CN114292066A - 高强度泡沫沥青冷再生混合料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于路面材料技术领域，涉及一种高强度泡沫沥青冷再生混合料及其制备方法和应用，包括以下重量份的各原料：TB改性沥青2～4份、发泡用水为TB改性沥青质量份的1％～4％、阳离子发泡剂0.5～4.5份、RAP回收料60.5～80.5份、石屑3～15份、钢渣5～20份、增强纤维3～15份、矿粉4～12份、水泥1～2份、生物油1～4份和拌合用水3～8份。本发明在改善沥青高温性能和粘结强度的同时，实现老化沥青的再生，混合料强度大；制备方法简单，易于操作；冷再生混合料作为路面下面层，称重能力强，增强路面强度，完全满足路面载重的要求。

Description

高强度泡沫沥青冷再生混合料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于路面材料技术领域，涉及一种高强度泡沫沥青冷再生混合料及其制备方法和应用。

背景技术

泡沫沥青路面再生技术采用专用再生设备铣刨旧路面结构，在原有的沥青路面中按照配合比添加结合料和部分新集料，拌和均匀后可重新铺筑于旧路面，再生技术可实现旧路面材料的资源化再利用，减少旧路材料堆放以及环境污染问题，保护不可再生的资源和能源。

沥青冷再生技术是对回收沥青路面材料和水泥稳定基层材料进行再生利用，不仅能够充分发挥旧沥青混合料的“剩余价值”，促进旧路面材料的循环利用，保护生态环境，减少资源浪费，同时，也将半刚性路面结构转为半柔性结构，延长道路沥青的使用寿命。冷再生方式通常有两种：一种是用水泥来稳定沥青路面回收料(RMAP)，形成再生的半刚性基层；另一种是用沥青基结合料(泡沫沥青、乳化沥青)来稳定沥青路面回收料，形成半柔性基层。与热再生相比，冷再生技术在拌和时不需要进行加热，能够节约能源和保护环境，具有更广阔的应用前景。

泡沫沥青冷再生技术经济效益显著，可提高结构层柔韧性和抗疲劳性能，另外泡沫沥青混合料所需的沥青用量较低，同时拌和过程为冷拌，因此显著减少了原材料和能源的消耗，因此，与传统沥青混合料相比，泡沫沥青冷再生具有良好的储存能力，可以成批生产并长时间保存，为路面的养护维修提供了便利。

但是，在泡沫沥青冷再生混合料过程中，面临的一个关键问题就是水损坏问题，再生过程中，沥青发泡和混合料拌和均需要加入水，而水的加入均会降低沥青/集料界面的粘结强度，降低承载和弯拉能强度，影响路面的强度性能，带来安全隐患；再者，目前泡沫沥青混合料多用作路面的基层，应用在路面下面层时，对泡沫沥青冷再生混合料的强度等新能要求会更高，现有的泡沫沥青冷再生混合料则不能满足路面下面层的性能要求。

发明内容

针对现有泡沫沥青冷再生混合料存在的技术问题，本发明提供一种高强度泡沫沥青冷再生混合料及其制备方法，在改善沥青高温性能和粘结强度的同时，实现老化沥青的再生，混合料强度大；制备方法简单，易于操作；冷再生混合料作为路面下面层，称重能力强，增强路面强度，完全满足路面载重的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高强度泡沫沥青冷再生混合料包括以下质量份的各原料：

进一步的，包括以下质量份的各原料：

进一步的，所述TB改性沥青是由基质沥青和橡胶粉经改性得到的；所述橡胶粉的质量是基质沥青质量的5％；所述橡胶粉的粒径为40目。

进一步的，所述阳离子发泡剂为十六烷基三甲基溴化铵或仕博阳离子中裂型乳化剂。

进一步的，所述石屑包括粗骨料和细骨料；所述粗骨料和细骨料的质量比为3.4:6.6。

进一步的，所述粗骨料的粒径为2.36～9.5mm；所述细骨料的粒径为0～2.36mm。

一种高强度泡沫沥青冷再生混合料的制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青，备用；

2)按照所述的质量份准备TB改性沥青、发泡用水、阳离子发泡剂、RAP回收料、石屑、钢渣、增强纤维、矿粉、水泥、生物油以及拌合用水这11种物料；

3)先向TB改性沥青中加入阳离子发泡剂和发泡用水，在温度为160℃下进行发泡，得到泡沫沥青；

4)向RAP回收料中加入生物油，搅拌均匀，然后加入石屑、矿粉、水泥和拌合用水，搅拌2min；再喷入步骤3)得到的泡沫沥青，继续搅拌1min；进一步加入钢渣和增强纤维得到泡沫沥青冷再生混合料。

