CN113666666A - 一种大掺量高模量再生沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于路面材料的回收再利用技术领域,尤其公开了一种大掺量高模量再生沥青混合料及其制备方法,其包括经热再生混合的复合沥青、矿料、矿粉、以及含铣刨旧石油沥青和铣刨旧矿料的沥青路面铣刨旧料。该再生沥青混合料充分利用老化沥青的低标号特点,通过添加硬质沥青和级配的重新设计,一方面采用低标号的硬质沥青作为胶结料,结合沥青路面铣刨旧料中的铣刨旧石油沥青,共同作为胶结料,无需采用再生剂即可实现沥青性能的恢复;另一方面通过对级配的全新设计;且充分利用矿粉增加黏性,使得该再生沥青混合料满足了50%~55%的大掺量,回收利用率高,且具备了高模量的特性,保证了其能够良好应用于重载高速公路中,作为一种中下面层沥青混合料使用。
Description
技术领域
本发明属于路面材料的回收再利用技术领域,具体来讲,涉及一种大掺量高模量再生沥青混合料、以及其制备方法和其在重载高速公路中的应用。
背景技术
对于一般沥青路面铺设材料而言,由于沥青路面长期暴露于自然,同时承受着车轮荷载作用,会提前进入老化阶段,导致性能下降,影响公路的使用寿命和路用性能,因此,需要对部分公路进行整治和改善,进而产生大量的铣刨废料。沥青再生技术可以将铣刨旧料回收利用并重新拌合成符合行业标准的沥青混合料,从而达到节省造价,节约资源,保护生态环境的作用。
目前有采用沥青再生技术处理铣刨旧料的相关技术,如一种耐久性高模量热再生混合料、配制方法及应用的相关研究,其以50#道路石油沥青作为新添加沥青,结合30%~50%掺量的铣刨旧料,选择EME2混合料级配范围,采用国标方法成型,获得了一种耐久性高模量热再生混合料。但是,该技术中铣刨旧料的掺入量仅为30%~50%,仍不够高,其再生回用的利用率并不高;并且,该热再生后获得的沥青混合料的模量较低。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题,本发明提供了一种不使用任何添加剂情况下获得大掺量高模量热再生沥青混合料的技术方案,该技术方案提供的再生沥青混合料满足了沥青路面铣刨旧料(RAP)50%~55%的大掺量回收再利用,且具备了高模量的特性。
为了达到上述发明目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种大掺量高模量再生沥青混合料,其包括经热再生混合的复合沥青、矿料、矿粉、以及含铣刨旧石油沥青和铣刨旧矿料的沥青路面铣刨旧料,复合沥青由硬质沥青和道路石油沥青复合而成;其中,在再生沥青混合料中,矿粉的质量占比为0.1%~0.2%,油石比(即复合沥青与铣刨旧石油沥青之和,与矿料与铣刨旧矿料之和的质量之比)为5.5~5.6:100;铣刨旧矿料占矿料与铣刨旧矿料总量的50%~55%,沥青路面铣刨旧料中,粗铣刨料的质量占比为60%~65%;在矿料中,细集料的质量占比为13%~15%;在复合沥青中,硬质沥青的质量占比为19%~21%;再生沥青混合料通过16.0mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm孔径的标准筛孔时,分别对应通过比例为100%、92%~97%、72%~77%、45%~50%和28%~33%。
在上述对沥青路面铣刨旧料的限定中,也即其中细铣刨料的质量占比为35%~40%;此处所述粗铣刨料与细铣刨料的区分在于粒径的区别,其中粒径不低于(大于或等于)10mm的铣刨料即为粗铣刨料,而粒径小于10mm则归属于细铣刨料。
而在上述对新添加的矿料的限定中,也与沥青路面铣刨旧料的限定同理,也即其中粗集料的质量占比为85%~87%;此处粗集料与细集料的区分也在于粒径的区别,其中粒径小于2.36mm的矿料即认定为细集料。
本发明采用连续密集配,形成更小的骨架间隙率,具有更密实的骨架结构,保证混合料的空隙率较小,从而提高混合料的模量,保证其稳定性和耐久性。
本发明通过将道路石油沥青(优选为70#基质沥青)与硬质沥青颗粒制备成新的胶结料(即复合沥青),达到了低标号沥青(针入度在15mm~25mm)的性能要求。通过级配设计,掺入50%~55%的旧回收料与上述制备的胶结料形成新的再生混合料,使其达到空隙率在2%~4%且连续级配的要求,因此相较于现有技术中一般30%RAP掺量,本发明实现了掺量的明显提高。
低标号沥青具有针入度低、软化点高、高温稳定性和温度敏感性好的特点。模量反映了沥青的粘弹性,即在时间和温度的作用下应力和应变的比值。使用低标号沥青可以减少行车荷载作用下沥青混合料产生的变形,减弱混合料内部的细微损伤,从而提高路面的整体强度,同时减薄路面厚度。因此利用低标号沥青可以提高沥青混合料的模量。
进一步地,上述再生沥青混合料通过1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm孔径的标准筛孔时,分别对应通过比例为18%~23%、12%~16%、8%~12%、6%~11%和4%~7%。
矿料的材质优选为石灰岩。
