CN109439005A - 一种耐老化废旧道路沥青再生剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废旧道路工程材料再生领域，具体涉及一种以富芳烃组分为主要原料的耐老化道路沥青再生剂。包括芳烃组分80‑95份、增塑剂4‑18份、抗老化剂2‑6份，改性剂5‑10份，所述抗老化剂为滑石、叶腊石、高岭石、黑云母、白云母中的一种或几种组合。所述改性剂为碳酸钠、氟化钠中的一种或两种，所述的富芳烃组分为糠醛抽出油、芳烃油、橡胶油、环烷基抽出油、中间基抽出油、中间‑环烷基抽出油的一种或几种的组合。所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、苯甲酸酯类的一种或几种的组合。可以有效减缓再生沥青混合料的二次老化，以解决现有道路沥青再生剂抗二次老化性能不足的问题。

Description

一种耐老化废旧道路沥青再生剂

技术领域

本发明涉及废旧道路工程材料再生领域，具体涉及一种以富芳烃组分为主要原料的耐 老化道路沥青再生剂。

背景技术

从20世纪90年代起,我国高等级路面建设进入高速发展时期,但是随着高等级沥青路面 的大面积推广与使用其开裂、车辙、坑槽和松散等各种道路病害问题逐渐显现并趋于损害， 因此对沥青路面的养护与维修是我们目前面临的迫切问题。按照国家公路发展规划，我国 每年将有6000～7000km的高速公路需要大修，大修的规模将超过目前高速公路的在建规模， 平均每年将会产生接近400万吨的废旧沥青混合料，其中5％为沥青，约95％为矿料，如果 不加以利用这些废料不仅会占用大量的耕地、污染周边环境，而且是一种极大的资源浪费， 据估算，如果利用这些废旧沥青混合料则可以每年节省材料费125亿元以上，而且这个数 字还将每年以15％的速度增长。面对这一问题，国内外道路工作者对废旧沥青混合料再生 做了一系列研究工作。如果旧沥青混合料可以有效地用在我国再生沥青路面工程中不仅可 以降低了新集料的消耗，降低路面施工成本，而且可减少能源消耗和温室气体排放，带来 明显的环境效益。因此，旧沥青混合料的再生利用变得非常重要，符合我国可持续发展战 略。

所谓再生就是向老化的废旧沥青或废旧沥青混合料中加入再生剂使之恢复路用性能的 过程。现有的再生剂普遍存在抗二次老化能力差的问题，对废旧沥青混合料路用性能的改 善效果有限。这一问题在很大程度上是由于再生剂的抗老化性能较差导致再生沥青混合料 的疲劳性能也差，从而导致沥青路面使用年限较短。因此，根据废旧沥青混合料的组成成 分与结构特点，本发明提供了一种耐老化的废旧沥青再生剂，不仅可以更充分地利用废旧 沥青混合料，保护环境，也可以降低沥青混合料制备成本，经济效益显著。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种耐老化废旧道路沥青 再生剂，采用了改性剂处理的纳米级层状硅酸盐抗老化剂使再生剂具有优异的抗老化性能， 可以有效减缓再生沥青混合料的二次老化，以解决现有道路沥青再生剂抗二次老化性能不 足的问题。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种耐老化废旧道路沥青再生剂，包括芳烃组分80-95份、增塑剂4-18份、抗老化剂2-6份，改性剂5-10份。

所述纳米级层状硅酸盐为水滑石、叶腊石、高岭石、黑云母、白云母中的一种或几种 组合。

所述改性剂为碳酸钠、氟化钠中的一种或两种。

所述碳酸钠、氟化钠改性剂改善纳米级层状硅酸盐的物化性能，原理为：钠离子与层 状硅酸盐的混合影响层状硅酸盐与水的系统中存在一个动态的吸附-解析平衡，平衡的移动 主要受到阳离子的相对浓度和体系的化学环境，钠离子的掺杂使层状硅酸盐生物阳离子的 交换容量降低，动态平衡趋于解析过程，所以改性剂可以明显改善层状硅酸盐的吸水膨胀 问题，碳酸钠和氟化钠同时能够改善层状硅酸盐的抗氧化性能。

