CN104926233A

CN104926233A - 一种rap高掺量的沥青混合料配方以及制造方法

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Publication number: CN104926233A
Application number: CN201510306057.9A
Authority: CN
Inventors: 周刚; 李培国; 王火明; 陈天泉; 沈金生; 李汝凯; 陈飞; 黄勇; 徐周聪; 马莲霞
Original assignee: Xinjiang Communications Construction Group Co Ltd; China Merchants Chongqing Communications Research and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Communications Construction Group Co Ltd; China Merchants Chongqing Communications Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明属于道路铺面材料及其加工制备技术领域，一种RAP高掺量的沥青混合料配方，其组分的质量百分比如下：40%～65%的铣刨旧料；30%～50%的集料；1.5%的矿粉；1.5%的普通硅酸盐水泥；0.3%的聚酯纤维或玄武岩纤维；2.8%～3.9%的基质沥青。本发明能将RAP的掺量能够提升至40%～65%。

Description

一种RAP高掺量的沥青混合料配方以及制造方法

技术领域

本发明属于道路铺面材料及其加工制备技术领域。

背景技术

沥青混合料是矿料(包括粗集料、细集料和矿粉)与沥青经混合拌制而成的混合料，必要时还会添加一些外掺剂，其中粗集料主要起骨架作用，细集料主要起填充作用，沥青和矿粉组成胶结料主要起胶结填充作用。沥青混合料在铺筑成沥青路面后会面临老化的问题，沥青混合料老化主要是由沥青老化带来的，老化的原因包括：①通过挥发使得沥青轻质油分减少；②沥青与空气中的氧反应，使得沥青组成发生变化；③沥青分子结构产生触变位阻导致硬化。

由于废旧沥青混合料(简称RAP)的堆放会造成环境的污染同时出于节约成本及资源的考虑，各国都在大力发展废旧沥青混合料再生技术。废旧沥青混合料再生技术是指将RAP经过回收、破碎、筛分后再与再生剂、新集料、新沥青等按照一定的掺配比例，重新拌合而成满足工程要求的沥青混合料的一种方法。上述再生剂可以调节老化沥青使其成分恢复原有比例，再生剂在调节过程会涉及化学作用和物理作用,其中物理作用主要体现在再生剂中的轻质油成分,可以作为老化沥青的溶剂,使老化沥青中的重质油分重新溶解，调节各组分的合成比例，但再生剂的溶解能力非常有限；而化学作用从微观上看主要是对沥青分子结构以及排列方式的作用，使得废旧沥青转化成再生沥青，但是再生沥青在化学组分以及分子结构及排列方式方面与新沥青相比均有较大差异，再生沥青形成的化学组分以及分子结构及排列方式不能够稳定的存在，光、热、雨水等外界因素的影响，很容易发生再次老化，最终造成再生沥青混合料的低温性能和水稳定性能较差，无法达到《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中对低温性能和水稳定性能的要求。综上，为了满足再生沥青混合料的低温性能和水稳定性，再考虑到再生剂有限的溶解能力，通常沥青混合料再生的RAP掺量都是比较低的，一般RAP的掺入比例为10％～25％。因此，如何在保证再生沥青混合料的低温性能和水稳定性情况下，增加RAP的掺量成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明意在提供一种保证低温性能和水稳定性的前提下，提高RAP掺量的沥青混合料配方。

