CN112851202A - 一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及沥青混凝土技术领域，具体公开了一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法。其技术要点是：厂拌热再生沥青混凝土包括如下重量份数的组分：新骨料100‑150份；旧骨料20‑30份；沥青8‑12份；矿粉1.5‑4份；再生剂1‑2份；消石灰0.5‑1.1份；增强纤维5‑10份；填料0.8‑1.2份。通过采用上述各原料组分制备得到的沥青混凝土具有较高的抗压强度和使用寿命。

Description

一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及沥青混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土俗称沥青砼，人工选配具有一定级配组成的矿料，碎石或压碎砾石、石屑或砂、矿粉等，与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。
在公开号为CN110436828A的中国申请专利中公开了一种含有酸性石料的水工沥青混凝土及其制备方法，其包括沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料、海泡石绒、橡胶，其中沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料按以下质量百分比配比：沥青6-6.8％、破碎天然砂砾石骨料70.2-94％、填料10-13％、海泡石绒和橡胶按1:2-4的质量比配比，且海泡石绒占沥青质量的0.8-1％。
上述申请专利中，通过采用采用天然砂砾石破碎后加入到沥青混凝土中作为骨料，以降低工程成本但破碎天然砂砾石骨料的酸碱差异性较大，导致其各组分原料间的结合性较差，当沥青混凝土在使用过程中承受较大压力时，容易出现裂纹，进而导致其使用寿命大大降低。
发明内容
为了提高沥青混凝土的抗压强度和使用寿命，本申请提供一种厂拌热再生沥青混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种厂拌热再生沥青混凝土，采用如下的技术方案：
一种厂拌热再生沥青混凝土，包括如下重量份数的组分：
新骨料 100-150份；
旧骨料 20-30份；
沥青 8-12份；
矿粉 1.5-4份；
再生剂 1-2份；
消石灰 0.5-1.1份；
增强纤维 5-10份；
填料 0.8-1.2份。
通过采用上述技术方案，旧骨料采用再生沥青旧料，由旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后得到，将旧沥青路面拆除再利用，一方面可以节约大量沥青、砂石原料，另一方面有利于处理废料、保护环境，具有显著的经济效益和环境效益。通过再生剂，使得沥青具有良好的针入度和延度，消石灰可以提高沥青和新骨料之间的相容粘附性。
增强纤维具有良好的耐弯折性和韧性，同时还具有良好的耐高温性能和化学腐蚀性能，其在厂拌热再生沥青混凝土的加工过程中具有良好的应用性，使得厂拌热再生沥青混凝土具有良好的结构强度和稳定性。通过加入填料，其与增强纤维混合使用，可以大大降低沥青混凝土的孔隙率，提高沥青混凝土整体的密实度。此外，增强纤维与填料结合后能在混凝土的内部形成良好稳定的空间网络，从而提高厂拌热再生沥青混凝土的结构强度，即使承受较大压力后也不会出现裂纹的现象，抗压强度高，使用寿命长。
进一步优选为，所述新骨料包括玄武岩和石灰岩中的一种或多种，且所述新骨料的粒径为0-16mm。
通过采用上述技术方案，玄武岩是一种基性喷出岩石，主要成分为二氧化硅，其体积密度为2.8-3.3g/cm3，致密者压缩强度很大，可高达300MPa，耐久性较高，作为新骨料使用，可进一步增强沥青混凝土的结构强度。石灰岩具有良好的加工性、磨光性和胶结性能，其易与旧骨料和沥青在沥青混凝土的内部形成疏密相间的胶质网，使得沥青混凝土具有良好的结构强度。
进一步优选为，所述新骨料，按重量百分比包括：
粒径为0-4mm的新骨料20-40％；
粒径为4-10mm的新骨料40-60％；
粒径为10-16mm的新骨料20-40％。
通过采用上述技术方案，将新骨料的粒径分布控制在粒径为0-4mm的新骨料20-40％、粒径为4-10mm的新骨料40-60％、粒径为10-16mm的新骨料20-40％，可以使得沥青混凝土内部具有良好的空间结构，使得沥青混凝土在使用过程中不易产生裂纹，抗压强度高。
进一步优选为，所述沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青和橡胶改性沥青中的一种。
