CN113698139B - 一种高掺量rap厂拌热再生改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料，按质量百分比包括：RAP 40％～70％、新集料23.4％～58.3％、矿粉0％～3％、新沥青1.5％～6％、沥青再生剂为所述RAP中旧沥青质量的3％～5％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.01％～0.3％。其制备方法包括：RAP破碎与筛分、原材料检测、矿料级配设计、沥青用量与沥青再生剂用量确定、再生混合料性能验证与改性剂用量确定、物料拌和。通过对老化沥青和再生改性沥青混合料的双重性能改善，提高了RAP的利用价值和利用率，提升了再生改性沥青混合料的性能，降低了RAP的预热温度，实现了高掺量RAP的改性沥青混合料的高效再生利用。

Description

一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路面层材料领域，尤其涉及一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
截至2020年末，全国公路总里程519.81万公里，公路养护里程514.40万公里，占公路总里程99.0％，公路已由大规模建设期进入到维修养护期。我国道路面层采用沥青混凝土的居多，且高等级公路采用SBS改性沥青混凝土，随着维修养护工程的开展，数以万吨计的废旧沥青路面材料(RAP)产生，这些旧料如果不进行有效的回收再利用，将会造成自然资源的浪费与生态环境的污染。
为了缓解上述资源浪费的问题，常将RAP用于路基、基层等，这一做法虽然实现了RAP的大量再利用，但是经济效益欠佳，占用浪费了有限的优质资源。而将RAP资源化应用于道路面层中，不仅可以避免废旧材料占用土地和污染环境，而且可以减少对优质石料、沥青的需求，经济效益和环保效益十分显著，对早日实现道路材料领域的碳达峰和碳中和也具有及其重要的意义。
目前，RAP通过厂拌热再生实现资源化利用的技术相对成熟可靠，但该技术实现RAP用于面层时一般是降级降层位利用，通过添加再生剂实现老化基质沥青的性能恢复，生成再生普通沥青混合料，且RAP的添加比例较低。《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T5521-2019)中再生混合料配合比设计要求RAP掺量(质量分数)一般不超过30％，申请号为CN201410406713.8的中国发明专利申请专利公开了一种高RAP比例的热再生沥青混合料的设计方法，该申请中再生生成的是普通沥青混合料，且RAP的掺配比率仅为36％。申请号为CN201610558955.8的中国发明专利申请中公开了一种高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料及其制备方法，通过添加温拌剂控制对旧料的加热温度，RAP掺入比例可达50～70％，但该发明中生成的沥青混合料仅能达到普通沥青混合料的性能要求，无法生成改性沥青混合料。申请号为CN201410313072.1的中国专利中公开了一种高RAP掺量的SBS沥青混合料再生方法，该专利中通过加入高黏改性沥青，RAP的掺配比例可达到30～60％，且再生SBS沥青混合料的性能达到新拌SBS改性沥青混合料的性能要求，但是，其要求RAP需要加热到130～150℃，再生剂加热到60～100℃，与目前拌和站能实现的对旧料的加热温度不匹配，且在该温度下旧料会粘筒造成堵塞，难以应用实施。
鉴于此，有必要提供一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料及其制备方法，以解决或至少缓解上述再生混合料性能差、RAP的附加值低和掺入比例低、以及RAP预热温度高的技术缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料及其制备方法，旨在解决上述再生混合料性能差、RAP的附加值低和掺入比例低、以及RAP预热温度高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料，按质量百分比包括：RAP 40％～70％、新集料23.4％～58.3％、矿粉0％～3％、新沥青1.5％～6％、质量比为所述RAP中旧沥青质量的3％～5％的沥青再生剂、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.01％～0.3％。
