CN113896457A

CN113896457A - 复合热再生沥青混合料及其制备方法

Info

Publication number: CN113896457A
Application number: CN202111289908.5A
Authority: CN
Inventors: 雷志成; 黎发文; 骆金海; 陈云; 吴佐汪; 田尔布
Original assignee: Fujian Huashi Construction Engineering Co ltd; Fujian Guotai Construction Co ltd; Sanming University
Current assignee: Fujian Huashi Construction Engineering Co ltd; Fujian Guotai Construction Co ltd; Sanming University
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明公开了复合热再生沥青混合料及其制备方法，属于路面铺设材料制备技术领域。本发明所述复合热再生沥青混合料由旧沥青再生剂0.2～0.65份、SBS改性沥青4～7份、补强剂0.51～0.71份、矿粉6～10份、RAP料40～100份以及强化RAI料94～154份组成。本发明的复合热再生沥青混合料，回收料掺量高，经济环保。

Description

复合热再生沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于路面铺设材料制备技术领域，具体涉及复合热再生沥青混合料及其制备方法。

背景技术

再生利用技术就是翻挖、破碎并筛分旧沥青混合料，通过加入新集料、新沥青等后按照一定的施工技术和设计法则，形成满足路用性能的混合料。再生利用旧沥青混合料，不仅有利于保护环境，节约资源，而且可以有效节省资金，具有环境、经济和社会效益。国外相关统计数据显示，对旧路面进行再生利用，当RAP料(沥青混合料回收料)掺加20～50％时可节省费用14～50％。我国工程经验也表明，铺筑再生沥青路面，其材料费平均节约45～50％；考虑翻挖、破碎、筛分、添再生剂等各个环节需要增加的资金时，工程造价降低20～25％。除了经济效益与环境效益，再生沥青混合料也具有一定的性能优势。相对普通沥青混合料，再生混合料具有较高的马歇尔稳定度和较大的流值，在旧料掺量从15％增加到70％，混合料的永久变形降低，模量增加，即具有更好的高温抗车辙能力。相关研究也表明再生混合料的疲劳性能同普通沥青混合料疲劳性能相当。因此旧料的高模量性能有利于提高高温地区路面的抗车辙性能。但是，现有的热再生沥青混凝土仍存在以下问题：当RAP料的掺量变大，会对沥青混合料的低温性能产生巨大的影响，RAP料掺量大于30％，低温性能下降趋势显著，这也就限制了热再生沥青混合料中RAP料的最大掺量，并且通过添加普通再生剂的方式来提高低温性能会在一定程度上降低其高温性能，效果并不理想。

发明内容

一种复合热再生沥青混合料，由以下组分按重量份数组成：

旧沥青再生剂0.2～0.65份、SBS改性沥青4～7份、补强剂0.51～0.71份、矿粉6～10份、 RAP料40～100份、强化RAI料94～154份。

在本发明中，旧沥青再生剂由以下组分按重量份数组成：

餐厨废弃油脂5～8份、苯乙烯0.5～1份、SBS 0.3～0.4份、橡胶油5～8份、植物秸秆纤维 0.5～1份。

在本发明中，旧沥青再生剂的制备方法，步骤如下：

将餐厨废弃油脂、苯乙烯、橡胶油混合，加热到50～60℃搅拌均匀，然后加入植物秸秆纤维继续搅拌4～6h，添加SBS，将反应温度降低到30～40℃继续搅拌，得到旧沥青再生剂，常温保存。

在本发明中，餐厨废弃油脂为深度煎炸废油，与新鲜食用油相比，其颜色更深，为深褐色，粘度更大，带有一些残渣。

在本发明中，植物秸秆纤维选自玉米秸秆纤维、小麦秸秆纤维中的一种或几种，植物秸秆纤维的直径为100～300um，长度为1～3mm。

在本发明中，橡胶油为环烷基橡胶油、芳香基橡胶油中的一种或几种。

在本发明中，SBS改性沥青可选用星型SBS改性沥青、线性SBS改性沥青中的一种或几种。

在本发明中，补强剂为HRR补强剂，来自陕西鼎邦实业有限公司。HRR补强剂是以结晶态高分子材料为基础，与非晶态高分子、树脂及辅助剂共混制成的黑色材料，密度为0.92～0.98g/cm³，熔点为120～150℃，粒径为2～3mm。

