CN109678399B - 一种温拌沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温拌沥青混合料配置工艺，其包括88‑93份矿料、6‑10份改性温拌沥青和1‑2份纤维，其中，所述改性温拌沥青包括以下重量份的组分：66‑76份基质沥青，7.5‑10份橡胶裂解油、6‑8份塑料裂解蜡、6‑7份烷烃油、2‑4聚合物、2‑4份脂肪酸和0.5‑1份添加剂。制备时，将加热到120‑140℃的矿料投入拌合缸，按比例放入105‑125℃的热沥青和温拌沥青改性剂，搅拌2‑4分钟，再投入纤维，拌合0.5‑1分钟，制备得温拌沥青混合料。本发明提供的温拌沥青混合料，改善了温拌沥青混合料的抗水损害、抗车辙、安疲劳等性能，应用在道路建设中，不仅有效延长了道路的使用寿命，并且制备工艺简单，成本低，具有很大的经济效益和社会效益，符合绿色生态和可持续发展的特点。
Description
技术领域
本发明属于道路工程建设技术领域，尤其涉及一种温拌沥青混合料及其制备方法。
背景技术
目前，我国道路工程建设正在处于迅速发展时期，而沥青路面由于良好的路用性能在道路路面类型中占据着相当大比例。有两种类型沥青混合料在沥青路面施工中应用广泛，一种是热拌沥青混合料(Hot Mix Asphalt，HMA)，一种是冷拌沥青混合料(Cold MixAsphalt，CMA)。热拌沥青混合料是国内外高速公路建设中使用最为广泛的铺装材料，其最大的缺点在于混合料的拌合及摊铺、碾压需要较高的温度，这不仅会消耗大量的能源，而且在施工过程中会排放大量的有毒气体，产生大量粉尘，对周围环境及施工人员造成不可估量的伤害。此外，沥青在高温过程加热工程中会发生老化，影响混合料的性能。冷拌沥青混合料一般采用的是乳化沥青或液体沥青与矿料在常温状态下拌和、摊铺，并不需要对混合料进行加热处理，因而可以减少能源消耗，减少污染气体的排放。但冷拌沥青混合料的路用性能，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。
温拌沥青(120-150℃)混合料是介于热拌(150-180℃)沥青混合料和冷拌(10-40℃)沥青混合料之间，性能与热拌沥青混合料相差不大的新型沥青混合料。温拌沥青的制备和使用不仅减少了能源的消耗，而且能够减少有毒气体的排放，避免施工过程中对施工人员的伤害和环境污染。因此，温拌沥青混合料及其制备方法是目前道路建设的研究热点之一。
温拌沥青最早由欧洲的Shell和Kolo-veidekke公司于1995年联合研制出来，在1996年进行了现场试验，并在2000年的国际会议上第一次提出了温拌沥青。随后，日本和欧洲等发达国开始大量研制并应用温拌沥青，在2003年就达到30000t。据统计，自1997年以来国外已有超过140个工程使用温拌沥青技术，铺筑面积达2.271km2，工程涉及澳大利亚、比利时、法国、德国、英国和美国等国家。
温拌沥青发展至今，已有多种多样的形式，例如专利申请CN105314930A公开了一种温拌沥青混合料，其包括了石料、矿粉、沥青和温拌剂，其所用沥青为SBS改性沥青。专利申请CN108658510A公开了一种温拌沥青混合料，由以下质量份数的原料制成：95份矿料，5份温拌沥青，0.5-2份降粘润滑剂和0.0-1份纤维。上述温拌沥青混合料，虽然从不同角度或方式进行了改进，以提高沥青路面弹性恢复功能和力学性能。但是其制备工艺成本仍然较高，能耗相对较大，并且无法真正实现混合料性能好，同时又能降低制备与使用的成本。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种温拌沥青混合料及其制备方法，该温拌沥青混合料不仅具有优异的性能，应用于道路建设中能有效延长道路的使用寿命，其生产成本也较低。
本发明提供了一种温拌沥青混合料，包括以下重量份数的组分：88-93份矿料、6-10份改性温拌沥青和1-2份纤维，
其中，所述改性温拌沥青包括以下重量份的组分：66-76份基质沥青，7.5-10份橡胶裂解油、6-8份塑料裂解蜡、6-7份烷烃油、2-4聚合物、2-4份脂肪酸和0.5-1份添加剂。
进一步地，所述矿料包括碎石、轧碎砾石、石屑、砂或矿粉中的两种或多种。
进一步地，所述纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维或木质素纤维中的一种或多种。
更进一步地，所述纤维长度≤5mm。
进一步地，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、丁苯橡胶中的一种或多种。
进一步地，所述添加剂为芳香烃类有机溶剂，包括苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种。
进一步地，所述改性温拌沥青的制备方法包括以下步骤：
(1)基质沥青加热，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡混合后，得混合物1备用；
(2)另取烷烃油加热后，加入聚合物，使聚合物搅拌至溶解，加入混合物1和添加剂混合后，加入脂肪酸，即得改性温拌沥青。
更进一步地，所述改性温拌沥青的制备方法中步骤(1)在140-160℃条件下搅拌混合基质沥青、橡胶裂解油和塑料裂解蜡，搅拌时间为20-30min。