通过采用上述技术方案，改性沥青由SBS、SBR或旧轮胎橡胶对沥青改性得到，通过剪切、搅拌等方法使得SBS、SBR或旧轮胎橡胶均匀分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成共混材料，能有效地改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、内聚附着性能、混合料的稳定性、耐老化性等。
进一步优选为，所述填料为硅粉、玻璃微珠和纳米二氧化硅中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，硅粉、玻璃微珠和纳米二氧化硅在沥青混凝土中具有良好的分散性，且具有较大的强度，有利于提高再生沥青混凝土整体的结构强度。此外，填料与增强纤维之间具有良好的相容粘附性，能够填充在各组分原料间的缝隙中，使得沥青混凝土的密实度大大提高，进而提高了沥青混凝土在使用过程中的稳定性。
进一步优选为，所述增强纤维为木质素纤维、聚酯纤维和金属纤维中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，木质素纤维为中空管结构，可容纳更多的自由沥青，在厂拌热再生沥青混凝土中主要起到吸附的作用；聚酯纤维具有较高的比表面积，能够吸附较多的沥青，从而提高纤维与沥青的结合性能，使得沥青混凝土具有良好的韧性，在使用过程中不易发生断裂；金属纤维具有良好的力学性能，不仅断裂比强度和拉伸比模量较高，而且可耐弯折、韧性良好，同时，金属纤维还具有良好的耐高温性能和耐化学腐蚀性能，使其在厂拌热再生沥青混凝土的加工过程具有良好的应用性，进而使厂拌热再生沥青混凝土具有较高的结构强度和良好的稳定性。
进一步优选为，所述增强纤维采用金属纤维，且所述金属纤维经过表面处理得到，其具体的表面处理步骤为：
S1、将硝酸、氟化氢和水按照体积比4:1:5混合，得到表面处理液一；
S2、取100重量份、浓度为30％的硫酸溶液，加入2重量份的咪唑啉酰胺，搅拌混合均匀，加入10重量份甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和5重量份十二烷基磺酸钾，继续搅拌混合均匀，得到表面处理液二；
S3、将金属纤维浸入到表面处理液一中，静置2-3min，采用去离子水洗涤2-3次，然后浸入表面处理液二中，静置2-4min后，采用去离子水洗涤2-3次，干燥后，即得表面处理的金属纤维。
通过采用上述技术方案，对金属纤维表面进行处理，使得金属纤维表面变得粗糙，从而利于与各原料组分之间进行结合，提高相容粘附性，使得金属纤维在沥青混凝土中形成的网状结构更加稳定，进而提高沥青混凝土的整体结构强度，延长沥青混凝土的使用寿命。
先用表面处理液一对金属纤维表面进行初步处理，使得金属纤维表面的脏污和油脂除掉，并且提高后续表面处理液二对金属纤维表面的处理效果，使得表面粗糙度均匀。表面处理液二采用酸液对金属纤维表面进行腐蚀，以形成表面粗糙结构；咪唑啉酰胺具有一定缓蚀作用，以避免酸液将金属纤维表面完全腐蚀而破坏纤维整体韧性和强度；甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钾共同使用可控制反应体系的表面张力，使得反应体系具有良好的表面性能和稳定性，此外甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钾为良好控制剂，加入酸液中可以控制酸液对金属纤维表面腐蚀速度，使得金属纤维表面腐蚀成均匀的粗糙结构，以保证金属纤维具有较高的韧性和结构强度。
进一步优选为，所述金属纤维为碳钢纤维、铸铁纤维和铝纤维中的一种或多种。
第二方面，本申请提供一种厂拌热再生沥青混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种厂拌热再生沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的新骨料、增强纤维和填料投入到烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-120℃，时间为60-120min，搅拌速度为1000-1500rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将50％重量份数的沥青加热至160-180℃，在20-30s内均匀的加入拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1200-1500rpm；
步骤三，将旧骨料进行预热后和再生剂一同加入上述拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为800-1200rpm，时间为25-30min，再加入剩余重量份的沥青，进行搅拌混合，搅拌速度为600-800rpm，时间为10-15min；
步骤四，继续向拌和缸中加入矿粉和消石灰，混合均匀后即可得到厂拌热再生沥青混凝土，且出料温度为160-170℃
