CN111518404B - 环保型温拌沥青再生剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

环保型温拌沥青再生剂及其制备方法，本发明属于道路工程领域，它为了解决现有沥青再生剂材料扩散效果不好以及拌和温度较高的问题。制备方法：一、称取生物沥青，环氧豆油，固化剂，秸秆纤维和环氧树脂作为原料；二、将原料中的生物沥青置于反应器中，加入固化剂，在50～60℃温度下搅拌均匀，得到混合物，加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下搅拌处理，加入秸秆纤维，在50～60℃温度下继续搅拌，得到再生剂有效组分；三、将再生剂有效组分和原料中的环氧树脂混合。本发明采用生物沥青等有效组分恢复老化沥青性能，通过环氧大豆油增强扩散作用，且实现了再生沥青混合料的温拌生产，生产工艺简单节能。

Description

环保型温拌沥青再生剂及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种环保型温拌沥青再生剂及其制备方法。
背景技术
截止2018年底，我国公路总里程达484.65万公里，其中公路养护里程占公路总里程的98.2％，同时二级及以上公路里程达到64.78万公里，这其中相当大一部分采用沥青混凝土路面，由此每年因路面养护维修等工程将产生数以千万吨计的废旧沥青混合料(RAP)。目前，RAP的综合处置正在逐渐成为交通领域可持续发展的重要研究内容，《交通强国建设纲要》中也指出“促进资源节约集约利用，推广废旧材料再生和综合利用，推动交通发展由追求速度规模向更加注重质量效益转化”。然而，受限于材料开发的进度和施工技术仍存在的局限性，目前国内沥青路面旧料的利用率仍偏低，且基本无法实现路面再生材料的原位高端再生，这与再生沥青混合料的性能密切相关，往往RAP的大量掺入，会对沥青混合料使用性能产生负面影响。而再生剂的品质又是决定再生沥青混合料性能的重要因素，因此，针对RAP的高效循环利用，开发新型沥青再生剂是未来道路工程领域发展的必然趋势。
另一方面，再生沥青混合料往往在集料与集料之间形成了旧集料/旧沥青/再生剂/新沥青/新集料的五层夹层结构，或者旧集料/旧沥青/再生剂/新沥青/再生剂/旧沥青/旧集料的七层夹层结构，而再生结构的性能破坏大概率发生在夹层结构中的薄弱环节，这也使得开裂问题成为再生混合料面临的主要性能问题。故此，沥青再生剂材料设计不仅要考虑其有效组分在老化沥青中的扩散效果，还要注重界面性能的加强设计，以保证再生料中老化沥青性能得到恢复的同时，再生夹层结构中的薄弱环节亦可得到巩固加强，旨在最终改善再生沥青混合料的综合性能。
另外，“节能减排”和“减少C排放”都是践行可持续发展理念的重要举措。在沥青混合料生产过程中，100℃的拌和温度能同比节省能源约25％～30％，更能在一定程度上减少C排放。因此，在废旧沥青混合料再生过程中，如果能保证再生料拌和均匀性和路用性能，同时降低拌和温度，将是实现“节能减排”的有效方式。此外，生物沥青属于可再生能源物质的次级产物，且黏度低，可在较低温度下拌合施工，而且生物沥青的材料组分有利于RAP中老化沥青性能的恢复。同时，利用农作物秸秆制成的路用纤维，亦可提高再生沥青混合料综合性能。总之，应用环保理念并使用环境友好型材料开发沥青再生剂，实现废旧沥青混合料高效循环利用的同时，将具有重大的环境效益。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有沥青再生剂材料扩散效果不好以及拌和温度较高的问题，而提供一种环保型温拌沥青再生剂及其制备方法。
本发明环保型温拌沥青再生剂按照质量份数由20～50份生物沥青、20～50份环氧豆油、10～15份固化剂、5～10份秸秆纤维和10～15份环氧树脂混合而成。
本发明环保型温拌沥青再生剂的制备方法按下列步骤实现：
一、按照质量份数称取生物沥青20～50份，环氧豆油20～50份，固化剂10～15份，秸秆纤维5～10份和环氧树脂10～15份作为原料；
二、将原料中的生物沥青置于反应器中，加入固化剂，在50～60℃温度下搅拌均匀，得到混合物，混合物在100～110℃温度下加热4～8h，然后冷却至55～65℃，加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下搅拌处理，加入秸秆纤维，在50～60℃温度下继续搅拌，冷却至室温，得到再生剂有效组分；
三、使用时(在混合料准备拌和之前)，将再生剂有效组分和原料中的环氧树脂(常温下)混合，得到环保型温拌沥青再生剂。
本发明环保型温拌沥青再生剂中以生物沥青为胶结组分，生物沥青一方面可以起到恢复老化沥青性能的作用，另一方面可以增强混合料中沥青胶浆的性能，从而提高再生料的应用性能；环氧大豆油为扩散组分，其成分为亚油酸，油酸，棕榈酸等，不易挥发，在沥青中扩散效果较好，能起到迅速扩散并恢复老化沥青特性的作用。本发明以环氧树脂+固化剂为聚合物加筋组分，环氧树脂与固化剂可形成网状结构大分子，加强再生结构层间界面性能，同时生物沥青中含有部分脂肪酸也会与固化剂进行反应，产物中的活性基团也会与环氧树脂反应形成三维网状结构，进一步加强再生结构层间界面性能，提高再生料抗裂能力。秸秆纤维为纤维加筋组分，其表面多孔，吸油率较高，可以改善再生沥青胶浆的性能，提高再生混合料抗变形能力。
本发明采用生物沥青等有效组分恢复老化沥青性能，通过“加筋设计”强化了再生结构界面性能，通过环氧大豆油增强扩散作用，且实现了再生沥青混合料的温拌(100℃～130℃)生产，生产工艺简单节能，具有较好的环保效益。
附图说明
图1为实施例一得到的环保型温拌沥青再生剂与老化沥青界面粘附效果测试图；
图2为实施例一中再生混合料的劈裂抗拉强度测试图；
图3为实施例二得到的环保型温拌沥青再生剂与老化沥青界面粘附效果测试图；
图4为实施例二中再生混合料的劈裂抗拉强度测试图。
具体实施方法
具体实施方式一：本实施方式环保型温拌沥青再生剂按照质量份数由20～50份生物沥青、20～50份环氧豆油、10～15份固化剂、5～10份秸秆纤维和10～15份环氧树脂混合而成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是生物沥青是精制植物油生产后的渣油生产得到的植物沥青。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是固化剂是改性脂肪胺固化剂。