进一步地,在以上石灰岩的矿料中,其粒径分设为三组,第一组粒径为3mm~5mm,第二组粒径为5mm~10mm,第三组粒径为10mm~15mm;三组矿料占所述矿料的质量百分数分别为10%~15%、7%~12%、6%~10%。
本发明的另一目的在于提供一种如上任一所述的再生沥青混合料的制备方法,其包括下述步骤:
S1、将硬质沥青和道路石油沥青混合配制成复合沥青;
S2、将沥青路面铣刨旧料加热至80℃~140℃,将矿料加热至190℃~200℃,将二者拌合均匀;优选控制拌合时间为3min~5min;
S3、将步骤S1获得的复合沥青加热至150℃~170℃后投入至步骤S2中的混合料中并拌合均匀,优选控制拌合时间为2min~3min,保持160℃~165℃的出料温度,获得再生沥青混合料。
进一步地,再生沥青混合料的旋转压实试件的空隙率为1.0%~5.0%。
本发明的另一目的还在于提供了一种如上任一所述的再生沥青混合料的应用,即将如上任一所述的再生沥青混合料作为重载高速公路中下面层的铺设材料,铺设厚度为6cm~8cm。
本发明提供的该再生沥青混合料,其充分利用老化沥青的低标号特点,通过添加硬质沥青和级配的重新设计,一方面采用低标号的硬质沥青作为胶结料,结合沥青路面铣刨旧料中的铣刨旧石油沥青,共同作为胶结料,无需采用再生剂即可实现沥青性能的恢复;另一方面通过对级配的全新设计;且充分利用矿粉增加黏性,使得该再生沥青混合料满足了沥青路面铣刨旧料(RAP)50%~55%的大掺量,且具备了高模量的特性,保证了其能够良好应用于重载高速公路中,作为一种中下面层沥青混合料使用。
具体实施方式
以下,将来详细描述本发明的实施例。然而,可以以许多不同的形式来实施本发明,并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反,提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用,从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
实施例1
本实施例的再生沥青混合料由新添加的复合沥青、矿料、矿粉,以及含铣刨旧石油沥青和铣刨旧矿料的沥青路面铣刨旧料组成;其中,复合沥青由道路石油沥青和硬质沥青按4:1的质量比配制而成。
在该再生沥青混合料中,油石比为5.6%,即其中复合沥青与铣刨旧石油沥青之和,与矿料与铣刨旧矿料之和的质量之比为5.6:100。
在本实施例中,所取用的沥青路面铣刨旧料的抽提筛分结果如表1所示。
表1沥青路面铣刨旧料的抽提筛分结果
新添加矿料、矿粉、以及沥青路面铣刨旧料的物理性能测试结果如表2所示,其筛分试验结果如表3所示,级配比例明细如表4所示。
表2各组分的物理性能测试结果
表3各组分的筛分试验结果
表4各组分的级配比例明细
需要说明的是,在上述表4的各物料比例中,1#、2#、3#和细集料的比例均以矿料的总量为准计,而矿粉的比例则以该再生沥青混合料的总量计。
在上述表2~表4中,1#料、2#料和3#料是新添加的矿料按粒径进行划分获得的组别;其中,1#料的粒径为3mm~5mm,2#料的粒径为5mm~10mm,3#料的粒径为10mm~15mm。
下表5示出了该再生沥青混合料的合成级配、及其对应的级配要求。
表5再生沥青混合料的级配要求及合成级配
本实施例提供的上述再生沥青混合料是通过下述方法制备获得的:
首先,将硬质沥青和道路石油沥青按照4:1的质量比混合配制成复合沥青。然后,将沥青路面铣刨旧料加热至120℃左右,将矿料加热至190℃~200℃,并将二者拌合3min~5min至均匀,获得混合料。最后,将前述获得的复合沥青加热至160℃左右后投入至前述获得的混合料中,拌合2min~3min至均匀,保证出料温度稳定,控制在165℃左右,得到所述再生沥青混合料。
将本实施例获得的再生沥青混合料的性能按照《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T/CHTS 1004-2018)标准进行测试,检测结果如表6所示。
表6再生沥青混合料的性能测试结果
将本实施例提供的该再生沥青混合料应用至重载高速公路中时,将其作为中下面层的铺设材料,保持6cm~8cm的铺设厚度。
实施例2
本实施例提供的再生沥青混合料,与上述实施例1中的配制基本相同,不同之处在于:
(1)再生沥青混合料中,油石比为5.5%,即其中复合沥青与铣刨旧石油沥青之和,与矿料与铣刨旧矿料之和的质量之比为5.5:100。
(2)本实例中各组分的级配比例及再生沥青混合料的合成级配、和其对应的级配要求如下表7和表8所示。
表7各组分的级配比例明细
表8再生沥青混合料的级配要求及合成级配
采用与实施例1中相似的制备方法制备本实施例的再生沥青混合料,制备方法在此不再赘述。
本实施例获得的再生沥青混合料的性能按照《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T/CHTS 1004-2018)标准进行测试,检测结果如表9所示。
表9再生沥青混合料的性能测试结果
