价格不能高于热拌热铺否则很难推广应用；
5.即能在高温（30℃）季节施工又能在低温（10℃以上）季节施工；
6.路面成型后的各项指标应不低于热拌热铺沥青路面的标准。
能同时满足上述六点要求的冷拌冷铺技术才有实际的推广应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料及施工方法，直接利用造纸废液或造纸废液提取的木质素，废物利用，节能减排，降低成本，其成本低于热拌热铺；缩短路面养护时间，延长施工季节。
本发明提供的冷拌冷铺改性乳化沥青混合料及施工方法是在常温下（10-40℃），在矿料混合料中，加入造纸废液混合液或造纸废液中提取的木质素混合液，与复合改性乳化沥青搅拌成混合料，经运输、摊铺、碾压而成沥青路面。
上述的造纸废液中富含木质素，而木质素则具备了实现改性乳化沥青混合料冷拌冷铺的下述添加剂的功能：
缓凝剂。冷拌冷铺改性乳化沥青混合料在拌和、运输、摊铺过程中要求乳化沥青不能破乳，而造纸废液或造纸废液中提取的木质素加入改性乳化沥青混合料中使乳化沥青产生凝固，限制了乳化沥青的活性，给改性乳化沥青混合料的生产、运输带来了时间。
减水剂。和水泥混凝土一样，木质素在水泥混凝土中用作减水剂，在冷拌冷铺改性乳化沥青混合料中也有同样功能。
抗剥离剂。木质素对沥青有吸附作用，并有提高沥青粘附性的功能。经改性后的木质素完全可作为沥青的粘附性促进剂。
木质素的改性方法很多，但最具实际应用价值的还是磺化改性。
木质素磺化后具有较好的分散性和表面活性，所以木质素必须对其改性后再使用。本发明是将亚硫酸钠加入造纸废液中，对木质素进行磺化改性生成木质素磺酸盐。
木质素是一种粘结材料，与沥青混合后能代替一部分沥青使用，减少沥青的加入量。
木质素具有吸收紫外线功能，从而促进了冷拌冷铺后的沥青路面固化，提高了路面的早期强度。
本发明提供的具体技术方案之一：
冷拌冷铺沥青混合料原料成份及重量比例如下：
固含量大于40%的造纸废液 2.88-5.4%，
亚硫酸钠 0.12-0.6%，
复合改性乳化沥青 7-10%，
矿料混合料 84-87%；
上述的矿料混合料颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉的混合料，三者重量比例为8：11：1；
冷拌冷铺沥青混合料的制备工艺如下：
1将造纸废液与亚硫酸钠按比例混合制成造纸废液混合液。
2在常温下将矿料混合料按比例加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒；加入上述的造纸废液混合液与矿料混合料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再按比例加入复合改性乳化沥青拌和58-63秒制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
本发明提供的具体技术方案之二：
冷拌冷铺沥青混合料原料成份及重量比例如下：
造纸废液中提取的木质素 0.8-2.2%，
亚硫酸钠 0.1-0.6%，
水 1.0-1.4%，
复合改性乳化沥青 7-10%，
矿料混合料 85-91%；
上述的矿料混合料颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉的混合料，三者重量比例为8：11：1；
冷拌冷铺改性乳化沥青混合料的制备工艺如下：
1将木质素、亚硫酸钠、水按比例混合制成木质素混合液。
2在常温下将矿料混合料按比例加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒；加入上述的木质素混合液与矿料拌和20-35秒使矿料表面均匀湿润为止，再按比例加入复合改性乳化沥青拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
本发明提供的冷拌冷铺沥青混合料的施工方法是：
1将已制好的冷拌冷铺改性乳化沥青混合料从拌和机的拌缶卸入料车并运输到施工现场；
运输时间可根据运距长短调整造纸废液混合液或木质素混合液的添加量来确定，即对应关系如下：当造纸废液混合液为3%（占改性乳化沥青混合料）时，运输时间为30min，在此基础上，每增加造纸废液混合液0.1% ，可延长时间5min；或当木质素混合液2%时，运输时间为40 min。在此基础上，每增加木质素混合液0.1%时，可延长时间8min。
2冷拌冷铺沥青混合料采用摊铺机摊铺，摊铺过程的摊铺速度要匀速并连续进行；
3摊铺后进行碾压，要求在乳液开始破乳时立即开始碾压（即在表面变黑手感不粘时），此时混合料中所含的水分足以作为矿料颗粒间的润滑剂，但又已减到不致于充满混合料的空隙，并在压实力量的作用下再继续减少。此时的混合料能承受压路机而不形成移动。
4冷拌冷铺沥青混合料当天施工当天开放交通，也就是根据铺筑厚度不同，控制冷铺路面在2-6小时内开放交通。
试验表明，气温在25℃以上，湿度小于30%时，摊铺厚度不同开放交通时间也不同。具体开放交通时间见下表1：
表1 不同厚度开放交通时间
| 摊铺厚度（㎜） | 15 | 25 | 35 |
| 开放时间不小于（ｈ） | 2 | 4 | 6 |
本发明与现有技术相比具有的积极效果：
1、采用的配方和制备工艺科学合理，直接利用造纸废液或造纸废液提取的木质素，废物利用，解决两大污染，既节能又减排，又降低成本，其成本低于热拌热铺。低廉的价格更具有广泛的推广价值。2、缩短路面养护时间；3、延长施工季节；4、冷拌冷铺沥青混合料的生产设备简单，一台小水泥拌和机就能生产，降低设备费用；5、原料中的石料适用任何石材；6、冷拌冷铺沥青混合料的施工方法给遥远的山区、戈壁沙滩地区筑路带来极大的便利。本发明广泛适用于交通道路、桥梁、广场、娱乐场所等沥青路面工程中。
具体实施方式
技术方案一
实施例1
