CN113636786B - 一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于公路与城市道路废旧材料回收再生领域，提供了一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法，由以下质量百分比的原料组分组成：包括新集料10~25份、旧集料70~85份和填料3~6份的组分A，所述组分A共计100份；组分B，包括按100份组分A计的乳化沥青3.5~5.5份、水3.5~5.5份和工业废渣0.5~5份，工业废渣为粉煤灰、烟道灰和稻壳灰中的两种或两种以上的混合物。本发明产品与常用水泥‑乳化沥青厂拌冷再生混合料相比，通过添加一定比例的工业废渣能提升乳化沥青厂拌冷再生混合料的终长期强度及低温破坏应变、提升幅度范围分别为10%~50%、10%~40%。

Description

一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及公路与城市道路废旧材料回收再生领域，特别涉及一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法。
背景技术
乳化沥青冷再生技术因具有常温下施工、沥青混合料回收料（RAP料）利用率高等优点，已成为国内外道路材料领域研究的热点。
然而，乳化沥青冷再生混合料应用过程存在一些典型的问题，如易剥落、强度低等。一般通过引入添加剂或改性剂的方式来避免这些问题，常用的添加剂有普通硅酸盐水泥。但是，已有研究表明较高掺量水泥的加入会严重削弱乳化沥青冷再生混合料的低温抗开裂性能和高应变下的抗疲劳性能。
近年来，随着工业的快速发展，我国的工业废渣如粉煤灰、烟道灰和稻壳灰等越来越多，倘若对其处置不当，不仅造成大气、水体和土壤的污染，还导致了资源的浪费。工业废渣具有优良的填充效果，应用到乳化沥青冷再生混合料中能够提高其密实度和耐久性；与此同时，较低温度下细小的工业废渣颗粒能够在乳化沥青冷再生混合料中起到类似水泥水化产物的“加筋作用”，并且对其低温性能影响很小；而且，鉴于各工业废渣之间基本化学成分的互补性，如稻壳灰和粉煤灰中无定型SiO2含量较高但活性CaO含量很少，而烟道灰中活性CaO含量较高，因此它们之间的复配使用将有助于激发出各自的活性，即发生火山灰反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法，所述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料中不含水泥，添加有一定含量的工业废渣，不仅避免了因生产水泥所释放的二氧化碳量，同时通过工业废渣的使用显著提升了乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的终长期强度及低温性能，拓宽工业废渣应用途径的同时减少环境污染。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料，由组分A和组分B组成，所述组分A由新集料、旧集料、填料组成，所述组分B由乳化沥青、水和工业废渣组成；
上述组分A和组分B中各原料按照质量份计配比如下：组分A：新集料10~25份、旧集料70~85份、填料3~6份，所述组分A共计100份；组分B：以100份组分A计，乳化沥青3.5~5.5份、水3.5~5.5份、工业废渣0.5~5份。
进一步的，上述工业废渣为粉煤灰、烟道灰和稻壳灰中的两种或以上的混合物，细度为30~100μm。
进一步的，上述烟道灰为火力发电厂煤燃烧所得。稻壳灰是生物质电厂利用稻壳为燃料燃烧或气化过程所产生的一种工业废渣。
进一步的，上述组分A和组分B中各原料按照质量份计配比如下：组分A：新集料13~22份、旧集料73~82份、填料3.5~5份，所述组分A共计100份；组分B：以100份组分A计，乳化沥青为3.7~5.2份、水3.8~5.1份、工业废渣0.75~4份。
进一步的，上述工业废渣的细度为35~80μm。
进一步的，上述乳化沥青为阳离子慢裂型乳化沥青。
进一步的，上述新集料为石灰岩，粒径范围9.5~19mm；所述旧集料为高速公路铣刨料，包括第一旧集料、第二旧集料和第三旧集料，所述第一旧集料的粒径范围为0.075~8mm，所述第二旧集料的粒径范围为8~15mm，所述第三旧集料的粒径范围为15~25mm；所述填料为石灰石矿粉。
进一步的，上述旧集料中的组分按照质量份计配比如下：以100份组分A计，第一旧集料 40~65份、第二旧集料 10~25份、第三旧集料 5~20份。
本发明的先进性在于：一方面，工业废渣较水泥具有更好的填充效果，更密实的冷再生混合料通常具有更好的强度和低温抗开裂性能；另一方面，工业废渣颗粒与破乳后的沥青形成前者为分散相而后者为连续相的密实微观结构，与水泥水化产物与沥青形成的两者部分连续的微观结构不同，该密实微观结构在较低温度下能起到与水泥类似的加筋作用，从而提高冷再生混合料的强度；另外，在低温下因为水泥水化产物的刚度远大于沥青，其部分连续的微观结构因阻碍沥青的变形而降低了冷再生混合料的低温抗开裂性能，而废渣颗粒呈分散相排布于沥青胶结料中，其对冷再生混合料的低温抗开裂性能影响相对小很多。