本实施方式采用改性脂肪胺固化剂常温下即可与环氧树脂发生固化反应。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是秸秆纤维采用玉米秸秆纤维，纤维长度为0.5mm～3mm，纤维直径为50～400μm。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是固化剂与环氧树脂的质量比为1:1～1:1.5。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是生物沥青:固化剂:环氧树脂质量比为100：(40～60):(25～35)。
具体实施方式七：本实施方式环保型温拌沥青再生剂的制备方法按下列步骤实施：
一、按照质量份数称取生物沥青20～50份，环氧豆油20～50份，固化剂10～15份，秸秆纤维5～10份和环氧树脂10～15份作为原料；
二、将原料中的生物沥青置于反应器中，加入固化剂，在50～60℃温度下搅拌均匀，得到混合物，混合物在100～110℃温度下加热4～8h，然后冷却至55～65℃，加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下搅拌处理，加入秸秆纤维，在50～60℃温度下继续搅拌，冷却至室温，得到再生剂有效组分；
三、使用时(在混合料准备拌和之前)，将再生剂有效组分和原料中的环氧树脂(常温下)混合，得到环保型温拌沥青再生剂。
本实施方式中的再生剂有效组分和环氧树脂分开储存，在混合料准备拌和之前，将再生剂有效组分与环氧树脂在常温下混合后，加入废旧料拌和设备中与旧料一起拌和。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤二中加入固化剂，在50～60℃温度下以180r/min～240r/min搅拌10～15分钟。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤二中混合物置于105℃烘箱中加热6h。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是步骤二中加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下以180r/min～240r/min的转速搅拌5～10分钟。
实施例一：本实施例环保型温拌沥青再生剂的制备方法按下列步骤实施：
一、按照质量份数称取生物沥青25份，环氧豆油50份，固化剂14份，秸秆纤维5份和环氧树脂10份作为原料；
二、将原料中的生物沥青置于反应器中，加入固化剂，在60℃下用搅拌机以200r/min搅拌15分钟，得到混合物，混合物置于105℃烘箱中加热6h，然后冷却至60℃，加入原料中的环氧豆油，在60℃温度下以200r/min搅拌10分钟，加入秸秆纤维，以200r/min搅拌15分钟后冷却至室温，得到再生剂有效组分；
三、将再生剂有效组分和原料中的环氧树脂常温混合，得到环保型温拌沥青再生剂。
采用公开号为CN108645705，专利名称为《沥青再生薄膜界面性能评价试验装置》中公开的线性加载模式下的试验方法，界面能指标用来评价再生融合层的扩融合与粘结特性，界面能为力-位移(F-L)曲线围成的面积，试验过程中，预加载力为10N，试验停止力为30N，以消除曲线起始阶段和结束阶段由于加载装置虚接触造成的无效加载。
以基质沥青+环氧豆油为对照组1，以生物沥青+环氧豆油为对照组2。老化沥青使用某服役15年以上的高速公路Ⅰ回收料中的沥青。结果见图1。
本实施例得到的环保型温拌沥青再生剂相比于对照组，与老化沥青之间界面扩散和粘附效果更好，界面能达到82.34mJ，相对于对照组1和对照组2分别提高了20％和6％。
采用15℃劈裂抗拉强度评价再生沥青混合料抗裂性能，以实施例一配制的再生剂制备再生沥青混合料，再生沥青混合料是将再生剂与旧沥青在110℃下拌和而成，以基质沥青+环氧豆油制备再生沥青混合料作为对照组1，以生物沥青+环氧豆油制备再生沥青混合料作为对照组2。使用某服役15年以上的高速公路Ⅰ的回收料，其旧沥青含量为3.7％，旧料级配达到AC-16标准，旧料掺配比例100％，再生剂掺量标准为使得AC-16再生混合料油石比达到4.9％，混合料拌和温度100～110℃。结果如图2。
采用实施例一再生剂制备的再生沥青混合料劈裂抗拉强度优于对照组再生混合料，劈裂抗拉强度为1.58MPa，劈裂抗拉强度相对于对照组1和对照组2分别提高了20％和4％，实施例一制备的再生剂抗裂性能优于对照组。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是步骤一按照质量份数称取生物沥青50份，环氧豆油20份，固化剂14份，秸秆纤维5份和环氧树脂13份作为原料。
以基质沥青+环氧豆油为对照组1，以生物沥青+环氧豆油为对照组2。老化沥青使用某服役15年以上的高速公路Ⅱ回收料中的沥青。结果见图3。
实施例二制备的再生剂相比于对照组，与老化沥青之间界面扩散和粘附效果更好，界面能为70.44mJ，相对于对照组1和对照组2分别提高了92％和20％。
采用15℃劈裂抗拉强度评价再生沥青混合料抗裂性能，以实施例二配制的再生剂制备再生沥青混合料，以基质沥青+环氧豆油制备再生沥青混合料作为对照组1，以生物沥青+环氧豆油制备再生沥青混合料作为对照组2。使用某服役15年以上的高速公路Ⅱ的回收料，其旧沥青含量为3％，旧料级配中需掺入一定机制砂可达到AC-20标准。旧料掺配比例85％，新机制砂为15％，再生剂掺量标准为使得AC-20再生混合料油石比达到4.4％，拌和温度100～110℃。结果如图4。
采用实施例二的再生剂制备的再生沥青混合料劈裂抗拉强度优于对照组再生混合料，劈裂抗拉强度为1.11MPa，劈裂抗拉强度相对于对照组1和对照组2分别提高了28％和29％，实施例二再生剂的抗裂性能优于对照组。
此外，对实施例一和实施例二的再生剂制备的再生沥青混合料进行了强度和高低温性能验证，结果如表1所示。
表1再生沥混合料性能
Figure BDA0002512017870000051
实施例一和实施例二再生剂抗裂性能良好，制备的再生沥青混合料路用性能均能满足二级路各项指标要求，实现了RAP大比例掺配，同时采用了温拌生产方式，并使用了环境友好型再生剂材料，有效落实了可持续发展政策，具有较好的社会和环境效益。