所述的富芳烃组分为糠醛抽出油、芳烃油、橡胶油、环烷基抽出油、中间基抽出油、中间-环烷基抽出油的一种或几种的组合。

所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、苯甲酸酯类的一种或 几种的组合。

上述沥青再生剂的制备方法为：包括如下步骤：

将增塑剂加入富芳烃组分混合，加入纳米级抗老化剂、改性剂后加热处理，然后进行 剪切处理得到沥青再生剂。

优选的，增塑剂加入富芳烃组分后搅拌的时间为80～100秒。

优选的，热处理的温度为80～120℃；优选为100℃。

优选的，剪切的转数为500rpm～1000rpm；剪切的时间为30～50min。

所述沥青再生剂在道路废旧沥青混合料再生中的应用。

本发明的有益效果：

(1)抗老化性能好。本发明所述的抗老化剂属于一种纳米级改性层状硅酸盐，其所具 有纳米级片层结构可以更加高效的阻隔氧气、温度在沥青中的渗透，从而达到减缓沥青的 热氧老化，达到降低沥青的老化程度的目的。同时，纳米级改性层状硅酸盐还可以稳定沥 青和再生剂中的轻质组分，提高再生剂的热稳定性；改性剂可以辅助提高层状硅酸盐的抗 水性和抗氧化性，有效延长沥青的二次氧化时间；

(2)柔韧性和抗拉伸能力强。沥青老化过程中粘度逐渐增加、柔韧性降低、脆性增加。 本发明中所述的增塑剂可以降低被增塑体的玻璃化转变温度，增强被增塑体的柔韧性和拉 伸性能，从而使其粘度降低，提高了其抗冲击能力。增塑剂促进大分子间或链段间的运动， 将其加入到再生剂中可以起到润滑作用而降低沥青质大分子间的“摩擦力”，从而使沥青的 粘度降低，流动性变好。

(3)良好的软化能力。本发明提供的耐老化再生剂中，富芳烃组分用以补充老化沥青 中缺失的轻质组分，对其产生一定的稀释作用，使其在外力作用下分子间更容易滑动，有 效降低了老化沥青的硬度。从而达到软化沥青并恢复沥青流变性能的结果；

(4)综合性能好。本发明所述再生剂制备方法及所需设备简单，易操作，工艺参数便 于控制；使用过程中无需严格控制加入时间等。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有 指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理 解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本 申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也 意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括” 时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

再生剂的各原料组成和质量百分数配比如下：芳烃油80份，邻苯二甲酸乙酯15份，滑石粉5份，碳酸钠5份。制备方法如下：

(1)将邻苯二甲酸乙酯与芳烃油组分按照配比调和，常温下搅拌90s至混合均匀；

(2)向(1)所述预混物中按配比加入滑石粉、碳酸钠，110℃条件下保温30min。

(3)将(2)所述预混物在搅拌温度为110℃，转速为500rpm～1000rpm条件下下剪切30min至形成均匀液体得到所述再生剂。

实施例2

再生剂的各原料组成和质量百分数配比如下：中间-环烷基抽出油80份，对苯二甲酸酯 类10份，滑石粉3份、氟化钠8份。制备方法如下：

(1)将邻苯二甲酸乙酯与芳烃油组分按照配比调和，常温下搅拌90s至混合均匀；

(2)向(1)所述预混物中按配比加入滑石粉、氟化钠，110℃条件下保温30min。

(3)将(2)所述预混物在搅拌温度为110℃，转速为500rpm～1000rpm条件下下剪切30min至形成均匀液体得到所述再生剂。

实施例3------实施例1制备的耐老化沥青再生剂对抽提沥青的性能影响

采用离心抽提法抽提沥青溶液，采用德国infratest公司的20-1120型自动沥青抽提仪。 将废旧沥青混合料加入料斗后，通过振动和离心作用后，混合料会留在筛网中，矿粉被过 滤到矿粉筒中，离心出的沥青溶剂的混合液被收集储存在右侧沥青桶中。为了提高抽提效 率，在抽提前将RAP料在三氯乙烯中浸泡12h。

参照交通部《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTG E20-2011)，将本发明的耐 老化沥青再生剂占抽提沥青12％的质量比加入加热后的抽提沥青中，缓慢搅拌均匀后浇模, 进行针入度、延度、软化点以及低温弯曲蠕变试验测试。弯曲蠕变试验所用弯曲梁流变仪 采用美国CANNON公司TE-BBR-F型，该仪器用于测量沥青低温时蠕变劲度模量S和蠕变速率m值，通过与基质沥青作对比，分析本发明研制的一种耐老化沥青再生剂对抽提沥青性能的影响。测试结果如表1所示。

表1沥青性能对比

测试指标	基质沥青	抽提沥青	再生抽提沥青
				针入度(25℃，0.1mm)	68.3	28.6	64.5
软化点(℃)	48.2	62.5	48.1
				延度(10℃，cm)	40.1	0	42.1
劲度模量(-18℃，MPa)	168	267	125
				蠕变速率(-18℃)	0.39	0.3	0.413

劲度模量是沥青抵抗恒定荷载的度量，反映沥青抵抗永久变形的能力；蠕变速率是荷载 作用后，沥青劲度变化的度量，反映沥青劲度的时间敏感性及应力松弛性能。沥青的蠕变 劲度模量越大，沥青脆性越大；沥青的蠕变速率越大，则意味着会产生较大的松弛，使路 面拉应力减小，低温开裂也随之减小。故试验沥青在低温弯曲蠕变试验中蠕变劲度模量越 小、蠕变速率越大，在低温下抵抗开裂的性能就越好。