通过采用上述技术方案，将新骨料进行烘干，避免其相互之间由于水分而粘连在一起，使厂拌热再生沥青混凝土具有良好的品质，先让部分沥青与新骨料先进行拌和，然后再加入再生沥青混合料旧料和剩余的沥青，有利于使新骨料的表面能够更多的裹附到加入的沥青，且能使厂拌热再生沥青混凝土中的沥青分布的更加均匀。然后将沥青加热后与新骨料、旧骨料进行拌和，并使出料温度维持在160-170℃，使采用该工艺制得的厂拌热再生沥青混凝土具有良好的品质，且具有较高的生产效率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
(1)通过加入增强纤维和填料，两者混合使用，可以大大降低沥青混凝土的孔隙率，提高沥青混凝土整体的密实度。此外，两者结合后能在混凝土内部形成良好稳定的空间网络，从而提高厂拌热再生沥青混凝土的结构强度，即使混凝土在承受较大压力也不会出现裂纹的现象，本申请制备的沥青混凝土具有抗压强度高，使用寿命长的优点；
(2)通过将新骨料的粒径分布选择在粒径为0-4mm的新骨料20-40％、粒径为4-10mm的新骨料40-60％、粒径为10-16mm的新骨料20-40％，可以使得沥青混凝土内部具有良好的空间结构，使得沥青混凝土在使用过程中不易产生裂纹，抗压强度高；
(3)通过对加入的金属纤维进行表面处理，使得纤维表面呈现粗糙结构，提高纤维与各原料组分之间的结合粘附性，使得金属纤维在沥青混凝土中形成的网状结构更加稳定，进而提高沥青混凝土的整体结构强度，延长沥青混凝土的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的矿粉级配范围为：
筛孔(mm)0.30.150.075
透过率(％)10099.896.6。
金属纤维采用碳钢纤维，直径为0.5mm；SBS改性沥青、SBR改性沥青和橡胶沥青均购自淄博市奥邦经贸有限公司；硅粉购自三远硅材料有限公司；玻璃微珠购自上海外电国际贸易有限公司的3M空心玻璃微珠；纳米二氧化硅购自山东省寿光市昌泰微纳化工厂，粒径为15-25nm；木质素纤维购自大城县孙良村超青纤维素厂；聚酯纤维购自山东森泓工程材料有限公司；
制备例
制备例1
一种金属纤维，通过如下步骤处理得到：
S1、将400mL硝酸、100mL氟化氢和500mL水进行混合，得到表面处理液一；
S2、取100g、浓度为30％的硫酸溶液，加入2g的咪唑啉酰胺，搅拌混合均匀，加入10g甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和5g十二烷基磺酸钾，继续搅拌混合均匀，得到表面处理液二；
S3、将碳钢纤维浸入到表面处理液一中，静置2min，采用去离子水洗涤3次，然后浸入表面处理液二中，静置2min后，采用去离子水洗涤3次，干燥后，即得表面处理的金属纤维。
制备例2
一种金属纤维，通过如下步骤处理得到：
S1、将200mL硝酸、50mL氟化氢和250mL水进行混合，得到表面处理液一；
S2、取200g、浓度为30％的硫酸溶液，加入4g的咪唑啉酰胺，搅拌混合均匀，加入20g甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和10g十二烷基磺酸钾，继续搅拌混合均匀，得到表面处理液二；
S3、将碳钢纤维浸入到表面处理液一中，静置3min，采用去离子水洗涤3次，然后浸入表面处理液二中，静置4min后，采用去离子水洗涤3次，干燥后，即得表面处理的金属纤维。
制备例3
一种金属纤维，与制备例1的不同之处在于，通过如下步骤处理得到：
S1、将400mL硝酸、100mL氟化氢和500mL水进行混合，得到表面处理液一；
S2、取100g、浓度为30％的硫酸溶液，加入2g的咪唑啉酰胺，搅拌混合均匀，得到表面处理液二；
S3、将碳钢纤维浸入到表面处理液一中，静置2min，采用去离子水洗涤3次，然后浸入表面处理液二中，静置2min后，采用去离子水洗涤3次，干燥后，即得表面处理的金属纤维。
实施例
实施例1
一种厂拌热再生沥青混凝土，各组分及其相应的重量(kg)如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
步骤一，按照表1中各原料组分的用量，将新骨料、增强纤维和填料投入到烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80℃，时间为120min，搅拌速度为1500rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将50％重量的沥青加热至160℃，在30s内均匀的加入拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1500rpm；
步骤三，将旧骨料进行预热后和再生剂一同加入上述拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为800rpm，时间为30min，再加入剩余重量份的沥青，进行搅拌混合，搅拌速度为600rpm，时间为15min；
步骤四，继续向拌和缸中加入矿粉和消石灰，混合均匀后即可得到厂拌热再生沥青混凝土，且出料温度为160℃。
