CN112358223A - 温拌剂、再生剂及温拌再生沥青混合料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种温拌剂、再生剂及温拌再生沥青混合料的制备方法，温拌剂由聚酰胺蜡、氯化石蜡、树脂、芳香烃和蓖麻油按20.1：11.9：8.2：10.4：3.1的质量份数比混合后，于120～130℃条件下熔融剪切10～12min制成；再生剂由地沟油、抗老化剂、废旧橡胶粉、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成；温拌再生沥青混合料的制备，根据试验来确定各组分的用量，并通过温拌剂、再生剂的作用掺一定量旧RAP料来制备新的温拌再生沥青混合料，制备的新的温拌再生沥青混合料耐疲劳性、稳定强度等有很好的优势。本发明结合废物利用，优化选材问题，实现旧沥青路面的再生的同时又节能、环保、性能优。

Description

温拌剂、再生剂及温拌再生沥青混合料的制备方法
技术领域
本发明涉及沥青路面温再生技术领域，具体涉及温拌剂、再生剂及温拌再生沥青混合料的制备方法。
背景技术
沥青路面热再生技术是在150℃～180℃的高温下对新沥青、新矿料及一定量的旧沥青混合料进行拌和，而后摊铺、碾压形成沥青路面的过程。近年来，沥青热再生技术得到了广泛的关注，可使旧沥青路面得到再利用。但是在热再生过程中，对新老材料进行高温加热是一个非常耗能的过程，不利于节能减排且会导致旧料中的沥青再次热致老化。温拌再生技术是将温拌的降温技术和热再生技术结合起来，兼具热再生的优点，又通过降低了20～30℃的拌和和压实温度，同时节约了能源、减轻了沥青的老化，进而弥补了热再生技术的缺陷。
目前我国温拌再生沥青混合料因为温拌剂和再生剂的选材、沥青混合料添加剂的选材、沥青混合料的拌和成型工艺等问题，导致温拌再生沥青混合料的性能较差，特别是抗裂性和抗疲劳性与新拌沥青混合料有明显差距。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种温拌剂、再生剂及温拌再生沥青混合料的制备方法，结合废物利用，优化选材问题，实现旧沥青路面的再生的同时又节能、环保、性能优。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种温拌剂，由聚酰胺蜡、氯化石蜡、树脂、芳香烃和蓖麻油按20.1：11.9：8.2：10.4：3.1的质量份数比混合后，于120～130℃条件下熔融剪切10～12min制成。
本发明提供一种再生剂，由地沟油、抗老化剂、废旧橡胶粉、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成。
进一步地，其中各组分的质量含量为地沟油3-5份，废旧橡胶粉1.1-1.3份，塑化剂0.09-0.11份，抗老化剂0.12-0.14份。
进一步地，地沟油经过预处理，具体为：吸水后静置分层，除水，加干燥剂干燥。
本发明还提供一种温拌再生复合剂，由上述温拌剂和上述再生剂按质量比1：0.5～1.7混合后，于110℃～120℃条件下，熔融剪切5～7min制成。
根据沥青温拌技术的原理，常用沥青温拌剂一般可分为以下3类：
(1)有机降粘型温拌剂，提高沥青的流动性来保证沥青混合料相对低温的工作性；
(2)发泡沥青降粘温拌剂，用水发泡沥青，降低沥青的粘度，提高沥青的工作性能；
(3)乳化沥青降粘温拌技术，采用乳化沥青代替热沥青实现温拌。
沥青再生过程即是对沥青在老化过程中缺失的组分进行补充，使其恢复性能。按照老化机理，可以考虑通过补充富含芳香分的油分来改善沥青的性质。从相容性理论考虑，沥青的老化主要是沥青质和软沥青质溶解度变大所致，所以可以加入再生剂或者新沥青两种手段减小两者溶解度差值。
现有技术中，温拌与再生过程被割裂开来，大多数的温拌剂与再生剂没有实现统一，各考虑各的作用，没有考虑为对方增效的配比，而本温拌剂中的树脂、芳香烃也可以为再生剂提供作用，再生剂中使用地沟油和废旧橡胶粉作为原材料，降低了造价。
本发明还提供一种温拌再生沥青混合料的制备方法，包括下列步骤：
S1、对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨所得旧RAP料进行破碎、筛分；