进一步地，所述再生SBS改性沥青混合料改性剂按质量份数包括：SBS110份、增黏组分30～60份、增容组分10～30份、高温黏度调节剂4～10份、促进剂0.3～1.2份；
所述SBS为星型SBS或线型SBS或两者任意配比的混合物；所述增黏组分为碳五石油树脂或碳九石油树脂或两者任意配比的混合物；所述增容组分为环烷基橡胶油或环保型芳烃油或两者任意配比的混合物；所述高温黏度调节剂为合成蜡或硬酯酰胺的一种或两者任意配比的混合物；所述促进剂为硬酯酸钠或硬酯酸锌两者任意配比的混合物。
进一步地，所述RAP中的旧沥青包括道路石油沥青、SBS改性沥青中的一种或两种；所述RAP中的旧集料包括石灰岩碎石、辉绿岩碎石和石灰岩碎石中的一种或多种。
进一步地，所述新沥青包括SBS改性沥青或高黏沥青。
本发明提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，包括：
步骤1，RAP破碎与筛分；将RAP破碎并筛分为不同粒径范围的2～5档基准料；
步骤2，原材料检测：获取并检测不同档位所述RAP、不同档位新集料、矿粉、新沥青、沥青再生剂、以及再生SBS改性沥青混合料改性剂的质量是否符合预设标准，并收集检测数据；
步骤3，矿料级配设计：当所述原材料检测通过后，根据所述RAP中的旧集料的级配和油石比确定所述RAP的掺量；选取热拌沥青混合料种类，然后结合集料的筛分结果进行配比设计，获得各档位所述新集料和各档位所述RAP、以及所述矿粉的比例；
步骤4，沥青用量与沥青再生剂用量的确定：根据所述矿料级配设计和所述原材料检测中的检测数据确定所述沥青再生剂的用量；然后根据再生改性沥青混合料的目标性能要求和目标油石比确定所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的初步掺量和所述新沥青的用量；
步骤5，再生混合料性能验证与改性剂用量确定：根据所述再生改性沥青混合料的性能对所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量进行调整，并确定各组分的最终比例；然后根据所述最终比例进行物料拌和。
进一步地，所述沥青用量与沥青再生剂用量的确定过程包括：根据所述矿料级配设计中获得的各档所述RAP的油石比和掺入比例，以及所述原材料检测中获得的所述RAP的性能指标，确定所述沥青再生剂的用量；然后结合再生改性沥青混合料的目标性能要求，初步确定所述再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量，再根据再生改性沥青混合料的目标油石比，计算得到需添加的所述新沥青的用量。
进一步地，所述再生混合料性能验证与改性剂用量确定的步骤中，再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量根据试验后的低温性能指标确定，并根据所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量对所述新沥青的掺量进行调整。
进一步地，所述再生混合料性能验证与改性剂用量确定的步骤中，所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量调整范围为0.01％～0.3％。
进一步地，所述原料拌和的过程包括：将所述新集料预热到180℃～210℃，将所述RAP预热到120℃～130℃，向预热的拌和锅中先加入所述新集料搅拌，0.5～1s后加入所述再生SBS改性沥青混合料改性剂混拌均匀，再倒入所述RAP并加入所述沥青再生剂混拌均匀，然后加入所述新沥青混拌均匀。
进一步地，在所述原料拌和的过程中，向预热的拌和锅中先加入所述新集料搅拌，0.5～1s后加入所述再生SBS改性沥青混合料改性剂和所述矿粉混拌均匀，再依次加入所述RAP、所述沥青再生剂和所述新沥青进行混拌。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明可实现RAP高比例掺入再生改性沥青混合料中，掺入比例最高可达70％，且对RAP的来源无限制，RAP中旧沥青可含道路石油沥青、SBS改性沥青中的一种或两种，旧集料为石灰岩碎石、辉绿岩碎石或石灰岩碎石均可，适用性广，实用性强。
2、本发明提供的方法生成的是可用于中面层的再生改性沥青混合料，且RAP中的旧沥青不仅得到了百分百的利用，且再生后是作为改性沥青计入沥青用量，所以不仅实现了高层位的高比例RAP的再生利用，而且提升了RAP的附加值。
