CN111960728B - 温拌再生混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温拌再生混合料，属于道路工程试验领域。该混合料以乳化沥青、铣刨料为原料，以空隙率及路用性能作为关键指标，采用低空隙率、高沥青含量、高粉胶比进行混合料设计，混合料设计空隙率小于5％，沥青含量高于5％，粉胶比为0.8‑1.8。与现有技术相比，本发明制备温拌再生混合料的方法具有RAP料利用率高，路用性能好，施工和易性好，施工温度范围大等特点，具有很好的推广应用价值。

Description

温拌再生混合料
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体提供一种温拌再生混合料。
背景技术
沥青路面再生技术是实现路面材料循环利用的主要手段。现有沥青路面再生利用包括：厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生、就地冷再生等四类技术。各类再生技术具有不同的适用范围。厂拌热再生的技术最为成熟，应用范围较大，但其RAP料(再生沥青混合料)掺量比例、加热功率、加热导致的粘结问题、过度加热导致沥青老化(甚至炭化)及输送等问题间的矛盾，造成常规热再生掺加RAP的比例无法超过30％，生产效率低及应用效果有限，温拌再生成为一种解决上述矛盾的有效方式。但是，目前常规温拌再生需采用油性温拌剂，高温加热后，其轻质组分大量挥发，混合料生产时会产生大量的烟气，污染环境。因此，还需要找到另外一种途径，实现大比例RAP的温拌及低排放。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种能够提高RAP利用率及效果，降低路面施工温度，减少路面温室气体排放的温拌再生混合料。
申请人发现乳化沥青预拌再生混合料具有以下特点：(1)全再生或大掺量再生混合料中，全再生混合料中旧沥青所占比例大，存在新旧沥青的融合程度问题，提高沥青含量有利于融合、补充沥青；(2)全再生集料表面被旧沥青所包裹，集料的棱角性明显低于常规集料；部分旧沥青可能未被激活，但仍不能作为集料看待，它仍然属于粘弹性物质，因此全再生整体更容易被压实而达到更小的空隙率；(3)RAP料旧沥青与集料间存在明显的缝隙，如果空隙率太大，水分更容易进入混合料内部，破坏集料与沥青粘结界面，因此较低的空隙率设计可以更加有效防止水分的进入，更有利于面层路面性能；(4)较低的空隙率设计，混合料的高温性能仍具有达到良好，疲劳等性能更好。因此，全再生或大掺量混合料设计的关键点是空隙率与路用性能。
本发明温拌再生混合料以乳化沥青、铣刨料为原料，以空隙率及路用性能作为关键指标，采用低空隙率、高沥青含量、高粉胶比进行混合料设计，混合料设计空隙率小于5％、沥青含量高于5％、粉胶比为0.8-1.8时均能够实现良好的路用性能。特别是设计空隙率优选为1.0％-4.0％，沥青含量优选4.8％-6.5％，粉胶比优选为1.0-1.6。
当RAP掺配比例相对较低或使用的最大工程粒径大于26.5mm时，所述沥青含量有可能会低于5.0％，但是该种状况下，经济优势会明显下降，不宜采用。
所述乳化沥青优选为中裂乳化沥青或慢裂乳化沥青。
本发明所述路用性能指标主要是指高温性能指标、低温性能指标及水稳定性指标三个指标，如有特殊用途，性能指标会增加(如疲劳、模量等)，最终具体应根据路面设计要求及相关规范进行确定。
在进行混合料级配设计时，级配范围可参照现有级配范围参照AC和高模量类沥青混凝土级配，但由于是大掺量或全再生利用，在很大程度上与常规混合料不同，某些筛孔在级配满足施工和易性、空隙率及路用性能的前提下，可根据实际情况进行调整。
