CN113462175B - 改性再生材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性再生材料及其应用，改性再生材料包括分开使用的组分A和组分B，其中组分A由组分调和剂、黏度调节剂、组分融合剂和快速交联剂混合制成，组分B由改性剂、造粒辅助油和造粒粘结剂混合制成，其中，快速交联剂包括以下成份：硫磺、炭黑、季戊四醇三(3‑氮丙啶基)丙酸酯和N,N‑二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐；改性剂为线性或星型的苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物的一种或复配；造粒辅助油为环烷油。该改性再生材料可应用在沥青的就地热再生处理中,能够将含有重交沥青的废旧混合料快速再生为高性能改性沥青混合料，得到的回收沥青的良好的软化点和延展度，并且高低温性能远高于现有技术。

Description

改性再生材料及其应用

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种改性再生材料及其应用。

背景技术

沥青路面具有较高的平整度和舒适性，成为了高等级公路路面的主要形式。但由于沥青易老化的特点，沥青路面在使用8－10年后就会出现严重的车辙、裂缝等病害，难以满足行车需要，此时需要对路面进行再生处理。沥青混合料的就地再生技术是指在施工现场将加热、耙松的废旧混合料与再生剂、新鲜沥青以及新石料一起拌合得到性能指标有一定程度恢复的沥青混合料，随后重新铺设到公路上继续使用。使用这种技术可以在不影响交通的情况下，迅速将废旧混合料进行资源化利用，减少废弃固体的产生，得到了广泛应用。

其中，所使用的再生剂是一种能够恢复旧沥青性质的关键材料，现有再生剂可以分为两种，一种以减线油、抽出油等轻质油品为主，主要起到组分调和作用，如授权公告号为101914385的专利，在石油馏分油中萃取得到芳烃含量大于65％的再生剂，可以改善旧沥青路用性能；另一种在组分调和的基础上，为了提高再生沥青的路用性能，加入较大比例的SBS、SBR等改性剂，对沥青起到改性作用，如授权公告号为104788975的专利，提出将线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、轻质基础油等混合后剪切制备具备改性功能的再生剂。

现有技术方案虽然能够对废旧混合料中的老化沥青性质进行恢复，但仍存在一个无法解决的技术缺陷——对于采用重交沥青修筑的混合料，当使用达到一定年限进行再生时，即使通过最大程度的再生，所得到再生路面所含有的沥青材料性质仍然为重交沥青水平，难以升级为改性沥青。

随着交通的发展，目前重交沥青已经不能满足高等级路面对于沥青材料的要求，这在很大程度上限制了路面再生技术的发展，因此迫切开发需要一种能够将含有重交沥青的废旧混合料快速再生为高性能改性沥青混合料的再生材料和技术。

发明内容

本发明的目的是为以上问题的一个或多个，本发明提供一种改性再生材料及其制备方法和用途。

根据本发明的一个方面，提供一种改性再生材料包括分开使用的组分A和组分B，其中所述组分A由组分调和剂、黏度调节剂、组分融合剂和快速交联剂混合制成，组分B由改性剂、造粒辅助油和造粒粘结剂混合制成；

其中，快速交联剂包括以下成份：

其中，改性剂为线性或星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的一种或复配；

其中，该改性材料中，快速交联剂包括以下成份：

其中，组分A中，组分调节剂包括石油沥青、糠醛抽出油、催化裂化油浆、废旧润滑油、生物提取油、常减压蒸馏侧线油中的一种或者多种；

黏度调节剂包括C5石油树脂、C9石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂中的一种或多种；

组分融合剂包括2-呋喃甲醛和脂肪醇聚氧乙烯醚；

组分A的制备方法包括：将组分调和剂在78-172℃下与黏度调节剂高温混合5min-60min，得到混合均匀的A组分基本料；将A组分基本料进行降温至65-160℃，加入组分融合剂合快速交联剂，混合3min-60min，得到A组分。

