CN105839506B - 路面面层铣刨料的还原再生工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种路面面层铣刨料的还原再生工艺，该工艺包括以下步骤：对沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为2‑6cm，第二层铣刨厚度为7‑10cm；对第一层铣刨料进行筛分，将获得的10‑30mm的颗粒与乳化沥青、水泥和矿粉进行混合再生；对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10‑20mm的颗粒，与第一层铣刨料的细粒、水泥、普通沥青、石灰和混凝土外加剂混合进行再生。该方法能够以较低的成本使铣刨料得到充分回收利用，同时能够良好地满足道路铺筑要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种路面面层铣刨料的还原再生工艺，更具体地涉及一种沥青混凝土路面的面层铣刨料的还原再生工艺。
背景技术
近些年来，随着我国公路事业的迅猛发展，高速公路的里程越来越长。一些早期修建的高速公路面临着大修或扩建，如何利用已损坏的路面面层、特别是沥青面层逐渐受到人们的重视。
CN102359048A公开了一种废弃铣刨料的粉碎再用系统及其工艺方法，包括进料斗、进料带、回料带、复合磨机、风冷却器、旋风除尘器、收料出风袋,进料斗通过进料带与复合磨机顶部的进料口连接，复合磨机的侧边或者底部通过管路与风冷却器连接，复合磨机的出料口通过回料带与进料斗连接，复合磨机的侧边通过倾斜设置的风料管与旋风除尘器连接,旋风除尘器的顶部通过管路与收料出风袋连接。
CN103437267A公开了一种沥青路面铣刨料再生柔性构造的方法，包括下列步骤：划定修补范围，沿范围四周锯缝→铣刨凿除病害层，清除废料，高压吹风机将修补界面吹净，用烘干机对界面进行烘干，喷洒乳化沥青粘层布满界面，分层填筑，分层压实，压实度要在98％以上，用乳化沥青涂四周接缝以防水，冷却到50℃以下时放行。
CN102765902A公开了一种乳化沥青冷再生沥青混合料的配制方法，包括下述步骤：获取旧沥青路面铣刨料样品并确定其级配，确定填料的级配，确定原料中粗铣刨料、细铣刨料、水泥和矿粉的重量百分含量，确定最佳含水率a，确定乳化沥青最佳用量，确定最佳含水率b，验证，拌和乳化沥青冷再生混合料。
CN102424605A公开了一种环保路面养护材料，包括以下重量百分含量的组分：含沥青的铣刨料80-200份，稀土干料0.5-2份，汽油0.8-3份，玄武岩石料30-150份。
CN103113044A公开了一种掺加旧料的高模量沥青混合料，其由集料、矿粉和TLA改性沥青组成，其中集料由路面铣刨后的旧料和新集料组成，TLA改性沥青由基质沥青和湖沥青制备，其中旧料占高模量沥青混合料总质量的30％～70％；将旧料中的老化沥青与TLA改性沥青看作粘结料整体，则粘结料与集料的质量比为4.5％～6.5％，TLA改性沥青占高模量沥青混合料的质量分数为4.3％～6.1％；湖沥青占TLA改性沥青总质量的30％～50％；矿粉占高模量沥青混合料总质量的0.5％～4％；余量为新集料。
“沥青路面铣刨料的性能评价”，焦晓磊，公路工程，第37卷，第5期，2012年10月，结合干线公路养护维修工程，对再生铣刨料的回收沥青性能以及级配组成进行了全面的试验分析，并提出了进行再生料设计时需要考虑的沥青铣刨料相关性质。
然而，在上述文献和其它现有技术中，或者还原再生工艺过于复杂，导致再生成本比较高，或者再生的铣刨料不能够很好地满足道路铺筑要求。本领域需要一种能够以较低成本使路面铣刨料充分再生的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提供了以下技术方案。
在本发明的一方面，提供了一种路面面层铣刨料的还原再生工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)对沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为2-6cm，优选5cm，第二层铣刨厚度为7-10cm，优选8cm或10cm；