专利方案：一种RAP高掺量的沥青混合料配方,其组分的质量百分比如下：

40％～65％的铣刨旧料；

28％～53％的集料；

1.5％的矿粉；

1.5％的普通硅酸盐水泥；

0.3％的聚酯纤维或玄武岩纤维；

2.8％～3.9％的基质沥青。

有益效果：相比传统的再生剂在沥青混合料中既有与旧沥青接触融合的物理作用，又有对沥青分子结构及排列方式之间的化学作用，本发明采用聚酯纤维或玄武岩纤维替代再生剂，与再生剂的不同之处在于，聚酯纤维或玄武岩纤维在沥青混合料中并没有发生化学反应，而是一种物理作用，其物理作用主要体现在以下几个方面：(1)保证再生沥青混合料的低温性能和水稳定性符合要求：沥青混合料加入聚酯纤维或玄武岩纤维后，一方面这些纤维会吸附大量的沥青，阻止部分沥青变为自由沥青，增加结构沥青膜的厚度，而再生沥青混合料中的抗弯能力主要是由沥青体现，结构沥青膜的增厚提高了再生沥青混合料的抗弯能力，使得沥青混合料抵抗温度应力表现更佳，提高了再生沥青混合料的低温性能；另一方面，纤维会吸附大量的沥青，从而增加了沥青用量，新加入的沥青会填充在集料之间空隙且增加了沥青胶浆的粘结力，降低再生沥青混合料的孔隙率，结构更密实，外界的水难以进入沥青混料内部，从而提高了沥青混合料的水稳定性。

(2)加筋增韧作用。在再生沥青混合料中加入纤维的作用等同于在水泥混凝土中加入钢筋，可以提高混合料的抗弯拉能力，在高RAP掺量下(本发明中铣刨旧料质量百分比为40％～65％)，纤维在混合料中以三维分散体分散于新旧沥青和矿粉组成的沥青胶浆之中，与沥青胶浆形成一个强大的三维网状结构，混合料在受到拉应力或弯拉应力时，会将一部分应力传递给纤维，由纤维承担一部分应力，增强混合料的抗弯拉应力和抗弯拉应变，进一步提高再生沥青混合料的低温性能和耐久性。

综上，本发明通过聚酯纤维或玄武岩纤维的物理作用使得再生沥青混合料的低温性能和水稳定性能够满足标准的要求，且再生沥青混合料中的RAP掺量能够提升至40％～65％，相比传统的RAP的10％～25％的掺入比例，本发明能够更加充分的利用RAP，更加环保，且降低了再生沥青混合料的成本。

进一步地，聚酯纤维或玄武岩纤维的长度为1～6mm,纤维长度太长，在混合料拌制过程中，纤维不易分散均匀，长度太短，又无法很好的体现纤维的加筋增韧作用，经多次试验后发现1～6mm是较为合适的纤维长度。

进一步地，所述矿粉为憎水性石料粉，主要选择石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细而成,为常用矿粉原料。

进一步地，基质沥青为90号基质沥青,为常用基质沥青。

进一步地，集料包括粗集料和细集料，粗集料为碎石、破碎砾石、钢渣中的一种或多种混合而成，细集料为天然砂、机制砂、石屑中的一种或多种混合而成,为常用集料选择。

专利方案：一种RAP高掺量的沥青混合料制造方法，步骤如下，

(1)预热铣刨旧料；

(2)将预热后的铣刨旧料加入热拌锅中；

(3)加入预热后的集料，同时加入聚酯纤维或玄武岩纤维拌合；

(4)加入预热后的基质沥青拌和；

(5)加入预热后的矿粉拌和。

进一步地，常规的拌锅温度一般为140℃～160℃，本方案步骤(2)中的拌锅温度为175℃，提高混合料的拌合温度，保证再生沥青混合料的出料温度满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。

进一步地，步骤(1)中铣刨旧料的预热温度为110℃，预热2h；步骤(3)中新集料的预热温度为180℃，预热时间4～5h；步骤(4)中基质沥青的预热温度为150～160℃，预热时间4～5h；步骤(5)中矿粉的预热温度为180℃，预热时间4～5h,使最终获得的混合料温度满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。

进一步地，步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中的拌合时间均为90s，拌合效果较佳。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1

一种RAP高掺量的沥青混合料配方,其组分的质量百分比如下：

45％的铣刨旧料；

48.3％的集料，集料包括粗集料和细集料，粗集料由碎石、破碎砾石、钢渣混合而成，细集料由天然砂、机制砂、石屑混合而成。

1.5％的矿粉，该矿粉选择石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细而成。

1.5％的普通硅酸盐水泥；

0.3％的长度为6mm的聚酯纤维；

3.4％的90号基质沥青。

试验设计：设计4个再生沥青混合料测试试验组，这4个试验组的主要区别在于聚酯纤维的掺量分别为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％。

