CN114149224B - 一种废沥青砼基热再生沥青混凝土、制备及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种废沥青砼基热再生沥青混凝土，所述混凝土包括如下原料：改性再生废旧沥青、沥青、废旧集料、集料、填料，所述改性再生废旧沥青是废旧沥青经再生剂调和后再与SBS、不饱和氟苯化合物反应得到。本发明以SBS、不饱和氟苯化合物为改性剂对再生废旧沥青进行了改性，改性物分子中含有氟代苯结构和可形成氢键的基团，一方面使改性再生沥青和沥青的相容性更好，提高废旧沥青的利用率及整体性能，另一方面改善混凝土的耐高温性能；又因改性物具有三维网状结构，可进一步优化混凝土的抗老化和抗形变性能。同时还发现不饱和氟苯化合物和SBS具有协同提高沥青混凝土冻融循环寿命的作用。

Description

一种废沥青砼基热再生沥青混凝土、制备及其应用
技术领域
本发明属于沥青砼废料回收、再生技术领域，具体涉及一种废沥青砼基热再生沥青混凝土、制备及其应用。
背景技术
随着我国经济和基础建设的发展，我国公路交通总里程已位居世界第一，交通量迅速增长，重型车辆日益增多，大部分沥青路面已经处于超负荷工作状态，未来5-10年以沥青混凝土为主的路面材料也将逐步达到使用寿命，我国将进入一个道路维修、养护、翻修重建的高峰。届时必将产生大量的沥青砼废料，研究沥青砼废料的回收再生技术已经成为目前的研究热点。
美国沥青再生协会将再生技术分为冷热再生2类，冷热再生技术相比，热再生技术具有操作中只需少量的沥青、骨料等，施工期较短、需要的人员、机械设备也比较简单，可有效控制施工成本投入的优点，其适用范围也相对较广，如CN201310086726.7公开了一种废旧塑胶与回收沥青砼合成再生利用技术，它是将废旧塑胶回收利用制成橡胶颗粒，橡胶颗粒再与回收的回收沥青砼按质量比1∶5.6通过橡胶沥青的加工设备进行混比形成再生后的废旧塑胶改性沥青砼。专利CN202011341020.7公开了一种再生沥青混凝土及其制备方法，按照重量份计算，包括以下成分：40-70份新沥青、30-50份废旧沥青混合料、10-20份粗集料、8-12份细集料、2-5份再生剂、1-3份抗氧化剂和1-2份SBS改性剂。上述技术均为废沥青砼的热再生技术，充分的实现了沥青砼废料的回收再利用，虽然解决了资源浪费，实现了资源再利用，但毕竟回收旧沥青容易老化，变硬变脆，粘弹性能变差，制备出的沥青混凝土易开裂、抗形变性能差，特别是冻融循环下的疲劳寿命损伤过大，不适合作为道路面层材料使用。
因此，对废沥青砼基再生混凝土做进一步的改进，以提高抗老化、抗形变，以及冻融循环下的疲劳寿命，对提高旧沥青再生利用率和扩大再生沥青砼应用范围，更好的适用多变的天气有重大意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种废沥青砼基热再生沥青混凝土、制备及其应用，本发明以SBS、不饱和氟苯化合物为改性剂对再生废旧沥青进行了改性，改性物分子中含有氟代苯结构和可形成氢键的基团，一方面使改性再生沥青和沥青的相容性更好，提高废旧沥青的利用率及整体性能，另一方面改善混凝土的耐高温性能；又因改性物具有三维网状结构，可进一步优化混凝土的抗老化和抗形变性能。
一种废沥青砼基热再生沥青混凝土，所述混凝土包括如下原料：改性再生废旧沥青、沥青、废旧集料、集料、填料，所述改性再生废旧沥青是废旧沥青经再生剂调和后再与SBS、不饱和氟苯化合物反应得到。
一种废沥青砼基热再生透水沥青混凝土，所述混凝土包括如下重量份的原料：40-60份改性再生废旧沥青、30-50份沥青、30-50份废旧集料、50-70份集料、30-65份填料，所述改性再生废旧沥青和沥青的总量为100份，所述改性再生废旧沥青、SBS、不饱和氟苯化合物的重量比为100:3-5:14-18。
所述不饱和氟苯化合物的结构式如下：
Figure BDA0003373843490000021
其中，P1为C1-C3的烷基，P2为C1-C3的亚烷基。
所述不饱和氟苯化合物的原料包括烷基烯丙基缩水甘油酯、含氟苯胺，二者的摩尔比为1：1.05-1.2，优选1:1.1-1.15，所述不饱和氟苯化合物通过含氟苯胺、烷基烯丙基缩水甘油酯上的胺基和环氧基发生反应制备而得。
所述含氟苯胺的结构式如下式Ⅰ：
Figure BDA0003373843490000022
