CN111732370A - 一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料及其制备方法，属于道路工程技术领域。其特征在，以重量计包括：旧沥青路面铣刨料100份；稀释剂5‑35份；高效渗透剂0.1‑0.5份；外掺剂0.1‑1份。该冷补料由旧沥青路面铣刨料、稀释剂、高效渗透剂和外参加组成，无需添加新鲜石料和新鲜沥青，生产成本低，路用性能好，无需加温，生产更便捷、环保，真正实现了以经济为前提的旧沥青路面铣刨料的高价值循环利用。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及一种高性能冷补料，特别涉及一种基于 旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料及其制备方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，我国的交通运输事业也取得了辉煌成就，截 止2018年末公路总里程已达470万公里，国家高速公路网基本建成，高速公路 总里程达到12.5万公里，跃居全球首位。已初步构建完毕的全国交通网络有力 地带动了国民经济的发展。然而按照沥青路面的设计寿命(10-15年)，我国目 前已修建的许多公路将陆续进入大、中修期。大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废 弃，一方面造成环境污染，另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏的国家来说 是一种资源浪费，而且随着大量使用新石料、开采石矿会导致森林植被减少、水 土流失等严重生态环境破坏。
目前，我国各等级公路的交通流量增长迅速，而且重交通和重载现象也日趋 严重，经过一段时间的超负荷使用，沥青路面均会产生不同程度的破坏。加之沥 青路面在修筑过程中常会存在性能较薄弱的点，以及交通流易造成某些路面点应 力和破坏集中，易造成路面最常见的病害之一路面坑槽。目前修补坑槽类病害的 方法主要采用热补法和冷补法。其中，冷补法最常用的修补材料为冷补料。冷补 料相对热拌沥青混合料具有如下优点：①不受气候条件的限制，能在低温冬季 和雨季施工；②坑槽可不经过涂刷粘层油等特殊处理；③不需要专门的施工人员 及设备；④易存储，可随用随取，不会造成材料浪费；⑤修补完毕后可立即开放 交通；但现有冷补料也存在如下缺点：①耐久性能不好，大部分坑槽采用冷补 料后很短时间就会出现剥落或损坏现象；②目前绝大部分冷补沥青混合料采用新石料和新基质沥青，且在冷补料中需添加冷补添加剂成本较高；③冷补料大部分 只修补2m2以下的坑槽，修补面积较小。CN101008172B专利中采用了旧沥青路面 铣刨料，具有大大提高了再生型道路冷补料的抗车辙性能，修补面积大大增大等 优点，但也存在如下不足之处：①仅利用了部分道路铣刨废料，仍需添加大量的 新鲜石料和沥青，再生效率低；②道路铣刨废料中的沥青大部分已老化，因此再 生型道路冷补材料黏聚性能和耐水性能降低；③低温操作和易性能降低。
在此背景下，有必要探究一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料，该沥 青冷补料与传统沥青冷补料相比，无需添加新鲜沥青结合料和新鲜石料，具有生 产成本低、路用性能好、生产方便等优点，实现了旧沥青路面铣刨料的高价值循 环利用方法，完全可以达到新拌沥青混合料的技术要求。
发明内容
针对现有沥青冷补料存在的技术缺陷和生产成本过高的问题，本发明提出了 一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料，该冷补料由旧沥青路面铣刨料、稀 释剂、高效渗透剂和外参加组成，无需添加新鲜石料和新鲜沥青，生产成本低， 路用性能好，无需加温生产更便捷、环保，真正实现了以经济为前提的旧沥青路 面铣刨料的高价值循环利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于沥青路面铣刨料的高性能冷补料，以重量计，包括；
旧沥青路面铣刨料100份；
稀释剂5-35份；
高效渗透剂0.1-0.5份；
外掺剂0.1-1份。
其中，所述旧沥青路面铣刨料是旧沥青路面经过铣刨机冷铣刨，然后采用振 动筛分机筛分成粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-16mm的旧料， 再混合成满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中冷拌沥青混合 料矿料级配要求的混合料。
其中，所述满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中冷拌沥 青混合料矿料级配要求的旧沥青路面铣刨料，经抽提试验后的沥青含量不少于 3.2％，既旧沥青路面铣刨料中旧沥青的质量百分比。
其中，所述旧沥青路面铣刨料，可以是基质沥青旧沥青路面铣刨料和/或改 性沥青旧沥青路面铣刨料和/或橡胶沥青旧沥青路面铣刨料。
