CN112960941A - 温拌再生沥青混合料及其改性制备方法和用途 - Google Patents

温拌再生沥青混合料及其改性制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于沥青路面材料技术领域，具体涉及一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法和用途。本发明以旧沥青混合料、新沥青、填充料、再生剂、稳定剂来制备具有良好稳定性的再生沥青混合料；按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80～100份、新沥青20～30份、填充料5～10份、再生剂3～5份、稳定剂3～5份、温拌剂0.5～1份；所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠10～20份、矿粉10～20份和乳化剂10～20份。本发明利用旧沥青混合料生产再生混合料，废料回收利用，减少资源浪费；采用新沥青、填充料、再生剂、稳定剂、温拌剂来提高旧沥青混合料的路用性能，最终制备出使用寿命长、路用性能高的温拌再生沥青混合料。

Description

温拌再生沥青混合料及其改性制备方法和用途
技术领域
本发明属于沥青路面材料技术领域，具体涉及一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法和用途。
背景技术
温拌再生沥青混合料是将废旧沥青混合料循环再生的一种沥青混合料。目前我国公路在大中修、改扩建过程中会产生大量的废料，随着对生态及资源节约的注重，目前使用较多厂拌热再生沥青技术对沥青进行再生或者改性制备，其需要进行二次加热，使得沥青再度老化，降低沥青的重复利用率。因此，将沥青再生与温拌技术相结合得到温拌再生沥青混合料成为新的研究热点。
再生与温拌技术生产沥青的技术主要是指将厂拌热再生沥青技术参数中的温度降低，减少旧的沥青料的老化现象，同时在降黏减阻剂的作用下降低新沥青的黏度，从而实现在较低温度下的沥青混合料搅拌与压实。温拌沥青可再次用于路面建设等场合，当其用于公路建设时，其生产技术和产品质量应当符合《公路沥青路面再生技术规范》和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》等沥青材料规定，才能保证建设的公路质量。即，虽然温拌再生沥青混合料是利用废旧的沥青混合料制成，但不能因为采用的废料质量差就降低温拌再生沥青混合料的质量标准。
目前，温拌沥青制备所用主料有废旧沥青混合料，辅料有再生剂、降黏剂、塑化剂、防老化剂等多种改性剂，然后在110～130℃左右的温度条件下搅拌，最终制成新的沥青混合料。但是由于温拌技术使用的温度低，沥青的流动性较差，导致其与其他改性剂的接触性和混匀性差，导致其制备的再生沥青产品的路用性能差、使用寿命低。因此，需要开发一种路用性能和使用寿命均较好的温拌沥青改性制备方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法和用途，制备的温拌再生沥青混合料路用性能高，使用寿命长。
本发明的目的是提供一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80～100份、新沥青20～30份、填充料5～10份、再生剂3～5份、稳定剂3～5份、温拌剂0.5～1份；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠10～20份、矿粉10～20份和乳化剂10～20份；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1～3mm的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于150～170℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合5～15min后，于120～130℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120～130℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S1中，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S1中，所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S3中，所述新沥青为基质沥青或者改性沥青。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S3中，所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80～120目筛获得的煤渣粉。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S3中，所述再生剂为芳烃油，又称沥青软化油。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S3中，所述矿粉是二氧化硅粉、氯化镁粉、氧化镁粉、碳酸钙粉的一种或几种的组合。
优选的，上述温拌再生沥青混合料的改性制备方法，S3中，所述乳化剂为甘油、吐温(吐温20、吐温40、吐温60、吐温80均可)或者十二烷基苯磺酸钠溶液。
本发明还提供了一种上述方法制备的温拌再生沥青混合料。
本发明还提供了一种上述填充料和矿粉在制备温拌再生沥青混合料中的用途。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明以旧沥青混合料、新沥青、填充料、再生剂、稳定剂、温拌剂来制备具有良好稳定性的再生沥青混合料。旧沥青混合料收集自沥青路面材料，经铣刨、破碎、筛分后再度使用，主要是为了废旧材料回收利用，减少资源浪费，旧沥青混合料中包括旧沥青和旧集料。新沥青的各方面性能都处于较佳状态，其可弥补旧沥青混合料的性能损失，提高再生沥青的使用率，以及提高旧沥青混合料与其他添加剂之间的混合程度；新沥青在高温下与稳定剂混合，可对新沥青以及后续加入的旧沥青混合料颗粒进行改性，提高新再生沥青的稳定性及抗拉性能等，提高再生沥青混合料的使用寿命。稳定剂采用葡萄糖酸钠、乳化剂等成分，这些物质均可提高填充料、矿粉等硬度大的物质在新沥青和旧沥青混合料中的分散度，且具有适度增稠和润滑效果，使填充料、矿粉与沥青之间具有较高的黏结强度，进而提高新制备再生沥青材料的稳定性和抗拉性能。本发明选择的填充料和矿粉这些硬度大的物质主要是为了提高新制备再生沥青混合料的抗拉性能、抗车辙能力，延长材料的使用寿命。
2、为了使不同性质的物料能够充分混合，并发挥其作用，本发明采用多步混合法，先将旧沥青混合料粉碎，经过粉碎的旧沥青混合料颗粒在其他物料中的分散性好，且在较低温度下也能变为流动态，易与其他物料混匀，省去降黏剂的使用，且粉碎后的材料中含粒径较小的旧集料，该部分旧集料依旧可以回收利用。将稳定剂与新沥青混合，由于新沥青在150～170℃温度下仍能维持较佳的材料性能，还具有较好的流动性，所以易与稳定剂和旧沥青混合料等物料混合。“停止加热，混合5～15min后，再于115～125℃温度下将各物料混合均匀”，暂停加热的原因是已经软化的新沥青温度高，与旧沥青混合料混合后仍有余温，利用旧沥青混合料对新沥青降温，无需外加降温操作，利用新沥青对旧沥青混合料升温，对旧沥青混合料有预热作用，防止其突然置于115～125℃温度下而导致的材料质量骤变。然后再加入旧沥青混合料颗粒以及再生剂，再生剂加速旧沥青混合料粉的软化和再生，再生剂和稳定剂的共同作用可加速旧沥青混合料与新沥青的混合，以及维持新制备再生沥青材料的分散性和稳定性。最后加入填充料来提高材料抗拉强度。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。