S2、确定旧RAP料的油石比和级配及旧沥青性能指标；确定新矿料的配合比；确定新沥青、新矿料和旧RAP料的掺加比例；
S3、通过不同温拌剂剂量下沥青混合料击实温度及空隙率的关系试验确定温拌剂用量；设定旧沥青再生的目标标号，通过不同剂量再生剂下再生沥青的性能试验确定再生剂的用量；进而结合RAP掺量确定温拌剂和再生剂的质量比；
S4、选择5个以0.5％为间隔的油石比制备沥青混合料试样，利用马歇尔击实试验在每个所述油石比的条件下成型5个马歇尔试件，按马歇尔试验法确定最佳油石比；
S5、拌和锅中加入130-135℃的旧RAP料，加入加热至125-135℃的温拌再生剂，拌和；加入新集料拌和，加入加热至130-135℃的新沥青后拌和，最后加入新矿粉再拌和，击实温度130℃。
进一步地，所述新沥青为70#沥青或SBS改性沥青。
进一步地，所述旧RAP料的用量为20％-70％。
进一步地，所述新矿粉包括云母粉，所述云母粉的加入量为3％-6％。
进一步地，所述新集料中加入有剑麻纤维，掺加量为0.20％-0.35％。
本发明优化了温拌剂与再生剂配方，调高旧沥青混合料用量，降低温拌再生沥青混合料的造价。新矿料中添加云母粉，用量为3％-6％，超过6％的部分用常规矿粉，由于云母粉特殊的表面结构，改善了粘结料的粘合性能，提高了沥青混合料抗周期性荷载的强度，本发明中加入云母粉，提高了温拌再生沥青混合料的耐疲劳性。
在沥青混合料中掺加剑麻纤维，剑麻纤维在混合料中以一种三维分散相存在且相互搭接，形成桥接纤维网络，产生了界面粘结强度，可以起到加筋作用，使混合料具有较高的强度和稳定性，增强了骨架的稳定性，延缓了塑性变形的速率，也减缓车辙的扩展速度，提高温拌再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗裂性。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明针对地沟油、废旧橡胶颗粒回收量不足，回收后利用率还有待提高的现实，再生剂利用地沟油、废旧橡胶颗粒制成，实现这两废资源化利用，促进路用材料绿色发展。
2、本发明中将温拌剂和再生剂整体考虑，利用温拌剂中的树脂、芳香烃为再生剂提供作用，起到增效作用，进一步提高了再生剂对旧沥青的再生作用。
3、采用云母粉代替矿粉，由于云母粉特殊的表面结构，改善了粘结料的粘合性能，提高了沥青混合料抗周期性荷载的强度，解决了再生沥青混合料的耐疲劳性差的问题。
4、通过在沥青混合料中掺加剑麻纤维提高温拌再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗裂性；剑麻纤维在混合料中以一种三维分散相存在且相互搭接，形成桥接纤维网络，产生了界面粘结强度，可以起到加筋作用，使混合料具有较高的强度和稳定性，增强了骨架的稳定性，延缓了塑性变形的速率，也减缓车辙的扩展速度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备温拌剂：由聚酰胺蜡、氯化石蜡、树脂、芳香烃和蓖麻油按20.1：11.9：8.2：10.4：3.1的质量份数比混合后，于120～130℃条件下熔融剪切10～12min制成。温拌剂用量用新旧沥青总量的百分比表示。
制备再生剂：由地沟油、废旧橡胶粉、抗老化剂、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成；其中，地沟油3份，废旧橡胶粉1.1份，抗老化剂0.12份，塑化剂0.11份。再生剂用量用旧沥青质量的百分比表示。
制备温拌再生复合剂：称取温拌剂和再生剂，将两者混合后于110℃～120℃条件下，熔融剪切5～7min制成温拌再生复合剂，本例温拌剂和再生剂的质量比为1:0.8。
制备温拌再生沥青混合料，包括下列步骤：
S1、对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨所得旧RAP料进行破碎、筛分；
S2、确定旧RAP料的油石比和级配及旧沥青性能指标；确定新矿料的级配；确定新矿料和旧RAP料的掺加比例；