其中，所述稀释剂采用原油常减压侧线馏分油，凝点为0℃至-50℃，根据 高性能冷补料的使用环境的最低气温来选择相应凝点的产品。
其中，所述高效渗透剂为阴离子表面活性剂的钠盐，PH值7-9，0℃的渗透 力≤20秒。
其中，所述外掺剂为富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为 30-50cst，芳香分含量80-100％，用于改性高性能沥青混合料的抗水损害能力 和施工和易性。
本发明还提供了一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料制备方法，该方 法包括以下步骤：
(1)将旧沥青路面铣刨料采用震动筛分机筛分成0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm三档或0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-16mm四档；
(2)将步骤(1)所得各种旧料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTGE20-2011)中的方法进行沥青含量试验；
(3)步骤(2)所得抽提试验后的旧矿料进行筛分试验，根据筛分试验结果 按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法进行级配合成， 计算各档旧料的掺配比例；
(4)按照步骤(3)所得各档料的掺配比例，称取各档旧料，放入拌和机中 强制搅拌10-20s；
(5)向步骤(4)所得产物中加入称重后的渗透剂，强制搅拌40-60s；
(6)向步骤(5)所得产物中加入称重后的稀释剂和外掺剂，强制搅拌40-60s；
(7)将步骤(6)所得产物在储存仓中密封储存10-20小时进行发育，既得 到高性能冷补料。
其中，所述步骤(7)中的密封储存时间10-20小时，是按照储存时的温度 不同而选择，当储存发育温度大于20℃时取下限，当储存发育温度小于0℃时取 上限。
其中，其按上述步骤制备的高性能冷补料，其性能指标可以达到：马歇尔稳 定度≥8KN、马歇尔残留稳定度≥80％、冻融劈裂强度比≥75％、车辙试验动稳定 度≥2800次/mm、-10℃最大弯拉应变≥3000με、粘聚性试验试件破损率≤40％。
本发明开发的高性能冷补料，具有以下优点：
(1)采用旧沥青路面铣刨料生产高性能沥青冷补料，无需添加新集料，减少 了废旧沥青路面铣刨料对环境的污染，实现了以经济为前提的废旧资源高价值利 用；
(2)巧妙控制废旧沥青路面铣刨料中的旧沥青含量，无需添加新鲜沥青即可 生产高性能沥青冷补料，大大降低了冷补料的生产成本，节约了不可再资源的消 耗；
(3)生产全过程无需对原材料进行加温，生产更加便捷，可大量节约生产能 耗，减少排放；
(4)在高效渗透剂的作用下，稀释剂和外掺剂能够更好的与旧沥青路面铣刨 料中的旧沥青结合，从而大幅度提升了冷补沥青混合料的和易性及储存时间；
(5)增加密封储存发育工艺，极大的提高了稀释剂、渗透剂、外掺剂与旧沥 青之间相互渗透、融合及有机结合的机会，使得旧沥青路面铣刨料中的老化沥青 充分发挥了重生和再造，新形成的混合料体系，路用性能更加接近甚至超过用全 新料生产的冷补料，尤其是高温稳定性、抗水损害能力及疲劳寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3一种基于旧沥青路面铣刨料的 高性能冷补料制备工艺示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
室内试验的实施例：试验所用旧沥青路面铣刨料来源于某高速公路的上面层， 原路面为改性沥青混合料AC-13C，首先将该旧沥青路面铣刨料筛分成0-4.75mm、 4.75-9.5mm、9.5-13.2mm三档，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》(JTG E20-2011)中T 0735的方法进行沥青含量试验，试验测得各档旧料的 沥青含量如表1，对试验获得的旧矿料进行筛分试验，筛分试验结果见表2；采 用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0726的方法对 旧沥青路面铣刨料进行抽提试验，抽提试验后的旧沥青进行回收，并进行性能试 验检测，检测结果见表3。
表1旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果
| 材料名称 | 旧料0-4.75mm | 旧料4.75-9.5mm | 旧料9.5-13.2mm |
| 沥青含量(％) | 5.9 | 3.6 | 3.3 |
表2旧沥青路面铣刨料各当旧料中的旧矿料筛分结果
表3旧沥青路面铣刨料中旧沥青性能指标试验结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 粘度60℃(mm<sup>2</sup>/s) |
| 22.5 | 65.0 | 23.2 | 1250*10<sup>6</sup> |