在本发明中，矿粉为石灰岩粉、玄武岩粉、滑石粉中的一种或几种。

在本发明中，强化RAI料是RAI料经RAI强化剂强化制备而成，制备方法如下：

将RAI料置于RAI强化剂中浸泡15～20h，浸泡结束后，用25～30℃蒸馏水冲洗掉RAI 料表面附着的RAI强化剂，然后将RAI料置于25～30℃蒸馏水中浸泡15～20h，最后在140～150℃中烘干，得到强化RAI料。

上述强化RAI料的制备方法中，RAI料是从沥青路面基层通过铣刨、开挖获得的旧无机结合料稳定粒料。

上述强化RAI料的制备方法中，RAI强化剂为盐酸溶液、磷酸溶液中的一种。优选地， RAI强化剂为0.1mol/L的盐酸溶液。

上述强化RAI料的制备方法中，关于RAI强化剂的用量，应当至少没过RAI料，以实现浸泡的目的。

本发明提供了一种上述复合热再生沥青混合料的制备方法，步骤如下：

将旧沥青再生剂和预热的RAP料拌合，然后加入补强剂和预热的强化RAI料进行拌合，然后加入预热的SBS改性沥青进行拌合，最后加入预热的矿粉进行拌合，获得复合热再生沥青混合料。

在制备复合热再生沥青混合料之前，强化RAI料、RAP料、SBS改性沥青以及矿粉均需要事先预热，预热温度分别为170～175℃、130～135℃、150～160℃以及170～175℃，预热时间均为1.5～2h。

上述复合热再生沥青混合料的制备方法中，拌合温度设置为170～175℃。

本发明的有益效果为：

本发明采用的补强剂能克服单一分子材料的缺点，有利于矿料的拌合。均匀分散的高分子在沥青中形成合理的两相结构，当混合料经压实成型后，其内部温度低于补强剂的结晶温度时，会由于材料物态发生变化而形成一种致密的网络结构，这种结晶的空间网络结构，极大地约束和限制了集料的相对运动，显著提高了集料间的嵌挤和胶合力，强化了沥青混合料的整体性和弹性，能够很好的提升热再生混合料的高温性能，并且对于低温性能以及水稳定性也有一定的提高。

RAI料在进行强化后，其物理性能指标均能够达到规范的要求，因此在制备热再生沥青混合料时可以代替新集料，从而提高热再生沥青混合料中回收料的用量，进一步提高经济性与环境效益。

旧沥青再生剂可以使RAP料中的老化沥青恢复性能；其中，餐厨废弃油脂可以补充老化沥青中的轻质组分；橡胶油也富含大量轻质组分，可作为良好的扩散组分能较好地恢复老化沥青的特性；苯乙烯能够提高沥青的粘附性作用；植物秸秆纤维能很好提高沥青胶浆性能，进而提高混合料性能；SBS可以提升老化沥青的高、低温性能。

本发明使用的骨料(包括RAP料和RAI料)均为回收材料，具有很高的经济效益与环境效益，并且所复合制备的材料能够很好的用在沥青路面的中下面层。

具体实施方式

在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。其中，SBS指的是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。RAP料是将旧沥青路面经过翻挖、破碎得到的沥青混合料回收料，含有集料和沥青等，例如，沥青路面面层铣刨料。RAI 料是从沥青路面基层通过铣刨、开挖获得的旧无机结合料稳定粒料，其主要成分为集料和水泥等，不存在沥青。

下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

制备复合热再生沥青混合料，步骤如下：

(1)强化RAI料的制备

将RAI料置于0.1mol/L的盐酸中浸泡15h，浸泡结束后，用30℃蒸馏水冲洗掉RAI料表面附着的盐酸溶液，然后将RAI料置于30℃蒸馏水中浸泡15h，最后置于140℃烘箱中烘干得到强化RAI料。