本实施例中的新骨料采用玄武岩，按照重量百分比包括：粒径为0-4mm的新骨料20％、粒径为4-10mm的新骨料60％、粒径为10-16mm的新骨料20％。
旧骨料采用沥青混合旧料；沥青采用SBS改性沥青，填料采用硅粉，增强纤维采用金属纤维；再生剂购自烟台市华路通新材料有限公司，型号为90#。
实施例2-6
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量(kg)如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0002906536320000071
实施例7
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
步骤一，将相应重量份数的新骨料、增强纤维和填料投入到烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在120℃，时间为60min，搅拌速度为1000rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将50％重量份数的沥青加热至180℃，在20s内均匀的加入拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1200rpm；
步骤三，将旧骨料进行预热后和再生剂一同加入上述拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，时间为25min，再加入剩余重量份的沥青，进行搅拌混合，搅拌速度为800rpm，时间为10min；
步骤四，继续向拌和缸中加入矿粉和消石灰，混合均匀后即可得到厂拌热再生沥青混凝土，且出料温度为170℃。
本实施例中的新骨料采用重量比为1:2的玄武岩和石灰岩的混合物，按照重量百分比包括：粒径为0-4mm的新骨料40％、粒径为4-10mm的新骨料40％、粒径为10-16mm的新骨料20％。
沥青采用SBR改性沥青，填料采用重量比为1:1的硅粉和玻璃微珠的混合物，增强纤维采用重量比为1:1的木质素纤维和聚酯纤维的混合物。
实施例8
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
步骤一，按照表1中各原料组分的用量，将新骨料、增强纤维和填料投入到烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在100℃，时间为90min，搅拌速度为1250rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将50％重量的沥青加热至170℃，在25s内均匀的加入拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1350rpm；
步骤三，将旧骨料进行预热后和再生剂一同加入上述拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1000rpm，时间为28min，再加入剩余重量份的沥青，进行搅拌混合，搅拌速度为700rpm，时间为13min；
步骤四，继续向拌和缸中加入矿粉和消石灰，混合均匀后即可得到厂拌热再生沥青混凝土，且出料温度为170℃。
本实施例中的新骨料采用重量比为1:2的玄武岩和石灰岩的混合物，按照重量百分比包括：粒径为0-4mm的新骨料20％、粒径为4-10mm的新骨料40％、粒径为10-16mm的新骨料40％。
沥青采用橡胶改性沥青，填料采用重量比为1:1:0.5的硅粉、玻璃微珠和纳米二氧化硅的混合物，增强纤维采用重量比为1:1:1的木质素纤维、聚酯纤维和金属纤维的混合物。
实施例9
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，所用金属纤维采用制备例1中的经过表面处理的金属纤维。
实施例10
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，所用金属纤维采用制备例2中的经过表面处理的金属纤维。
对比例
对比例1
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入增强纤维。
对比例2
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入填料。
对比例3
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例1的不同之处在于，所用新骨料采用玄武岩，按重量百分比包括：
粒径为0-4mm的新骨料10％；
粒径为4-10mm的新骨料80％；
粒径为10-16mm的新骨料10％。
对比例4
一种厂拌热再生沥青混凝土，与实施例8的不同之处在于，所用金属纤维采用制备例3中的经过表面处理的金属纤维。
性能检测试验