依据表2各档旧料中的旧矿料筛分结果，按照《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004)中冷补料的矿料级配范围，进行级配合成，并计算各档旧沥青 路面铣刨料的掺配比例，结果见表4。
表4各档旧沥青路面铣刨料的掺配比例及合成级配结果
按照表1旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果及表4各档旧沥 青路面铣刨料的掺配比例，可计算得到，基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料 LB-13的总沥青含量为3.93％。
稀释剂选用凝点为-50℃的原油常减压侧线馏分油。
渗透剂选用阴离子表面活性剂的钠盐，PH值7.5，0℃的渗透力14秒。
外掺剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色 液体，60℃运动粘度为30cst，芳香分含量80％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料 LB-13中材料组成见表5。
表5高性能冷补料LB-13各中材料组成比例
| 组成材料 | 比例 |
| 旧沥青路面铣刨料 | 100份 |
| 稀释剂 | 5份 |
| 渗透剂 | 0.5份 |
| 外掺剂 | 0.8份 |
其中，表5中100份旧沥青路面铣刨料是由19份0-4.75mm旧料、46份 4.75-9.5mm旧料、35份9.5-13.2mm旧料组成。
结合附图1所示，制备表5所示的一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补 料LB-13，按如下步骤：
(1)按照表4所得各档料的掺配比例，称取各档旧料，放入拌和机中强制搅 拌20s；
(2)向步骤(1)所得产物中加入称重后的渗透剂，强制搅拌40s；
(3)向步骤(2)所得产物中加入称重后的稀释剂和外掺剂，强制搅拌60s；
(4)将步骤(3)所得产物在储存仓中密封储存10小时进行发育，既得到高 性能冷补料。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验 规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表6。
表6高性能冷补料LB-13路用性能检测结果
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 马歇尔稳定度(KN) | ≥8.0 | 14.2 |
| 马歇尔残留稳定度(％) | ≥80.0 | 85.9 |
| 冻融劈裂强度比(％) | ≥75.0 | 80.3 |
| 车辙试验动稳定度(次/mm) | ≥2800.0 | 4072.5 |
| -10℃最大弯拉应变(με) | ≥3000.0 | 3122.8 |
| 粘聚性试验试件破损率(％) | ≤40.0 | 23.7 |
实施例2
室内试验的实施例：试验所用旧沥青路面铣刨料来源于某国道的上面层，原 路面为普通沥青混合料AC-16，首先将该旧沥青路面铣刨料筛分成0-4.75mm、 4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-16mm四档，然后按照《公路工程沥青及沥青混 合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0735的方法进行沥青含量试验，试验测得 各档旧料的沥青含量如表7，对试验获得的旧矿料进行筛分试验，筛分试验结果 见表8；采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0726 的方法对旧沥青路面铣刨料进行抽提试验，抽提试验后的旧沥青进行回收，并进 行性能试验检测，检测结果见表9。
表7旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果
| 材料名称 | 旧料0-4.75mm | 旧料4.75-9.5mm | 旧料9.5-13.2mm | 旧料13.2-16mm |
| 沥青含量(％) | 5.6 | 3.8 | 3.5 | 3.4 |
表8旧沥青路面铣刨料各当旧料中的旧矿料筛分结果
表9旧沥青路面铣刨料中旧沥青性能指标试验结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 粘度60℃(mm<sup>2</sup>/s) |
| 20.1 | 52.0 | 25.7 | 1009*10<sup>6</sup> |
依据表8各档旧料中的旧矿料筛分结果，按照《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004)中冷补料的矿料级配范围，进行级配合成，并计算各档旧沥青 路面铣刨料的掺配比例，结果见表10。
表10各档旧沥青路面铣刨料的掺配比例及合成级配结果
