CN112919851A - 一种热再生彩色沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种热再生彩色沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热再生彩色沥青混合料的配方及制备方法，属于道路工程技术领域。其原料包括以下重量份数的组分：彩色沥青胶结料3‑4份、新集料53‑68份、旧沥青路面铣刨料29‑43份，矿粉2‑3份；按重量份数的组分，所述的彩色沥青胶结料包括：石墨炔改性液100份，沥青复合改性剂1‑5份，基质沥青10‑25份。本发明提供了一种热再生彩色沥青混合料的配方及制备方法，制得的再生彩色沥青混合料颜色耐久性好，同时可以有效回收利用废旧沥青路面。

Description

一种热再生彩色沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种热再生彩色沥青混合料及其制备方法。
背景技术
彩色沥青混凝土，是筑路材料的一种。彩色沥青混合料具有和普通黑色沥青混合料同样优秀的路用性能，同时彩色沥青混凝土还具有更加丰富多变的色彩，因此彩色沥青混凝土可以用来美化市容。
彩色路面的推广应用也具有重大的意义，比如利用不同色彩的路面铺筑后形成的交通标志在某种程度上比垂直的交通标志更好，它可以给驾驶员发出更加直观的信号。例如，在交通事故多发地段，铺筑赤色或黄色路面可以直观地提示驾驶员要稳重行车。在通过中小学校区的路段上，铺筑铁赤色路面，可以警示驾驶员减速通过，避免危险的发生。在高速公路弯道、下坡道、隧道进口及出口段，按一定宽度分组横向设置彩色防滑减速带，用以防滑减速，选用不同色彩路面，可以使之更加清新夺目，增强行车的安全性。实践证明，彩色路面丰富的色彩能影响驾驶员大脑，缓解驾车疲惫程度，保持稳定情绪，减少事故隐患。瑞典在阿尔卑斯山上的某些特别危险的路段涂上了红色，结果是该路段的交通事故发生率减少了35％-40％。近几年，随着我国城镇化进程的加快，彩色沥青混合料被越来越多的用于城市绿道、自行车道、步行道、景观园林道路等各类慢行系统及景观道路铺装工作中。
彩色沥青混合料颜色的耐久性是的目前彩色沥青混合料的研究重点之一，专利CN108169108A中公开了一种用于评价彩色沥青混凝土色彩耐久性的方法，利用色彩变化度这一指标，来评价彩色沥青混凝土路面在各种工况下使用1-2年之后彩色路面颜色耐久性状况。
专利CN106866035B中公开了一种改性彩色沥青混凝土的制备方法，这种由矿料、部分替代矿料的无机颜料、浅色胶结料、偶联剂组成的改性彩色沥青混凝土的高温稳定性、水稳性和低温性得到了明显改善，该发明专利进一步拓展了彩色沥青混凝土的应用范围。
专利CN108929075A中公开了一种改性彩色沥青混凝土及其制备方法。这种彩色沥青混凝土由乳化沥青、水泥、集料和颜料制备而成，得到了一种具有高稳定性，耐老化性能强的彩色沥青混凝土。
但是就现有技术而言，彩色沥青混合料还存在着对可再生资源的利用率低，仍需消耗大量不可再生的集料资源，颜色的耐久性不足，新铺筑的沥青混合料存在着褪色速度较快、耐久性不足等诸多问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种热再生彩色沥青混合料及其制备方法。选择新型纳米材料石墨炔，提高彩色沥青性能的优化效率，拓展彩色沥青混合料的颜色范围；通过掺配部分废旧沥青路面铣刨料，可以减少对不可再生材料的需求，同时提升彩色沥青路面的颜色耐久性。
一种热再生彩色沥青混凝土的制备方法，按重量份数计，由以下原料制备而成：
彩色沥青胶结料3-4份、新集料53-68份、旧沥青路面铣刨料29-43份，矿粉2-3份；按重量份数的组分，所述的彩色沥青胶结料包括：石墨炔改性液100份，沥青复合改性剂1-5份，基质沥青10-25份。
旧沥青路面铣刨料应采用燃烧炉法进行燃烧，测定的燃烧后筛分所得旧沥青路面铣刨料矿料级配与新集料的合成级配(合成级)应满足下表级配范围：
Figure BDA0003027835840000031
沥青复合改性剂的制备方法为，按质量份数计：将1-10重量份的氯化镁，1-2重量份的氢氧化钙，1-5重量份植物油，1-10重量份的SBS，1-2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂。
所述的石墨炔改性液的制备方法为：对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子体发生器中处理石墨炔纳米材料，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将改性石墨炔分散在无水乙醇溶液中，进行超声分散，得到石墨炔改性液；
按质量份数计，石墨炔改性液中的石墨炔与无水乙醇的重量比为1:100-200。
优选的，所述氯化镁和氢氧化钙均为纳米材料，粒径为20-100纳米。
优选的，所述SBS为球磨后的SBS，其粒径为50-150微米。
优选的，所述着色剂为无机着色剂。
优选的，所述基质沥青为AH-70。
优选的，所述的新集料为粒径为0-13.2mm玄武岩集料，所述的旧沥青路面铣刨料为废旧沥青路面的沥青面层经铣刨破碎后筛分得到，粒径为0-10mm的颗粒，所述的矿粉为普通石灰岩矿粉。
一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一，对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料30-45min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将改性石墨炔分散在无水乙醇溶液中，进行超声分散30-50min，得到石墨炔改性液；
步骤二，将1-10重量份的氯化镁，1-2重量份的氢氧化钙，1-5重量份植物油，1-10重量份的SBS，1-2重量份的着色剂混合后，搅拌均匀后得到沥青复合改性剂；
步骤三，将基质沥青加热至160-170℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:1-5:10-25，升温至175-185℃后开始剪切，剪切溶胀0.5-2h后降温至165-175℃，冷却后得到彩色沥青胶结料；
步骤四，将53-68重量份的新集料、29-43重量份的旧沥青路面铣刨料，3-4重量份彩色沥青胶结料加热至170-185℃后混合搅拌30s，再加入2-3重量份的矿粉搅拌15s即得可到热再生彩色沥青混合料，新旧集料的合成矿料级配应满足下表级配范围：
