CN111732371A - 一种分离式再生柔性基层材料及其制备方法 - Google Patents

一种分离式再生柔性基层材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分离式再生柔性基层材料及其制备方法，属于路面材料技术领域。按重量份数计，该分离式再生柔性基层材料的原料包括65‑75份粗集料、25‑35细集料、3‑5份矿粉、1.5‑2.5份基质沥青、3‑5份岩沥青以及重量为沥青重量的3‑5％的自愈合微胶囊。上述分离式再生柔性基层材料通过在原料中同时使用岩沥青和自愈合微胶囊，可有效提升柔性基层材料的抗车辙性能以及抗裂性能，减少运营过程中的开裂，提高路面的耐久性能。其制备方法可按所需级配混合上述原料，该方法简单，易操作。

Description

一种分离式再生柔性基层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面材料技术领域，具体而言，涉及一种分离式再生柔性基层材料及其制备方法。
背景技术
ATB(沥青稳定碎石混合料)是以一定级配的碎石作骨料，由沥青作为粘结材料经高温拌和、压实后形成的柔性基层材料，相比传统的半刚性水稳碎石基层，其具有更好的抗裂性能与水稳定性。
相比半刚性水稳碎石基层，ATB由于模量降低，在应用过程中业内普遍对其抗车辙性能有着一定的担忧，以往的车辙只在表面的沥青层产生，而使用ATB后，沥青可能在ATB基层产生。并且，虽然相比水泥稳定碎石，ATB消除了干缩导致的裂缝问题，但是无法解决温度、荷载导致的疲劳开裂的问题，影响路面的耐久性能。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一包括提供一种分离式再生柔性基层材料，其能够提升柔性基层材料的抗车辙性能以及抗裂性能，减少运营过程中的开裂，提高路面的耐久性能。
本发明的目的之二包括提供一种上述分离式再生柔性基层材料的制备方法，该方法简单，易操作。
本申请是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种分离式再生柔性基层材料，按重量份数计，该分离式再生柔性基层材料的原料包括65-75份粗集料、25-35细集料、3-5份矿粉、1.5-2.5份基质沥青、3-5份岩沥青以及重量为基质沥青重量的3-5％的自愈合微胶囊。
在可选的实施方式中，粗集料经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得。
其中，粗集料所用的铣刨料包括沥青路面的下面层沥青混合料。
在可选的实施方式中，下面层沥青混合料包括AC-25和SUP-25中的至少一种。
在可选的实施方式中，粗集料包括粒径为20-30mm的第一粗集料、粒径为10-20mm的第二粗集料以及粒径为5-10mm的第三粗集料。
在可选的实施方式中，粗集料中沥青含量不超过1wt％。
在可选的实施方式中，粗集料制备过程中的油石分离为干式油石分离。
在可选的实施方式中，上述油石分离采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行。
在可选的实施方式中，细集料经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得。
其中，细集料所用的铣刨料包括沥青路面的上面层沥青混合料。
上面层沥青混合料包括SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-25和AC-25中的至少一种。
在可选的实施方式中，筛分后的细集料的粒径不超过5mm。
在可选的实施方式中，细集料制备过程中的油石分离为干式油石分离。
在可选的实施方式中，上述油石分离采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行。
在可选的实施方式中，矿粉包括石灰岩矿粉。
在可选的实施方式中，基质沥青包括70号基质沥青。
在可选的实施方式中，岩沥青包括印尼布敦岩沥青。
在可选的实施方式中，岩沥青中灰分含量不低于70wt％。
在可选的实施方式中，自愈合微胶囊中愈合药剂的含量不低于80wt％。
在可选的实施方式中，自愈合微胶囊的粒径为10-20μm。
在可选的实施方式中，分离式再生柔性基层材料的动稳定度为2680-3257次/mm，优选为2846次/mm。
在可选的实施方式中，分离式再生柔性基层材料在300με下的疲劳寿命为125879-215684次，优选为165872次。
第二方面，本申请还提供如前述实施方式任一项的分离式再生柔性基层材料的制备方法，例如可包括以下步骤：按配比混合原料。
在可选的实施方式中，分离式再生柔性基层材料的级配满足：
通过31.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为100％；
且，通过26.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为90-100％；
且，通过19mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为65-85％；