抽提沥青由于在道路服役过程中受到光照、降水、氧气等的综合作用已经发生严重老 化，沥青老化后针入度、延度降低，软化点提高。分析表1的测试结果可知：

(1)相比于基质沥青，抽提沥青的针入度和延度显著降低而软化点和粘度明显升高， 说明抽提沥青老化程度较为严重。在加入本发明制备的耐老化沥青再生剂后，抽提沥青的 针入度提高了35.9(0.1mm)，软化点降低了14.4℃，10℃延度提高了42.1cm。各项基本物 理性能基本均恢复到了基质沥青的水平，证明耐老化沥青再生剂对抽提沥青的基本物理性 能具有较好的恢复效果。

(2)加入耐老化沥青再生剂后，抽提沥青的-18℃劲度模量降低了53.2％，蠕变速率提 高了37.7％。综合上述指标来看，抽提沥青在加入耐老化沥青再生剂后，劲度模量变小、蠕 变速率变大，能在更低的温度保证路用性能要求，说明再生剂显著改善了抽提沥青的低温 性能。

实施例4----沥青再生剂的沥青再生性能的对比

本发明通过薄膜烘箱老化试验(TFOT)对再生沥青进行老化，选择薄膜烘箱老化前后 的质量损失、残留针入度比、软化点增值和老化后延度来评价再生沥青的抗老化性能。

为了更好地评价本发明的耐老化沥青再生剂A1的再生效果，发明人又选用再生剂A2 (重庆颂歌能源科技有限公司生产的由特殊的环烷基原油炼制而成的一种高分子聚合物， 采用独特的反序脱蜡工艺生产的一种单组份沥青再生剂)和深圳海川新材料科技股份有限 公司以改性烷基氨多胺为主要成分制备的再生剂A3制备成再生沥青，通过薄膜烘箱老化试 验对再生沥青的抗老化性能进行对比分析。

薄膜烘箱老化试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011T0609-2011)规定的方法进行，试验温度选择(163±1)℃，拉伸速度为5cm/min，老化时 间10h。测试结果如表2所示。

表2不同再生剂的再生沥青性能对比

由表2可知，经薄膜烘箱老化后，三种再生沥青的残留针入度比和15℃延度由高到低 分别为A1、A2、A3，质量损失和软化点增值由高到低分别为A3、A2、A1，说明三种再生沥青的二次老化程度由低到高分别为A1、A2、A3，证明再生沥青A1具有良好的抗老化性能。

实施例4----沥青再生剂的再生沥青混合料路用性能的对比

试验中选用A1型再生剂(与实施例4相同)对旧料掺量为35％(MA11)、50％(MA12)的两种沥青混合料(MA11、MA12)进行了再生沥青混合料性能试验，A1型再生剂掺量为12％。同时选取市场再生剂A2按照与A1相同的掺量制备再生沥青混合料进行对照试验，用来验证A1型再生剂对废旧沥青混合料的再生效果，对再生沥青混合料的路用性能进行评价。

本文按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的AC-20型级配范围，设计要采用的M1、M2再生沥青混合料级配如表3和表4所示。

表3 M1沥青混合料级配

表4 M2沥青混合料级配

筛孔尺寸	26.5	19	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
													级配上限	100.0	90.0	78.0	62.0	50.0	26.0	16.0	12.0	8.0	5.0	4.0	3.0
级配下限	100.0	100.0	92.0	80.0	72.0	56.0	44.0	33.0	24.0	17.0	13.0	7.0
													级配中值	100.0	100	100	95	85	71	61	41	30	22.5	16	11
合成级配	100.0	90.7	83.0	74.7	60.1	39.9	30.8	24.1	15.9	9.7	6.5	4.3

高温稳定性

本发明选择全自动车辙试验仪，按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(T0719-2011)中规定的方法进行车辙试验分析再生沥青混合料的高温稳定性，试件按(T0703) 制作沥青混合料车辙板，试件尺寸长300mm、宽300mm、高50mm，实验温度选择60±0.5℃， 轮压选择0.7MPa。对同一沥青混合料进行三次平行实验取平均值作为试验结果，试验结果 如表4所示，动稳定度计算公式如下：

低温抗裂性

废旧沥青混合料经过长时间的老化，低温性能大幅度下降，对低温抗裂性能的测试主 要采用低温弯曲破坏试验，测定小梁试件的抗弯拉强度和弯拉应变作为评价沥青混合料低 温性能的指标。本发明按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(T 0715-2011)中规 定的方法进行低温弯曲试验。试件按照规程T 0702-2011制作标准马歇尔试件，试件尺寸 直径101.6mm、高63.5mm，加载速率选择50mm/min，试验温度选择60℃，试验结果如表4示。