3、本发明可提升高掺量RAP热再生改性沥青混合料性能，且具有实用性。高掺量RAP热再生普通沥青混合料实现较易，但再生改性沥青混合料难，且一般低温性能难以满足要求，而本发明针对混合料性能进行了改性设计，可实现高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料各项路用性能均能达到指标要求，同时旧料的加热温度只需达到130℃，拌和站再生生产设备可实现。
4、本发明通过对老化沥青和再生混合料的双重性能改善，确定外掺剂掺量时，与常规配合比设计不同，再生剂根据老化沥青来确定，再生混合料改性剂最终掺量根据低温性能指标确定，确保混合料各项路用性能均能达到指标要求的同时，不造成外掺剂的浪费，节省了经济成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明中一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料制备方法的流程示意图；
图2为实施例1中的再生沥青混合料AC-20C的级配曲线图；
图3为实施例1中AC-20C型沥青混合料沥青用量确定图；
图4为实施例2中再生沥青混合料AC-20C的级配曲线图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了提高混合料的性能，避免废旧沥青路面材料被降级降层，同时确保RAP掺入比例的提高以及RAP预热温度的降低，本发明提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料，按质量百分比包括：RAP 40％～70％、新集料23.4％～58.3％、矿粉0％～3％、新沥青1.5％～6％、沥青再生剂为所述RAP中旧沥青质量的3％～5％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.01％～0.3％；各组分用量可以根据实际需要在给定范围内选定，总和为100％。需知道的是，所述高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料是经过反复试验和论证后得出的，每一个成分的配比均是严格论证之后的结果，能够解决背景技术中所存在的缺陷。
所述RAP为拌和站破碎筛分分档后的回收料，分档为两档及以上，RAP中的旧沥青可含道路石油沥青、SBS改性沥青中的一种或两种；所述RAP中的旧集料为石灰岩碎石、辉绿岩碎石或石灰岩碎石均可，RAP需满足国家《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)相关要求。
所述集料为普通公路用集料；所述矿粉为普通公路用矿粉；所述新沥青为SBS改性沥青或高黏沥青；所述沥青再生剂可以为市售EVOFLEX8182再生剂或其他普通沥青混合料温拌再生剂。
所述再生SBS改性沥青混合料改性剂为主要含有SBS、增黏组分、增容组分。作为对所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的说明，为了进一步提高作用效果，本发明中的所述再生SBS改性沥青混合料改性剂可以为湘交科GN-01沥青高黏度添加剂或RMA热再生复合改性剂，所述湘交科GN-01沥青高黏度添加剂按质量份数可以包括：SBS 110份、增黏组分30～60份、增容组分10～30份、高温黏度调节剂4～10份、促进剂0.3～1.2份；其中，所述SBS可以为星型SBS或线型SBS或两者任意配比的混合物；所述增黏组分可以为碳五石油树脂或碳九石油树脂或两者任意配比的混合物；所述增容组分可以为环烷基橡胶油或环保型芳烃油或两者任意配比的混合物；所述高温黏度调节剂可以为合成蜡或硬酯酰胺的一种或两者任意配比的混合物；所述促进剂可以为硬酯酸钠或硬酯酸锌两者任意配比的混合物。
如图1所示，本发明还提供了一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，包括：
S1、RAP破碎与筛分
将铣刨获得的同批回收料用机械充分混合后进行破碎处理至粒径≤30mm，然后进行筛分处理，将其筛分为不同粒径范围的2～5档基准料；
S2、RAP分仓堆放
将步骤S1获得的基准料分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的场地上，避免不同类型基准料混杂，堆放高度≤4m，避免物料重压与结块，多雨地区采用防雨棚遮盖；
S3、原材料检测
所选集料、矿粉、RAP、沥青、沥青再生剂、再生SBS改性沥青混合料改性剂，随机取样检测质量，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)要求；