且，通过16mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为55-70％；
且，通过13.2mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为48-68％；
且，通过9.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为40-60％；
且，通过4.75mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为25-45％；
且，通过2.36mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为15-40％；
且，通过1.18mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为10-30％；
且，通过0.6mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为8-20％；
且，通过0.3mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为5-15％；
且，通过0.15mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为4-10％；
且，通过0.075mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为3-7％。
在可选的实施方式中，混合包括：将加热至155-165℃的基质沥青、加热至175-185℃的粗集料、加热至140-150℃的细集料与矿粉、岩沥青以及自愈合微胶囊进行干拌，随后与基质沥青湿拌。
在可选的实施方式中，加热后的基质沥青的表观粘度为0.15-0.19Pa·s。
在可选的实施方式中，粗集料和细集料的加热时间≥1h。
在可选的实施方式中，干拌时间为10-15s。
在可选的实施方式中，湿拌时间为45-50s。
本申请的有益效果包括：
通过在原料中同时使用岩沥青和自愈合微胶囊并与集料及基质沥青按本申请提供的配比配合，可有效提升柔性基层材料的抗车辙性能以及抗裂性能，减少运营过程中的开裂，提高路面的耐久性能。其制备方法可直接按所需级配混合各原料，简单易操作。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的分离式再生柔性基层材料及其制备方法进行具体说明。
本申请提出一种分离式再生柔性基层材料，按重量份数计，该分离式再生柔性基层材料的原料包括65-75份粗集料、25-35细集料、3-5份矿粉、1.5-2.5份基质沥青、3-5份岩沥青以及重量为基质沥青重量的3-5％的自愈合微胶囊。
在可选的实施方式中，上述粗集料主要经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得。其中，粗集料所用的铣刨料主要包括(为)沥青路面的下面层沥青混合料，例如可包括AC-25和SUP-25中的至少一种。
在可选的实施方式中，粗集料可包括粒径为20-30mm的第一粗集料、粒径为10-20mm的第二粗集料以及粒径为5-10mm的第三粗集料，通过不同粒径的粗集料配合，不仅便于满足级配要求，同时还有利于质量管控，分档越多，更加方便级配设计与优化。例如在级配设计时，三档集料比两档集料更方便进行级配设计，而且质量更方便管控。
在可选的实施方式中，粗集料中沥青含量不超过1wt％，以使粗集料具有一定的洁净度，可用于充当新集料使用。
在可选的实施方式中，粗集料制备过程中的油石分离为干式油石分离。该过程可采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行，可参考地，上述移动式废旧沥青铣刨料再生设备可以为江苏天诺道路材料科技有限公司生产的相关设备。
在可选的实施方式中，细集料主要也是经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得。其中，细集料所用的铣刨料主要包括(为)沥青路面的上面层沥青混合料，例如可包括SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-25和AC-25中的至少一种。
在可选的实施方式中，筛分后的细集料的粒径不超过5mm。在可选的实施方式中，细集料制备过程中的油石分离也为干式油石分离。同样地，该过程可采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行，可参考地，上述移动式废旧沥青铣刨料再生设备可以为江苏天诺道路材料科技有限公司生产的相关设备。
承上，本申请将废旧沥青路面铣刨料(RAP)中的集料与老化沥青进行分离，从而再生为20-30mm、10-20mm、5-10mm的干净集料(也即三种粒径的粗集料)和≤5mm的细RAP粉料(也即细集料)，其中5mm以上RAP的沥青含量控制到1wt％以下，相对比较洁净，可以充当新集料应用，≤5mm的RAP粉料由于沥青含量较高，变异性较大，在应用过程中按本申请提供的配比范围进行针对性的设计与控制可有效避免其变异性所产生的不利影响。