实施例1
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面中面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；所述新沥青为基质沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为微晶蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份；所述矿粉是二氧化硅粉；所述乳化剂为甘油；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于160℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合10min后，于120℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
实施例2
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料100份、新沥青25份、填充料10份、再生剂5份、稳定剂5份、温拌剂1份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面中面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；所述新沥青为基质沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为聚乙烯蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠10份、矿粉15份和乳化剂20份；所述矿粉是二氧化硅粉；所述乳化剂为甘油；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径3mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于150℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合5min后，于120℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
实施例3
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料90份、新沥青20份、填充料8份、再生剂3份、稳定剂3份、温拌剂0.8份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面中面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；所述新沥青为基质沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过120目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为微晶蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份；所述矿粉是二氧化硅粉；所述乳化剂为甘油；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径2mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于170℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合15min后，于130℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，130℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
实施例4
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面上面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；所述新沥青为CN107200979B专利中说明书实施例1方法制备的橡胶沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过100目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为微晶蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份；所述矿粉是氯化镁粉；所述乳化剂为20g/1000L浓度的十二烷基苯磺酸钠溶液；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于160℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合10min后，于120℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
实施例5
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面中面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；所述新沥青为基质沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为微晶蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份；所述矿粉是二氧化硅粉与碳酸钙粉、氧化镁粉按照1:1:1的质量比的混合物；所述乳化剂为吐温40；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于160℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合10min后，于120℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
实施例6
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料90份、新沥青40份、填充料5份、再生剂5份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；本实施例所述旧沥青混合料采集自高等级道路沥青路面中面层料，根据道路建设要求，该沥青路面分为上中下三层；
所述新沥青为基质沥青；所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80目筛获得的煤渣粉；所述再生剂为芳烃油；所述温拌剂为微晶蜡；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠10份、矿粉12份和乳化剂13份；所述矿粉是氯化镁粉、氧化镁粉按照1:1的质量比的混合物；所述乳化剂为吐温60；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1mm左右的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于160℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；立即加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合10min后，于120℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