其中，R1为F；R2-R6中至少一个为脂肪胺A-NH2，A为C1-C3的亚烷基；具体的，所述含氟苯胺选自4-氟苄胺、邻氟苄胺、间氟苄胺、4-氟苯乙胺中的至少一种。
所述烷基烯丙基缩水甘油酯的结构式如下所示：
Figure BDA0003373843490000023
其中，P1定义同上。具体地，所述烷基烯丙基缩水甘油酯包括但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯。
所述不饱和氟苯化合物通过烷基烯丙基缩水甘油酯上的环氧基与含氟苯胺上的胺基发生发生反应制备而得，具体的，所述不饱和氟苯化合物包括如下步骤的制备方法：
惰性氛围保护下，将烷基烯丙基缩水甘油酯、含氟苯胺、阻聚剂加入非质子溶剂中搅拌至完全溶解，升温并恒温反应，反应结束后减压蒸馏，得粘稠状褐色液体。
所述阻聚剂本领域常用的酚类阻聚剂即可，包括但不限于对苯二酚；所述非质子溶剂没有特别的限制，可以溶解原料且不参与原料之间的反应即可，包括但不限于二氯甲烷；所述升温至30-60℃，所述反应时间为1-3h。
所述改性再生废旧沥青通过包括如下步骤的制备方法制得：
(T1)对废沥青砼进行油石分离，得废旧沥青和废旧集料；
(T2)将废旧沥青和再生剂加至反应釜中，升温，进行搅拌，然后降温至恒温静置，取出自然冷却至室温，得再生废旧沥青备用；
(T3)惰性氛围下将上述制备的再生废旧沥青、SBS、不饱和氟苯化合物、引发剂加至反应釜中，升温并恒温至废旧沥青完全软化，剪切搅拌，搅拌时间，降温静置，自然冷却至室温即得改性再生废旧沥青。
步骤T3所述SBS为线型SBS，嵌段为30-40/60-70，重均分子量为8-12万；所述引发剂没有特别的限定，本领域常用即可，包括但不限于过氧化二异丙苯；所述升温为升至150-160℃，剪切搅拌转速为500-1000r/min，搅拌时间为30-60min，所述降温至110-130℃，静置时间为3-5h。
步骤T2所述再生剂包括机油、煤油、柴油、汽油、芳烃油中的至少一种，所述再生剂的用量为废旧沥青的5-15wt％；所述升温为升至110-150℃，所述搅拌的转速为50-100r/min，所述搅拌时间为2-5h，所述降温为降至100-120℃，所述静置时间为1-3d；
步骤T1所述废沥青砼进行油石分离方法包括加热分离或蒸馏分离，可参照现有技术进行，也可以参照如下蒸馏分离方法进行。
具体的，所述废沥青砼油石分离按照包括如下步骤的方法进行：
1)对废旧沥青路面材料进行破碎、筛分，然后溶剂溶解，过滤，滤渣烘干得废旧集料、废旧沥青和溶剂的混合物；
2)所述废旧沥青和溶剂的混合物经沉淀除杂，所得上清液再进行旋蒸得废旧沥青。
步骤1)所述溶剂选自正己烷、环己烷中的至少一种。
所述废旧沥青针入度(25℃，5s，100g)为25-40(0.1mm)。
所述废旧集料的含油率为1-10wt％，所述含油率为废旧集料上残留沥青的质量分数；所述废旧集料的粒径分布为2.36-15mm连续级配。
所述集料包括粗集料、细集料，二者的重量比为7-9:3-5。
所述粗集料的粒径分布为5-20mm，所述粗集料为石灰岩碎石、碎卵石、花岗岩碎石、玄武岩碎石中的至少一种。
所述细集料的粒径分布为0.1-5mm，所述细集料包括石灰岩碎石、石英砂、河沙中的至少一种。
所述填料包括矿粉、水泥中的至少一种。
所述矿粉没有特别的限定，包括但不限于石灰岩矿粉，所述矿粉的粒径分布为0.08-0.6mm。
所述水泥选自P.O 42.5普通硅酸盐水泥、P.O 52.5普通硅酸盐水泥中的至少一种。
所述沥青混凝土还可以包括1-2份减水剂、12-25份水以及改性再生废旧沥青和沥青总重0.2-1％的抗氧化剂。
所述减水剂为聚羧酸减水剂、氨基磺酸减水剂中的至少一种。
所述抗氧剂没有特别的限制，本领域常用即可，包括但不限于受阻酚类、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，具体的选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
本发明还提供了上述废沥青砼基热再生沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将改性再生废旧沥青、沥青、废旧集料、集料、填料混合，升温并恒温搅拌，自然冷却至室温，即得上述再生透水沥青混凝土。