其中，高温混合的温度优选为92-161℃，进一步优选为105-155℃。

其中，高温混合的时长优选为10-50min，进一步优选为20min-30min。

特别是，降温温度为优选为71-142℃，进一步优选为82-113℃。

特别是，降温混合的时长优选为15-50min，进一步优选为20min-30min。

其中，组分A中，组分调和剂、黏度调节剂、组分融合剂、快速交联剂的重量份配比为：

优选的，组分调和剂、黏度调节剂、组分渗透剂、快速交联剂的重量份配比为：

其中，组分B中，造粒辅助油为环烷油；造粒粘结剂为淀粉经预糊化处理，粉碎制得的阿尔法淀粉；

组分B的制备方法包括：将改性剂进行物理粉碎至10-200μm；将造粒辅助油在65-195℃高温下与粉碎的改性剂混合均匀；进行降温处理至35-125℃后，加入造粒粘结剂进行造粒得到组分B。

其中，高温混合温度，优选为85-165℃，进一步优选为95-125℃。

其中，降温温度优选为45-105℃，进一步优选为65-95℃。

其中，组分B中，改性剂、造粒辅助油、造粒粘结剂的重量份配比为：

改性剂 40-80；

造粒辅助油 20-40；

造粒粘结剂 1-10。

其中，优选的，改性剂、造粒辅助油、造粒粘结剂的重量份配比为：

改性剂 50-70；

造粒辅助油 25-35；

造粒粘结剂 2-8。

其中，改性再生材料中，组分A和组分B的质量比为4-20:3-10。

根据本发明的第二个方面，提供一种该再生材料在沥青的就地热再生处理中的应用。

根据本发明的第三个方面，提供一种该再生材料在沥青的就地热再生处理中的使用方法，包括：

在废旧混合料耙松前或者耙松后，将组分A通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上；将组分B与含有组分A的废旧沥青混合料一同拌合5s-60s；其中，组分A的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的4％-20％，组分B的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的3％-10％。

本发明中，快速交联剂为硫磺、炭黑、季戊四醇三(3-氮丙啶基)丙酸酯、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐按照9-11:1-2:2-4:1-3的比例混合得到；改性剂为线性或星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的一种或复配；造粒辅助油为环烷油。

此配比下，快速交联剂中的硫磺随废旧混合料进入拌合锅后，在炭黑、季戊四醇三(3-氮丙啶基)丙酸酯、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐的作用下，能够产生-S-S-自由键，取代拌和锅中B组分改性剂中的C＝C双键，与改性剂颗粒在拌合锅中快速发生交联接枝反应，形成稳定的三维网状结构，促进沥青性质由重交沥青水平提升至聚合物改性沥青水平。

本发明的组分A中，组分调和剂中富含芳香分等轻质组分，主要对废旧混合料中的老化沥青组分进行调和，补充轻质组分，使其性质得到一定程度恢复。

黏度调节剂的加入，不但能够对A组分的黏度进行调节，还能改善再生沥青的高温稳定性。

组分融合剂的加入，能够减小“旧沥青相”-“组分调和基本料相”两相之间的界面张力，促进旧沥青组分的恢复。

本发明的组分A的制备时间及温度参数中，混合温度若过高，组分调和剂将会受热老化，其性质将发生变化，难以对就沥青性质进行恢复；混合温度若过低，难以混合均匀，可能有颗粒存在，影响性能发挥的同时，容易在喷洒时堵塞喷头。混合时间过长，各组分同样会在氧气的作用下发生老化反应，影响性能的正常发挥；混合时间不足会影响混合的均匀程度，因此发明经过大量试验，发现了能够满足既不使各组分老化、又能够混合均匀的操作温度与时间。

本发明的组分B中，造粒辅助油环烷油中含有的轻质油分能够吸附在改性剂中，提高塑性，一方面能够使造粒顺利进行，另一方面还能改善沥青的低温抗裂性。

造粒粘结剂的加入能够增强造粒强度，不易在储存运输过程中破碎，同时还能有助于改善沥青混合料的高温性能，提高抗车辙能力。

本发明的组分B的制备过程中，混合温度若过高，改性剂将会吸氧老化，影响改性效果；混合温度若过低，各组分难以混合均匀，同时粘结效果不良，影响造粒效果。混合时间过长，改性剂及环烷油同样会在氧气的作用下发生老化反应，影响性能的正常发挥；混合时间不足会导致混合的均匀程度，因此发明经过大量试验，发现了合适的操作温度与时间，实现了在不影响改性剂性能的情况下的进行稳定造粒。

