CN114014596B - 一种常温再生沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温再生沥青混合料及其制备方法，将塑化剂环氧大豆油85～96重量份、树脂1~3重量份和改性剂马来酸酐3～7重量份于95～105℃搅拌30～60min以使其混合均匀得到聚合油；在80~100℃条件下，将聚合油以80~100重量份与活性增韧剂1~20重量份在剪切机上快速均匀拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂，该再生剂不仅可以充分活化老化沥青，还可以与界面增强乳化沥青共同起到润滑集料的作用，在无外加水条件下改善再生混合料拌合和易性，优化传统冷再生拌合工艺，促进再生沥青混合料早期强度的形成，进而提高其抗开裂能力及抗水损害能力。

Description

一种常温再生沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于常温再生沥青混合料及冷再生沥青混合料循环利用技术领域，具体涉及一种常温再生沥青混合料及其制备方法。

背景技术

目前，针对公路沥青路面翻修产生的大量废旧沥青混合料，主要的处理方法是热再生或冷再生，上述处理方法往往存在沥青再生程度不足、再生混合料性能偏低等问题。因此，如何将废旧沥青混合料中旧沥青有效利用，是一项重要关键技术。

沥青混合料路面在使用过程中由于外界环境的物理或化学作用而使沥青发生老化，沥青中化学组成或力学性能均会发生不同程度的改变。一般沥青质含量相对增加，芳香分含量相对减少，易导致沥青变硬，粘附性、粘聚性降低等问题，从而导致废旧沥青混合料再生利用率不高。如何将这部分旧沥青通过活化再生恢复部分或全部原有物化性能，以提高再生沥青混合料路用性能，则需要有相应的处理工艺以及特有的旧沥青路面活化再生剂。

传统冷再生施工工艺一般需要一定的外加水来润滑骨料，以提高施工和易性，但水的润滑作用会使沥青与再生集料的黏结力降低。此外，现有研究表明冷再生混合料在强度形成过程中需要养生，而在实际养生过程中，冷拌再生混合料内部多余水分往往并不能全部挥发或消耗，所以在养生中仍然会残留一部分水，多余水分的存在会导致沥青与骨料的粘合能力以及沥青内聚力的降低，形成界面受力薄弱点，对再生混合料的早期强度及耐久性产生严重的负面影响。综上所述，该传统冷再生沥青混合料的抗开裂能力、抗水损害能力以及高温抗变形能力不足，还有待进一步提高。

因此，研究开发一种能够使废旧沥青混合料再生循环利用的材料及工艺技术显得非常必要。

发明内容

为了有效提高目前冷再生沥青混合料的抗开裂能力、抗水损害能力以及高温抗变形能力，并将废旧沥青混合料中旧沥青充分再生，本发明提供了一种常温再生抗裂废旧沥青混合料及其制备方法，该方法制备的再生废旧沥青混合料可以使水泥的水化固结效应与环氧大豆油、沥青及活性橡胶的黏弹性相结合，进而有效提升冷再生沥青混合料的性能指标。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种常温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将环氧塑化剂85～96重量份、树脂1～3重量份和改性剂马来酸酐3～7重量份于95～105℃搅拌剪切30～60min以使其混合均匀得到聚合油；

步骤S2：在80～100℃条件下，将步骤S1制备的聚合油以80～100重量份与活性增韧剂0～20重量份在剪切机上快速拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂；

步骤S3：将步骤S2制备的常温抗裂再生剂加入到回收的废旧沥青混合料中充分拌合 10～30min，再依次加入水泥、界面增强乳化沥青进行拌合制得常温再生沥青混合料。

进一步限定，所述环氧塑化剂主要起到增塑、稳定的作用，优选为环氧大豆油；所述树脂为石油树脂，平均分子量为500～3000，软化点为70～90℃，石油树脂的加入可以改善老化沥青与轻质油分的融合能力，进一步提高再生混合料的稳定性，优选为C5石油树脂或C9石油树脂。

进一步限定，所述液态橡胶在常温下呈黏稠液体状态的橡胶，其分子量在4000～10000，优选为端氨基液体丁腈橡胶。这主要是由于其能够与丙烯酸、氯乙酸等原料在一定条件下反应生成界面增强剂，产物具有亲油基团和亲水基团，亲油基团具有液体橡胶性质。并且环氧大豆油中的环氧基能够与界面增强剂分子结构中的残余活性氨基发生开环反应，形成更加牢固三维互穿网络结构，进一步提高再生沥青的黏韧性，使得废旧沥青路面混合料通过常温抗裂再生剂再生后的性能优于常规沥青路面抗开裂能力。

进一步限定，所述界面增强乳化沥青的具体制备步骤为：

步骤S1：将100重量份端氨基液体丁腈橡胶与50～60重量份丙烯酸在85℃条件下回流反应8h，再加入20～40重量份氯乙酸，在85℃条件下继续反应5h制得界面增强剂；