进一步的，本发明温拌再生混合料中还可以添加一定比例新集料、填料，按质量份计，各原料的质量配比为：RAP料50-100份、新集料0-50份、填料0-5份，优选为RAP料65-85份、新集料15-33份、填料0-2份。
新集料、RAP料的具体粒径可根据所用路面结构层及实际级配需求进行选择，可以选一档或几档且规格可不同。
所述填料优选为矿粉、水泥等粉料。
作为优选，本发明温拌再生混合料的制备方法包括以下步骤：
a、根据粒径不同，分别对RAP料和新集料进行粗料、中料、细料的分档，对各档RAP料分别进行抽提试验，确定不同档RAP料的级配及沥青含量；
b、以空隙率及路用性能作为关键指标，进行室内试验，确定混合料级配、乳化沥青掺量；
c、常温预拌和
先将粗料、中料与乳化沥青拌和，拌和均匀后再加入细料和/或填料，拌和至均匀；
d、预拌和均匀的混合料直接进拌和楼进行常规加热拌合，达到拌合时间后，出料运输至现场进行混合料施工。
在本发明中，所述粗料的粒径为10mm-20mm；所述中料的粒径为5mm-10mm；所述细料的粒径为0mm-5mm。
步骤c常温预拌和时，先与乳化沥青拌合的粗料可以是RAP料的粗料和/或新集料的粗料，中料可以是RAP料的中料和/或新集料的中料。后加入的细料可以是RAP料的细料和/或新集料的细料。总时间以能够均匀拌和为宜，优选为15s-30s。
作为优选，以边喷淋乳化沥青边拌和的方式完成乳化沥青与粗料、中料的拌和。该拌合过程可以采用现有厂拌冷再生拌合方式完成，也可设计专用拌和装置，只要能够实现边喷淋乳化沥青边拌和即可。
混合料沥青含量可以采用道路工常规方式，按照确定的级配进行混合料的室内沥青含量的确定。作为优选，可采用以下热拌方式确定乳化沥青掺量及沥青含量，具体步骤如下：
b1、将铣刨料、新集料在140℃-160℃下加热4h-6h，保证铣刨料、新集料温度稳定在140℃-160℃；
b2、将加热后的铣刨料、新集料等原材料快速放入室内拌和锅中，然后加入适量常温乳化沥青进行拌和；
(1)若级配中添加填料，则先拌和60s-90s后，添加填料，然后继续拌合，当总拌和时间达到180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌60s-90s，若仍有花白料则继续添加乳化沥青，添加量按0.1-0.5％的质量百分比递增；
(2)若不添加填料，则拌和180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌60s-90s，若仍有花白料则继续添加乳化沥青，添加量按0.1-0.5％的质量百分比递增；
b3，重复步骤b2至无花白料，此时添加的乳化沥青量即为所采用级配的乳化沥青的最低掺量。
混合料沥青含量为混合料中旧沥青与新沥青质量总和占混合料总质量的百分比，其中本发明中新沥青质量是指乳化沥青的固体质量。
为了使混合料达到拌合均匀且无花白料状态，步骤b1的拌和温度优选为150℃-160℃，特别是150℃-155℃；步骤b2的总拌和时间最低为180s，最长为540s。
步骤d拌和站中加热滚筒可采用逆流或顺流式加热方式进行，当乳化沥青为改性乳化沥青时优选采用逆流式加热。拌和时间为30s-90s，优选为30s-60s。出料温度优选为120-140℃，现场压实温度控制在80℃-135℃，优选为110℃-120℃。
和现有技术相比，本发明的温拌再生混合料具有以下突出的有益效果：
(一)RAP掺量高达50％以上，甚至可以实现100％全再生料，有效提高RAP利用率；
(二)首次提出以更低的设计空隙率(1％-4％)、高油石比、高粉胶比进行乳化沥青预拌全再生混合料设计，能满足路面设计要求，形成的混合料直接用于路面面层，提高了路面铣刨料的利用效果；