S4、矿料级配设计
在对RAP进行抽提筛分后，得到旧集料的级配和油石比，确定RAP掺量，选取热拌沥青混合料种类，结合集料的筛分结果，进行配合比设计，获得各档矿料和各档RAP的比例，绘制级配曲线图，保证再生改性沥青混合料的级配曲线位于级配要求上下限内。
S5、沥青用量与沥青再生剂用量的确定
根据步骤S4获得的各档RAP的油石比和掺入比例，以及步骤S3获得的RAP性能指标，确定沥青再生剂的用量，结合再生改性沥青混合料的目标性能要求，初步确定再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量，根据再生改性沥青混合料的目标油石比，计算得到需添加的新沥青的用量。
选取再生混合料目标油石比为基准，以0.5％为间隔分别对五个油石比进行击实试验，制备混合料时，新集料预热到180℃～210℃，RAP预热到120℃～130℃，然后在预热的拌和锅先加入新集料搅拌，0.5s～1s后加入再生SBS改性沥青混合料改性剂和矿粉(如需添加)混拌均匀，再倒入旧料并加入沥青再生剂混拌均匀，再加入新沥青混拌均匀，总拌和时间约3min，室内试验各阶段的拌和时间都为75s，比较五种油石比下再生沥青混合料的体积指标，最后确定再生沥青混合料的最佳油石比，生产时拌和时间根据拌和设备功率等情况经试拌后确定。
S6、再生混合料性能验证与改性剂用量确定
根据步骤S5确定的最终油石比和拌和工艺制备再生混合料，采用低温弯曲试验(T0715-2011)评价再生沥青混合料的低温性能，根据低温实验结果在掺量范围(0.01％～0.3％)内调整再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量，直到低温性能满足要求，随着该试剂掺量的改变，新沥青的掺量随之调整，以保证油石比不变。然后采用车辙试验(T0719-2011)评价再生混合料的高温性能；采用浸水马歇尔试验(T0709-2011)和冻融劈裂试验(T0729-2000)评价再生沥青混合料的水稳定性。
在上述实施方式中，需注意的是，所述矿料包括各档位的集料和矿粉。此外，在确定最佳沥青用量时，作为优选地，RAP中的旧沥青可以作为改性沥青计入沥青用量，并据此计算新沥青的用量。在确定外掺剂掺量时，再生剂用量根据旧沥青确定，再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量根据低温性能指标确定，所用外掺剂(沥青再生剂和再生SBS改性沥青混合料改性剂)计入沥青用量，在调整再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量时，总沥青用量不变。
本发明中，在确定原料配比后需按照原料拌和的步骤进行最终的制备，将新集料预热到180℃～210℃，将RAP预热到120℃～130℃，向预热的拌和锅中先加入所述新集料搅拌，0.5s～1s后加入再生SBS改性沥青混合料改性剂和矿粉(如需添加)混拌均匀，再倒入所述RAP并加入沥青再生剂混拌均匀，然后加入新沥青混拌均匀。
为了便于进一步理解本发明的技术方案，现举例说明：
实施例1
本发明高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料用于中面层再生SBS改性沥青混合料AC-20C，取代常规路面中面层AC-20C热拌SBS改性沥青混凝土，在保证混凝土路用性能的同时，达到充分利用回收沥青路面材料、减少新集料用量、降低外掺剂比例、节能减排的效果。在本实施例中，高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料按以下步骤形成：
(1)RAP破碎与筛分
拌和站将铣刨获得的某市政道路的面层回收料用机械充分混合，然后进行破碎处理至粒径≤30mm，并以16mm筛孔将其筛分为16mm～30mm和0～16mm的1#RAP和2#RAP。
(2)RAP分仓堆放
将步骤(1)获得的1#RAP和2#RAP分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的两个料仓，堆放高度4m。
(3)原材料检测
观察知本批RAP中的旧集料为性能相对较差的石灰岩类，新集料选用了石灰岩碎石：9.5mm-19mm(1#集料)、4.75mm-9.5mm(2#集料)、0mm-4.75mm(3#集料)，若为其他类岩石，同样按照此步骤执行即可。矿粉根据实际情况备选，本实施例中最终未添加矿粉。所选集料、矿粉，随机取样检测质量，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)要求。