Figure BDA0003027835840000041
本发明提出的一种热再生彩色沥青混凝土的制备方法与现有技术相比，具有以下优点：
利用石墨炔材料具备较强存储效果的三维孔洞结构，大量吸附包括植物油在内的各组分，并在彩色沥青老化过程中慢慢进行释放，提高沥青的抗老化性能。
通过使用部分旧沥青路面铣刨料来替代新集料，在保证热再生彩色沥青混合料路用性能不降低的前提下，回收利用废弃资源。同时由于旧沥青路面铣刨料对无机类的着色剂具有更好的被吸附和固定作用，因此可以提高彩色沥青混合料颜色的耐久性，使得热再生彩色沥青路面的颜色保持的更为充分持久。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料35min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将1重量份的改性石墨炔分散在150重量份的无水乙醇溶液中，进行超声分散40min，得到石墨炔改性液；
(2)将7重量份的氯化镁，2重量份的氢氧化钙，4重量份植物油，10重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为无机着色剂；
(3)将基质沥青加热至165℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:4:25，剪切升温至180℃，剪切溶胀1h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料。
(4)将53重量份的新集料、43重量份的旧沥青路面铣刨料，3.2重量份彩色沥青胶结料加热至175℃后混合搅拌30s，再加入2.2重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000061
(5)进行路用性能检验，测定色彩变化度。
实施例2：
一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料37min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将1重量份的改性石墨炔分散在165重量份的无水乙醇溶液中，进行超声分散37min，得到石墨炔改性液；
(2)将3重量份的氯化镁，1.5重量份的氢氧化钙，3.5重量份植物油，8重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为无机着色剂；
(3)将基质沥青加热至165℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:3:20，剪切升温至180℃，剪切溶胀1.5h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料。
(4)将60重量份的新集料、35重量份的旧沥青路面铣刨料，3.6重量份彩色沥青胶结料加热至175℃后混合搅拌30s，再加入2.5重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000071
(5)进行路用性能检验，测定色彩变化度。
实施例3：
一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料33min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将1重量份的改性石墨炔分散在140重量份的无水乙醇溶液中，进行超声分散31min，得到石墨炔改性液；
(2)将3重量份的氯化镁，2重量份的氢氧化钙，5重量份植物油，10重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为无机着色剂；
(3)将基质沥青加热至165℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:1:17，剪切升温至180℃，剪切溶胀1.4h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料。
(4)将60重量份的新集料、37重量份的旧沥青路面铣刨料，3.8重量份彩色沥青胶结料加热至170℃后混合搅拌30s，再加入2.7重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000081
(5)进行路用性能检验，测定色彩变化度。
对比例1：
一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将7重量份的氯化镁，2重量份的氢氧化钙，4重量份植物油，10重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为无机着色剂；；
(2)将基质沥青加热至165℃，加入沥青复合改性剂，基质沥青和沥青复合改性剂的重量比为100:3，剪切升温至180℃，剪切溶胀1.2h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料。
(3)将53重量份的新集料、43重量份的旧沥青路面铣刨料，3.2重量份彩色沥青胶结料加热至175℃后混合搅拌30s，再加入2.2重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000082
(4)进行路用性能检验，测定色彩变化度。
对比例2：
一种彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料35min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将1重量份改性石墨炔分散在150重量份的无水乙醇溶液中，进行超声分散40min，得到石墨炔改性液；
(2)将7重量份的氯化镁，2重量份的氢氧化钙，4重量份植物油，10重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为无机着色剂；
(3)将基质沥青加热至165℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:4:25，剪切升温至180℃，剪切溶胀1h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000091