本发明同时提供了上述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将第二旧集料、第三旧集料和新集料按配合比一起倒入拌和锅中，先加入占总用水量1/4的水和占总乳化沥青用量1/3的乳化沥青，拌和60s使其被均匀裹附；然后将第一旧集料与余下的水一起人工拌和以润湿细集料表面，放入拌和锅中后再倒入余下的乳化沥青再拌和60s；最后放入工业废渣和填料拌和60s，使混合料均匀稳定、色泽一致，即得所述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
（1）与常用水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料相比，本发明通过添加一定比例的工业废渣能提升乳化沥青厂拌冷再生混合料的终长期强度及低温破坏应变，两者的提升幅度范围分别为10%~50%、10%~40%。
（2）通过工业废渣代替水泥，不仅有利于解决工业废渣的再利用问题，而且减少了因生产水泥所释放的二氧化碳量，起到了“节能减排”和保护环境的效果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
以下实施例及对比例中，所述新集料为石灰岩，9.5~19mm；旧集料为高速公路铣刨料分三档，按照粒径范围将旧集料分为第一旧集料、第二旧集料和第三旧集料，粒径范围分别为0.075~8mm（第一旧集料）、8~15mm（第二旧集料）和15~25mm（第三旧集料）；填料为石灰石矿粉；所述乳化沥青为阳离子慢裂型乳化沥青；水为生活用水；水泥为普通硅酸盐水泥，标号为P.O 42.5，细度为80μm；粉煤灰、烟道灰、稻壳灰，细度为35~80μm，其中烟道灰为火力发电厂煤燃烧所得。
对比例1
称取新集料16份、第一旧集料 46份、第二旧集料 17.5份、第三旧集料 15份、矿粉5.5份、乳化沥青4.8份、水4.8份、水泥2份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中7天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例1
称取新集料16份、第一旧集料 46份、第二旧集料 17.5份、第三旧集料 15份、矿粉5.5份、乳化沥青4.8份、水4.8份、粉煤灰1.5份（细度35μm）、烟道灰0.5份（细度55μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中7天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了47%和39%。
对比例2
称取新集料18份、第一旧集料 43份、第二旧集料 17份、第三旧集料 18份、矿粉4份、乳化沥青4.6份、水4.9份、水泥1.5份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中30天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例2
称取新集料18份、第一旧集料 43份、第二旧集料 17份、第三旧集料 18份、矿粉4份、乳化沥青4.6份、水4.9份、烟道灰0.75份（细度45μm）、稻壳灰0.75份（细度55μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中30天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了20%和23%。
对比例3
称取新集料20份、第一旧集料 41份、第二旧集料 22份、第三旧集料 13份、矿粉4份、乳化沥青4.3份、水4.5份、水泥3.5份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中7天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例3
称取新集料20份、第一旧集料 41份、第二旧集料 22份、第三旧集料 13份、矿粉4份、乳化沥青4.3份、水4.5份、粉煤灰3份（细度32μm）、烟道灰0.5份（细度50μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中7天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了23%和31%。
对比例4
称取新集料16份、第一旧集料 55份、第二旧集料 19份、第三旧集料 6份、矿粉4份、乳化沥青4.8份、水4.8份、水泥4.0份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中15天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例4
称取新集料16份、第一旧集料 55份、第二旧集料 19份、第三旧集料 6份、矿粉4份、乳化沥青4.8份、水4.8份、粉煤灰2份（细度30μm）、烟道灰1份（细度60μm）、稻壳灰1份（细度40μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中15天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了10%和41%。