表1各级粒径集料的相对密度试验结果
Figure BDA0003306097610000091
选取步骤(2)中的两档RAP，进行抽提筛分，将抽提回收的旧沥青和旧集料分别进行性能测试，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)要求；
并对旧集料进行筛分，得到矿料级配。分档数越多再生混合料的级配越稳定，分档数为2～5档同样按照此步骤执行即可。
表2回收沥青路面材料(RAP)试验结果
Figure BDA0003306097610000101
表3回收沥青路面材料(RAP)矿料级配试验结果
Figure BDA0003306097610000102
表4回收沥青路面材料(RAP)中沥青试验结果
序号 试验项目 单位 试验结果
1 25℃针入度 0.1mm 18
2 15℃延度 cm 6
3 软化点 ℃ 67.5
4 25℃弹性恢复 ％ 49
5 135℃布氏粘度 Pa.s 2.00
6 质量变化 ％ -1.166
7 60℃动力粘度 Pa.s 5596.5
表5回收沥青路面材料(RAP)中集料试验结果
Figure BDA0003306097610000103
Figure BDA0003306097610000111
表6回收沥青路面材料(RAP)中集料的相对密度试验结果
Figure BDA0003306097610000112
对选取新沥青、沥青再生剂、再生SBS改性沥青混合料改性剂进行性能测试，新沥青可为普通的SBS改性沥青或高黏沥青。本次选取的新沥青为SBS改性沥青，再生SBS改性沥青混合料改性剂为湘交科GN-01沥青高黏添加剂，其成分主要为SBS、树脂、环保型芳烃油、高温黏度调节剂、促进剂，将其与改性沥青按8:92混合，加热搅拌均匀后测试指标，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)要求。
表7新沥青(SBS改性沥青)试验结果
Figure BDA0003306097610000113
表8湘交科GN-01沥青高黏度添加剂改性沥青技术指标
Figure BDA0003306097610000121
(4)矿料级配设计
在步骤(3)中，得到了旧集料的级配和油石比，确定RAP掺量后，选取热拌沥青混合料种类，结合集料的筛分结果，进行配合比设计，获得各档矿料和各档RAP的比例，见表9，绘制级配曲线图2，可以看出，再生沥青混合料的级配曲线位于级配要求上下限内。
表9再生沥青混合料AC-20C级配(％)
Figure BDA0003306097610000122
Figure BDA0003306097610000131
(5)最佳沥青用量与再生剂用量确定
根据步骤(3)获得的1#RAP的油石比为3.8％，2#RAP的油石比为4.2％，根据步骤(4)确定的1#RAP和2#RAP的掺入比例分别为38％和12％，以及步骤(3)获得的RAP性能指标，确定沥青再生剂的用量为4％，结合再生混合料的目标性能要求，初步确定再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量为0.07％，结合再生混合料的目标油石比，计算得到需添加新沥青的用量。
选取再生混合料油石比4.3％为基准，计算得到需添加新沥青的用量2.25％。分别对3.3％、3.8％、4.3％、4.8％和5.3％五个油石比进行击实试验，比较五种油石比下再生沥青混合料AC-20C的体积指标，最后确定再生沥青混合料AC-20C的最佳油石比为4.4％，新集料预热到180℃，RAP预热到130℃，然后在预热的拌和锅先加入新集料和再生SBS改性沥青混合料改性剂混拌均匀，再倒入旧料并加入沥青再生剂混拌均匀，再加入新沥青混拌均匀，总拌和时间约3min，本次试验各阶段的拌和时间都设置成75s，表10列出了不同油石比下再生沥青混合料的各项体积指标。
表10不同油石比再生沥青混合料AC-20C的体积指标
Figure BDA0003306097610000132
根据3.3％、3.8％、4.3％、4.8％和5.3％五个沥青用量的体积指标，绘制体积指标与油石比的关系图(见图3)。从表10及图3中可以得出AC-20C沥青混合料指标与油石比的关系。
表11 AC-20C沥青混合料指标与油石比的关系
Figure BDA0003306097610000141
设计空隙率为4.0％，从图3及表11可知，各项指标符合技术要求的油石比范围OACmin～OACmax为4.08％～4.68％，且OAC＝(OAC1+OAC2)/2＝4.36％。