（1）将固含量大于40%的造纸厂的造纸废液28.8kg与1.2kg亚硫酸钠混合制成30kg造纸废液混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将870kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入造纸废液混合液30kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入100kg复合改性乳化沥青拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。上述的矿石可采用石灰岩、玄武岩、花岗岩等各种矿石；上述的复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）原料成分及重量比例为：乳化剂A 0.5-1，乳化剂B 0.5-1，水98-99，SBS 4-5，碳五3-5，聚乙烯醇0.2-0.5，沥青90.1-92.5。其中的乳化剂A 采用十六烷基- 甲基溴化铵1631，乳化剂B 采用OP-10 烷基酚与环氧乙烷的缩合物。
（3）将改性乳化沥青混合料从拌和机的拌缶卸入料车并运输到施工现场，运输时间可根据运距长短调整造纸废液混合液的添加量来确定，即对应关系如下：当造纸废液混合液为3%（占改性乳化沥青混合料）时，运输时间为30min，在此基础上，每增加造纸废液混合液0.1% ，可延长时间5min；
（4）改性乳化沥青混合料采用摊铺机摊铺，摊铺时必须缓慢、均匀、连续不断地进行，摊铺速度应控制在4-5ｍ/min。
（5）何时初始碾压是冷拌冷铺的一个难题，把握好初始碾压的时间特别重要。使乳化沥青混合料具有施工和易性的水分，大部分应在碾压之前得到充分蒸发，在乳化沥青混合料的乳液开始破乳时立即开始碾压，（即在表面变黑手感不粘时方可进行，气温在25℃以上时，这个过程需90-120分钟。）此时混合料中所含的水分足以作为矿料颗粒间的润滑剂，但又已减到不致于充满混合料的空隙，能在压实力量的作用下再继续减少。此时混合料能承受压路机而不形成移动。碾压应用胶轮碾压机。
（6）除空气的温度、湿度、风速等因素外，摊铺厚度更是影响交通开放的重要因素。
本发明根据铺筑厚度不同，控制冷铺路面在2-6小时内开放交通。实现当天施工当天开放的目的。
试验表明，气温在25℃以上，湿度小于30%条件下，摊铺厚度不同开放交通时间也不同。具体开放交通时间见下表2：
表2 不同厚度开放交通时间
| 摊铺厚度（㎜） | 15 | 25 | 35 |
| 开放时间不小于（ｈ） | 2 | 4 | 6 |
实施例2
（1）将固含量大于40%的造纸厂的造纸废液37.6kg与2.4kg亚硫酸钠混合制成40kg造纸废液混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将860kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入造纸废液混合液40kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入100kg复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。上述的矿石可采用石灰岩、玄武岩、花岗岩等各种矿石；
（3）至（6）步骤同实施例1。
实施例3
（1）将固含量大于40%的造纸厂的造纸废液46kg 与4kg亚硫酸钠混合制成50kg造纸废液混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将860kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入造纸废液混合液50kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入90kg复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）至（6）步骤同实施例1。
实施例4
（1）将固含量大于40%的造纸厂的造纸废液54kg 与6kg亚硫酸钠混合制成60kg造纸废液混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将850kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入造纸废液混合液60kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入90kg复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）至（6）步骤同实施例1。
技术方案二：
实施例5
（1）将造纸废液提取的木质素8kg与1kg亚硫酸钠、水11kg混合制成20kg木质素混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将900kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入木质素混合液20kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入80kg复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）将改性乳化沥青混合料从拌和机的拌缶卸入料车并运输到施工现场，运输时间可根据运距长短调整木质素混合液的添加量来确定，即对应关系如下：当木质素混合液2%（占改性乳化沥青混合料）时，运输时间为40 min。在此基础上，每增加木质素混合液0.1%时，可延长时间8min。
（4）至（6）步骤同实施例1。
实施例6
（1）将造纸废液提取的木质素13.5kg与2.7kg亚硫酸钠、水13.8kg混合制成30kg木质素混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将890kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入木质素混合液30kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入80kg复合改性乳化沥青（专利申请号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）步骤同实施例5，（4）至（6）步骤同实施例1。
实施例7