对比例1
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、温拌剂0.5份。
其余条件与实施例1相同。
对比为例2
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；所述稳定剂为葡萄糖酸钠。
其余条件与实施例1相同。
对比为例3
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；所述稳定剂为乳化剂。
其余条件与实施例1相同。
对比为例4
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份；所述稳定剂为矿粉。
其余条件与实施例1相同。
对比为例5
一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份。
其余条件与实施例1相同。
本发明将不同实施例及对比例制备的温拌再生沥青混合料分别与新碎石集料或者外掺新沥青混合，获得沥青路面材料，并测试沥青路面材料的路用性能。其中，新碎石集料中包含粒径10～20mm(质量占比35％)、5～10mm(质量占比35％)、3～5mm(不含3mm，质量占比30％)的碎石。通过对旧沥青混合料中的沥青抽提、沥青含量及旧碎石集料含量分析，对新添加碎石集料或者外掺新沥青的含量计算，具体方法参照CN 106145777 A，最终配制成温拌再生沥青混合料的油石比(以总的沥青含量计)为4.7％。注意，沥青含量不足的，用各实施例及对比例对应的新沥青品种作为外掺新沥青补足对应实施例及对比例制备的沥青混合料的油石比，油石比较大的，用新碎石集料调节配比至4.7％。
一、沥青路面材料破坏应变实验
根据现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2019)中的方法，测定上述实施例1～6以及对比例1～5温拌再生沥青混合料制备的沥青路面材料破坏应变性能，标准性能要求≥2000με，实施例1～6以及对比例1～5的测试结果分别为2435με、2356με、2345με、2348με、2453με、2478με、2014με、2146με、2178με、2207με、2012με。结果显示，相比于不添加稳定剂的对比例1和不添加填充料的对比例5，其余对比例和实施例的破坏应变性能均较好。
二、沥青路面材料冻融劈裂强度比实验
根据现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2019)中的方法，测定上述实施例1～6以及对比例1～5温拌再生沥青混合料制备的沥青路面材料冻融劈裂强度比，标准性能要求≥75％，实施例1～6以及对比例1～5的测试结果分别为85％、84％、83％、84％、84％、83％、77％、80％、80％、81％、78％。结果显示，相比于不添加稳定剂的对比例1和不添加填充料的对比例5，其余对比例和实施例的冻融劈裂强度比性能均较好。
三、沥青路面材料路面车辙分析实验
参照“刘鹏,周雄,郭雷.温拌沥青混合料试验性能和路用性能[J].石油沥青,2013(01):40-44”所述方法测试材料的室内抗车辙能力，压实温度121℃(未二次加热压实)，利用实施例1～6以及对比例1～5温拌再生沥青材料制备的沥青路面材料的车辙深度分别为4.53mm、4.45mm、4.34mm、5.04mm、4.38mm、4.99mm、7.03mm、6.10mm、6.55mm、7.17mm、8.23mm。结果显示，相比于不添加稳定剂的对比例1和不添加填充料的对比例5，其余对比例和实施例的车辙影响小。
四、沥青路面材料抗拉强度实验
参照“刘鹏,周雄,郭雷.温拌沥青混合料试验性能和路用性能[J].石油沥青,2013(01):40-44”所述方法测试材料的饱和抗拉强度。压实温度121℃(未二次加热压实)。利用实施例1～6以及对比例1～5温拌再生沥青材料制备的路用材料的车辙深度分别为715KPa、724KPa、723KPa、709KPa、738KPa、741KPa、415KPa、632KPa、617KPa、655KPa、456KPa。结果显示，相比于不添加稳定剂的对比例1和不添加填充料的对比例5，其余对比例和实施例的抗拉强度好。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，包括：
S1，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80～100份、新沥青20～30份、填充料5～10份、再生剂3～5份、稳定剂3～5份、温拌剂0.5～1份；
所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠10～20份、矿粉10～20份和乳化剂10～20份；
S2，将S1称取的旧沥青混合料粉碎、干燥、再次粉碎成粒径1～3mm的旧沥青混合料颗粒；
S3，将S1称取的新沥青、稳定剂于150～170℃条件下混合均匀，停止加热，得到改性沥青；加入S2制备的旧沥青混合料颗粒以及S1称取的再生剂、温拌剂，混合5～15min后，于120～130℃温度下将各物料混合均匀，获得沥青基料；
S4，120～130℃温度下，向沥青基料中加入填充料，混合均匀，得到温拌再生沥青混合料。
2.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S1中，按以下重量份称取各原料组分：旧沥青混合料80份、新沥青30份、填充料5份、再生剂4份、稳定剂4份、温拌剂0.5份。
3.根据权利要求2所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S1中，所述稳定剂由以下重量份的原料组分混合而成：葡萄糖酸钠15份、矿粉10份和乳化剂10份。
4.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S3中，所述新沥青为基质沥青或者改性沥青。
5.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S3中，所述填充料是煤渣经破碎、烘干、研磨后过80～120目筛获得的煤渣粉。
6.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S3中，所述再生剂为芳烃油，所述温拌剂为聚乙烯蜡或者微晶蜡。
7.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S3中，所述矿粉是二氧化硅粉、氯化镁粉、氧化镁粉、碳酸钙粉的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1所述的温拌再生沥青混合料的改性制备方法，其特征在于，S3中，所述乳化剂为甘油、吐温或者十二烷基苯磺酸钠溶液。
9.根据权利要求1～8任一项所述的改性制备方法制备的温拌再生沥青混合料。
10.根据权利要求1所述的填充料和矿粉在制备温拌再生沥青混合料中的用途。
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