由上述计算确定AC-20C的最佳油石比OAC为4.4％。
AC-20C型在最佳油石比OAC＝4.4％时，其各项体积指标与强度指标如表12，确定各项成分质量百分含量：1#RAP为37.72％、2#RAP为11.96％、1#集料26.78％、2#集料9.56％、3#集料11.48％、矿粉0％、沥青2.35％、沥青再生剂0.07％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.07％，总和为100％。
表12马歇尔试验结果
试验项目 试验结果 试验项目 试验结果
混合料最大实测相对密度 2.562 沥青饱和度VFA(％) 69.7
试件毛体积相对密度 2.460 稳定度MS(kN) 21.06
试件空隙率VV(％) 4.0 流值FL(mm) 3.6
矿料间隙率(VMA)(％) 13.2 / /
(6)再生混合料性能验证与再生改性剂用量确定
根据步骤(5)确定的最终油石比和拌和工艺制备再生混合料，采用低温弯曲试验(T0715-2011)评价再生沥青混合料的低温性能，试验温度为试验温度-10℃，加载速率为50mm/min。试验结果显示，再生沥青混合料AC-20C的弯破坏应变是2443.2±261.4με，不满足规范中对于改性沥青混合料2500με的要求。
将再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量调整为0.08％，沥青降低为2.34％，再次制作混合料测定再生混合料的低温性能，试验结果显示，再生沥青混合料AC-20C的弯破坏应变是2542.5±228.7με，满足规范中对于改性沥青混合料2500με的要求。
最终确定的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料质量百分比组分：1#RAP为37.72％、2#RAP为11.96％、1#集料26.78％、2#集料9.56％、3#集料11.48％、矿粉0％、沥青2.34％、沥青再生剂0.07％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.08％，总和为100％。
根据步骤(5)确定工艺制备再生混合料，采用车辙试验(T0719-2011)评价混合料的高温性能，辙试验试验条件为试验温度为60±1℃，轮压为0.7±0.05MPa。再生沥青混合料动稳定度是12156±3575次/mm。
分别采用浸水马歇尔试验(T0709-2011)和冻融劈裂试验(T0729-2000)评价再生沥青混合料的水稳定性。
经过浸水48小时，再生沥青混合料的稳定度由21.06kN降低至19.42kN，再生沥青混合料的残留稳定度为92.2％，满足规范中不小于85％的要求。
经过冻融条件下，再生沥青混合料的劈裂强度由1.107MPa降低至0.985MPa，再生沥青混合料的劈裂强度比TSR为89.0％，满足规范中不小于80％的要求。
实施例2
在本实施例中，高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料用于中面层再生SBS改性沥青混合料AC-20C，按以下步骤形成：
(1)RAP破碎与筛分
拌和站将铣刨获得的某高速公路的面层回收料用机械充分混合，然后进行破碎处理至粒径≤30mm，并以15mm筛孔将其筛分为15mm～30mm和0～15mm的1#RAP和2#RAP。
(2)RAP分仓堆放
将步骤(1)获得的1#RAP和2#RAP分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的两个料仓，堆放高度3m。
(3)原材料检测
所选集料、矿粉，随机取样检测质量，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)要求。
选取步骤(2)中的两档RAP，进行抽提筛分，将抽提回收的旧沥青和旧集料分别进行性能测试，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)要求，并对旧集料进行筛分，得到矿料级配。分档数越多再生混合料的级配越稳定，分档数为2～5档同样按照此步骤执行即可。
表13回收沥青路面材料(RAP)试验结果
Figure BDA0003306097610000161
表14回收沥青路面材料(RAP)矿料级配试验结果
Figure BDA0003306097610000162
表15 RAP中沥青试验结果
Figure BDA0003306097610000163
