CN110330271B - 厂拌热再生沥青混合料及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青再生料制备的技术领域，公开了厂拌热再生沥青混合料及其加工方法。所述厂拌热再生沥青混合料按重量份计包括：铣刨旧料90‑100份、聚乙二醇20‑30份、碎石料25‑50分、改性剂3‑8份、矿粉5‑10份、温拌剂5‑10份；所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC‑13型沥青混合料，所述AC‑13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。本发明利用多重试验来检测出最佳油石比，再通过最佳油石比来求解出新沥青所需添加的量，从而使再生沥青的粘度、抗高温以及混合料水稳定性达到最佳，具有显著的经济效益和社会效益，在保证工程质量的前提下，节省投资降低工程造价，提高公路的通行能力，降低运输成本。
Description
技术领域
本发明专利涉及沥青再生料制备的技术领域，具体而言，涉及厂拌热再生沥青混合料及其加工方法。
背景技术
我国公路经过十多年的迅速发展，将有大量的沥青路面进入大、中修期，沥青路面再生与传统的沥青路面维修方式相比，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、环境效益，随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，沥青路面再生利用技术越来越受到人们的重视。
厂拌热再生是将回收的冷铣刨路面材料在沥青拌合厂，以一定比例的新集料、新沥青等拌制成热拌再生混合料铺筑路面的技术，现有技术中的厂拌热再生包括温拌沥青混合料(WMA)与热拌沥青混合料(HMA)，但两种厂拌热再生技术均是需要试验出新旧沥青集料的最佳混合比，再通过最佳混合比来计算出最终的新合成沥青用量，但在实际生产中时，影响新合成沥青用量的最关键的因素是油石比，而RAP掺量也是影响再生沥青混合料后续抗车辙能力与水稳定性的重要因素，因此探索出最佳油石比设计，是本发明亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供厂拌热再生沥青混合料及其加工方法，使铣刨旧料能够被大幅度重新利用，并且还添加了聚乙二醇，聚乙二醇对新沥青中的3-4-苯并芘具有很好的去除效果，从而降低再生沥青混合料的毒性，旨在解决现有技术中影响新合成沥青用量的最关键的因素是油石比，而RAP掺量也是影响再生沥青混合料后续抗车辙能力与水稳定性的重要因素的问题。
本发明是这样实现的，厂拌热再生沥青混合料，按重量份计包括：铣刨旧料90-100份、聚乙二醇20-30份、碎石料25-50分、改性剂3-8份、矿粉5-10份、温拌剂5-10份。
进一步地，所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。
进一步地，所述碎石料为粒径2-16mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径12-20mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为5-10:2-3。
进一步地，所述改性剂为丁苯橡胶改性剂、聚乙稀改性剂中的任意一种。
厂拌热再生沥青混合料的加工方法，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计：首先分别对WMA与HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据。
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为WMA油石比；
Pb—为HMA油石比；
n1—为WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到115-120℃，转入拌合缸中，在130-140℃拌合2-3min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至100-120℃拌合4-5min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
在S5中，所加入的温拌剂为EC130温拌剂，以改变混合料的粘滞度从而实现低温碾压的目的。
所述HMA和WMA的最佳油石比的制得方式为：读取毛体积相对密度、空隙率VV、矿料间隙率VMA与稳定度MS中的最佳油石比，再通过最佳油石比数据叠加求平均值所制得。
在S2中，所计算得出的最佳油石比数据需进行检验，所述检验方式是根据矿料的合成相对密度、沥青的相对密度、混合料体积指标等参数，在试验之前进行理论计算。
所述最佳油石比数据检验的公式为：
其中，由前期检测得：矿料合成毛体积相对密度γsb＝3.037，沥青相对密度γb＝1.022，沥青吸收系数C＝0.684，合成矿料吸水率wx＝0.952，目标空隙率VV＝4％，矿料间隙率VMA＝14.5％。
所述最佳油石比数据检验的公式计算得出的最佳油石比OAC＝4.80，与HMA和WMA的最佳油石比试验结果较为接近，即所计算的最佳油石比数据成立。
与现有技术相比，本发明提供的厂拌热再生沥青混合料及其加工方法，具备如下优点：
1、本发明在厂拌热再生沥青混合料工程应用中铣刨料的掺量最高达到了80％以上，使铣刨旧料能够被大幅度重新利用，并且还添加了聚乙二醇，聚乙二醇对新沥青中的3-4-苯并芘具有很好的去除效果，从而降低再生沥青混合料的毒性，保护了环境；
2、为了使再生沥青混合料达到最佳的粘性效果，本发明利用多重试验来检测出最佳油石比，再通过最佳油石比来求解出新沥青所需添加的量，从而使再生沥青的粘度、抗高温以及混合料水稳定性达到最佳，具有显著的经济效益和社会效益，在保证工程质量的前提下，节省投资降低工程造价，提高公路的通行能力，降低运输成本。
附图说明
图1是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中的级配曲线图；
图2是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中毛体积相对密度-油石比曲线图；
图3是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中空隙率-油石比曲线图；
图4是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中矿料间隙率-油石比曲线图；
图5是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中有效沥青饱和度-油石比曲线图；