（1）将造纸废液提取的木质素17.5kg与4.5kg亚硫酸钠、水13kg混合制成35kg木质素混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将875kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入木质素混合液35kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入90kg复合改性乳化沥青（专利号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）步骤同实施例5，（4）至（6）步骤同实施例1。
实施例8
（1）将造纸废液提取的木质素22kg与6kg亚硫酸钠、水12.8kg混合制成40.8kg木质素混合液。
（2）在常温下，将颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉混合成矿料混合料，三者重量比例为8：11：1；将860kg矿料混合料加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒，然后加入木质素混合液40.8kg，与矿料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再加入99.2kg复合改性乳化沥青（专利号201310476357.2；公开号103554928A）拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
（3）步骤同实施例5，（4）至（6）步骤同实施例1。
本发明的冷拌冷铺改性乳化沥青混合料与热拌热铺沥青混合料的性能指标比较如下：
表3 两种沥青混合料各项指标测定值
表4 两种沥青混合料筛分试验
| 筛孔尺寸（mm） | 0.075 | 0.15 | 0.3 | 0.6 | 1.18 | 2.36 | 4.75 | 9.5 | 13.2 |
| AC-13冷拌 | 5.7 | 8.5 | 10.9 | 21 | 25.5 | 38.7 | 55.3 | 78.8 | 96.6 |
| AC-13热拌 | 5.4 | 9.2 | 11.5 | 21.6 | 28.5 | 36.2 | 57.8 | 79.9 | 93.0 |
| 技术标准 | 4-8 | 5-15 | 7-20 | 10-28 | 15-38 | 24-50 | 38-68 | 68-85 | 90-100 |
表5 两种混合料铺设过程相关检测数据
| 检测项目 | 乳化沥青混合料 | 热拌沥青混合料 |
| 到场温度（℃） | 28 | 144 |
| 摊铺温度（℃） | 28 | 127 |
| 初压温度（℃） | 35 | 107 |
| 复压温度（℃） | 30 | 89 |
| 终压温度（℃） | 30 | 78 |
| 松铺厚度（cm） | 5 | 5.6 |
| 压实厚度（cm） | 4.7 | 5.15 |
| 松铺系数 | 1.06 | 1.09 |
| 初压遍数 | 1 | 1 |
| 复压遍数 | 2 | 2 |
| 终压遍数 | 1 | 1 |
| 压实度（%） | 97.3 | 95.1 |
| 实测厚度（cm） | 4.06 | 4.07 |
| 摊铺速度 | 4m/min | 2m/min |
| 碾压速度 | 3km/h | 3km/h |
| 地表温度 | 38℃ | 38℃ |
Claims (3)
1.一种利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料，其特征是产品的成分及重量比例如下：
固含量大于40%的造纸废液 2.88-5.4%，
亚硫酸钠 0.12-0.6%，
复合改性乳化沥青 7-10%，
矿料矿料混合料 84-87%；
上述的矿料混合料颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉的混合料，三者重量比例为8：11：1；
制备工艺如下：
（1）将造纸废液与亚硫酸钠按比例混合制成造纸废液混合液；
（2）在常温下将矿料混合料按比例加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒；加入上述的造纸废液混合液与矿料混合料拌和20-35秒，使矿料表面均匀湿润为止，再按比例加入改性乳化沥青拌和58-63秒制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
2.一种利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料，其特征是产品的成分及重量比例如下：
冷拌冷铺沥青混合料原料成份及重量比例如下：
造纸废液中提取的木质素 0.8-2.2%，
亚硫酸钠 0.1-0.6%，
水 1.0-1.4%，
改性乳化沥青 7-10%，
矿料混合料 85-91%；
上述的矿料混合料颗粒粒径为5-15㎜碎石、颗粒粒径3-＜5㎜碎石和矿粉的混合料，三者重量比例为8：11：1；
制备工艺如下：
（1）将木质素、亚硫酸钠、水按比例混合制成造纸废液混合液；
（2）在常温下将矿料混合料按比例加入拌和机的拌缶中，干拌10-20秒；加入上述的造纸废液混合液与矿料拌和20-35秒使矿料表面均匀湿润为止，再按比例加入改性乳化沥青拌和58-63秒，制成冷拌冷铺改性乳化沥青混合料。
3.一种如权利要求1或2所述利用造纸废液制备冷拌冷铺沥青混合料的施工方法，其特征是：
（1）将已制好的冷拌冷铺沥青混合料从拌和机的拌缶卸入料车并运输到施工现场，运输时间可根据运距长短调整造纸废液混合液或木质素混合液的添加量来确定，即对应关系如下：当造纸废液混合液为3%时，运输时间为30min，在此基础上，每增加造纸废液混合液0.1% ，可延长时间5min；或当木质素混合液为2%时，运输时间为40 min，在此基础上，每增加木质素混合液0.1%时，可延长时间8min；
（2）冷拌冷铺沥青混合料采用摊铺机摊铺，摊铺过程的摊铺速度要匀速并连续进行；
（3）摊铺后进行碾压，要求在乳液开始破乳时立即开始碾压；
（4）冷拌冷铺沥青混合料当天施工当天开放交通，根据铺筑厚度不同，控制冷铺路面在2-6小时内开放交通。
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