更进一步地，所述改性温拌沥青的制备方法中步骤(2)将烷烃油加热至100-120℃，加入聚合物，在100-120℃下采用高速剪切机进行搅拌，使聚合物全部溶解，降温至40-60℃，加入混合物1和添加剂，搅拌并保温8-12min，最后加入脂肪酸搅拌8-12min，即得改性温拌沥青。
本发明还提供一种上述温拌沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性温拌沥青，并加热；
(2)加热矿料；
(3)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合，最后加入重量份的纤维进行拌合，即得温拌沥青混合料。
进一步地，所述步骤(1)中改性温拌沥青加热至105-125℃。
进一步地，所述步骤(2)中矿料加热至105-125℃。
进一步地，所述步骤(3)中，将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合2-4min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合1-2min，最后加入重量份的纤维进行拌合0.5-1min，即得温拌沥青混合料。
进一步地，所述步骤(3)中，拌合为混合搅拌；
其中第一次加入半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v1表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min。
进一步地，所述步骤(3)中，第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min。
进一步地，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明的温拌混合料改善了温沥青混合料的抗水损害、抗车辙、安疲劳等性能，应用于道路建设中，不仅在用料少的情况下，提高了道路的使用寿命，而且生产工艺简单，成本低，对拌合设备也无腐蚀，具有很大的经济效益和社会效益；有害气体产生量明显低于相对应的热拌沥青混合料，符合绿色生态和可持续发展的特点。
在温拌沥青混合料的制备过程中，根据搅拌的实时温度和实时时间调节搅拌的速度，沥青具有一定粘性，随着搅拌温度的增加增大搅拌速度，使得温拌沥青与混合料更加均匀。另外，在矿料与改性温拌沥青拌合采用分阶段的形式，能够降低搅拌工作能源，从而降低生产成本。
最后，随着纤维加入量的增加，搅拌时间增长，能够更加均匀地将纤维在沥青混合料中以三维相分散，如同混凝土中的钢筋起到加筋作用，可有效避免路面车辙。
具体实施方式
下面结合实例对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1一种温拌沥青改性混合料及其制备
本实施例温拌沥青混合料由以下重量份的组分制备而成：88份矿料、10份温拌沥青和2份纤维。具体而言，所述改性温拌沥青包括以下组分：66份基质沥青，10份橡胶裂解油、8份塑料裂解蜡、7份烷烃油、4聚合物、4份脂肪酸和1份其他添加剂。所述聚合物为聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物1:1混合。所述添加剂为芳香烃类有机溶剂苯。所述纤维为聚丙烯纤维，且长度≤5mm。
制备方法：
(1)制备改性温拌沥青，并加热至110℃，其中制备过程如下：
①基质沥青加热至熔融状态，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡在150℃搅拌25min混合后，得混合物1备用；
②另取烷烃油加热至110℃后，加入聚合物，在110℃条件下采用高速剪切机进行搅拌，使聚合物溶解，降温至50℃后，加入混合物1和添加剂混合后保温搅拌10min，加入脂肪酸搅拌10min，即得改性温拌沥青；
(2)加热矿料至110℃；
(3)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合3min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合1.5min，最后加入重量份的纤维进行拌合0.8min，即得温拌沥青混合料
其中第一次加入一半的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v1表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min；
第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min；
最后，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
实施例2一种温拌沥青改性混合料及其制备
本实施例温拌沥青混合料由以下重量份的组分制备而成：90份矿料、8.5份温拌沥青和1.5份纤维。具体而言，所述改性温拌沥青包括以下组分：66份基质沥青，10份橡胶裂解油、8份塑料裂解蜡、7份烷烃油、4聚合物、4份脂肪酸和1份其他添加剂。所述聚合物为乙烯-辛烯共聚物混合。所述添加剂为芳香烃类有机溶剂二甲苯。所述纤维为木质素纤维，且长度≤5mm。