(三)采用乳化沥青预拌和方式，预拌和的混合料仍然呈颗粒状存在，不会形成粘结成结块，可以储存备用，并且，由于预拌混合料中残留乳化沥青水分及新乳化沥青残留物的作用，使加热方式变得温和，有效防止了沥青的二次老化，减少了大量沥青烟气的排放，具有节能减排效果；
(四)通过加热滚筒后的乳化沥青再生混合料，对机械的粘连作用明显下降，施工和易性好，混合料出料温度可控制在120-140℃，现场压实温度可控制在80-120℃，可施工温度范围大，具有明显的温拌效果；
附图说明
附图1是实施例一乳化沥青预拌全再生混合料级配图；
附图2是实施例一沥青含量快速确定流程图；
附图3是实施例一乳化沥青预拌全再生混合料与常规AC、SMA的DA、SA、VV及Fb等4种体积指标对比图；
附图4是实施例二大掺量乳化沥青预拌全再生混合料级配图；
附图5实施例二沥青含量快速确定流程图；
附图6是实施例一、二中乳化沥青预拌再生混合料及常规混合料汉堡试验曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例一：乳化沥青预拌全再生混合料的制备。
【原材料及检测】
乳化沥青采用慢裂乳化沥青。
RAP集料采用粗料(10-20mm)、中料(5-10mm)及细料(0-5mm)三种规格，其质量配比为粗料:中料:细料＝65:12:23。
对乳化沥青进行检测，测定固含量等指标；对RAP集料进行抽提试验，测定级配及残留沥青含量等指标，试验结果见表1、表2、表3。
表1 乳化沥青检测结果
Figure BDA0002594918240000061
表2 RAP沥青残留含量
Figure BDA0002594918240000062
表3 RAP集料筛分结果
筛孔，mm 粗 中 细
19 100.0 100.0 100.0
16 100.0 100.0 100.0
13.2 90.4 100.0 100.0
9.5 54.9 99.7 100.0
4.75 18.5 48.3 99.4
2.36 14.6 22.3 73.9
1.18 12.6 18.4 57.0
0.6 10.4 14.8 39.9
0.3 9.0 12.8 31.9
0.15 7.1 10.1 22.3
0.075 6.0 8.5 17.2
【室内混合料设计及性能验证】
根据原材料检测结果，结合项目实际情况及需求进行室内沥青混合料的设计。
本实施例为全再生利用，采用的级配参照AC-16型级配，全再生混合料级配见附图1及表4。
表4 全再生-16级配
筛孔尺寸 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
全再生-16 100.0 93.8 70.6 40.7 29.2 23.5 17.7 14.7 11.0 8.9
AC-16上限 90.0 76.0 60.0 34.0 20.0 13.0 9.0 7.0 5.0 4.0
AC-16下限 100.0 92.0 80.0 62.0 48.0 36.0 26.0 18.0 14.0 8.0
设计级配中，13.2mm、0.075mm筛孔通过率超出常规AC-16级配范围，但是由于该级配下RAP材料的利用率最高，因此仍采用该级配进行混合料的设计。
如附图2所示，以热拌方式确定沥青含量的具体步骤如下：
(1)将铣刨料(RAP)放置155℃的烘箱中加热4.5h；
(2)将RAP料从烘箱中取出，迅速放入拌合锅中，加入常温乳化沥青进行拌和，拌和90s后，添加填料；若无需添加填料，则继续拌合，拌和180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌90s，这时若仍有花白料则继续添沥青，添加比例按0.3％递增，重复上述步骤直至无花白料，此时添加的乳化沥青量即为乳化沥青最低掺量；
(3)通过步骤(2)进行试拌，最终确定乳化沥青最低掺量为2.5％。按照乳化沥青的残留蒸发物固体含量，计算得到混合料的沥青含量为5.34％。