通过使用油石分离工艺获得的再生粗细集料生产本申请的分离式再生柔性基层材料(ATB-25混合料)，其综合路用性能可以达到新集料生产的ATB-25混合料的要求，并且其对RAP的用量可达90％以上，能够有效解决目前铣刨料(RAP)在ATB中的用量相对较少，无法对RAP进行充分的回收利用的缺陷，不仅能达到资源节约和节能减排的效果，而且还可以大幅降低成本。
在可选的实施方式中，矿粉可包括石灰岩矿粉，以使基层材料具有适宜的粘附性。
在可选的实施方式中，基质沥青可包括70号基质沥青，此外，还可包括90号基质沥青或50号基质沥青等，其中，90号基质沥青适用于东北地区，50号基质沥青适用于广东等地区。
在可选的实施方式中，岩沥青可包括印尼布敦岩沥青(BRA)，使用布敦岩沥青，可以将动稳定度提高到2500次/mm以上，而使用TLA湖沥青，动稳定度只能达到1800次/mm。
在可选的实施方式中，岩沥青中灰分含量不低于70wt％，值得说明的是，岩沥青主要由灰分跟沥青两部分组成，灰分越高，岩沥青越硬，可提升基层材料的抗车辙性能。
通过在原料中使用岩沥青，可有效提高分离式再生柔性基层材料的动稳定度，改善柔性基层的抗车辙性能与强度。
在可选的实施方式中，自愈合微胶囊中愈合药剂的含量不低于80wt％，以提升柔性基层材料的抗裂性能。
作为可选地，自愈合微胶囊的粒径可以为10-20μm，具有该粒径的自愈合微胶囊与其它原料成分配合后对柔性基层材料起到的抗裂性能更优。
作为可选地，本申请所用的自愈合微胶囊可以为天津圣工科技有限公司生产的相关产品。
通过在原料中使用自愈合微胶囊，可有效提升分离式再生柔性基层材料的抗裂性能。
在可选的实施方式中，本申请提供的分离式再生柔性基层材料的动稳定度为2680-3257次/mm，优选为2846次/mm。
在可选的实施方式中，本申请提供的分离式再生柔性基层材料在300με下的疲劳寿命为125879-215684次，优选为165872次。
承上所述，本申请提供的分离式再生柔性基层材料(ATB-25混合料)通过在原料中同时使用岩沥青和自愈合微胶囊，可有效提升柔性基层材料的抗车辙性能以及抗裂性能，减少运营过程中的开裂，提高路面的耐久性能。使用油石分离工艺获得的再生粗细集料生产的ATB-25混合料，其综合路用性能可以达到新集料生产的ATB-25混合料的要求，并且其对RAP的用量可达90％以上，具有更好的资源节约效益。
此外，本申请还提供上述分离式再生柔性基层材料的制备方法，例如可包括以下步骤：按配比混合原料。
较佳地，分离式再生柔性基层材料的级配满足：
通过31.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为100％；
且，通过26.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为90-100％；
且，通过19mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为65-85％；
且，通过16mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为55-70％；
且，通过13.2mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为48-68％；
且，通过9.5mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为40-60％；
且，通过4.75mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为25-45％；
且，通过2.36mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为15-40％；
且，通过1.18mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为10-30％；
且，通过0.6mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为8-20％；
且，通过0.3mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为5-15％；
且，通过0.15mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为4-10％；
且，通过0.075mm的筛孔的分离式再生柔性基层材料的质量百分率为3-7％。
上述筛孔例如可以为方孔筛。
在可选的实施方式中，混合例如可包括：将加热至155-165℃(优选160℃)的基质沥青、加热至175-185℃的粗集料、加热至140-150℃的细集料与矿粉、岩沥青以及自愈合微胶囊进行干拌，随后与基质沥青湿拌。
在可选的实施方式中，加热后的基质沥青的表观粘度可以为0.15-0.19Pa·s，如0.15Pa·s、0.16Pa·s、0.17Pa·s、0.18Pa·s或0.19Pa·s等。具有上述表观粘度的基质沥青具有较适合的流动性，有利于与其余原料均匀混合。值得说明的是，基质沥青的加热温度不宜过高，加热时间不宜过长，以避免其在加热过程中发生老化。
在可选的实施方式中，粗集料和细集料的加热时间均可≥1h。