0.3％试验组即是实施例1。

0.2％试验组的各组分质量百分比：45％的铣刨旧料；48.4％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.2％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

0.4％试验组的各组分质量百分比：45％的铣刨旧料；48.2％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.4％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

0.5％试验组的各组分质量百分比：45％的铣刨旧料；48.1％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.5％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

测试结果如下：

RAP45掺聚酯纤维沥青混合料小梁弯曲试验结果见表1:

表1 RAP45掺聚酯纤维沥青混合料小梁弯曲试验结果

RAP45掺聚酯纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果见表2:

表2 RAP45掺聚酯纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果

结果分析：由表1和表2当RAP(铣刨旧料)掺量为45％，长度为6mm的聚酯纤维掺量为0.3％时，再生沥青混合料的最大弯拉应变为2920,劈裂强度比为84.1％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青混合料要达到最大弯拉应变不小于2300和劈裂强度比不小于70％的规定。(本领域技术公知：最大弯拉应变是低温性能的体现，最大弯拉应变越高，低温性能越佳；劈裂强度比是水稳定性的体现，劈裂强度比越大，水稳定性越好。)

实施例2

一种RAP高掺量的沥青混合料配方,其质量百分比如下：

50％的铣刨旧料；

43.3％的集料，集料包括粗集料和细集料，粗集料由碎石、破碎砾石、钢渣混合而成，细集料由天然砂、机制砂、石屑混合而成。

1.5％的普通硅酸盐水泥；

0.3％的长度为6mm的聚酯纤维；

3.4％的90号基质沥青。

试验设计：设计4个再生沥青混合料测试试验组，这4个试验组的区别在于聚酯纤维的掺量分别为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％。

0.3％试验组即是实施例2。

0.2％试验组的各组分质量百分比：50％的铣刨旧料；43.4％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.2％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

0.4％试验组的各组分质量百分比：50％的铣刨旧料；44.2％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.4％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

0.5％试验组的各组分质量百分比：50％的铣刨旧料；44.1％的集料；1.5％的矿粉；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.5％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

测试结果如下，RAP50掺聚酯纤维沥青混合料小梁弯曲试验结果见表3:

表3 RAP50掺聚酯纤维沥青混合料小梁弯曲试验结果

RAP50掺聚酯纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果见表4:

表4 RAP50掺聚酯纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果

结果分析：结果分析：由表3和表4当RAP(铣刨旧料)掺量为50％，长度为6mm的聚酯纤维掺量为0.3％时，再生沥青混合料的最大弯拉应变为2946,劈裂强度比为81.9％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青混合料要达到最大弯拉应变不小于2300和劈裂强度比不小于70％的规定。(本领域技术公知：最大弯拉应变是低温性能的体现，最大弯拉应变越高，低温性能越佳；劈裂强度比是水稳定性的体现，劈裂强度比越大，水稳定性越好。)

实施例3

RAP高掺量的沥青混合料制造方法，步骤如下：

(1)铣刨旧料在110℃条件下预热2h；

(2)将步骤(1)中预热后的铣刨旧料加入拌锅中，拌锅温度为175℃；

(3)然后向拌锅中加入预热后的集料(集料的预热温度为180℃，预热时间4～5h)，同时加入长度为6mm的聚酯纤维，拌合90s；

(4)加入预热后的90号基质沥青(90号基质沥青的预热温度为150～160℃)，预热时间4～5h，拌合90s；

(5)加入矿粉(该矿粉选择石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细而成，预热温度为180℃，预热时间4～5h)拌合90s。

实施例3中的沥青混合料配方各组分的质量百分比为：50％的铣刨旧料；43.3％的集料，集料包括粗集料和细集料，粗集料由碎石、破碎砾石、钢渣混合而成，细集料由天然砂、机制砂、石屑混合而成；1.5％的矿粉，该矿粉选择石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细而成；1.5％的普通硅酸盐水泥；0.3％的长度为6mm的聚酯纤维；3.4％的90号基质沥青。