本发明的使用方法中，发明人通过实验证明，通过将组分A和组分B先后分开施用，即“交联剂与改性剂预先隔离、拌合时混合”的方法，在耙松时预先加入交联剂使其与混合料混合均匀，拌合时再加入改性剂，由于此时交联剂已经包裹在石料周围，改性剂一经加入将会快速与之发生交联接枝反应，有效的提升了改性效果。

本发明的改性再生材料，可在就地热再生现场直接投放使用，能够将含有重交沥青的废旧混合料快速再生为高性能改性沥青混合料，得到的回收沥青的软化点不小于60℃和5℃延度不小于20cm，并且高低温性能远高于现有技术。

具体实施例

下面将更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然说明书中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面将通过具体实施例的形式，对本发明的改性再生材料及其应用做进一步详细的说明。

实施例1

1、A组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

按照以下重量份比例称量各个成分，其中组分调和剂为200#石油沥青、糠醛抽出油按照1:1的比例混合得到，均产自中海沥青公司；黏度调节剂为C5石油树脂、C9石油树脂按照2:1的比例混合得到，均产自中国石油公司；组分融合剂为2-呋喃甲醛、脂肪醇聚氧乙烯醚按照1:1比例混合得到，均为市售分析纯；快速交联剂为硫磺、炭黑、季戊四醇三(3-氮丙啶基)丙酸酯、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐按照10:1:2:1的比例混合得到，均为市售分析纯。

2、A组分制备

2.1将组分调和剂在155℃下与黏度调节剂混合30min，得到混合均匀的A组分基本料；

2.2将A 组分基本料降温至112℃，加入组分融合剂、快速交联剂，搅拌30min，得到A 组分。

3、B组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

改性剂 62

造粒辅助油 31

造粒粘结剂 7

其中改性剂为线型LG501 SBS改性剂，产自LG公司；造粒辅助油为市售环烷油；造粒粘结剂为市售阿尔法淀粉。

4、B组分制备

4.1将改性剂进行物理粉碎至20μm；

4.2将造粒辅助油在95℃下与粉碎的改性剂混合均匀；

4.3降温至65℃后，加入造粒粘结剂后进行造粒得到组分B。

其中，搅拌器采用江阴市精达化工生产的搅拌速分散机，挤出机采用购自清河县精华机械模具厂的单螺杆冷喂料橡胶挤出机。

5、施工

5.1在废旧混合料耙松前或者耙松后，将所述改性再生材料A组分通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

5.2将所述改性再生B组分加入搅拌锅中，与含有改性再生A组分的废旧混合料一同拌合6s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所述改性再生材料A组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的20％。

其中，所述改性再生材料B组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的10％。

实施例2

1、A组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

其中组分调和剂为催化裂化油浆、废旧润滑油、生物提取油按照1:1：0.5的比例混合得到，其中催化裂化油浆产自中石化济南炼化公司，废旧润滑油为壳牌黄喜力5-30型润滑油工作1年后经过滤得到，生物提取油为玉米秸秆降解后提取得到的生物质油；黏度调节剂为为C9石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂按照3:1:1的比例混合得到，分别产自中国石油公司、力昂材料公司、兰星化工公司；组分融合剂为2-呋喃甲醛、脂肪醇聚氧乙烯醚按照1:2.5比例混合得到，均为市售分析纯；快速交联剂为硫磺、炭黑、季戊四醇三(3-氮丙啶基)丙酸酯、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐按照10:2:3:2的比例混合得到，均为市售分析纯。

2、A组分制备

2.1将组分调和剂在105℃下与黏度调节剂混合20min，得到混合均匀的A组分基本料；

2.2将A组分基本料降温至83℃，加入组分融合剂、快速交联剂，搅拌20min，得到A组分。

3、B组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

改性剂 88

造粒辅助油 10

造粒粘结剂 2

其中改性剂为星型4303SBS改性剂，产自中石化燕山石化公司；造粒辅助油为市售环烷油；造粒粘结剂为市售阿尔法淀粉。

4、B组分制备

4.1将改性剂进行物理粉碎至200μm；

4.2将造粒辅助油在125℃下与粉碎的改性剂混合均匀；

4.3降温至95℃后，加入造粒粘结剂后进行造粒得到组分B。

其中，搅拌器采用江阴市精达化工生产的搅拌速分散机，挤出机采用购自清河县精华机械模具厂的单螺杆冷喂料橡胶挤出机。

5、施工

5.1在废旧混合料耙松前或者耙松后，将所述改性再生材料A组分通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