图6是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中稳定度-油石比曲线图；
图7是本发明提供的厂拌热再生沥青混合料中流值-油石比曲线图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段及所达到的具体功能，下面以具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
实施例1
厂拌热再生沥青混合料，按重量份计包括：铣刨旧料90份、聚乙二醇20份、碎石料25分、改性剂3份、矿粉5份、温拌剂5份。
所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。
所述碎石料为粒径2mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径12mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为5:2。
所述改性剂为丁苯橡胶改性剂。
厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计：首先分别对WMA与HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据。
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为WMA油石比；
Pb—为HMA油石比；
n1—为WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到115℃，转入拌合缸中，在130℃拌合2min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至100℃拌合4min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
实施例2
厂拌热再生沥青混合料，按重量份计包括：铣刨旧料95份、聚乙二醇22份、碎石料35分、改性剂5份、矿粉7份、温拌剂7份。
所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。
所述碎石料为粒径5mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径15mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为6:2。
所述改性剂为聚乙稀改性剂。
厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计：首先分别对WMA与HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据。
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为WMA油石比；
Pb—为HMA油石比；
n1—为WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到116℃，转入拌合缸中，在132℃拌合2min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至105℃拌合4min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
实施例3
厂拌热再生沥青混合料，按重量份计包括：铣刨旧料95份、聚乙二醇28份、碎石料40分、改性剂6份、矿粉8份、温拌剂8份。
所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。
所述碎石料为粒径10mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径18mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为8:3。
所述改性剂为丁苯橡胶改性剂。
厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计：首先分别对WMA与HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据。
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为WMA油石比；
Pb—为HMA油石比；
n1—为WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到118℃，转入拌合缸中，在138℃拌合3min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至115℃拌合5min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
实施例4
厂拌热再生沥青混合料，按重量份计包括：铣刨旧料100份、聚乙二醇30份、碎石料50分、改性剂8份、矿粉10份、温拌剂10份。
所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出。
所述碎石料为粒径16mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径20mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为10:3。
所述改性剂为聚乙稀改性剂。
厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计：首先分别对WMA与HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据。
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为WMA油石比；
Pb—为HMA油石比；
n1—为WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到120℃，转入拌合缸中，在140℃拌合3min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至120℃拌合5min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
试验例
在S1中进行级配确定，通过实验统计出表1：
表1 AC-13沥青混合料级配设计(质量分数表示)
由表1的数据，即能够制得图1，统计出合成级配曲线图。
检测温拌沥青混合料(WMA)与热拌沥青混合料(HMA)的各项性能指标约束条件如表2所示：
表2