(2)旧沥青再生剂的制备

将6份深度煎炸废油、0.65份苯乙烯、6份芳香基橡胶油混合，加热到50℃搅拌均匀，然后加入0.65份玉米秸秆纤维(长度1mm、直径100um)继续搅拌4h，添加0.3份SBS将温度降低到40℃继续搅拌，得到旧沥青再生剂，常温保存。

(3)复合热再生沥青混合料的制备

将154份强化RAI料、40份RAP料(旧沥青含量为5％)、7份SBS改性沥青以及6份石灰岩粉分别置于170℃、135℃、150℃以及170℃下预热2h；将拌合设备的温度升高至170℃，向拌合设备中加入预热的RAP料和0.2份旧沥青再生剂，拌合2min；然后加入预热的强化 RAI料和0.51份HRR补强剂(来自陕西鼎邦实业有限公司)进行拌合，拌合2min；然后加入预热的SBS改性沥青进行拌合，拌合2min；最后加入预热的石灰岩粉进行拌合，拌合2min，获得复合热再生沥青混合料。

实施例2

采用实施例1的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，RAP料(旧沥青含量为5％)60份、强化RAI料134份、SBS改性沥青6份、旧沥青再生剂0.3份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例1相同。

实施例3

采用实施例1的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，RAP料(旧沥青含量为5％)80份、强化RAI料114份、SBS改性沥青5份、旧沥青再生剂0.4份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例1相同。

实施例4

采用实施例1的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，RAP料(旧沥青含量为5％)100份、强化RAI料94份、SBS改性沥青4份、旧沥青再生剂0.5份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例1相同。

实施例5

采用实施例4的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，HRR补强剂0.61份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例4相同。

实施例6

采用实施例4的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，HRR补强剂0.71份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例4相同。

实施例7

采用实施例4的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，旧沥青再生剂0.65份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例4相同。

实施例8

采用实施例4的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，旧沥青再生剂0.35份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例4相同。

实施例9

采用实施例4的方法制备复合热再生沥青混合料，其中，旧沥青再生剂0.2份，其它成分用量以及实施过程中的条件、参数等均与实施例4相同。

复合热再生沥青混合料的性能测试

利用车辙试验评价复合热再生沥青混合料的高温稳定性，根据马歇尔配合比设计方法确定标准密度成型300mm×300mm×50mm的车辙板，将车辙板试件放入温度为60℃的恒温环境中养生6h，然后对试验轮施加0.7±0.05MPa接触压强，并以42次/min的行走速度往复行走1h后结束试验。

利用低温小梁弯曲试验评价复合热再生沥青混合料的低温抗裂性，按规范方法碾压成型 300mm×300mm×50mm的车辙板试件，然后切割成尺寸为(250mm±2.0mm)×(30mm±2.0mm)×(35mm±2.0mm)的小梁试件。试验时，温度为-10℃，加载速率为50mm/min。

利用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价复合热再生沥青混合料的水稳定性，浸水马歇尔试验采用双面击实75次的标准马歇尔试件进行试验，冻融劈裂试验采用双面击实50次的标准马歇尔试件进行试验。

结果如表1～3所示：

表1

	RAP料掺量	动稳定度DS/次/mm	破坏应变εB/με	MS/％	TSR/％
						实施例1	20％	4776	3198	85.6	84.9
实施例2	30％	5292	2977	87.2	88.3
						实施例3	40％	5878	2769	91.1	92.1
实施例4	50％	6347	2511	88.8	82.5

表1中RAP料掺量的百分比是以RAP料、强化RAI料以及石灰岩粉为总量计算所得，其它成分或添加剂不计算在内。

由表1可知，实施例1～4制备的复合热再生沥青混合料动稳定度(反映高温性能)为 4776～6347次/mm，破坏应变(反映低温性能)为2511～3198με，MS(浸水马歇尔试验残留稳定度比)为85.6～91.1％，TSR(冻融劈裂试验的残留强度比)为82.5～92.1％。随着RAP料掺量的增加，动稳定度呈现上升趋势，破坏应变呈现下降趋势，MS与TSR表现为先上升后下降趋势，在RAP掺量40％左右出现峰值。根据公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)要求，改性沥青混合料动稳定度不小于2800、MS不小于85、TSR不小于80、破坏应变不小于2500，上述实施例1～4中所有指标均满足规范要求。