对比例5
称取新集料22份、第一旧集料 43份、第二旧集料 12份、第三旧集料 19份、矿粉4份、乳化沥青4.1份、水4.3份、水泥1.5份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例5
称取新集料22份、第一旧集料 43份、第二旧集料 12份、第三旧集料 19份、矿粉4份、乳化沥青4.1份、水4.3份、粉煤灰1份（细度50μm）、稻壳灰0.5份（细度50μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了37%和12%。
对比例6
称取新集料20份、第一旧集料 47份、第二旧集料 15份、第三旧集料 14份、矿粉4份、乳化沥青4.4份、水4.5份、水泥3份，依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中20天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
实施例6
称取新集料20份、第一旧集料 47份、第二旧集料 15份、第三旧集料 14份、矿粉4份、乳化沥青4.4份、水4.5份、粉煤灰1.5份（细度40μm）、烟道灰0.75份（细度55μm）、稻壳灰0.75份（细度40μm），依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模；随后将试件重新放入60℃的鼓风烘箱中20天后取出，测出15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变见表1。
由表1可知，对比水泥-乳化沥青厂拌冷再生混合料，工业废渣-乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度和低温破坏应变分别增加了12%和41%。
表1 15℃劈裂强度和-10℃低温破坏应变
Figure 202999DEST_PATH_IMAGE001
综上所述，本发明通过工业废渣（粉煤灰、烟道灰和稻壳灰中的两种或两种以上的混合物）替代水泥，有效提升了乳化沥青厂拌冷再生混合料的终长期强度和低温抗开裂性能，这不仅有利于解决工业废渣的再利用问题，而且促进了乳化沥青厂拌冷再生混合料的推广应用。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料，其特征在于，由组分A和组分B组成，所述组分A由新集料、旧集料、填料组成，所述组分B由乳化沥青、水和工业废渣组成；
所述组分A和组分B中各原料按照质量份计配比如下：
组分A：新集料10~25份、旧集料70~85份、填料3~6份，所述组分A共计100份；
组分B：以100份组分A计，乳化沥青3.5~5.5份、水3.5~5.5份、工业废渣0.5~5份；
所述工业废渣为烟道灰与粉煤灰和稻壳灰中的一种或两种的混合物；烟道灰为火力发电厂煤燃烧所得，稻壳灰是生物质电厂利用稻壳为燃料燃烧或气化过程所产生的一种工业废渣；
所述工业废渣的细度为35~80μm；
所述新集料为石灰岩，粒径范围9.5~19mm；
所述旧集料为高速公路铣刨料，包括第一旧集料、第二旧集料和第三旧集料，所述第一旧集料的粒径范围为0.075~8mm，所述第二旧集料的粒径范围为8~15mm，所述第三旧集料的粒径范围为15~25mm；
所述填料为石灰石矿粉；
所述旧集料中的组分按照质量份计配比如下：以100份组分A计，第一旧集料 40~65份、第二旧集料 10~25份、第三旧集料 5~20份。
2.根据权利要求1所述的乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料，其特征在于，所述组分A和组分B中各原料按照质量份计配比如下：
组分A：新集料13~22份、旧集料73~82份、填料3.5~5份，所述组分A共计100份；
组分B：以100份组分A计，乳化沥青为3.7~5.2份、水3.8~5.1份、工业废渣0.75~4份。
3.根据权利要求1所述的乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料，其特征在于，所述乳化沥青为阳离子慢裂型乳化沥青。
4.根据权利要求1所述的乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第二旧集料、第三旧集料和新集料按配合比一起倒入拌和锅中，先加入占总用水量1/4的水和占总乳化沥青用量1/3的乳化沥青，拌和60s使其被均匀裹附；然后将第一旧集料与余下的水一起人工拌和以润湿细集料表面，放入拌和锅中后再倒入余下的乳化沥青再拌和60s；最后放入工业废渣和填料拌和60s，使混合料均匀稳定、色泽一致，即得所述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料。
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