(4)将96重量份的新集料，3.2重量份的彩色沥青胶结料加热至175℃后混合搅拌30s，再加入2.4重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料。
(5)进行路用性能检验，测定色彩变化度。
对比例3：
一种彩色沥青混合料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子发生器中处理石墨炔纳米材料35min，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将1重量份的改性石墨炔分散在150重量份的无水乙醇溶液中，进行超声分散40min，得到石墨炔改性液；
(2)将7重量份的氯化镁，2重量份的氢氧化钙，4重量份植物油，10重量份的SBS，2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂，着色剂为有机改性剂；
(3)将基质沥青加热至165℃，然后加入沥青复合改性剂和石墨炔改性液，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的重量比为100:4:25，剪切升温至180℃，剪切溶胀1h后降温至170℃，冷却后得到彩色沥青胶结料，其中新旧集料的合成矿料级配满足以下级配范围：
Figure BDA0003027835840000101
(4)将53重量份的新集料、43重量份的旧沥青路面铣刨料，3.2重量份彩色沥青胶结料加热至175℃后混合搅拌30s，再加入2.2重量份的矿粉搅拌15s，得到热再生彩色沥青混合料。
采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)中的测试方法，对各实施例和对比例中的浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比、抗弯拉强度、车辙动稳定度、色彩变化度等性能进行测试，测试结果如表3所示：
表3各实施例性能测试结果
Figure BDA0003027835840000111
由表3，本发明的热再生彩色改性沥青混合料各项路用性能测试指标均达到规范要求，且色彩变化度最小，有效的提高了彩色沥青混合料色彩的耐久性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：按质量份数计，包括彩色沥青胶结料3-4份、新集料53-68份、旧沥青路面铣刨料29-43份、矿粉2-3份；
按重量份数的组分，所述的彩色沥青胶结料包括：石墨炔改性液100份，沥青复合改性剂1-5份，基质沥青10-25份；
旧沥青路面铣刨料应采用燃烧炉法进行燃烧，测定的燃烧后筛分所得旧沥青路面铣刨料矿料级配与新集料的合成级配(合成级)应满足下表级配范围：
Figure FDA0003027835830000011
2.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的新集料为玄武岩集料，选取粒径为0-13.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的旧沥青路面铣刨料为废旧沥青路面的沥青面层经铣刨破碎后筛分得到，选取矿料粒径为0-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的矿粉为普通石灰岩矿粉。
5.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其所述的石墨炔改性液的制备方法为：对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子体发生器中处理石墨炔纳米材料，使得石墨炔纳米材料的表面引入
含氧功能团，得到改性石墨炔；将改性石墨炔分散在无水乙醇溶液中，进行超声分散，得到石墨炔改性液；
按质量份数计，石墨炔改性液中的石墨炔与无水乙醇的重量比为1:100-200。
6.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的沥青复合改性剂的制备方法为，按质量份数计：将1-10重量份的氯化镁，1-2重量份的氢氧化钙，1-5重量份植物油，1-10重量份的SBS，1-2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂；
其中：(1)所述氯化镁和氢氧化钙均为纳米材料，粒径为20-100纳米；
(2)所述SBS为球磨后的SBS，其粒径为50-150微米；
(3)所述着色剂为无机着色剂。
7.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述基质沥青为AH-70。
8.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述的彩色沥青胶结料制备方法为：将基质沥青加热至160-170℃，然后加入石墨炔改性液和沥青复合改性剂，按质量份数计，基质沥青、沥青复合改性剂和石墨炔改性液的分别为100份:1-5份:10-25份，共同升温至175-185℃后开始剪切，剪切溶胀0.5-2h后降温至165-175℃，冷却后得到彩色沥青胶结料；
所述石墨炔改性液的制备方法为：对石墨炔纳米材料进行低温等离子体改性，在低温等离子体发生器中处理石墨炔纳米材料，使得石墨炔纳米材料的表面引入含氧功能团，得到改性石墨炔；将改性石墨炔分散在无水乙醇溶液中，进行超声分散，得到石墨炔改性液；
按质量份数计，石墨炔改性液中的石墨炔与无水乙醇的重量比为1:100-200；
所述沥青复合改性剂的制备方法为，按质量份数计：将1-10重量份的氯化镁，1-2重量份的氢氧化钙，1-5重量份植物油，1-10重量份的SBS，1-2重量份的着色剂混合，得到沥青复合改性剂；
其中：(1)所述氯化镁和氢氧化钙均为纳米材料，粒径为20-100纳米；
(2)所述SBS为球磨后的SBS，其粒径为50-150微米；
(3)所述着色剂为无机着色剂。
9.根据权利要求1所述的一种热再生彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于：将新集料、旧沥青路面铣刨料，彩色沥青胶结料加热至170-185℃后共同搅拌30s，再加入矿粉搅拌15s即得到热再生彩色沥青混合料。
10.一种热再生彩色沥青混合料，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备所得。
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