步骤S2：将制得的界面增强剂与乳化剂、协同乳化剂复配制备乳化沥青皂液，再将乳化沥青皂液加热至70℃并注入胶体磨中，再缓慢加入130℃的热熔沥青进行乳化制得界面增强乳化沥青，其中界面增强剂加入量为界面增强乳化沥青质量的0.5％～1％，乳化剂加入量为界面增强乳化沥青质量的1％～1.5％，协同乳化剂加入量为界面增强乳化沥青质量的 0.01％～0.06％，乳化剂为烷基多胺类乳化剂或季铵盐类乳化剂，协同乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂。

进一步限定，所述常温抗裂再生剂及界面增强乳化沥青的选择应根据废旧沥青混合料中的旧沥青含量选择，常温抗裂再生剂一般用量为废旧沥青混合料质量的1％～6％，乳化沥青一般用量为旧沥青混合料质量的5％～9％；当废旧沥青混合料中旧沥青含量小于3％时，常温抗裂再生剂用量宜取低值，乳化沥青用量宜取高值；当废旧沥青混合料中旧沥青含量大于6％时，常温抗裂再生剂用量宜取高值，乳化沥青用量宜取低值。水泥占废旧沥青混合料质量的1.5％～5％。

利用本发明常温抗裂再生剂对废旧沥青混凝土路面进行再生的方法：根据《公路沥青路面再生技术规范》中乳化沥青厂拌冷再生的设计要求进行设计，并使用本发明的常温抗裂再生剂、界面增强乳化沥青，即可制成冷再生沥青混合料，以进一步检验其性能。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明采用的环氧大豆油浸入废旧沥青混合料后，能够有效打开和激活废旧沥青混合料中的老化沥青，其中石油树脂作为沥青组分中的补充胶质，可以进一步改善沥青质与轻质组分的融合能力，使其成为溶凝胶型结构，提高再生沥青流变性能。环氧大豆油与马来酸酐及液态橡胶形成的高韧性填充聚合油具有必要的粘度和弹性，以确保新旧沥青结合的黏韧性。

(2)传统冷再生工艺由于多余水分的存在，再生集料与粘结材料(沥青)之间存在水膜，导致沥青与再生集料的粘合能力以及沥青内聚力的降低，进而造成早期强度较低，诱发道路病害频发。针对该问题，本发明创造性的提出了无外加水拌合工艺，其制备的界面增强剂能够与再生剂共同起到润滑集料的作用，降低集料对乳化沥青中水分的吸收，促进混合料的拌合流动性，发挥液态改性材料的流体作用，因此在二者因素共同作用下可显著改善混合料的拌合和易性；同时，在压实作用下，该界面增强剂还可以提高再生混合料在使用过程中与乳化沥青之间的结合能力。其改善机理主要在于，活性液态橡胶与丙烯酸、氯乙酸等原料在一定条件下反应生成界面增强剂，该产物具有亲油基团和亲水基团，在拌合过程中其亲油基团首先会与再生集料表面的活化沥青结合，提高界面的粘弹胶结能力；其次，界面增强剂中的亲水基团会将乳化沥青中的少量水分吸附在活化骨料的周围，降低再生混合料的拌合摩阻力，提高拌合和易性。最后通过压实及养生工艺，进一步降低或消耗再生混合料中的残余水分，并促使水泥水化产物与活化沥青的结合，形成水泥水化产物- 液态橡胶-沥青三相复合互穿网络结构，提高再生混合料的界面交联能力，从而制备成具有较强抗变形能力及抗疲劳能力的再生混合料。

(3)本发明选用的环氧大豆油中的环氧基能够进一步与界面增强剂分子结构中的残余活性氨基发生开环反应，从而进一步提高新旧沥青结合界面的黏韧性。此外，该再生剂中还含有一定量的活性液态橡胶，其液态橡胶中的氨基或羧基能够与环氧大豆油中的环氧基发生开环反应，形成更加牢固的大分子链三维互穿网络，进一步提高再生沥青的黏韧性，进而改善再生沥青混合料的抗开裂能力。

(4)本申请将再生关键材料灵活使用，将粘结剂与再生剂分开应用，提高了后期施工应用的灵活性和可选择性，当废旧沥青混合中旧沥青含量较低时，可以少使用再生剂，多添加粘结剂(界面增强乳化沥青)；当废旧沥青混合中旧沥青含量较高时，可以多使用再生剂，少添加粘结剂(界面增强乳化沥青)，从而优化有效粘结剂的含量。在此效果基础上，实现了废旧沥青混凝土的利用率显著提升。

综上所述，本专利通过将抗裂再生剂与界面增强乳化沥青有机结合起来应用，形成高效抗裂再生混合料，使旧沥青混凝土的利用率从常规的30％提升至90％以上，可用于道路各个结构层，并且在常温下施工，节约能源，避免大量温室及毒害气体排放，实现节能减排，其经济和社会效益显著。