在可选的实施方式中，干拌时间可以为10-15s，如10s、11s、12s、13s、14s或15s等。湿拌时间可以为45-50s，如45s、46s、47s、48s、49s或50s等。
承上，通过将原料分批混合，同时对基质沥青以及集料先进行适宜温度加热，能够使最终所得的分离式再生柔性基层材料具有稳定均一的质量以及较优的抗车辙性能和抗裂性能。
将上述分离式再生柔性基层材料用于现场的摊铺碾压施工，可延长路面的耐久性能。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
以所需级配按以下原料配比(重量份)进行配料：
第一粗集料 第二粗集料 第三粗集料 细集料
25 30 13 29
矿粉 基质沥青 岩沥青 自愈合微胶囊
3 2.4 5 0.12
其中，粗集料采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的移动式废旧沥青铣刨料再生设备将来自312国道龙华立交至张店枢纽段项目的沥青路面的铣刨料(沥青路面的下面层沥青混合料，具体为AC-25)进行干式油石分离筛分后所得，粗集料中沥青含量均未超过1wt％。
细集料采用江苏天诺道路材料科技有限公司生产的移动式废旧沥青铣刨料再生设备将沥青路面的铣刨料(沥青路面的上面层沥青混合料，具体为SMA-13)进行干式油石分离筛分后所得。
矿粉为普通石灰岩矿粉，基质沥青为70号基质沥青，岩沥青为灰分含量不低于70wt％的印尼布敦岩沥青，自愈合微胶囊由天津圣工科技有限公司生产。其中，石灰岩矿粉来源于丹徒区高资强瑞建材经营部，基质沥青为韩国双龙70号A级道路石油沥青，岩沥青为江苏悦丰石化有限公司生产的布敦岩沥青。
具体的，制备过程包括：将加热至160℃的基质沥青(表观粘度为0.17Pa·s)、加热至180℃的粗集料、加热至145℃的细集料与矿粉、岩沥青以及自愈合微胶囊进行干拌15s，随后与基质沥青湿拌45s。
对比例1：
本对比例与实施例1的区别在于原料中不含岩沥青和自愈合微胶囊。
原料配比(重量份)：
第一粗集料 第二粗集料 第三粗集料 细集料
25 30 13 29
矿粉 基质沥青 岩沥青 自愈合微胶囊
3 2.4 0 0
对比例2：
本对比例与实施例1的区别在于原料中不含自愈合微胶囊添加剂。
原料配比(重量份)：
第一粗集料 第二粗集料 第三粗集料 细集料
25 30 13 29
矿粉 基质沥青 岩沥青 自愈合微胶囊
3 2.4 5 0
对比例3：
本对比例与实施例1的区别在于原料中不含岩沥青。
原料配比(重量份)：
第一粗集料 第二粗集料 第三粗集料 细集料
25 30 13 29
矿粉 基质沥青 岩沥青 自愈合微胶囊
3 2.4 0 0.12
对比例4：
本对比例与实施例1的区别在于原料中的粗集料以及细集料均采用新的石灰岩集料，沥青用量为3.9重量份，未添加岩沥青和自愈合微胶囊添加剂。
原料比例：
第一粗集料 第二粗集料 第三粗集料 细集料
25 30 13 29
矿粉 沥青 岩沥青 自愈合微胶囊
3 3.9 0 0
试验例
分别使用车辙实验与四点弯曲疲劳寿命试验，评价实施例1与对比例1-4的抗车辙性能与抗裂性能，车辙实验采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0719-2011的实验方法，四点弯曲疲劳寿命试验采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0739-2011的实验方法。
车辙实验结果：
类别 动稳定度(次/mm)
实施例1 2846
对比例1 1528
对比例2 2952
对比例3 1568
对比例4 1328
从车辙实验的结果可以看出，使用油石分离工艺得到的再生ATB-25的抗车辙性能均优于使用新集料的对比例4，而添加岩沥青后，比较实施例、对比例2与对比例1、对比例3可以看出，岩沥青可以提升动稳定度指标80％以上，因此可以看出，可以显著的改善柔性基层的抗车辙性能与强度。
四点弯曲疲劳寿命试验结果：
Figure BDA0002581566950000121
Figure BDA0002581566950000131
从实施例与对比例4的结果可以看出，与完全使用新料对比例4中的ATB-25混合料相比，添加自愈合微胶囊以后的实施例1ATB-25混合料疲劳寿命提升7％，对比例3提升了13.7％，而对比例1、2均低于对比例4，可以认为实施例的抗疲劳性能相比完全使用新料的ATB-25混合料略有优势，自愈合微胶囊添加剂确实可以提升混合料的抗裂性能。
综上可以看出，岩沥青与自愈合微胶囊确实可以提升ATB-25混合料的抗车辙与抗裂性能，并且，使用油石分离工艺获得的再生粗细集料生产的ATB-25混合料，其综合路用性能可以达到新集料生产的ATB-25混合料的要求，并且其对RAP的用量可达90％以上，具有更好的资源节约效益。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离式再生柔性基层材料，其特征在于，按重量份数计，所述分离式再生柔性基层材料的原料包括65-75份粗集料、25-35细集料、3-5份矿粉、1.5-2.5份基质沥青、3-5份岩沥青以及重量为所述基质沥青重量的3-5％的自愈合微胶囊。
2.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述粗集料经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得；