按照表7旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果及表10各档旧 沥青路面铣刨料的掺配比例，可计算得到，基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补 料LB-16的总沥青含量为3.97％。
稀释剂选用凝点为-10℃的原油常减压侧线馏分油。
渗透剂选用阴离子表面活性剂的钠盐，PH值8.0，0℃的渗透力18秒。
外掺剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色 液体，60℃运动粘度为50cst，芳香分含量98％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料 LB-16各中材料组成见表11。
表11高性能冷补料LB-13各中材料组成比例
| 组成材料 | 比例 |
| 旧沥青路面铣刨料 | 100份 |
| 稀释剂 | 19份 |
| 渗透剂 | 0.1份 |
| 外掺剂 | 1.0份 |
其中，表10中100份旧沥青路面铣刨料是由19份0-4.75mm旧料、31份 4.75-9.5mm旧料、28份9.5-13.2mm旧料、22份13.2-16mm旧料组成。
结合附图1所示，制备表11所示的一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷 补料LB-16，按如下步骤：
(1)按照表9所得各档料的掺配比例，称取各档旧料，放入拌和机中强制搅 拌14s；
(2)向步骤(1)所得产物中加入称重后的渗透剂，强制搅拌60s；
(3)向步骤(2)所得产物中加入称重后的稀释剂和外掺剂，强制搅拌40s；
(4)将步骤(3)所得产物在储存仓中密封储存13小时进行发育，既得到高 性能冷补料。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验 规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表12。
表12高性能冷补料LB-16路用性能检测结果
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 马歇尔稳定度(KN) | ≥8.0 | 8.9 |
| 马歇尔残留稳定度(％) | ≥80.0 | 83.1 |
| 冻融劈裂强度比(％) | ≥75.0 | 77.5 |
| 车辙试验动稳定度(次/mm) | ≥2800.0 | 3150.6 |
| -10℃最大弯拉应变(με) | ≥3000.0 | 3051.0 |
| 粘聚性试验试件破损率(％) | ≤40.0 | 28.5 |
实施例3
室内试验的实施例：试验所用旧沥青路面铣刨料来源于某省道的上面层，原 路面为橡胶沥青混合料AC-13，首先将该旧沥青路面铣刨料筛分成0-4.75mm、 4.75-9.5mm、9.5-13.2mm三档，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》(JTG E20-2011)中T 0735的方法进行沥青含量试验，试验测得各档旧料的 沥青含量如表13，对试验获得的旧矿料进行筛分试验，筛分试验结果见表14； 采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中T 0726的方法 对旧沥青路面铣刨料进行抽提试验，抽提试验后的旧沥青进行回收，并进行性能 试验检测，检测结果见表15。
表13旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果
| 材料名称 | 旧料0-4.75mm | 旧料4.75-9.5mm | 旧料9.5-13.2mm |
| 沥青含量(％) | 6.2 | 3.3 | 3.2 |
表14旧沥青路面铣刨料各当旧料中的旧矿料筛分结果
表15旧沥青路面铣刨料中旧沥青性能指标试验结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 粘度60℃(mm<sup>2</sup>/s) |
| 22.5 | 65.0 | 23.2 | 1250*10<sup>6</sup> |
依据表14各档旧料中的旧矿料筛分结果，按照《公路沥青路面施工技术规 范》(JTG F40-2004)中冷补料的矿料级配范围，进行级配合成，并计算各档旧 沥青路面铣刨料的掺配比例，结果见表16。
表16各档旧沥青路面铣刨料的掺配比例及合成级配结果
按照表13旧沥青路面铣刨料中各当旧料的沥青含量检测结果及表16各档旧 沥青路面铣刨料的掺配比例，可计算得到，基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补 料LB-13的总沥青含量为3.79％。
稀释剂选用凝点为0℃的原油常减压侧线馏分油。。
渗透剂选用阴离子表面活性剂的钠盐，PH值7.0，0℃的渗透力20秒。