(2)对第一层铣刨料进行筛分，收集10-30mm的颗粒，将大于30mm的颗粒破碎后再次进行筛分，获得10-30mm的颗粒，记作颗粒A；将获得的10-30mm的颗粒与乳化沥青、水泥和矿粉以(90-95):(1-2):(2-3):(5-10)的重量比进行混合再生，获得再生料，记作第一再生料，将小于10mm的颗粒收集备用，该颗粒记作颗粒B；其中，
所述矿粉为铁尾矿，该铁尾矿中SiO2含量为35.0-45.0重量％，Fe2O3含量为20.0-22.0％，Al2O3含量为13.5-16.5，CaO含量为6.0重量％-10.0重量％，MgO含量为3.0-3.3重量％，并且掺有基于铁尾矿总重量计1.0-5.0％氢氧化钙；
(3)对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10-20mm的颗粒，记作颗粒C，将颗粒C与颗粒B、水泥、普通沥青、石灰和混凝土外加剂以(40-45):(20-30):(5-10):(5-10):(1-5):(0.001-0.05)的重量比混合进行再生，获得再生料，记作第二再生料。
本发明人研究发现，当使用第一再生料时，通常其强度偏度，因此在其中引入了强度较高的铁尾矿，同时也使铁尾矿得到了很好的再生利用。
乳化沥青的使用使得能够保证再生混合料的生产质量，例如可确保道路的水稳定性和高温稳定性。
水泥不仅可以起到粘结料作用以提高混合料的初期和后期强度，还可以起到乳化沥青的改性剂作用。
优选地，所述乳化沥青为慢裂快凝阳离子型乳化沥青。
特别优选地，所述乳化沥青通过使用N-[2-羟基-3-壬基酚聚氧乙烯醚]丙基三甲基氯化铵作为乳化剂制得。本发明人发现，当使用该乳化剂来制备乳化沥青时，能够以最低的用量实现较大的乳化效果。
在一个优选实施方式中，第一再生料和第二再生料的制备中所用水泥的初凝时间≥3h，终凝时间≥6h，3天抗压强度≥12.0Mpa，28天抗压强度≥33.5Mpa。该水泥的安定性合格。选择该规格的水泥是充分考虑到再生料的各种性质而做出的，其选择过程需要进行大量的工程实验和繁复劳动。
所述石灰优选为消石灰，其CaO+MgO含量大于50％重量。这样的消石灰最适合第二层铣刨料。
本发明人发现，所述再生工艺特别适合的路面面层为服役超过8年的沥青混凝土路面。
在铣刨过程中，第一层的铣刨优选采用一次性全厚度铣刨。这样的铣刨方式比较适合沥青含量较高的第一层，但是对铣刨设备要求比较高，例如对铣刨刀具的强度要求比较高。刀具转子倾斜度优选小于5度。
第二铣刨料的破碎和筛分优选采用破碎-筛分一体机来进行，这样可以使粒径小于10mm的颗粒量最少。这样的一体式装置可以使颗粒在满足10-20mm时即被筛分出，避免了被进一步破碎的发生。在破碎-筛分一体机的破碎搅拌轮(或其它能够起到破碎作用的破碎部件)优选由铁基合金构成，所述铁基合金的组成为，基于该铁基合金的总重量计：0.10-0.65wt％碳,1.5-4.0wt％铬，0.2-0.8wt％钼，0.2-0.8wt％钒，0.02-0.05wt％硅，和0.01-0.02wt％磷，余量为铁和不可避免的杂质，其中所述破碎搅拌轮的表面优选进行了渗氮硬化处理从而具有硬化的表面层，该表面层的厚度为0.01-0.5mm。通过使用这样的合金构成的破碎搅拌轮，由于其较高的剪切强度，可以使粒径小于10mm的颗粒较少，另外，由于其良好的导热性，可以最大程度地避免破碎筛分过程中的过度升温。
在本发明中，所述混凝土外加剂特别优选包含或者是通过使如下单体(I)和单体(II)共聚获得的共聚物：
(I)
其中R1为C1-C6的烷基，例如乙基，R2为C2-C8的烷基，例如丙基，n为3-6的整数；和
(II)α,β-芳族不饱和羧酸；
其中单体(I)和(II)的重量比为60-90:10-40，所述共聚物的重均分子量为600-1800。
在所述结构中，重复的乙氧基单元的存在进一步增强了铺筑混凝土的减水性能，从而克服了由再生料制得的混凝土减水性不足的缺陷。