Claims (6)

1.环保型温拌沥青再生剂，其特征在于该环保型温拌沥青再生剂按照质量份数由25份生物沥青、50份环氧豆油、14份固化剂、5份秸秆纤维和10份环氧树脂混合而成；所述生物沥青是精制植物油生产后的渣油生产得到的植物沥青；固化剂是改性脂肪胺固化剂。
2.根据权利要求1所述的环保型温拌沥青再生剂，其特征在于秸秆纤维采用玉米秸秆纤维，纤维长度为0.5mm～3mm，纤维直径为50～400μm。
3.环保型温拌沥青再生剂的制备方法，其特征在于该制备方法按下列步骤实现：
一、按照质量份数称取生物沥青25份，环氧豆油50份，固化剂14份，秸秆纤维5份和环氧树脂10份作为原料；
二、将原料中的生物沥青置于反应器中，加入固化剂，在50～60℃温度下搅拌均匀，得到混合物，混合物在100～110℃温度下加热4～8h，然后冷却至55～65℃，加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下搅拌处理，加入秸秆纤维，在50～60℃温度下继续搅拌，冷却至室温，得到再生剂有效组分；
三、使用时，将再生剂有效组分和原料中的环氧树脂混合，得到环保型温拌沥青再生剂；
其中所述生物沥青是精制植物油生产后的渣油生产得到的植物沥青；固化剂是改性脂肪胺固化剂。
4.根据权利要求3所述的环保型温拌沥青再生剂的制备方法，其特征在于步骤二中加入固化剂，在50～60℃温度下以180r/min～240r/min搅拌10～15分钟。
5.根据权利要求3所述的环保型温拌沥青再生剂的制备方法，其特征在于步骤二中混合物置于105℃烘箱中加热6h。
6.根据权利要求3所述的环保型温拌沥青再生剂的制备方法，其特征在于步骤二中加入原料中的环氧豆油，在50～60℃温度下以180r/min～240r/min的转速搅拌5～10分钟。
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