所述升温为升至160-180℃，所述搅拌转速为800-1500r/min，所述恒温搅拌时间为20-60min。
本发明还提供了上述废沥青砼基热再生沥青混凝土作为透水沥青混凝土道路面层材料的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以SBS、不饱和氟苯化合物为改性剂对再生废旧沥青进行了改性，改性物分子中含有氟代苯结构和可形成氢键的基团，一方面使改性再生沥青和沥青的相容性更好，提高废旧沥青的利用率及整体性能，另一方面改善混凝土的耐高温性能；又因改性物具有三维网状结构，可进一步优化混凝土的抗老化和抗形变性能。
本发明预想不到的发现不饱和氟苯化合物和SBS具有协同提高沥青混凝土冻融循环寿命的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于说明书上的内容。若无特殊说明，本发明实施例中所述“份”均为重量份。所用试剂均为本领域可商购的试剂。
SBS购自中石化巴陵石化公司，嵌段比为40/60，重均分子量为10W。
聚羧酸减水剂购自广州西卡外加剂厂，牌号3350C。
改性再生废旧沥青的制备
制备例1
在氮气氛围保护下，将14.2份甲基丙烯酸缩水甘油酯、13.8份4-氟苄胺加入二氯甲烷中搅拌至完全溶解，升温至50℃并恒温反应1.5h，反应结束后减压蒸馏，得粘稠状褐色液体状态的不饱和氟苯化合物。
对废旧沥青路面材料进行破碎、筛分，然后用正己烷溶解，过滤，滤渣烘干得粒径分布为2.36-15mm连续级配的废旧集料，滤液为废旧沥青和溶剂的混合物；
将上一步所得滤液沉淀、除杂，得上清液，再进行旋蒸得针入度为(25℃，5s，100g)26(0.1mm)的废旧沥青备用；
称重100份上述制备的废旧沥青、3份机油、2份芳烃油加至反应釜中，升温至140℃，以转速80r/min进行搅拌，搅拌3h，然后降温至100℃恒温静置1d，取出自然冷却至室温，得再生废旧沥青备用；
氮气氛围下，称重100份上述制备的再生废旧沥青、5份SBS、18份不饱和氟苯化合物、0.06份过氧化二异丙苯加至反应釜中，升温至150℃并恒温至沥青改性废旧沥青完全软化，以转速1000r/min进行剪切搅拌60min，搅拌时间，降温至120℃静置3h，自然冷却至室温即得改性再生废旧沥青。
制备例2
其余与制备例1相同，不同之处在于不饱和氟苯化合物的用量为14份。
制备例3
其余与制备例1相同，不同之处在于SBS的用量为3份。
对比制备例1
其余与制备例1相同，不同之处在于SBS的用量为23份，不添加不饱和氟苯化合物。
对比制备例2
其余与制备例1相同，不同之处在于不饱和氟苯化合物的用量为23份，不添加SBS。
废沥青砼基热再生沥青混凝土的制备
实施例1
将40份制备例1制备的改性再生废旧沥青、60份沥青、30份制备例1制备的废旧集料、40份粒径分布为5-20mm的连续级配石灰岩碎石、25份粒径分布为0.1-5mm的连续级配石灰岩碎石、2份矿粉、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、2份聚羧酸减水剂、20份水混合，升温至170℃并恒温以转速1000r/min搅拌1h，自然冷却至室温，即得上述再生沥青混凝土。
实施例2
其余与实施例1相同，不同之处在于，改性再生废旧沥青用量改为50份，沥青用量改为50份。
实施例3
其余与实施例1相同，不同之处在于，改性再生废旧沥青用量改为60份，沥青用量改为40份。
实施例4
其余与实施例1相同，不同之处在于，改性再生废旧沥青用量改为70份，沥青用量改为30份。
实施例5-6、对比实施例1-2
其余与实施例1相同，不同之处在于，所用改性再生废旧沥青分别对应为制备例2-3，对比制备例1-2所制备的。
将制备例及对比制备例制备的改性再生废旧沥青进行以下性能测试：
针入度：参照标准GB/T 4509-2010沥青针入度测定法进行针入度的测试，单位0.1mm。
表1
Figure BDA0003373843490000061
将上述实施例及对比实施例制备的混凝土进行以下性能测试：
马歇尔试验(高温抗形变)：参照标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，中的高温稳定性检验进行高温条件下的抗形变能力测试，高温性能测试温度为50℃，结果用试件遭破坏时的最大应力-马歇尔稳定度表示，稳定度越大说明抗变形能力越强，记为MS，单位kN。