最优选地，所述α,β-芳族不饱和羧酸具有如下化学结构式：
发现通过在苯环两个间位用F取代，可以进一步增强共聚物的减水性能，从而可以在使用第二再生料的路基材料中加入低至0.01重量％的所述外加剂就可以实现所需减水性能。
本发明的这种具有优异减水性能的外加剂聚合物或其类似物尚未有报导。
聚合方法可以采用本领域常规的聚合方法来进行，例如本体聚合、溶液聚合、乳液聚合法或悬浮聚合。
本发明人经过研究发现，通过加入这样的外加剂，可以提供优异的减水性能，防止道路填筑材料的流动性随着时间降低，非常有利于在道路填筑中进行施工，并且使得能够有效减少水泥的使用，克服第二再生料的减水性能和强度不足的缺陷，使得道路强度高，满足所需要求。
在本发明的另一方面，还提供了所述再生工艺获得的再生料的应用，第一再生料用于铺筑柔性基层路面的面层或上基层，所述第二再生料用于铺筑柔性基层路面的上基层、下基层或底基层。
在本发明的再生料的利用中，优选采用如下工艺进行：将拌和好的第一再生料或第二再生料采用按照热拌沥青混合料摊铺工艺进行摊铺，摊铺速度为1.0-2.0m/min，钢轮初压3遍、胶轮复压3遍、钢轮终压3遍，施工结束后养护3～6d，使路面含水量降至1.5重量％以下，其中在摊铺第一再生料时，在乳化沥青破乳前要及时进行碾压作业。
当采用本发明方法获得的第一再生料和第二再生料进行道路铺筑时，测试其28d无侧限抗压强度高达1.68MPa，这充分满足高等级道路铺筑材料的强度要求(0.8MPa)，甚至达到了高速公路的强度要求，表明本发明的方法获得的再生料能够得到非常良好的再生利用。
具体实施方案
下面结合以下实施例和对比例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
混凝土外加剂的制备
单体(I)的化学结构式为：
其中R1为甲基，R2为乙基，n为5，该单体可以通过将聚乙二醇和甲基基丙烯酸按照常规酯化方法进行酯化、然后将酯化产物与乙氧基氯按照常规消除反应制得，或者可以直接商购自Sigma-Aldrich公司；
单体(II)的化学结构式为：
该单体同样可商购自Sigma-Aldrich；
采用乳液聚合法，向500mL带有机械搅拌装置的圆底烧瓶中加入80g单体(I)和12g单体(II)以及200mL去离子水，搅拌下通氮气，然后加入0.1g过硫酸铵作为引发剂，升温至聚合温度，聚合温度为80℃，保持反应4小时，结束反应后回收聚合产物，经测量所得共聚物的重均分子量为约1600。
实施例2
使用W2000型铣刨机，对房涿段高等级公路的沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为5cm，第二层铣刨厚度为10cm；对第一层铣刨料进行筛分，收集10-30mm的颗粒，将大于30mm的颗粒破碎后再次进行筛分，获得10-30mm的颗粒，记作颗粒A；将获得的10-30mm的颗粒与乳化沥青、水泥和矿粉以90:1:2:5的重量比进行混合再生，获得再生料，记作第一再生料，将小于10mm的颗粒收集备用，该颗粒记作颗粒B；其中，所述矿粉为铁尾矿，该铁尾矿中SiO2含量为43.0重量％，Fe2O3含量为21.0％，Al2O3含量为15.5，CaO含量为10.0重量％，MgO含量为2.5重量％，并且掺有基于铁尾矿总重量计5.0％氢氧化钙，余量为其它杂质；对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10-20mm的颗粒，记作颗粒C，将颗粒C与颗粒B、水泥、普通沥青、石灰和实施例1制备的混凝土外加剂以40:25:8:8:3:0.02的重量比混合进行再生，获得再生料，记作第二再生料。第一再生料用于铺筑柔性基层路面的面层，第二再生料用于铺筑柔性基层路面的下基层，将拌和好的第一再生料或第二再生料采用按照热拌沥青混合料摊铺工艺进行摊铺，摊铺速度为1.5m/min，钢轮初压3遍、胶轮复压3遍、钢轮终压3遍，施工结束后养护6d，使路面含水量降至1.5重量％以下，其中在摊铺第一再生料时，在乳化沥青破乳前要及时进行碾压作业。测试其28d无侧限抗压强度为1.68MPa。