另外，步骤(2)拌合完成后，当沥青混合料温度稳定为115±5℃时，便可以进行乳化沥青再生混合料的试件制作及性能验证试验。具体试验结果见表5。
表5 混合料体积及性能试验结果
Figure BDA0002594918240000081
【乳化沥青与RAP料的预拌和】
按照室内试验确定的级配组成及沥青含量，进行乳化沥青再生混合料的预拌和。采用冷再生站拌和设备，计量好的乳化沥青采用边喷淋边拌和的方式与粗料、中料拌和均匀后，再加入细料继续拌和，总拌和时间达到21s时完成预拌和，通过预拌和使乳化沥青均匀的裹覆在RAP集料的表面，预拌和的混合料仍然呈颗粒状存在，不会粘结成结块，可以储存备用。
将预拌和完成后的常温混合料，通过传送带送入拌合站加热滚筒中，加热滚筒的加热形式采用逆流式加热。混合料出料温度为130℃，现场拌合压实温度控制在115℃。
【取芯验证】
对上述成型的路面取芯，进行汉堡试验测定其路用性能，经测定在50℃、0.7MPa、20000次碾压条件下，混合料的轮辙变形仅为4.3mm，且无剥落拐点，性能优良(见附图6)。
【可行性说明】
现有技术中级配类型多为AC、SMA类混合料，一般性能良好的AC类混合料设计空隙率多设计为4.0％-5.0％，有效沥青膜厚度为7-11μm；性能良好的SMA类混合料设计空隙率多为3.5％-4.5％，其沥青膜厚度为6-8μm。通过对比VV、DA、Fb、SA等4项体积指标(见附图3)，可看出本实施例乳化沥青全再生混合料具有以下特点：(1)混合料集料比表面积(SA)介于AC与SMA类之间；(2)沥青膜厚度(DA)为7.13μm，更加接近于SMA；(3)粉胶比(Fb)为1.67，已达到SMA混合料粉胶比(Fb)范围。
上述结果说明，全再生混合料的级配设计组成不同于AC、SMA类混合料，它具备自己独特的特点，采用更低的设计空隙率，同时提高沥青含量、粉胶比，能够得到具有良好路用性能的再生混合料。
实施例二，乳化沥青预拌74％再生混合料的制备：
本实施例中，采用的RAP、乳化沥青等与实施例1中的相同，区别在于添加有新集料、填料。RAP、集料及填料筛分结果见表6。
表6 RAP、集料及填料筛分结果
Figure BDA0002594918240000091
【室内混合料设计及性能验证】
原料比例、组成、级配见表7、表8、表9、附图4。
表7 大掺量(74％RAP)温拌再生混合料原料比例
种类 RAP 新集料 填料
比例(％) 74 25 1
表8 大掺量(74％RAP)温拌再生混合料各档料组成情况
Figure BDA0002594918240000092
表9 74％RAP掺量温拌AC-20级配
筛孔尺寸 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
AC-20 100.0 93.6 85.4 76.2 60.0 32.4 20.7 17.0 13.3 11.4 8.9 7.3
AC-20上限 100 100 92 80 72 56 44 33 24 17 13 7
AC-20下限 100 90 78 62 50 26 16 12 8 5 4 3
如附图5所示，以热拌方式确定沥青含量的具体步骤如下：
(1)将新集料、铣刨料(RAP)放置155℃的烘箱中加热4.5h；
(2)将新集料、RAP料从烘箱中取出，迅速加入到拌合锅中，加入常温乳化沥青进行拌和，拌和90s后添加矿粉(填料)，然后继续拌合；当总拌和时间达到180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌90s，这时若仍有花白料则继续添沥青，添加比例按0.3％递增，重复上述步骤直至无花白料，此时添加的乳化沥青量即为乳化沥青掺量；