疲劳性能

选择四点弯曲疲劳试验来评价沥青混合料的疲劳性能，试验按照《公路工程沥青及沥 青混合料实验规程》(T 0739-2011)中规定的方法进行。试件为长380mm±2mm、宽63.5mm±2mm，高50mm±2mm的小梁，试验温度选择15℃，加载频率为10Hz，应变水平选 择400με，在前述试验表明发明研制再生剂再生效果良好的基础上，本发明优选了35％RAP 掺量的再生沥青混合料A和B以及普通沥青混合料进行了测试，试验结果如表5示。

表5各类型再生沥青混合料路用性能测试指标

从表中可知：

(1)基质沥青混合料和四种再生沥青混合料的动稳定度均大于规范要求的800次/mm。 对比两种不同再生沥青混合料来看，在相同旧料掺量下再生沥青混合料MA1的动稳定度均 略低于再生沥青混合料MA2，说明再生沥青混合料MA2的抗车辙能力更好，但同时也说明了 再生沥青混合料MA2中的废旧沥青混合料的再生效果较差，说明了A1型再生剂对再生沥青 混合料的再生效果要优于再生剂A2。

(2)旧料掺量为35％和50％时的再生沥青混合料低温抗裂性均能满足规范规定的普通 沥青混合料最大弯拉应变要大于2000次/mm的要求相比普通沥青混合料。相比于MA2系列 的沥青混合料，再生沥青混合料MA1与MA2的各项低温性能指标基本恢复到了普通沥青混 合料的水平，这是因为再生剂的掺入使沥青胶结料的低温柔韧性提高，从而提高了其低温 抗裂性能，也说明了本发明研制的再生剂A1具有优良的再生效果。

(3)两种再生沥青混合料的疲劳寿命累积耗散能均要低于普通沥青混合料，说明两种 再生沥青混合料的疲劳性能要差于普通沥青混合料。相同RAP掺量下的再生沥青混合料MA1 的疲劳寿命比再生沥青混合料MA2高了7.8％，累积耗散能比再生沥青混合料MA2高了28％， 说明再生沥青混合料MA1的疲劳性能要优于再生沥青混合料MA2，验证了A1型再生剂对废 旧沥青混合料疲劳性能的恢复效果要优于市场再生剂A2。

实施例5----本申请制备的再生剂与蒙脱土或膨润土制备的沥青胶浆的对比

本发明按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的方法，通过 克利夫兰开口杯法、运动粘度试验、薄膜烘箱老化试验对本发明所研制的再生剂A1的各项 指标进行了性能测试，并与市售以蒙脱土或膨润土为抗老化剂制备的再生剂R2(没有改性 剂)作对比，测试结果如表6所示。从表中可以看出本发明所研制的再生剂各项性能指标 均能满足再生剂标准要求，同时相比于市售再生剂，本发明所研制的再生剂也具备更加优 良的耐老化性能。

表6两种沥青再生剂基本性能指标对比

由表2-6可以看出，再生剂的各项性能指标均满足《公路沥青路面再生技术规范》要求， 为后续再生沥青和再生沥青混合料的研究奠定了基础。

对比例1

层状硅酸盐加入改性剂和不加入改性剂的区别；

加入改性剂比不加入改性剂的总离子交换容量有所提高，离子交换主要是阴离子交换， 说明钠离子的掺杂，使层状硅酸盐由主要阳离子交换变为主要阴离子交换，交换容量有所 提高，从而改善层状硅酸盐的抗水性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐老化废旧道路沥青再生剂，其特征在于：包括芳烃组分80-95份、增塑剂4-18份、抗老化剂2-6份，改性剂5-10份，所述改性剂为碳酸钠、氟化钠中的一种或两种；

所述纳米级层状硅酸盐为水滑石、叶腊石、高岭石、黑云母、白云母中的一种或几种组合。

2.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于：所述的富芳烃组分为糠醛抽出油、芳烃油、橡胶油、环烷基抽出油、中间基抽出油、中间-环烷基抽出油的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、苯甲酸酯类的一种或几种的组合。

4.权利要求1-3所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

将增塑剂加入富芳烃组分混合，加入抗老化剂后加热处理，然后进行剪切处理得到沥青再生剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：增塑剂加入富芳烃组分后搅拌的时间为80～100秒。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：热处理的温度为80～120℃；优选为110℃。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：剪切的转数为500rpm～1000rpm；优选为800rpm。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：剪切的时间为30～50min；优选为40min。

9.权利要求1-3所述的沥青再生剂在道路废旧沥青混合料再生中的应用。