进一步的，所述步骤1)中，TB改性沥青的制备过程是，将橡胶粉添加到230℃的基质沥青中，在转速2900r/min下剪切5小时TB改性沥青。

进一步的，所述步骤3)中，泡沫沥青的膨胀率为16倍，半衰期为19秒；

所述步骤4)中，RAP回收料为常温料或烘干料；所述烘干的温度为40～60℃，烘干时间为3小时。

一种高强度泡沫沥青冷再生混合料在路面下面层中的应用。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用橡胶粉对基质沥青进行Terminal Blender改性(简称TB改性)得到TB改性沥青，进而与阳离子发泡剂以及发泡水混合得到发泡沥青，在RAP(沥青混合料回收料)中提前加入生物油，活化RAP表面的老化沥青，提高沥青的粘结强度；将发泡沥青喷入到混合物料中，混合得到高强度泡沫沥青冷再生混合料。

2、本发明中，TB沥青是将基质沥青与胶粉经过长时间高温剪切形成，颗粒分散均匀，由于橡胶沥青粘度低，但比基质沥青粘度高；因此经过改性后在能获得优良泡沫沥青发泡效果的同时，还改善沥青的高温性能和粘结强度；同时通过阳离子发泡剂进行发泡，将该材料应用于沥青发泡可以获得更好的发泡效果，利于提高沥青和矿料的接触面积，从而增大混合料的强度；使得泡沫沥青的膨胀率为16倍，半衰期为19秒，提升再生混合料的性能。

3、本发明中，向RAP回收料中先加入生物油，生物油对RAP表面老化沥青进行稀释、溶解、扩散等作用，实现表面老化沥青的再生，恢复沥青的粘结力，增强再生料的强度。

4、本发明中，加入钢渣和增强纤维代替部分粗骨料，由于钢渣硬度高，通过钢渣和增强纤维的配合使用，将增强混合料下面层的承重能力，干劈裂强度最高为0.89MPa；干湿劈裂强度最大为95.4％，满足路面载重的要求，进一步增强了路面的强度；同时实现对钢渣废物的循环利用，变废为宝，有利于环境保护。

附图说明

图1为实施例1～实施例5劈裂强度实验结果；

图2为实施例6～实施例10劈裂强度实验结果；

图3为实施例11～实施例15劈裂强度实验结果。

具体实施方式

现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。

本发明提供的高强度泡沫沥青冷再生混合料包括以下重量份的各原料：

本发明中，TB改性沥青是由基质沥青和橡胶粉经改性得到的；橡胶粉的质量是基质沥青质量的5％。实施时，基质沥青为70号A级石油沥青。

本发明中，橡胶粉是粉碎后筛分得到的40目橡胶粉，密度为1.18g·cm^-3，含水率0.2，外观无结团。

基质沥青经过橡胶粉改性后，TB沥青的基本性能如表1所示。

表1 TB沥青基本性能

分析项目	25℃针入度/0.1mm	15℃延度/cm	软化点/℃	135℃旋转粘度Pa·s
					数值	42.1	22.1	57.8	0.45

本发明中，RAP回收料是选自陕西某高速公路中上面层的废旧沥青混合料。

本发明中，阳离子发泡剂为十六烷基三甲基溴化铵或仕博阳离子中裂型乳化剂。

本发明中，石屑包括粗骨料和细骨料；粗骨料和细骨料的质量比为3.4：6.6。粗骨料的粒径为2.36～9.5mm；所述细骨料的粒径为0～2.36mm。

石屑为石灰岩，磨耗率16.8，吸水率2.1％，含泥量1.4％，表观密度2.733g·cm^-3，针片状含量5.8％，压碎值15.2％。

本实施例提供的泡沫沥青混合料中RAP回收料、石屑、矿粉、水泥这四种物料粒径的级配，如表2所示。

表2 RAP回收料、石屑、矿粉、水泥这四种物料粒径的级配

筛孔尺寸(mm)	26.5	19	9.5	4.75	2.36	0.3	0.075
								RAP	98.1	90.3	50.5	21.8	8.9	0.8	0.2
石屑	100	100	100	97.9	66.3	21.4	2.6
								矿粉	100	100	100	100	100	100	89.5
水泥	100	100	100	100	100	100	98.4
								合成级配	98.7	93.2	65.4	44.8	28.3	12.1	6.7