表16 RAP中沥青密度和相对密度
试验指标 相对密度(g/cm3) 密度(g/cm3)
测试结果 1.061 1.058
表17 RAP中集料性能试验结果
Figure BDA0003306097610000164
Figure BDA0003306097610000171
对选取新沥青、沥青再生剂、再生SBS改性沥青混合料改性剂进行性能测试，新沥青可为普通的SBS改性沥青或高黏沥青。本次选取的新沥青为SBS改性沥青，再生SBS改性沥青混合料改性剂为市售RMA热再生改性剂，各指标需符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)要求。
(4)矿料级配设计
在步骤(3)中，得到了旧集料的级配和油石比，确定RAP掺量后，选取热拌沥青混合料种类，结合集料的筛分结果，进行配合比设计，获得各档矿料和各档RAP的比例，见表18，绘制级配曲线图4，可以看出，再生沥青混合料的级配曲线位于级配要求上下限内。
表18再生沥青混合料AC-20C级配(％)
Figure BDA0003306097610000172
(5)最佳沥青用量与再生剂用量确定
根据步骤(3)获得的1#RAP的油石比为4.3％，2#RAP的油石比为4.7％，根据步骤(4)确定的1#RAP和2#RAP的掺入比例分别为35％和15％，以及步骤(3)获得的RAP性能指标，确定沥青再生剂的用量为4％，结合再生混合料的目标性能要求，初步确定再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量为0.08％，结合再生混合料的目标油石比，计算得到需添加新沥青的用量。
选取再生混合料油石比4.5％为基准，计算得到需添加新沥青的用量2.19％。新集料预热到180℃，RAP预热到130℃，然后在预热的拌和锅先加入新集料和再生SBS改性沥青混合料改性剂混拌均匀，再倒入旧料并加入沥青再生剂混拌均匀，再加入新沥青混拌均匀，总拌和时间约3min，本次试验各阶段的拌和时间都设置成75s，分别对3.5％、4.0％、4.5％、5.0％和5.5％五个油石比进行击实试验，比较五种油石比下再生沥青混合料AC-20C的体积指标，最后确定再生沥青混合料AC-20C的最佳油石比为4.5％。
确定各项成分质量百分含量：1#RAP为34.88％、2#RAP为15.00％、1#集料21.02％、2#集料12.42％、3#集料14.33％、矿粉0％、沥青2.19％、沥青再生剂0.08％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.08％，总和为100％。
(6)再生混合料性能验证与再生改性剂用量确定
根据步骤(5)的拌和工艺制备再生混合料，采用低温弯曲试验(T0715-2011)评价再生沥青混合料的低温性能，试验温度为试验温度-10℃，加载速率为50mm/min。试验结果显示，再生沥青混合料AC-20C的弯破坏应变为2513.2±281.8με，满足规范中对于改性沥青混合料2500με的要求。
最终确定的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料质量百分比组分：1#RAP为34.88％、2#RAP为15.00％、1#集料21.02％、2#集料12.42％、3#集料14.33％、矿粉0％、沥青2.19％、沥青再生剂0.08％、再生SBS改性沥青混合料改性剂0.08％，总和为100％。
根据步骤(5)确定工艺制备再生混合料，采用车辙试验(T0719-2011)评价混合料的高温性能，辙试验试验条件为试验温度为60±1℃，轮压为0.7±0.05MPa。再生沥青混合料动稳定度是10158±1264次/mm。
分别采用浸水马歇尔试验(T0709-2011)和冻融劈裂试验(T0729-2000)评价再生沥青混合料的水稳定性。
经过浸水48小时，再生沥青混合料的稳定度由26.40kN降低至22.58kN，再生沥青混合料的残留稳定度为85.5％，满足规范中不小于85％的要求。
经过冻融条件下，再生沥青混合料的劈裂强度由1.685MPa降低至1.508MPa，再生沥青混合料的劈裂强度比TSR为89.5％，满足规范中不小于80％的要求。
实施例3
RAP热再生混合料与新拌混合料的性能对比
为确保本发明得到的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的性能能够达到新拌的SBS改性沥青混合料的性能要求。如表19所示，其为实施例1和实施例2中的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料与不掺RAP采用同一批新集料、矿粉和沥青新拌的SBS改性沥青混合料的性能对比表。