以某回收的实际沥青路面上面层(AC-13级配、A-70号沥青)的旧RAP料为试验材料，用离心法抽提出旧料中的沥青，测得旧沥青的针入度为33.2，旧料油石比为4.9％，之后用筛分法获得其级配见表1第二行；旧料掺量取45％，再根据旧RAP料的原级配和所制备的温拌再生沥青混合料的目标级配(见表1第四行中值)，确定制备温拌再生沥青混合料需要的新集料与旧RAP料的质量比例；用筛分法获得新粗细集料和石灰石新矿粉的级配后，通过规划求解的方法得到的矿料配合比为新粗集料：新细集料：新矿粉：RAP＝35：15：5：45，此时矿质混合料的合成级配见表1第三行；
S3、通过不同温拌剂剂量下沥青混合料击实温度及空隙率的关系试验确定温拌剂用量；取空隙率中值4.5％、对应击实温度130℃时的温拌剂剂量，本例温拌剂用量为新旧沥青总量的3.1％；设定旧沥青再生的目标标号为70号，通过不同剂量再生剂下再生沥青的性能试验确定再生剂的用量；本例确定再生剂的用量为旧沥青质量的8％；结合RAP掺量确定温拌剂和再生剂的质量比，本例温拌剂和再生剂的质量比为1:1.19；
S4、选择5个以0.5％为间隔的油石比制备沥青混合料试样，利用马歇尔击实试验在每个所述油石比的条件下成型5个马歇尔试件，按马歇尔试验法确定最佳油石比，油石比为温拌再生沥青混合料试样中新旧沥青的质量与新旧矿料的质量比值，本例所用新沥青为A-70号沥青，最佳油石比为4.77％；
S5、拌和锅中加入130-135℃的旧RAP料，加入加热至125-135℃的温拌再生剂，拌和时间为60-65s；加入新集料拌和40-45s，加入加热至130-135℃的新沥青后拌和40-45s左右，最后加入新矿粉再拌和40-45s后出料，击实温度130℃；以上为实验室内小型拌和机的时间，若为其他型号的拌和机，以目测合理的总拌合时间结合以上时间折合分配。
新沥青、新矿料的各项性能指标均进行了检测，满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的要求。
表1级配表(通过率)
筛孔尺寸 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
PAP通过百分率(％) 100 97.8 78.2 54 40.2 31.8 24.3 16.2 7.6 4.2
新旧矿料合成级配(％) 100 95.1 74.3 46.4 31.6 22.8 15.2 14.9 8.8 5.9
工程设计级配范围(％) 100 90-100 68-80 38-54 24-38 15-28 10-22 7-15 5-12 4-8
实施例2
原材料及级配等同实施例1，区别点如下：
(1)再生剂：由地沟油、废旧橡胶粉、抗老化剂、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成；其中地沟油4份，废旧橡胶粉1.2份，抗老化剂0.13份，塑化剂0.1份。
(2)新矿粉配合比为5％，其中3％用级配接近的云母粉取代，另外的2％还用石灰石粉做新矿粉。
(3)温拌剂和再生剂的用量，本例分别为新旧沥青总量的3.1％和旧沥青质量的7.7％；温拌再生复合剂：本例温拌剂和再生剂的质量比为1:1.15。
实施例3
原材料及级配等同实施例1，区别点如下：
(1)再生剂：由地沟油、废旧橡胶粉、抗老化剂、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成；其中地沟油5份，废旧橡胶粉1.3份，抗老化剂0.14份，塑化剂0.09份。
(2)5％的新矿粉全部用级配接近的云母粉取代。
(3)温拌剂和再生剂的用量，本例分别为新旧沥青总量的3.1％和旧沥青质量的7.6％；温拌再生复合剂：本例温拌剂和再生剂的质量比为1:1.13。
实施例4
其它同实施例3，区别点如下：
(1)5％的新矿粉，全部用石灰石粉做新矿粉。
实施例5
其它同实施例3，区别点如下：
(1)5％的新矿粉，其中3％用级配接近的云母粉取代，另外的2％还用石灰石粉做新矿粉。
实施例6
其它等同实施例3，区别点如下：
(1)RAP料及级配同实施例1，新粗细集料和石灰石新矿粉的级配同实施例1，目标级配同实施例1；旧料掺量此取20％；通过规划求解的方法得到的配合比为新粗集料：新细集料：新矿粉：RAP＝50：23：7：20，满足表1级配范围的要求。
(2)以上7％的新矿粉，其中6％用级配接近的云母粉取代，另外的1％还用石灰石粉做新矿粉。
(3)本例新料油石比为4.74％；
(4)温拌剂和再生剂的用量，本例分别为新旧沥青总量的3.1％和旧沥青质量的7.6％；温拌再生复合剂：本例温拌剂和再生剂的质量比为1:0.51。
