CN114085048B - 一种常温再生抗裂废旧沥青混合料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温再生抗裂废旧沥青混合料的制备方法，将塑化剂环氧大豆油、石油树脂和改性剂马来酸酐于95～105℃搅拌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拌合混溶制得高韧性填充聚合油；再将高韧性填充聚合油降温至30～40℃，加入表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷水溶液并搅拌混合均匀，养生得到常温抗裂再生剂。该常温抗裂再生剂不仅可以充分活化老化沥青，还能与界面增强乳化沥青、预水化水泥共同提高冷再生沥青混合料的抗开裂能力及抗水损害能力。通过本发明可以使废旧沥青混合料再生后的抗裂性能及抗水损性能优于常规再生沥青路面。

Description

一种常温再生抗裂废旧沥青混合料的制备方法

技术领域

本发明属于常温再生抗裂废旧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抗裂废旧沥青混合料及其制备方法。

背景技术

公路沥青路面在翻修过程中会产生巨量的废旧沥青混合料，其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的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。

目前，通过用轻质油分原料作为再生剂可以使沥青发生塑化及其粘合颗粒的能力得以提高。这种常用再生剂的技术原理是降低旧沥青的粘度，其负面作用导致沥青粘附性和内聚性的急剧下降，并且在高温条件下会导致混合料的抗变形能力严重下降。例如，专利号 FR2976288B1公开了一种再生粘结剂(再生剂与粘结剂-沥青的有机结合材料)，能够较好地对旧沥青进行塑性再生活化，但是该再生粘结剂具有一定的应用局限性，该专利适用于沥青骨料的残余粘结剂含量在3.5％～5.5％之间，即废旧沥青混合料中旧沥青含量在3.5％～5.5％之间。这就说明，当废旧沥青混合料中旧沥青含量小于3.5％时，由于该专利中再生粘结剂的粘结能力不能充分发挥其作用，致使混合料的性能不足，特别是其抗开裂能力及抗水损能力还有待提高。当废旧沥青混合料中旧沥青含量大于5.5％时，由于混合料本身含有较高的旧沥青，如果再加入再生粘结剂会使其有效粘结成分增加，致使混合料性能偏“软”(导致抗车辙能力下降)，同时后期路面易泛油(导致路面抗滑能力降低)。综上所述，该再生粘结剂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工艺技术显得非常必要。

发明内容

为了提高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，该方法制备的再生抗裂废旧沥青混合料，可以使水泥-液态橡胶-沥青在冷再生过程中形成强弹性胶结面，从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，一种常温再生抗裂废旧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得高韧性填充聚合油，其中活性增韧剂为液态橡胶即在常温下呈黏稠液体状态的橡胶，其分子量在4000～10000；

步骤S3：将步骤S2制备的高韧性填充聚合油降温至30～40℃，加入表面活性剂质量浓度为1％～20％的乙烯基三乙氧基硅烷水溶液并搅拌混合均匀，养生30～300min得到产品常温抗裂再生剂；

步骤S4：将步骤S3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 10～20min，再依次加入预水化水泥、界面增强乳化沥青进行拌合制得常温再生抗裂废旧沥青混合料。

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。

进一步限定，所述活性增韧剂为液态橡胶即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。此外，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，再加入130℃的热熔沥青进行乳化制得界面增强乳化沥青。

进一步限定，所述预水化水泥是利用水泥在水浴调温的搅拌机中与水产生极小部分水化反应，预水化时间10～30min，再将界面增强剂加入其中充分拌合，对水泥及水化产物进行界面处理，以改善预水化水泥在乳化沥青混合料中的均散效果，并促进界面水泥水化产物-液态橡胶-沥青三相复合互穿网络结构的形成，进一步发挥黏结料的刚柔特性，其中水泥用量为废旧沥青混合料质量的1.5％～5％，水用量为废旧沥青混合料质量的1％～7％，界面增强剂掺量为水泥质量的0.5％～1％。

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确定，常温抗裂再生剂一般用量为废旧沥青混合料质量的1％～6％，界面增强乳化沥青一般用量为旧沥青混合料质量的3％～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，界面增强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，界面增强乳化沥青用量宜取低值。

利用本发明制备的常温抗裂再生剂对废旧沥青混凝土路面进行再生的方法包括：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再生剂、界面增强乳化沥青及预水化水泥，在0～100℃条件下可以使冷再生混合料中旧沥青的黏弹性得到显著提高，并促使水泥水化产物与再生沥青的结合，进而促进互穿网络过渡层的形成，使得常温抗裂再生剂再生后的废旧沥青路面混合料的抗裂性能及抗水损害能力优于常规冷再生路面。

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。

(2)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，并且亲油基团具有液体橡胶性质，因此具有表面活性、界面偶联和粘弹胶结作用，能够在废旧沥青混合料再生过程中充分发挥界面增溶和强化效果。此外，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，从而进一步提高新旧沥青结合界面的黏韧性。

(3)采用界面增强剂对预水化水泥的界面进行优化处理，可以改善水泥及水化产物颗粒在乳化沥青混合料中微观均散效果，促进水泥水化产物-液态橡胶-沥青三相复合互穿网络结构的发展，提高再生混合料的界面交联能力，从而形成具有较强抗变形能力及抗疲劳开裂能力的再生混合料。