表19 RAP热再生混合料与新拌混合料的性能对比
Figure BDA0003306097610000191
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述混合料按质量百分比包括：RAP 40~70%、新集料 23.4~58.3%、矿粉 0%、新沥青 1.5~6%、再生SBS改性沥青混合料改性剂 0.01~0.3%、质量比为所述RAP中旧沥青质量的3~5%的沥青再生剂；
所述RAP分为1#RAP和2#RAP；
所述1#RAP的粒径为16~30mm，所述2#RAP的粒径为0~16mm；或，所述1#RAP的粒径为15~30mm，所述2#RAP的粒径为0~15mm；
所述RAP中的旧沥青包括道路石油沥青和SBS改性沥青中的一种或两种；所述RAP中的旧集料包括石灰岩碎石和辉绿岩碎石中的一种或多种；
所述再生SBS改性沥青混合料改性剂按质量份数包括：SBS 110份、增黏组分 30~60份、增容组分 10~30份、高温黏度调节剂 4~10份、促进剂 0.3~1.2份；
所述混合料的制备方法包括：
步骤1，RAP破碎与筛分；将所述RAP破碎并筛分为不同粒径范围的2档基准料；
步骤2，原材料检测：获取并检测不同档位所述RAP、不同档位所述新集料、所述新沥青、所述沥青再生剂、以及所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的质量是否符合预设标准，并收集检测数据；
步骤3，矿料级配设计：当所述原材料检测通过后，根据所述RAP中的旧集料的级配和油石比确定所述RAP的掺量；选取热拌沥青混合料种类，然后结合集料的筛分结果进行配比设计，获得各档位所述新集料和各档位所述RAP的比例；
步骤4，沥青用量与沥青再生剂用量的确定：根据所述矿料级配设计和所述原材料检测中的检测数据确定所述沥青再生剂的用量；然后根据再生改性沥青混合料的目标性能要求和目标油石比确定所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的初步掺量和所述新沥青的用量；
步骤5，再生混合料性能验证与改性剂用量确定：根据所述再生改性沥青混合料的性能对所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量进行调整，并确定各组分的最终比例；然后根据所述最终比例进行物料拌和；
确定沥青用量时，所述RAP中的旧沥青作为改性沥青计入沥青用量；所述沥青再生剂和所述再生SBS改性沥青混合料改性剂计入沥青用量；
在调整所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量时，总沥青用量不变，所述再生SBS改性沥青混合料改性剂的掺量调整范围为0.01~0.3%；
所述物料拌和的过程包括：
将所述新集料预热到180~210℃，将所述RAP预热到120~130℃，然后向预热的拌和锅先加入所述新集料和所述再生SBS改性沥青混合料改性剂混拌均匀，再倒入所述RAP并加入所述沥青再生剂混拌均匀，再加入所述新沥青混拌均匀。
2.根据权利要求1所述的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述SBS为星型SBS或线型SBS或两者任意配比的混合物；所述增黏组分为碳五石油树脂或碳九石油树脂或两者任意配比的混合物；所述增容组分为环烷基橡胶油或环保型芳烃油或两者任意配比的混合物；所述高温黏度调节剂为合成蜡或硬酯酰胺的一种或两者任意配比的混合物；所述促进剂为硬酯酸钠或硬酯酸锌两者任意配比的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述新沥青包括SBS改性沥青或高黏沥青。
4.根据权利要求1所述的高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述沥青用量与沥青再生剂用量的确定过程包括：根据所述矿料级配设计中获得的各档所述RAP的油石比和掺入比例，以及所述原材料检测中获得的所述RAP的性能指标，确定所述沥青再生剂的用量；然后结合再生改性沥青混合料的目标性能要求，初步确定所述再生SBS改性沥青混合料改性剂掺量，再根据再生改性沥青混合料的目标油石比，计算得到需添加的所述新沥青的用量。
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