(3)通过步骤(2)进行试拌，最终确定乳化沥青用量为3.5％。按照乳化沥青的残留蒸发物固体含量，计算得到混合料的沥青含量为5.04％。
另外，步骤(2)拌合完成后，当沥青混合料温度稳定为115±5℃时，便可以进行乳化沥青再生混合料的试件制作及性能验证试验。具体试验结果见表10。
表10 混合料体积及性能试验结果
Figure BDA0002594918240000101
【乳化沥青与RAP料的预拌和】
按照室内试验确定的级配组成及沥青含量，进行乳化沥青再生混合料的预拌和。采用冷再生站拌和设备，计量好的乳化沥青采用边喷淋边拌和的方式与新集料、粗料、中料拌和均匀后，再加入细料、填料继续拌和，总拌和时间达到15s时完成预拌和，通过预拌和使乳化沥青均匀的裹覆在RAP集料的表面，混合料仍然呈颗粒状存在，不会形成粘结成结块，可以储存备用。
将预拌完成后的常温混合料，通过传送带送入拌合站加热滚筒中，加热滚筒的加热形式采用逆流式加热。混合料出料温度为130℃，现场压实温度控制在115℃。
【取芯验证】
对上述成型的路面取芯，进行汉堡试验测定其路用性能，经测定在50℃、0.7MPa、20000次碾压条件下，混合料的轮辙变形仅为4.7mm，且无剥落拐点，性能优良(见附图6)。

Claims (4)

1.温拌再生混合料，其特征在于：以乳化沥青、铣刨料、新集料、填料为原料，以空隙率及路用性能作为关键指标，采用低空隙率、高沥青含量、高粉胶比进行混合料设计，混合料设计空隙率为1-4%，沥青含量为5-6.5%，粉胶比为1.0-1.8，混合料级配范围参照AC和高模量类沥青混凝土，铣刨料、新集料、填料的质量配比为：RAP料50-100份、新集料0-50份、填料0-5份，
混合料制备方法包括以下步骤：
a、根据粒径不同，分别对RAP料和新集料进行粗料、中料、细料的分档，对各档RAP料分别进行抽提试验，确定不同档RAP料的级配及沥青含量；
b、以空隙率及路用性能作为关键指标，进行室内试验，确定混合料级配、乳化沥青掺量，
采用热拌方式确定乳化沥青掺量：
b1、将铣刨料、新集料在140-160℃条件下加热4h-6h，保证铣刨料、新集料温度稳定在140℃-160℃；
b2、将加热后的铣刨料、新集料快速放入室内拌和锅中，然后加入适量常温乳化沥青进行拌和；
（1）若级配中添加填料，则先拌和60s-90s后，添加填料，然后继续拌合，当总拌和时间达到180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌60s-90s，若仍有花白料则继续添加乳化沥青，添加量按0.1-0.5%的质量百分比递增；
（2）若不添加填料，则直接拌和180s后观察混合料状态，若有花白料则继续搅拌60s-90s，若仍有花白料则继续添加乳化沥青，添加量按0.1-0.5%的质量百分比递增；
b3，重复步骤b2至无花白料，此时添加的乳化沥青量即为所采用级配的乳化沥青的最低掺量；
c、常温预拌和
常温预拌和采用边喷淋乳化沥青边拌和的方式完成乳化沥青与粗料、中料的拌和，拌和均匀后再加入细料和/或填料，拌和至均匀；
d、预拌和均匀的混合料直接进拌和楼进行常规加热拌合，达到拌合时间后，出料运输至现场进行混合料施工。
2.根据权利要求1所述的温拌再生混合料，其特征在于：步骤b2中，乳化沥青添加量按0.3%的质量百分比递增。
3.根据权利要求1所述的温拌再生混合料，其特征在于：步骤c中预拌和时间总时长为15s-30s。
4.根据权利要求1所述的温拌再生混合料，其特征在于：步骤d拌和站中加热滚筒采用逆流或顺流式加热方式进行，拌和时间为30s-60s，出料温度为120-140℃，现场混合料摊铺压实温度控制在80-135℃。
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