外掺剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色 液体，60℃运动粘度为41cst，芳香分含量90.5％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷补料 LB-13各中材料组成见表17。
表17高性能冷补料LB-13各中材料组成比例
| 组成材料 | 比例 |
| 旧沥青路面铣刨料 | 100份 |
| 稀释剂 | 35份 |
| 渗透剂 | 0.1份 |
| 外掺剂 | 1.0份 |
其中，表17中100份旧沥青路面铣刨料是由18份0-4.75mm旧料、47份 4.75-9.5mm旧料、35份9.5-13.2mm旧料组成。
结合附图1所示，制备表17所示的一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能冷 补料LB-13，按如下步骤：
(1)按照表4所得各档料的掺配比例，称取各档旧料，放入拌和机中强制搅 拌18s；
(2)向步骤(1)所得产物中加入称重后的渗透剂，强制搅拌45s；
(3)向步骤(2)所得产物中加入称重后的稀释剂和外掺剂，强制搅拌50s；
(4)将步骤(3)所得产物在储存仓中密封储存20小时进行发育，既得到高 性能冷补料。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验 规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表18。
表18高性能冷补料LB-13路用性能检测结果
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 马歇尔稳定度(KN) | ≥8.0 | 12.7 |
| 马歇尔残留稳定度(％) | ≥80.0 | 89.1 |
| 冻融劈裂强度比(％) | ≥75.0 | 82.6 |
| 车辙试验动稳定度(次/mm) | ≥2800.0 | 3617.7 |
| -10℃最大弯拉应变(με) | ≥3000.0 | 3308.8 |
| 粘聚性试验试件破损率(％) | ≤40.0 | 16.4 |
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本 发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础 上还可以做出其他不同形式的变化，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。
Claims (3)
1.一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能沥青冷补料，其特征在于：包含如下质量份数的各组分：
旧沥青路面铣刨料100份；
稀释剂5-35份；
高效渗透剂0.1-0.5份；
外掺剂0.1-1份；
所述旧沥青路面铣刨料，可以是基质沥青旧沥青路面铣刨料和/或改性沥青旧沥青路面铣刨料和/或橡胶沥青旧沥青路面铣刨料；
所述旧沥青路面铣刨料中沥青含量不低于3.2％；
所述稀释剂采用原油常减压侧线馏分油，凝点为0℃至-50℃，根据高性能冷补料的使用环境的最低气温来选择相应凝点的产品；
所述高效渗透剂为阴离子表面活性剂的钠盐，PH值7-9，0℃的渗透力≤20秒；
所述外掺剂为富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量80-100％，用于改性高性能沥青混合料的抗水损害能力和施工和易性。
2.根据权利要求1所述的一种基于旧沥青路面铣刨料的高性能沥青冷补料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将旧沥青路面铣刨料采用震动筛分机筛分成0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm三档或0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-16mm四档；
(2)将步骤(1)所得各种旧料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法进行沥青含量试验；
(3)步骤(2)所得抽提试验后的旧矿料进行筛分试验，根据筛分试验结果按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的方法进行级配合成，计算各档旧料的掺配比例；
(4)按照步骤(3)所得各档料的掺配比例，称取各档旧料，放入拌和机中强制搅拌10-20s；
(5)向步骤(4)所得产物中加入称重后的渗透剂，强制搅拌40-60s；
(6)向步骤(5)所得产物中加入称重后的稀释剂和外掺剂，强制搅拌40-60s；
(7)将步骤(6)所得产物在储存仓中密封储存10-20小时进行发育，既得到高性能冷补料。
3.根据权利要求2所述步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)均在室温条件下完成。
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