将上述实施例及对比实施例制备的混凝土进行以下冻融循环条件下的性能测试：
冻融循环条件：试件尺寸为，100mm×100mm×100mm的立方体试件，将试件放入塑料袋中包裹，加入30ml的水，扎紧后放入-20℃低温箱中冷冻6h，取出后再60℃恒温搅拌循环水浴箱中水浴4h，此为完成一次冻融循环，待所有循环完成后，将所有试样浸泡20℃水中2h，擦干表面水分后进行以下性能检测：
冻融循环次数为10次、15次、20次。
抗压性能测试：参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中的T0713-2000进行检测。
表2
Figure BDA0003373843490000071
由上表1可以看出，本发明制备的改性回收废旧沥青针入度得到改善，达到新鲜沥青的针入度的标准，利用改性回收废旧沥青配合新鲜沥青制备的沥青混凝土具有良好的抗形变性能，马歇尔稳定度高达8.47kN，冻融循环20次后抗压强度最低损失率达到11.1％。分析实施例和对比实施例可以看出不饱和氟苯化合物和SBS具有协同提高沥青混凝土冻融循环性能的作用。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种废沥青砼基热再生沥青混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下原料：改性再生废旧沥青、沥青、废旧集料、集料、填料，所述改性再生废旧沥青是废旧沥青经再生剂调和后再与SBS、不饱和氟苯化合物反应得到；所述不饱和氟苯化合物的结构式如下：
其中，P1为C1-C3的烷基，P2为C1-C3的亚烷基。
2.如权利要求1所述沥青混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份的原料：40-60份改性再生废旧沥青、30-50份沥青、30-50份废旧集料、50-70份集料、30-65份填料，所述改性再生废旧沥青和沥青的总量为100份，所述改性再生废旧沥青、SBS、不饱和氟苯化合物的重量比为100:3-5:14-18。
3.如权利要求1所述沥青混凝土，其特征在于，所述不饱和氟苯化合物的原料包括烷基烯丙基缩水甘油酯、含氟苯胺，二者的摩尔比为1：1.05-1.2，所述不饱和氟苯化合物通过含氟苯胺、烷基烯丙基缩水甘油酯上的胺基和环氧基发生反应制备而得。
4.如权利要求3所述沥青混凝土，其特征在于，所述烷基烯丙基缩水甘油酯、含氟苯胺，二者的摩尔比为1:1.1-1.15。
5.如权利要求3所述沥青混凝土，其特征在于，所述含氟苯胺的结构式如下式Ⅰ所示：
式Ⅰ
其中，R1为F；R2-R6中至少一个为脂肪胺A-NH2，A为C1-C3的亚烷基。
6.如权利要求5所述沥青混凝土，其特征在于，所述含氟苯胺选自4-氟苄胺、邻氟苄胺、间氟苄胺、4-氟苯乙胺中的至少一种。
7.如权利要求3所述沥青混凝土，其特征在于，所述烷基烯丙基缩水甘油酯的结构式如下式Ⅱ所示：
式Ⅱ
其中，P1定义同上；
具体地，所述烷基烯丙基缩水甘油酯包括但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯。
8.如权利要求1所述沥青混凝土，其特征在于，所述改性再生废旧沥青通过包括如下步骤的制备方法制得：
T1、对废沥青砼进行油石分离，得废旧沥青和废旧集料；
T2、将废旧沥青和再生剂加至反应釜中，升温，进行搅拌，然后降温至恒温静置，取出自然冷却至室温，得再生废旧沥青备用；
T3、惰性氛围下将上述制备的再生废旧沥青、SBS、不饱和氟苯化合物、引发剂加至反应釜中，升温并恒温至废旧沥青完全软化，剪切搅拌，搅拌时间，降温静置，自然冷却至室温即得改性再生废旧沥青。
9.权利要求1-8任一项所述废沥青砼基热再生沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将改性再生废旧沥青、沥青、废旧集料、集料、填料混合，升温并恒温搅拌，自然冷却至室温，即得上述再生透水沥青混凝土。
10.权利要求1-8任一项所述废沥青砼基热再生沥青混凝土作为透水沥青混凝土道路面层材料的用途。
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