对比例1
重复实施例2的操作，不同之处在于不使用混凝土外加剂。测试其28d无侧限抗压强度为0.62MPa。
对比例2
重复实施例2的操作，不同之处在于使用市售聚羧酸系高性能减水剂作为混凝土外加剂。测试其28d无侧限抗压强度为0.97MPa。
由上述实施例和对比例明显可知，通过采用本发明工艺，能够以较低的成本使路面铣刨料得到充分再利用，并且能够使再生料铺筑的道路满足相关指标要求。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。
Claims (7)
1.一种路面面层铣刨料的还原再生工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)对沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为2-6cm，第二层铣刨厚度为7-10cm；
(2)对第一层铣刨料进行筛分，收集10-30mm的颗粒，将大于30mm的颗粒破碎后再次进行筛分，获得10-30mm的颗粒，记作颗粒A；将获得的10-30mm的颗粒与乳化沥青、水泥和矿粉以(90-95):(1-2):(2-3):(5-10)的重量比进行混合再生，获得再生料，记作第一再生料，将小于10mm的颗粒收集备用，该颗粒记作颗粒B；其中，
所述矿粉为铁尾矿，该铁尾矿中SiO2含量为35.0-45.0重量％，Fe2O3含量为20.0-22.0％，Al2O3含量为13.5-16.5，CaO含量为6.0重量％-10.0重量％，MgO含量为3.0-3.3重量％，并且掺有基于铁尾矿总重量计1.0-5.0％氢氧化钙；
(3)对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10-20mm的颗粒，记作颗粒C，将颗粒C与颗粒B、水泥、普通沥青、石灰和混凝土外加剂以(40-45):(20-30):(5-10):(5-10):(1-5):(0.001-0.05)的重量比混合进行再生，获得再生料，记作第二再生料，所述混凝土外加剂是通过使如下单体(I)和单体(II)共聚获得的共聚物：
(I)
其中R1为C1-C6的烷基，例如乙基，R2为C2-C8的烷基，例如丙基，n为3-6的整数；和
(II)α,β-芳族不饱和羧酸；
其中单体(I)和(II)的重量比为60-90:10-40，所述共聚物的重均分子量为600-1800；
第二铣刨料的破碎和筛分采用破碎-筛分一体机来进行；
所述再生工艺所适用的路面面层为服役超过8年的沥青混凝土路面。
2.根据权利要求1所述的还原再生工艺，其中所述乳化沥青为慢裂快凝阳离子型乳化沥青。
3.根据权利要求2所述的还原再生工艺，其中所述乳化沥青通过使用N-[2-羟基-3-壬基酚聚氧乙烯醚]丙基三甲基氯化铵作为乳化剂制得。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的还原再生工艺，第一层铣刨料和第二层铣刨料再生中所使用的水泥的初凝时间≥3h，终凝时间≥6h，3天抗压强度≥12.0Mpa，28天抗压强度≥33.5Mpa。
5.根据权利要求1或2所述的还原再生工艺，所述石灰为消石灰，其CaO+MgO含量大于50％重量。
6.根据权利要求1-5中任一项所述还原再生工艺获得的再生料的应用，第一再生料用于铺筑柔性基层路面的面层或上基层，所述第二再生料用于铺筑柔性基层路面的上基层、下基层或底基层。
7.根据权利要求6的应用，其中将拌和好的第一再生料或第二再生料采用按照热拌沥青混合料摊铺工艺进行摊铺，摊铺速度为1.0-2.0m/min，钢轮初压3遍、胶轮复压3遍、钢轮终压3遍，施工结束后养护3～6d，使路面含水量降至1.5重量％以下，其中在摊铺第一再生料时，在乳化沥青破乳前要及时进行碾压作业。
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