(4)废旧沥青混合料中旧沥青含量越少，铣刨回收骨料的裸露面积就会越大，在冷再生条件下，由于水的存在，裸露骨料与粘结剂(沥青)之间存在水膜，致使早期界面粘结能力会有所降低。针对该问题，本申请创造性的将硅烷偶联剂与高韧性填充聚合油有机的结合起来，通过特定的添加方法应用于再生沥青混合料，以解决裸露骨料-水膜-沥青之间的薄弱结合问题。在水存在下，适量的硅烷环氧基团水解并形成具有反应性能力的硅烷基团(Si-OH)，这些基团能够与无机化合物反应。当废旧骨料裸露面积较大，乙烯基三乙氧基硅烷的水溶液增强了骨料表面粘附性。乙烯基三乙氧基硅烷可以在油膜存在下促进水泥水化产物的发展，水泥水化产物通过与沥青膜的互穿作用，从而提高骨料与沥青之间的粘结能力，大幅度提高再生混合料的抗水损害能力。同时，所应用的界面增强剂不仅具有表面活性，起到界面偶联的作用；而且分子结构中液体橡胶链段具有良好的粘弹胶结性能。在压实作用下，该界面增强剂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。此外，液态橡胶中的氨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及抗水损害能力。

因此，本发明将再生关键材料灵活使用，提高了后期施工应用的灵活性，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、界面增强乳化沥青及预水化水泥有机整体结合起来，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

下面将结合本发明中的实施例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50min以使其混合均匀得到聚合油；(2)在90℃条件下，将步骤(1)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得高韧性填充聚合油；(3)将步骤(2)得到的高韧性填充聚合油降温至35℃，加入表面活性剂质量浓度为10％的乙烯基三乙氧基硅烷水溶液并搅拌混合均匀，养生200min得到产品常温抗裂再生剂。

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，将步骤(1)制备的聚合油以80Kg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得高韧性填充聚合油；(3)将步骤(2)得到的高韧性填充聚合油降温至30℃，加入表面活性剂质量浓度为1％的乙烯基三乙氧基硅烷水溶液并搅拌混合均匀，养生300min得到产品常温抗裂再生剂。

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60min以使其混合均匀得到聚合油；(2)在100℃条件下，将步骤(1)制备的聚合油以100Kg与活性增韧剂端氨基液体丁腈橡胶1Kg在剪切机上快速拌合混溶制得高韧性填充聚合油；(3)将步骤(2)得到的高韧性填充聚合油降温至40℃，加入表面活性剂质量浓度为20％的乙烯基三乙氧基硅烷水溶液并搅拌混合均匀，养生30min得到产品常温抗裂再生剂。

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；之后再依次加入预水化水泥、乳化沥青进行拌合即可制成常温再生抗裂废旧沥青混合料。

表1试验配比设计方案

注：对比例1、4未采用预水化水泥，按照一般添加顺序制备再生混合料试件。

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

实施例	可拌合时间/s	10℃劈裂强度/MPa	冻融劈裂强度比TSR/％
				实施例1	170	0.98	91
实施例2	>180	1.10	93
				实施例3	165	0.99	90
实施例4	175	0.96	89
				对比例1	>180	0.69	71
对比例2	>180	0.81	80
				对比例3	175	0.72	73
对比例4	>180	0.80	76

从表2可以看出，八个实施案例中的可拌合时间均大于120s，满足相应规范要求。相对对比例1而言，使用再生剂、界面增强乳化沥青及预水化水泥后，其抗开裂能力最大提高59％，抗水损能力最大提高30％。由此可见，通过综合使用本发明的再生剂、界面增强乳化沥青及预水化水泥，可以显著改善再生沥青混合料的抗开裂性能和抗水损害性能，有利于提高再生混合料的路用性能。通过与对比例比较可知，说明本发明的再生剂、界面增强乳化沥青及预水化水泥具有显著效果，并且在有机整体使用的情况下，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 (6)

1.一种常温再生抗裂废旧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得高韧性填充聚合油，其中活性增韧剂为液态橡胶即在常温下呈黏稠液体状态的橡胶，其分子量在4000~10000；

步骤S3：将步骤S2制备的高韧性填充聚合油降温至30～40℃，再加入表面活性剂并搅拌混合均匀，该表面活性剂为质量浓度1%～20%的乙烯基三乙氧基硅烷水溶液，养生30～300min得到产品常温抗裂再生剂；

步骤S4：将步骤S3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10~20min，再依次加入预水化水泥、界面增强乳化沥青进行拌合制得常温再生抗裂废旧沥青混合料；

所述界面增强乳化沥青的具体制备过程为：

步骤S11：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S12：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°C并注入胶体磨中，然后加入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所述的常温再生抗裂废旧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所述的常温再生抗裂废旧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。

4.根据权利要求1所述的常温再生抗裂废旧沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述预水化水泥是利用水泥在水浴调温的搅拌机中与水首先产生极小部分的水化反应，再将界面增强剂加入其中充分拌合，对水泥及水化产物进行界面处理，水泥用量为废旧沥青混合料质量的1.5%~5%，水用量为废旧沥青混合料质量的1%~7%，界面增强剂掺量为水泥质量的0.5%~1%。

5.根据权利要求1所述的常温再生抗裂废旧沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述常温抗裂再生剂及界面增强乳化沥青的用量选择应根据废旧沥青混合料中的旧沥青含量确定，常温抗裂再生剂用量为废旧沥青混合料质量的1%～6%，界面增强乳化沥青用量为旧沥青混合料质量的3%~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，界面增强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，界面增强乳化沥青用量宜取低值。

6.一种常温再生抗裂废旧沥青混合料，其特征在于是由权利要求1~5中任意一项所述的方法制得的。