由表2以及附图2-7的油石比对马歇尔试验各项指标的影响可以看出以下几点：
(1)随着油石比的增大，毛体积相对密度先增大后减小，HMA在5.34％油石比处出现峰值，WMA在5.52％油石比处出现峰值；
(2)空隙率随油石比的增加持续减小，HMA在4.65％油石比处取得目标空隙率，在4.09％～5.00％油石比范围内都能满足空隙率要求，WMA在4.77％油石比处取得目标空隙率，在4.17％～5.14％油石比范围内都能满足空隙率要求；
(3)随着油石比的增大，矿料间隙率先减小后增大，无论是HMA还是WMA，即便最低值也能满足规范要求；
(4)沥青饱和度随油石比的增加持续增大，HMA在4.56％油石比处取得最适值，WMA在4.66％油石比处取得最适值；
(5)随着油石比的增大，稳定度呈现先上升后降低的趋势，HMA在4.83％油石比处取得峰值，WMA在4.82％油石比处取得峰值；
(6)流值随油石比单调递增，HMA在4.00％～5.39％油石比范围内都能满足要求，WMA在4.00％～5.24％油石比范围内都能满足要求。
另外，通过上述内容，可分别计算出HMA和WMA的最佳油石比；如表3所示：
表3
最终确定HMA的最佳油石比为4.69％，WMA的最佳油石比为4.80％。
本发明的厂拌热再生沥青混合料结果验证和讨论：
对于配合比设计的结果，还需要进行验证。只有在确定的级配和最佳油石比条件下成型的马歇尔试件各项性能指标都达到要求时，配合比才是合适的，否则应重新修正。验证时不必单独配料，选取保温时间2h。
配合比设计即要求沥青混合料的各项性质均能达到最优，对于AC-13，气候分区1-4，检验HMA和WMA在确定的级配和最佳油石比条件下的各项马歇尔技术指标同时满足规范要求，见表4：
表4
沥青混合料的最佳油石比，可以根据矿料的合成相对密度、沥青的相对密度、混合料体积指标等参数，在试验之前进行理论计算。林绣贤等(2003)[[86]林绣贤等.HMA和SMA最佳油石比快速确定法[J].华东公路,2003(2):88-92.][86]通过对沥青混合料压实试件各成分的体积分析，将最佳油石比视为有效沥青油石比与集料吸收的沥青油石比之和，给出了经验公式预估最佳油石比，其验证方式如下：
矿料合成毛体积相对密度γsb＝3.037，沥青相对密度γb＝1.022，沥青吸收系数C＝0.684，合成矿料吸水率wx＝0.952，目标空隙率VV＝4％，矿料间隙率VMA＝14.5％(取规范最低值+0.5％为最佳值)，计算得最佳油石比OAC＝4.80，与HMA和WMA的最佳油石比试验结果较为接近，从而能够保证再生沥青混合料达到最佳的粘性效果，使再生沥青的粘度、抗高温以及混合料水稳定性达到最佳，具有显著的经济效益和社会效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.厂拌热再生沥青混合料，其特征在于，按重量份计包括：铣刨旧料90-100份、聚乙二醇20-30份、碎石料25-50分、改性剂3-8份、矿粉5-10份、温拌剂5-10份；
所述厂拌热再生沥青混合料还包括AC-13型沥青混合料，所述AC-13型沥青混合料的重量份需经过计算得出；
在对所述AC-13型沥青混合料的重量份计算时，首先分别对温拌沥青混合料WMA与热拌沥青混合料HMA生产出的AC-13型沥青混合料的试件进行马歇尔试验，分别测定其稳定度MS和流值FL，其次采用表干法分别测定试件的25℃毛体积相对密度，并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA和有效沥青饱和度VFA等体积指标，最后以油石比为横坐标，试件的各项性能指标为纵坐标，将试验结果以四次曲线圆滑地连接起来，最终得到最佳油石比数据；
通过最佳的最佳油石比计算新沥青用量，计算公式为：
Pnd＝4.8％-Pa×n1×(1-n)-6.74％×n2×(1-n)，其中：
Pnd—为再生混合料的新沥青用量；
Pa—为温拌沥青混合料WMA油石比；
n1—为温拌沥青混合料WMA再生混合料RAP的掺配比例；
n2—为热拌沥青混合料HMA再生混合料RAP的掺配比例；
n—为再生混合料RAP总的掺配比例；
最终计算得出的Pnd为AC-13型沥青混合料所需的量。
2.如权利要求1所述的厂拌热再生沥青混合料，其特征在于，所述碎石料为粒径2-16mm石灰岩或玄武岩，所述矿粉为粒径12-20mm的高炉矿渣与石膏的混合物，所述高炉矿渣与石膏混合比例为5-10:2-3。
3.如权利要求2所述的厂拌热再生沥青混合料，其特征在于，所述改性剂为丁苯橡胶改性剂、聚乙稀改性剂中的任意一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.级配的确定：依次将铣刨旧料、碎石料、矿粉进行筛分，并调整各档矿料的用量比例，确定合成级配在级配下限与级配上限之间，并记录下各组分数据量；
S2.最佳油石比设计；
S3.计算新沥青用量：通过最佳的最佳油石比计算沥青用量；
S4.混合：将铣刨旧料、AC-13型沥青、聚乙二醇、碎石料、改性剂、矿粉放入预热筒，加热到115-120℃，转入拌合缸中，在130-140℃拌合2-3min；
S5冷却：再加入温拌剂，再降温至100-120℃拌合4-5min，之后倒出混合料，即制得厂拌热再生沥青混合料。
5.如权利要求4所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，在S5中，所加入的温拌剂为EC130温拌剂，以改变混合料的粘滞度从而实现低温碾压的目的。
6.如权利要求5所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，所述HMA和WMA的最佳油石比的制得方式为：读取毛体积相对密度、空隙率VV、矿料间隙率VMA与稳定度MS中的最佳油石比，再通过最佳油石比数据叠加求平均值所制得。
7.如权利要求6所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，在S2中，所计算得出的最佳油石比数据需进行检验，所述检验方式是根据矿料的合成相对密度、沥青的相对密度、混合料体积指标等参数，在试验之前进行理论计算。
8.如权利要求7所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，所述最佳油石比数据检验的公式为：
其中，由前期检测得：矿料合成毛体积相对密度γsb＝3.037，沥青相对密度γb＝1.022，沥青吸收系数C＝0.684，合成矿料吸水率wx＝0.952，目标空隙率VV＝4％，矿料间隙率VMA＝14.5％。
9.如权利要求8所述的厂拌热再生沥青混合料的加工方法，其特征在于，所述最佳油石比数据检验的公式计算得出的最佳油石比OAC＝4.80，与HMA和WMA的最佳油石比试验结果较为接近，即所计算的最佳油石比数据成立。
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