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)，分别对实施例1-10和对比例1-3制得的厂拌热再生沥青混凝土进行马歇尔稳定度和抗压强度测试，测试结果计入下列表2中。
由表2中测试数据可以看出，对比实施例1-8和对比例1-3，增强纤维、填料以及新骨料的级配范围选择均能提高厂拌热再生沥青混凝土的马歇尔稳定度和抗压强度。
由实施例1和实施例8-9可知，经过表面处理后的金属纤维，其能够大幅度的提高沥青混凝土的马歇尔稳定度和抗压强度，从而延长沥青混凝土的使用寿命，这是由于经过表面处理后，金属纤维表面形成有粗糙结构，利于其与混凝土中其他原料组分的结合，从而提高混凝土整体结构稳定性和结构强度。
由实施例1和对比例4可知，经过表面处理后的金属纤维不仅没有提高沥青混凝土的整体马歇尔稳定度和抗压强度，反而降低沥青混凝土的稳定度和抗压强度。说明金属纤维在酸液处理过程中，其表面被酸液腐蚀较为严重，腐蚀不均匀，导致金属纤维的韧性等性能下降，其加入到沥青混凝土中，无法再较大幅度的提高混凝土的整体结构强度。
表2性能测试结果
Figure BDA0002906536320000091
Figure BDA0002906536320000101
以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
新骨料 100-150份；
旧骨料 20-30份；
沥青 8-12份；
矿粉 1.5-4份；
再生剂 1-2份；
消石灰 0.5-1.1份；
增强纤维 5-10份；
填料 0.8-1.2份。
2.根据权利要求1所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述新骨料包括玄武岩和石灰岩中的一种或多种，且所述新骨料的粒径为0-16mm。
3.根据权利要求2所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述新骨料，按重量百分比包括：
粒径为0-4mm的新骨料20-40%；
粒径为4-10mm的新骨料40-60%；
粒径为10-16mm的新骨料20-40%。
4.根据权利要求1所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青和橡胶改性沥青中的一种。
5.根据权利要求1所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述填料为硅粉、玻璃微珠和纳米二氧化硅中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述增强纤维为木质素纤维、聚酯纤维和金属纤维中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述增强纤维采用金属纤维，且所述金属纤维经过表面处理得到，其具体的表面处理步骤为：
S1、将硝酸、氟化氢和水按照体积比4:1:5混合，得到表面处理液一；
S2、取100重量份、浓度为30%的硫酸溶液，加入2重量份的咪唑啉酰胺，搅拌混合均匀，加入10重量份甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和5重量份十二烷基磺酸钾，继续搅拌混合均匀，得到表面处理液二；
S3、将金属纤维浸入到表面处理液一中，静置2-3min，采用去离子水洗涤2-3次，然后浸入表面处理液二中，静置2-4min后，采用去离子水洗涤2-3次，干燥后，即得表面处理的金属纤维。
8.根据权利要求7所述的厂拌热再生沥青混凝土，其特征在于，所述金属纤维为碳钢纤维、铸铁纤维和铝纤维中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一所述的厂拌热再生沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的新骨料、增强纤维和填料投入到烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-120℃，时间为60-120min，搅拌速度为1000-1500rpm，得到干燥的混合料；
步骤二，将干燥的混合料放入拌和缸中，将50%重量份数的沥青加热至160-180℃，在20-30s内均匀的加入拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为1200-1500rpm；
步骤三，将旧骨料进行预热后和再生剂一同加入上述拌和缸中，进行搅拌，搅拌速度为800-1200rpm，时间为25-30min，再加入剩余重量份的沥青，进行搅拌混合，搅拌速度为600-800rpm，时间为10-15min；
步骤四，继续向拌和缸中加入矿粉和消石灰，混合均匀后即可得到厂拌热再生沥青混凝土，且出料温度为160-170℃。
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