具体实施方式

下面对本发明具体实施过程中的技术方案进行清楚完整说明。

实施例1

(1)将环氧塑化剂环氧大豆油90Kg、C5石油树脂2Kg和改性剂马来酸酐5Kg于100℃搅拌剪切40min以使其混合均匀得到聚合油；(2)在90℃条件下，将制备的聚合油以90Kg 与活性增韧剂端氨基液体丁腈橡胶10Kg在剪切机上快速拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂。

实施例2

(1)将环氧塑化剂环氧大豆油85Kg、C9石油树脂3Kg和改性剂马来酸酐3Kg于95℃搅拌剪切60min以使其混合均匀得到聚合油；(2)在80℃条件下，将制备的聚合油以80Kg 与活性增韧剂端羧基液体丁腈橡胶1Kg在剪切机上快速拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂。

实施例3

(1)将环氧塑化剂环氧大豆油96Kg、C5石油树脂1Kg和改性剂马来酸酐7Kg于105℃搅拌剪切30min以使其混合均匀得到聚合油；(2)在100℃条件下，将制备的聚合油以100Kg与活性增韧剂端氨基液体丁腈橡胶20Kg在剪切机上快速拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂。

选用市政道路铣刨的废旧沥青混凝土，试验配比方案见表1，首先将实施例1制得的常温抗裂再生剂加入到回收的废旧沥青混合料中充分拌合10～20min；之后再依次加入水泥、乳化沥青进行拌合即可制成常温再生沥青混合料。

表1试验配比设计方案

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)制备冷再生混合料试件试件，并通过混合料可拌合时间评价其施工和易性，采用劈裂强度指标评价混合料的抗开裂能力，采用冻融劈裂强度比TSR评价混合料的抗水损能力，检测结果如表2所示。

表2试件测试结果

从表中结果可以看出，五个试验案例中的可拌合时间均大于120s，研究表明本发明所述的常温再生混合料在无需外加水的条件下与传统冷再生工艺的拌合效果相当，其界面增强剂能够与再生剂共同起到润滑集料的作用，降低集料对乳化沥青中水分的吸收，促进混合料的拌合流动性，发挥液态改性材料的流体作用，进而能够满足相应规范要求。从早期 3天强度来看，再生混合料中不使用外加水的情况下，其早期劈裂强度相对较高，说明本发明在不使用外加水的条件下可以显著提高再生混合料的早期抗开裂性能，这主要是由于再生混合料界面水分的大幅度降低，显著改善了沥青与再生集料的界面交联能力，有利于促进形成水泥水化产物-液态橡胶-沥青三相复合互穿网络结构，从而提高再生混合料的早期强度。从其6天劈裂强度及其TSR测试结果可知，相对对比例而言，使用再生剂和界面增强乳化沥青后，其抗开裂能力最大提高71％，抗水损能力最大提高31％。由此可见，本发明的再生剂及界面增强乳化沥青具有显著的改善效果，并且在整体使用的情况下，才能充分发挥其复配协同效应，使其综合性能相对最好。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (4)

1.一种常温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将环氧塑化剂85～96重量份、树脂1~3重量份和改性剂马来酸酐3～7重量份于95～105℃搅拌剪切30～60min以使其混合均匀得到聚合油，其中环氧塑化剂为环氧大豆油，树脂为石油树脂，平均分子量为500~3000，软化点为70~90℃；

步骤S2：在80~100℃条件下，将步骤S1制备的聚合油以80~100重量份与活性增韧剂1~20重量份在剪切机上快速拌合混溶，制备得到高韧性常温抗裂再生剂，其中活性增韧剂为黏稠液体状态的橡胶，其分子量在4000~10000；

步骤S3：将步骤S2制备的常温抗裂再生剂加入到回收的废旧沥青混合料中充分拌合10~30min，再依次加入水泥、界面增强乳化沥青进行拌合制成常温再生沥青混合料；

所述界面增强乳化沥青的具体制备过程为：

步骤S1：将100重量份端氨基液体丁腈橡胶与50~60重量份丙烯酸在85℃条件下回流反应8h，再加入20~40重量份氯乙酸，在85℃条件下继续反应5h制备得到界面增强剂；

步骤S2：将制得的界面增强剂与乳化剂、协同乳化剂复配制备乳化沥青皂液，再将乳化沥青皂液加热至70℃并注入胶体磨中，再加入130°C的热熔沥青进行乳化制得界面增强乳化沥青，其中界面增强剂加入量为界面增强乳化沥青质量的0.5%~1%，乳化剂加入量为界面增强乳化沥青质量的1%~1.5%，协同乳化剂加入量为界面增强乳化沥青质量的0.01%~0.06%，乳化剂为烷基多胺类乳化剂或季铵盐类乳化剂，协同乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂。

2.根据权利要求1所述的常温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述树脂为C5石油树脂或C9石油树脂。

3.根据权利要求1所述的常温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述活性增韧剂为端氨基液体丁腈橡胶或端羧基液体丁腈橡胶。

4.一种常温再生沥青混合料，其特征在于是由权利要求1~3中任意一项所述的方法制得的。