将本实施例提供的该再生沥青混合料应用至重载高速公路中时,将其作为中下面层的铺设材料,保持6cm~8cm的铺设厚度。
实施例3
本实施例提供的再生沥青混合料,与上述实施例1中的配制基本相同,不同之处在于:
(1)再生沥青混合料中,油石比为5.53%,即其中复合沥青与铣刨旧石油沥青之和,与矿料与铣刨旧矿料之和的质量之比为5.53:100。
(2)本实例中各组分的级配比例及再生沥青混合料的合成级配、和其对应的级配要求如下表10和表11所示。
表10各组分的级配比例明细
表11再生沥青混合料的级配要求及合成级配
采用与实施例1中相似的制备方法制备本实施例的再生沥青混合料,制备方法在此不再赘述。
本实施例获得的再生沥青混合料的性能按照《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T/CHTS 1004-2018)标准进行测试,检测结果如表12所示。
表12再生沥青混合料的性能测试结果
将本实施例提供的该再生沥青混合料应用至重载高速公路中时,将其作为中下面层的铺设材料,保持6cm~8cm的铺设厚度。
需要说明的是,在上述表6、9、12中,“试验方法”均取自前述《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T/CHTS 1004-2018)标准中所述的方法。
通过表6、9和12可以看出,本发明各实施例提供的该再生沥青混合料,其在不损伤低温性能(冻融劈裂强度比及低温完全试验破坏应变满足技术要求)的前提下,动态模量较大,表现出高模量性能;且其疲劳寿命和动稳定度较大,表现出良好的使用寿命和优异的高温性能。这些性能均保障了其用作重载高速公路中下面层的铺设材料。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明,但是本领域的技术人员将理解:在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下,可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (8)
1.一种大掺量高模量再生沥青混合料,其特征在于,包括经热再生混合的复合沥青、矿料、矿粉、以及含铣刨旧石油沥青和铣刨旧矿料的沥青路面铣刨旧料,所述复合沥青由硬质沥青和道路石油沥青复合而成;其中,在所述再生沥青混合料中,所述矿粉的质量占比为0.1%~0.2%,油石比为5.5~5.6:100;所述铣刨旧矿料占所述矿料与所述铣刨旧矿料总量的50%~55%,所述沥青路面铣刨旧料中,粗铣刨料的质量占比为60%~65%;在所述矿料中,细集料的质量占比为13%~15%;在所述复合沥青中,所述硬质沥青的质量占比为19%~21%;所述再生沥青混合料通过16.0mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm孔径的标准筛孔时,分别对应通过比例为100%、92%~97%、72%~77%、45%~50%和28%~33%。
2.根据权利要求1所述的再生沥青混合料,其特征在于,所述再生沥青混合料通过1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm孔径的标准筛孔时,分别对应通过比例为18%~23%、12%~16%、8%~12%、6%~11%和4%~7%。
3.根据权利要求1或2所述的再生沥青混合料,其特征在于,所述矿料的材质为石灰岩。
4.根据权利要求3所述的再生沥青混合料,其特征在于,所述矿料的粒径分设为三组,第一组粒径为3mm~5mm,第二组粒径为5mm~10mm,第三组粒径为10mm~15mm;三组矿料占所述矿料的质量百分数分别为10%~15%、7%~12%、6%~10%。
5.如权利要求1~4任一所述的再生沥青混合料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
S1、将硬质沥青和道路石油沥青混合配制成复合沥青;
S2、将沥青路面铣刨旧料加热至80℃~140℃,将矿料加热至190℃~200℃,将二者拌合均匀;
S3、将步骤S1获得的复合沥青加热至150℃~170℃后投入至步骤S2中的混合料中并拌合均匀,保持160℃~165℃的出料温度,获得再生沥青混合料。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,拌合时间为3min~5min;在步骤S3中,拌合时间为2min~3min。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法,其特征在于,所述再生沥青混合料的旋转压实试件的空隙率为1.0%~5.0%。
8.如权利要求1~4任一所述的再生沥青混合料的应用,其特征在于,将如权利要求1~4任一所述的再生沥青混合料作为重载高速公路中下面层的铺设材料,铺设厚度为6cm~8cm。
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