实施例7
其他同实施例6，区别点如下：
(1)7％的新矿粉，全部用级配接近的云母粉取代。
实施例8
其他同实施例2，变化点如下：
(1)新矿粉配合比的5％，全部用级配接近的云母粉取代。
(2)剑麻纤维性质如表2，掺加量为新旧混合料总质量的0.25％。
表2剑麻纤维的技术性能
产地 颜色 直径/mm 纤维长度/mm 密度/g/cm<sup>3</sup> 拉伸强度/MPa 伸长率/％ 熔融温度/℃
广西 洁白 约0.1 6～10<sup>*</sup> ≮8 510 6 >200
(3)本例加纤维后新料最佳油石比为4.83％；温拌剂和再生剂的用量，本例分别为新旧沥青总量的3.1％和旧沥青质量的7.7％；温拌再生复合剂：本例温拌剂和再生剂的质量比为1:1.13。
(4)本例将实施例1拌和中的“加入加热130℃至130-135℃的新沥青后拌和40-45s左右”改为“加入加热至130-135℃的新沥青、同时加入剑麻纤维后拌和55-60s左右”，其他拌和方法相同同。
实施例9
其他同实施例2，变化点如下：
(1)回收的是AC-16级配、A-70号沥青的回收料(RAP)，用离心法抽提出旧料中的沥青，测得旧沥青的针入度为39.1，旧料油石比为4.7％；之后用筛分法获得RAP级配如表3第2行；旧料掺量取70％；目标级配为表3第4行；通过规划求解的方法得到的矿料配合比为新粗集料：新细集料：新矿粉：RAP＝20：8：2：70，此时矿质混合料的合成级配表3第3行。
表3级配表(通过率)
Figure BDA0002731308330000091
(2)本例新料最佳油石比为4.67％。
(3)温拌剂和再生剂的用量，本例分别为新旧沥青总量的3.1％和旧沥青质量的7.2％；本例温拌剂和再生剂的质量比为1:1.64；
(4)拌和方法：拌和锅中加入130-135℃的旧RAP料，加入加热至125-135℃的温拌再生剂，拌和时间为70-75s；加入新集料拌和35-40s，加入加热至130-135℃的新沥青后拌和35-40s左右，其他拌和方法相同。
将上述各实施例制备的温拌再生沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011所述方法，成型温拌再生沥青混合料试件，进行高温性能、水稳性能、低温抗裂性、疲劳性能等路用性能检验。其检测方法及结果如下：
(1)高温稳定性
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的T0719-2011规程所述进行车辙试验，计算试件的动稳定度(DS)如表4所示。表4末列为《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中高速、一级公路的密级配沥青混合料夏炎热区(如气候分区1-3-1时)重载交通抗车辙能力的技术要求。由表4可见各项高温性能均满足规范要求。实施例8的高温稳定性明显高于其他实施例的数据，实施例9也较高。
表4温拌再生沥青混合料的动稳定度DS(次/mm)
Figure BDA0002731308330000101
(2)水稳定性
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的T0709-2011规程进行冻融劈裂试验进行试验，计算残留稳定度如表5所示；按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的T0729-2000规程进行冻融劈裂试验进行试验，计算劈裂强度比如表5所示。《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中密级配沥青混合料高速、一级公路中有关潮湿区(如气候分区1-3-1时)抗水损能力的技术要求为残留稳定度≥80％、劈裂强度比≥75％。由表5可见各项抗水损性能均满足规范要求。实施例6-8的抗水损能力更强。
表5温拌再生沥青混合料的水稳定性
Figure BDA0002731308330000102
(3)低温抗裂性