其中，所述粗集料所用的铣刨料包括沥青路面的下面层沥青混合料；
优选地，所述下面层沥青混合料包括AC-25和SUP-25中的至少一种；
优选地，所述粗集料包括粒径为20-30mm的第一粗集料、粒径为10-20mm的第二粗集料以及粒径为5-10mm的第三粗集料；
优选地，所述粗集料中沥青含量不超过1wt％；
优选地，油石分离为干式油石分离；
优选地，油石分离采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行。
3.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述细集料经沥青路面的铣刨料进行油石分离筛分后所得；
其中，所述细集料所用的铣刨料包括沥青路面的上面层沥青混合料；
优选地，所述上面层沥青混合料包括SMA-13、SUP-13、AC-13、SUP-25和AC-25中的至少一种；
优选地，筛分后的所述细集料的粒径不超过5mm；
优选地，油石分离为干式油石分离；
优选地，油石分离采用移动式废旧沥青铣刨料再生设备进行。
4.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述矿粉包括石灰岩矿粉。
5.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述基质沥青包括70号基质沥青。
6.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述岩沥青包括印尼布敦岩沥青；
优选地，所述岩沥青中灰分含量不低于70wt％。
7.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述自愈合微胶囊中愈合药剂的含量不低于80wt％；
优选地，所述自愈合微胶囊的粒径为10-20μm。
8.根据权利要求1所述的分离式再生柔性基层材料，其特征在于，所述分离式再生柔性基层材料的动稳定度为2680-3257次/mm，优选为2846次/mm；
优选地，所述分离式再生柔性基层材料在300με下的疲劳寿命为125879-215684次，优选为165872次。
9.如权利要求1-8任一项所述的分离式再生柔性基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配比混合所述原料；
优选地，所述分离式再生柔性基层材料的级配满足：
通过31.5mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为100％，
且通过26.5mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为90-100％，
且通过19mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为65-85％，
且通过16mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为55-70％，
且通过13.2mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为48-68％，
且通过9.5mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为40-60％，
且通过4.75mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为25-45％，
且通过2.36mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为15-40％，
且通过1.18mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为10-30％，
且通过0.6mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为8-20％，
且通过0.3mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为5-15％，
且通过0.15mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为4-10％，
且通过0.075mm的筛孔的所述分离式再生柔性基层材料的质量百分率为3-7％。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，混合包括：将加热至155-165℃的所述基质沥青、加热至175-185℃的所述粗集料、加热至140-150℃的所述细集料与所述矿粉、所述岩沥青以及所述自愈合微胶囊进行干拌，随后与所述基质沥青湿拌；
优选地，加热后的所述基质沥青的表观粘度为0.15-0.19Pa·s；
优选地，所述粗集料和所述细集料的加热时间≥1h；
优选地，干拌时间为10-15s；
优选地，湿拌时间为45-50s。
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