说明书名词解释：

1、RAP高掺量：本说明书所指的RAP高掺量是在RAP在再生沥青混合料的掺量为40％以上。

2、铣刨旧料：沥青路面分为上中下三层，铣刨时进行分层铣刨，然后对下面层的铣刨料进行破碎筛分，即是本说明书中所用的铣刨旧料，也即是RAP。

3、结构沥青膜：沥青和填料组成的胶结料在沥青混合料中会形成的沥青膜，这层将集料包裹起来的膜称为沥青膜，随着沥青的增加，这层膜的厚度也会相应增大，达到一定程度后，增加的沥青不再将集料紧紧包裹起来，而是由于沥青与集料分子间距的增大，分子力的减小，外围沥青受到较小的限制而处于自由移动状态，这部分沥青称为自由沥青，而内部包裹集料起胶结作用的沥青膜则为结构沥青膜。

4、水稳定性：水稳定性是指沥青混合料抵抗水损坏的能力。水损害是沥青路面三大病害(车辙、开裂、水损害)之一。水从路面表面的孔隙、裂缝处进入路面内部，在车辆荷载的作用下产生动水压力或真空抽吸冲刷作用，在此条件下，水分逐渐渗入沥青与集料的界面，降低沥青与集料的粘结力，最终致使沥青从集料表面脱落，沥青混合料开始掉粒、松散，最终形成坑槽，使沥青路面发生破坏，这就是沥青路面发生水损害的过程。影响沥青混合料水稳定性的因素有很多，主要包括级配类型、沥青与集料的粘附性以及沥青膜厚度等。

5、低温性能：指沥青混合料抵抗温度应力的能力，其低温开裂主要分为两个方面，一个是低温引起的开裂，另一个是由于温度循环引起的疲劳开裂，温度降低引起沥青混合料的收缩，这种收缩会受到其它方面的约束而产生拉应力，当这种拉应力超过混合料本身的抵抗能力时，混合料就会发生开裂以释放拉应力产生的能量。因此，低温开裂性能与混合料本身的性能密切相关。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种RAP高掺量的沥青混合料配方, 其组分的质量百分比如下：

40%～65%的铣刨旧料；

28%～53%的集料；

1.5%的矿粉；

1.5%的普通硅酸盐水泥；

0.3%的聚酯纤维或玄武岩纤维；

2.8%～3.9%的基质沥青。

2.根据权利要求1所述的一种RAP高掺量的沥青混合料配方，其特征在于：所述聚酯纤维或玄武岩纤维的长度为1～6mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种RAP高掺量的沥青混合料配方，其特征在于：所述矿粉为憎水性石料粉。

4.根据权利要求1或2所述的一种RAP高掺量的沥青混合料配方，其特征在于：所述基质沥青为90号基质沥青。

5.根据权利要求1或2所述的一种RAP高掺量的沥青混合料配方，其特征在于：所述集料包括粗集料和细集料，粗集料为碎石、破碎砾石、钢渣中的一种或多种混合而成，细集料为天然砂、机制砂、石屑中的一种或多种混合而成。

6.根据权利要求1或2所述的一种RAP高掺量的沥青混合料制造方法，步骤如下：

（1）预热铣刨旧料；

（2）将预热后的铣刨旧料加入热拌锅中；

（3）加入预热后的集料，同时加入聚酯纤维或玄武岩纤维拌合；

（4）加入预热后的基质沥青拌和；

（5）加入预热后的矿粉拌和。

7.根据权利要求5所述的一种RAP高掺量的沥青混合料制造方法，其特征在于：步骤（2）中的拌锅温度为175℃。

8.根据权利要求6所述的一种RAP高掺量的沥青混合料制造方法，其特征在于：步骤（1）中铣刨旧料的预热温度为110℃，预热2h；步骤（3）中集料的预热温度为180℃，预热时间4～5h；步骤（4）中基质沥青的预热温度为150～160℃，预热时间4～5h；步骤（5）中矿粉的预热温度为180℃，预热时间4～5h。

9.根据权利要求6所述的一种RAP高掺量的沥青混合料制造方法，其特征在于：步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中的拌合时间均为90s。