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的T0715-2011规程进行弯曲试验，计算弯拉应变如表6所示。末列为《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中高速、一级公路中密级配沥青混合料冬冷区(如气候分区1-3-1时)低温抗裂性宜满足的技术要求。由表6可见各项低温抗裂性均满足规范要求。实施例3、6表现出较好的低温抗裂性；实施例8的低温抗裂性明显高于其他实施例的数据。
表6温拌再生沥青混合料的低温抗裂性(με)
Figure BDA0002731308330000111
(4)抗疲劳性
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的T0739-2011规程进行四点弯曲疲劳寿命试验，在温度15℃、加载频率10HZ的条件下，运用常应变控制方法，定义劲度模量下降为初始劲度模量的50％的循环次数作为温拌再生沥青混合料的疲劳寿命。选择应变水平400με、500με时的试验结果如表7所示。实施例3、6、7表现出更好的抗疲劳性，实施例7表现出比实施例6明显降低的抗疲劳性。对于该试验规范没有明确的技术要求，疲劳寿命越长越好。
表7温拌再生沥青混合料的疲劳寿命(次)
Figure BDA0002731308330000112
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温拌剂，其特征在于，由聚酰胺蜡、氯化石蜡、树脂、芳香烃和蓖麻油按20.1：11.9：8.2：10.4：3.1的质量份数比混合后，于120～130℃条件下熔融剪切10～12min制成。
2.一种再生剂，其特征在于：由地沟油、抗老化剂、废旧橡胶粉、塑化剂于70～80℃的条件下充分搅拌混合后，冷却到常温制成。
3.如权利要求2所述的再生剂，其特征在于：其中各组分的质量含量为地沟油3-5份，废旧橡胶粉1.1-1.3份，塑化剂0.09-0.11份，抗老化剂0.12-0.14份。
4.如权利要求2所述的再生剂，其特征在于：地沟油经过预处理，具体为：吸水后静置分层，除水，加干燥剂干燥。
5.一种温拌再生复合剂，由权利要求1所述温拌剂和权利要求2-4任一所述再生剂制成，其特征在于：所述温拌剂和所述再生剂的质量比为1：0.5～1.7，所述温拌剂和所述再生剂混合后于110℃～120℃条件下，熔融剪切5～7min制成温拌再生复合剂。
6.一种温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1、对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨所得旧RAP料进行破碎、筛分；
S2、确定旧RAP料的油石比和级配及旧沥青性能指标；确定新矿料的配合比；确定新沥青、新矿料和旧RAP料的掺加比例；
S3、通过不同温拌剂剂量下沥青混合料击实温度及空隙率的关系试验确定温拌剂用量；设定旧沥青再生的目标标号，通过不同剂量再生剂下再生沥青的性能试验确定再生剂的用量；进而结合RAP掺量确定温拌剂和再生剂的质量比；
S4、选择5个以0.5％为间隔的油石比制备沥青混合料试样，利用马歇尔击实试验在每个所述油石比的条件下成型5个马歇尔试件，按马歇尔试验法确定最佳油石比；
S5、拌和锅中加入130-135℃的旧RAP料，加入加热至125-135℃的温拌再生剂，拌和；加入新集料拌和，加入加热至130-135℃的新沥青后拌和，最后加入新矿粉再拌和，击实温度130℃。
7.如权利要求6所述的温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述新沥青为70#沥青或SBS改性沥青。
8.如权利要求6所述的温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述旧RAP料的用量为20％-70％。
9.如权利要求6所述的温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述新矿粉包括云母粉，所述云母粉的加入量为3％-6％。
10.如权利要求6所述的温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述新集料中加入有剑麻纤维，掺加量为0.20％-0.35％。
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