5.2将所述改性再生B组分加入搅拌锅中，与含有改性再生A组分的废旧混合料一同拌合30s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所述改性再生材料A组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的10％。

其中，所述改性再生材料B组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的5％。

实施例3

1、A组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

其中组分调和剂为糠醛抽出油、常减压蒸馏减三线油按照1:1的比例混合得到，其中糠醛抽出油、常减压蒸馏减三线油产自中海沥青公司；黏度调节剂为为C9石油树脂，产自中国石油公司；组分融合剂为2-呋喃甲醛、脂肪醇聚氧乙烯醚按照1:2.5比例混合得到，均为市售分析纯；快速交联剂为硫磺、炭黑、季戊四醇三(3-氮丙啶基)丙酸酯、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸二甲铵盐按照10:1.5:4:3的比例混合得到，均为市售分析纯。

2、A组分制备

2.1将组分调和剂在135℃下与黏度调节剂混合25min，得到混合均匀的A组分基本料；

2.2将A组分基本料降温至101℃，加入组分融合剂、快速交联剂，搅拌25min，得到A组分。

3、B组分备料

按照以下重量份比例称量各个成分，

改性剂 70

造粒辅助油 25

造粒粘结剂 5

其中改性剂为线型1301、星型4303SBS改性剂按照1:1比例混合得到，产自中石化燕山石化公司；造粒辅助油为市售环烷油；造粒粘结剂为市售阿尔法淀粉。

4、B组分制备

4.1将改性剂进行物理粉碎至100μm；

4.2将造粒辅助油在105℃下与粉碎的改性剂混合均匀；

4.3降温至75℃后，加入造粒粘结剂后进行造粒得到组分B。

其中，搅拌器采用江阴市精达化工生产的搅拌速分散机，挤出机采用购自清河县精华机械模具厂的单螺杆冷喂料橡胶挤出机。

5、施工

5.1在废旧混合料耙松前或者耙松后，将所述改性再生材料A组分通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

5.2将所述改性再生B组分加入搅拌锅中，与含有改性再生A组分的废旧混合料一同拌合60s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所述改性再生材料A组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的4％。

其中，所述改性再生材料B组分的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的3％。

对比例1

使用市售RA5再生剂，按照如下方法对废旧混合料进行再生施工。

1.在废旧混合料耙松前或者耙松后，将RA5再生剂通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

2将含有RA5再生剂的废旧混合料在搅拌锅中拌合60s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所述RA5再生剂的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的10％。

对比例2

使用市售RA5再生剂、市售SBS-T干法改性剂按照如下方法对废旧混合料进行再生施工。

1.在废旧混合料耙松前或者耙松后，将RA5再生剂通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

2.将SBS-T干法改性剂加入搅拌锅中，与含RA5再生剂的废旧混合料一同拌合60s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所述RA5再生剂的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的10％。

其中，所述SBS-T干法改性剂的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的5％。

对比例3

使用含有30％SBS、70％糠醛抽出油的改性再生剂按照如下方法对废旧混合料进行再生施工。

1.在废旧混合料耙松前或者耙松后，将改性再生剂通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上。

2.将将含有改性再生剂的废旧混合料在搅拌锅中拌合60s。

其中，所述废旧混合料使用年限为8年。

其中，所改性再生剂的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的15％。

对比例4

保持A组分的备料和制备方法与实施例1一致，在B组分的备料中不添加改性剂，其他组分和制备方法则同样与实施例1保持一致。然后将A组分和B组分按照与实施例1相同的施工方法对同一批次废旧沥青混合料进行再生。

对比例5

保持B组分的备料和制备方法与实施例1一致，在A组分的备料中不添加快速交联剂，其他组分和制备方法则与实施例1保持一致。然后将A组分和B组分按照同样与实施例1相同的施工方法对同一批次的废旧沥青混合料进行再生。

对比例6

保持A组分和B组分的备料和制备方法均与实施例1一致，然后在施工时，将与实施例1等量的两种组分先混合在一起，再与旧沥青混合料拌和改性。

采用交通运输行业标准JTG E20-2011规定的阿布森法对实施例1-3、对比例1-6所述的再生沥青混合料进行抽提，分析回收沥青指标，结果如表1所示。

表1各实施例及对比例回收沥青指标分析表

表1中，针入度用于表征沥青材料的软硬程度，针入度越小，说明沥青越软；软化点用于表征沥青材料的高温稳定性，软化点高说明在夏季高温下具有较高的抗车辙能力；5℃延度用于表征沥青材料的低温抗裂性，延度越高说明低温性能越高，在冬季低温环境下具有较好的抵抗开裂能力。