制备方法：
(1)制备改性温拌沥青，并加热至105℃，其中制备过程如下：
①基质沥青加热至熔融状态，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡在150℃搅拌20min混合后，得混合物1备用；
②另取烷烃油加热至100℃后，加入聚合物，在100℃条件下采用高速剪切机进行搅拌，使聚合物溶解，降温至40℃后，加入混合物1和添加剂混合后保温搅拌8min，加入脂肪酸搅拌8min，即得改性温拌沥青；
(2)加热矿料至105℃；
(3)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合2min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合1min，最后加入重量份的纤维进行拌合0.5min，即得温拌沥青混合料
其中第一次加入一半的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v1表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min；
第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min；
最后，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
实施例3一种温拌沥青改性混合料及其制备
本实施例温拌沥青混合料由以下重量份的组分制备而成：93份矿料、6份温拌沥青和1份纤维。具体而言，所述改性温拌沥青包括以下组分：66份基质沥青，10份橡胶裂解油、8份塑料裂解蜡、7份烷烃油、4聚合物、4份脂肪酸和1份其他添加剂。所述聚合物为聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物1:1:1混合。所述添加剂为芳香烃类有机溶剂甲苯。所述纤维为聚酯纤维，且长度≤5mm。
制备方法：
(1)制备改性温拌沥青，并加热至125℃，其中制备过程如下：
①基质沥青加热至熔融状态，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡在160℃搅拌30min混合后，得混合物1备用；
②另取烷烃油加热至120℃后，加入聚合物，在120℃条件下采用高速剪切机进行搅拌，使聚合物溶解，降温至60℃后，加入混合物1和添加剂混合后保温搅拌12min，加入脂肪酸搅拌12min，即得改性温拌沥青；
(2)加热矿料至125℃；
(3)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合4min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合2min，最后加入重量份的纤维进行拌合1min，即得温拌沥青混合料
其中第一次加入一半的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
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T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min；
第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min；
最后，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
实施例3一种温拌沥青改性混合料及其制备
本实施例温拌沥青混合料由以下重量份的组分制备而成：90份矿料、8.5份温拌沥青和1.5份纤维。具体而言，所述改性温拌沥青包括以下组分：76份基质沥青，7.5份橡胶裂解油、6份塑料裂解蜡、6份烷烃油、2份聚合物、2份脂肪酸和0.5份其他添加剂。所述聚合物为聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物混合。所述添加剂为芳香烃类有机溶剂苯。所述纤维为聚丙烯纤维，且长度≤5mm。
制备方法：
(1)制备改性温拌沥青，并加热至115℃，其中制备过程如下：
①基质沥青加热至熔融状态，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡在145℃搅拌混合后，得混合物1备用；
②另取烷烃油加热至115℃后，加入聚合物，在115℃条件下采用高速剪切机进行搅拌，使聚合物溶解，降温至53℃后，加入混合物1和添加剂混合后保温搅拌10min，加入脂肪酸搅拌10min，即得改性温拌沥青；
(2)加热矿料至115℃；
(3)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合3min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合1.5min，最后加入重量份的纤维进行拌合0.8min，即得温拌沥青混合料
其中第一次加入一半的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v1表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min；