表2

	补强剂掺加量	动稳定度DS/次/mm	破坏应变εB/με	MS/％	TSR/％
						实施例4	0.25％	6347	2511	88.8	82.5
实施例5	0.30％	8592	2615	91.1	82.7
						实施例6	0.35％	10230	2726	93.0	82.8

由表2可知，随着补强剂掺量的增加，动稳定度、破坏应变、MS与TSR均呈现上升趋势。根据规范要求改性沥青混合料动稳定度不小于2800、MS不小于85、TSR不小于80、破坏应变不小于2500，上述所有指标均满足规范要求。随着补强剂份数的增加，上述所有指标上升趋势由快到慢，因此，在能够保证路用性能的前提下又能够保证经济最优，可将补强剂掺量优选为0.3％。

表3

	旧沥青再生剂掺量	动稳定度DS/次/mm	破坏应变εB/με	MS/％	TSR/％
						实施例7	13％	7568	2928	87.4	81.6
实施例4	10％	6347	2511	88.8	82.5
						实施例8	7％	7032	2334	85.6	80.7
实施例9	4％	8326	2001	83.2	78.8

表3中旧沥青再生剂掺量百分比是以RAP料中旧沥青的含量为总量计算所得，即旧沥青再生剂份量与RAP料中所含旧沥青份量的比值。

由表3可知，随着旧沥青再生剂的掺量增加，动稳定度呈现先减小后增大的趋势，在10％掺量时出现最小值，但是仍然满足动稳定度的规范要求。破坏应变随着再生剂的增加呈现上升趋势，但10％以下的旧沥青再生剂掺量并不符合破坏应变的规范要求，由表3可知，RAP 料比例为50％(RAP料占RAP料、RAI料和石灰岩粉的比例)时，会大幅降低再生沥青混合料的低温性能，旧沥青再生剂的掺量要大于10％才能满足规范要求。MS与TSR随着再生剂的增加均呈先增大后减小的趋势，在10％左右出现最大值，MS与TSR越大水稳定性能越好；由表3可知，在旧沥青再生剂掺量达到7％时，即可同时满足MS与TSR的规范要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种复合热再生沥青混合料，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：

旧沥青再生剂0.2～0.65份、SBS改性沥青4～7份、补强剂0.51～0.71份、矿粉6～10份、RAP料40～100份、强化RAI料94～154份。

2.根据权利要求1所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，旧沥青再生剂的制备方法为：

将5～8份餐厨废弃油脂、0.5～1份苯乙烯、5～8份橡胶油混合，加热到50～60℃搅拌均匀，然后加入0.5～1份植物秸秆纤维继续搅拌4～6h，添加0.3～0.4份SBS，将反应温度降低到30～40℃继续搅拌，得到旧沥青再生剂。

3.根据权利要求2所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，餐厨废弃油脂为深度煎炸废油；橡胶油为环烷基橡胶油、芳香基橡胶油中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，补强剂为HRR补强剂。

5.根据权利要求1所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，矿粉为石灰岩粉、玄武岩粉、滑石粉中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，强化RAI料的制备方法为：

将RAI料置于RAI强化剂中浸泡15～20h，浸泡结束后，用25～30℃蒸馏水冲洗掉RAI料表面附着的RAI强化剂，然后将RAI料置于25～30℃蒸馏水中浸泡15～20h，最后在140～150℃中烘干，得到强化RAI料。

7.根据权利要求6所述的复合热再生沥青混合料，其特征在于，RAI强化剂为盐酸溶液、磷酸溶液中的一种。

8.根据权利要求1～7任一项所述复合热再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在制备复合热再生沥青混合料之前，强化RAI料、RAP料、SBS改性沥青以及矿粉均需要事先预热，预热温度分别为170～175℃、130～135℃、150～160℃以及170～175℃，预热时间均为1.5～2h。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备过程中的拌合温度均为170～175℃。