由表1中可以看到，采用本发明技术的实施例1-3得到的回收沥青的软化点和延度指标远高于对比例1中采用普通再生剂得到的回收沥青、对比例2中采用普通干法改性剂+普通再生剂得到的回收沥青，同样远高于对比例3中采用改性再生剂得到的回收沥青，并高于对比例4-6。软化点及延度指标与市售I-D型SBS改性沥青性能相仿。其中对比例4，由于不加入改性剂，再生效果相当于普通再生剂对旧沥青混合料进行再生；对比例5，未加入交联剂，无法促使改性剂发生交联反应，而产生优良的改性作用；对比例6，A、B组分预先混合，两者一种是液体状态，一种是颗粒状态，在常温下无法熔融，在拌如沥青混合料过程中，存在混合不均的情况，导致在高温状态下，交联反应未充分，也无法形成优良的改性再生作用。对比例4-6的再生改性作用效果与对比例1相近.

采用本发明技术，得到的再生沥青的高低温性能远高于现有技术，已经达到与新鲜改性沥青相当的水平。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种改性再生材料，其特征在于，包括分开使用的组分A和组分B，其中所述组分A由组分调和剂、黏度调节剂、组分融合剂和快速交联剂混合制成，所述组分B由改性剂、造粒辅助油和造粒粘结剂混合制成；

其中，组分A中，所述组分调和剂包括石油沥青、糠醛抽出油、催化裂化油浆、废旧润滑油、生物提取油、常减压蒸馏侧线油中的一种或者多种；所述黏度调节剂包括C5石油树脂、C9石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂中的一种或多种；所述组分融合剂包括按照1:1-1:3重量配比的2-呋喃甲醛和脂肪醇聚氧乙烯醚；所述快速交联剂包括以下成份：

其中，组分B中，所述改性剂为线性或星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的一种或复配，所述造粒辅助油为环烷油；所述造粒粘结剂为淀粉经预糊化处理，粉碎制得的阿尔法淀粉；

其中，在废旧沥青混合料耙松前或者耙松后，将所述组分A通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上，再将所述组分B与含有所述组分A的废旧沥青混合料一同拌合。

2.如权利要求1所述的改性再生材料，其特征在于，所述改性再生材料中，所述快速交联剂包括以下成份：

3.如权利要求1或2所述的改性再生材料，其特征在于，所述组分A的制备方法包括：

将组分调和剂在78-172℃下与黏度调节剂混合5min-60min，得到混合均匀的A组分基本料；

将A组分基本料降温至65-160℃，加入组分融合剂和快速交联剂，混合3min-60min，得到A组分。

4.如权利要求3所述的改性再生材料，其特征在于，组分A中，组分调和剂、黏度调节剂、组分融合剂、快速交联剂的重量份配比为：

5.如权利要求1或2所述的改性再生材料，其特征在于，

组分B的制备方法包括：

将改性剂进行物理粉碎至10-200μm；

将造粒辅助油在65-195℃高温下与粉碎的改性剂混合均匀；

进行降温处理至35-125℃后，加入造粒粘结剂进行造粒得到组分B。

6.如权利要求5所述的改性再生材料，其特征在于，组分B中，改性剂、造粒辅助油、造粒粘结剂的重量份配比为：

改性剂 40-80；

造粒辅助油 20-40；

造粒粘结剂 1-10。

7.如权利要求1或2所述的改性再生材料，其特征在于，

所述改性再生材料中，组分A和组分B的质量比为4-20:3-10。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的再生材料在沥青的就地热再生处理中的应用。

9.一种如权利要求1-7任一项所述的再生材料在沥青的就地热再生处理中的使用方法，其特征在于，包括：

在废旧沥青混合料耙松前或者耙松后，将所述组分A通过再生剂喷洒装置喷洒到废旧沥青混合料上；

将所述组分B与含有组分A的废旧沥青混合料一同拌合5s-60s；

其中，所述组分A的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的4％-20％，组分B的加入量为废旧混合料中废旧沥青质量的3％-10％。