第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min；
最后，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
对比例1未对搅拌速度进行实时控制制备得到的温拌沥青改性混合料及其制备
除未对搅拌温度、搅拌速度进行实时控制外，其余同实施例1。
组分同实施例1，制备方法步骤(1)-(2)同实施例1，
步骤(3)具体为将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合4min，搅拌速度800r/min；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合2min，搅拌速度500r/min；最后加入纤维进行拌合1min，搅拌速度600r/min，即得温拌沥青混合料
对比例2未对温拌沥青进行改性制备得到的温拌沥青改性混合料及其制备
除未对沥青进行改性外，其余同实施例1。
对比例3不同改性方法对温拌沥青进行改性制备得到的温拌沥青改性混合料及其制备
除沥青改性方法不同外，其余同实施例1。
具体沥青改性方法如下：
将烷烃油及橡胶裂解油混合并加热升温至110℃；加入聚合物改性剂，温度控制在110℃范围内，采用高速剪切机1000r/min的速率下搅拌100min，使聚合物全部溶解；在40-60℃温度范围内继续加入添加剂，人工搅拌并保温10min，最后加入废塑料裂解蜡，高速剪切机1000r/min搅拌10min，冷却至常温，将基质沥青加热至熔融状态后，加入上述混合物中，搅拌10min即得。
其中，聚合物改性剂为：聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物1:1混合；
添加剂为苯。
上述实施例1-4，对比例1-3中矿料性质见表1。
表1矿料性质表
测定上述实施例1-4，对比例1-3的混合料性能，见表2。
表2混合料性能分析表
以上数据可以看出，本发明的温拌沥青混合料及工艺有效降低了混合料的施工温度，从而达到节约能源、减少环境污染，避免施工过程中沥青热老化现象，同时混合料的性能未受影响。混合料中加入纤维及沥青改性剂，在湿拌和运输过程中溶胀于沥青中，形成凝胶层，从而提高沥青路面弹性恢复功能，能够提高它的力学性能，抗车辙性能得到改善。
上述所述仅为本发明的优选具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明所揭露的技术范围内，可以对相关技术特征进行等同的变化或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种温拌沥青混合料的制备方法，
所述温拌沥青混合料包括以下重量份数的组分：88-93份矿料、6-10份改性温拌沥青和1-2份纤维，其中，所述改性温拌沥青包括以下重量份的组分：66-76份基质沥青，7.5-10份橡胶裂解油、6-8份塑料裂解蜡6-7份烷烃油、2-4聚合物、2-4份脂肪酸和0.5-1份添加剂；
所述温拌沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备改性温拌沥青：基质沥青加热，加入橡胶裂解油，塑料裂解蜡混合后，得混合物1备用；另取烷烃油加热后，加入聚合物，使聚合物搅拌至溶解，加入混合物1和添加剂混合后，加入脂肪酸，即得改性温拌沥青；
(2)加热改性温拌沥青；
(3)加热矿料；
(4)将矿料投入拌合缸，投入一半改性温拌沥青进行拌合；再投入另一半改性温拌沥青进行拌合，最后加入重量份的纤维进行拌合，即得温拌沥青混合料；
其特征在于，所述步骤(4)中，拌合为混合搅拌，其中第一次加入半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v1表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
t表示实时搅拌时间，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v0表示预设搅拌速度，其为800r/min。
2.根据权利要求1所述的温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，第二次加入另一半重量份的改性温拌沥青进行拌合时，搅拌温度和搅拌速率关系如下式
式中，v2表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度值105℃，
t0表示参考预设搅拌时间2分钟，
v10表示预设搅拌速度，其为500r/min。
3.根据权利要求1所述的温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加入纤维进行拌合时，搅拌速率和纤维添加量关系如下式：
式中，v3表示实时搅拌速度，
T表示实时温度，
T0表示参考预设温度105℃，
v20表示参考预设搅拌速度600r/min，
g表示加入的纤维质量，
G表示温拌沥青混合料的总重量。
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