本发明中，生物油为油菜籽提纯过程中产生的废油，含水率35％，表观相对密度0.959、闪点286℃、碳元素75.5％，氢元素9.24％，60℃粘度0.15Pa·s。

本发明中，钢渣的粒径为1～15mm，水泥选择PO42.5等级的普通硅酸盐水泥，增强纤维为玻璃纤维，实施时，增强纤维还可以采用除玻璃纤维外的无机纤维和有机纤维中，选择适宜于路面铺设的其他增强纤维。

优选的，高强度泡沫沥青冷再生混合料包括以下重量份的各原料：

本发明提供的高强度泡沫沥青冷再生混合料的制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青，备用；

具体将橡胶粉添加到230℃的基质沥青中，在转速2900r/min下剪切5小时TB改性沥青；

2)按照所述的质量份准备TB改性沥青、发泡用水、阳离子发泡剂、RAP回收料、石屑、钢渣、增强纤维、矿粉、水泥、生物油以及拌合用水这11种物料；

3)先向TB改性沥青中加入阳离子发泡剂和发泡用水，在温度为160℃下进行发泡，得到泡沫沥青；泡沫沥青的膨胀率为16倍，半衰期为19秒；

4)向RAP回收料中加入生物油，搅拌均匀，然后加入石屑、矿粉、水泥和拌合用水，搅拌2min，再喷入步骤3)得到的泡沫沥青，继续搅拌1min；进一步加入钢渣和增强纤维，搅拌1min，得到泡沫沥青冷再生混合料。

本发明制备的高强度泡沫沥青冷再生混合料可用于路面下面层中，其性能良好，干劈裂强度最高为0.89MPa；干湿劈裂强度最大为95.4％。

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。

实施例1

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料是由以下组分及其重量份配比形成的：

本实施例中，钢渣粒径为1㎜，阳离子发泡剂为十六烷基三甲基溴化铵，粗骨料和细骨料均为石灰岩，发泡沥青为70号A级石油沥青改性的TB沥青，生物油为菜籽油。

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青

应用东海70#基质沥青进行TB改性，选择40目橡胶粉以沥青5％的质量比添加到230℃的高温沥青中，进行2900rad/min的高速剪切5小时获得TB改性沥青；

2)按照实施例提供的质量份准备各个原料；

3)将TB改性沥青导入沥青发泡试验机WLB10S，加入阳离子发泡剂和发泡用水，在加热温度为160℃下进行发泡试验，得到泡沫沥青，测得泡沫沥青的膨胀率16倍，半衰期为19秒；

4)将常温的RAP回收料加入到双轴搅拌器中，加入生物油手动搅拌2min，过程中加入石屑、水泥、矿粉和拌合用水；随后搅拌2min至均匀，在此期间喷入泡沫沥青，继续搅拌1min；继而导入5份钢渣和5份增强纤维，获得均匀的混合料。

实施例2～5

与实施例1不同的是，实施例2～实施例5提供的高强度泡沫沥青冷再生混合料中，TB改性沥青的质量份不同；实施例2的TB改性沥青的质量份为2份、实施例3的TB改性沥青的质量份为3份、实施例4的TB改性沥青的质量份为3.5份、实施例5的TB改性沥青的质量份为4份，其实施例2～实施例5余参数不变与实施例1相同。

采用与实施例1相同的制备方法得到成型均匀的沥青冷再生混合料。

本实施例中，利用马歇尔击实仪成型马歇尔混合料试件，对实施例1～5制备的沥青冷再生混合料进行力学性能的测试，得到实施例1～5的不同TB改性沥青掺量下的马歇尔试件的劈裂强度，结果参见图1。

由图1可知，实施例1～5制备的沥青冷再生混合料，其干劈裂强度为0.81MPa～0.89MPa，湿劈裂强度为0.73～0.82；泡沫沥青掺量在增长的过程中，干湿劈裂强度均呈现先增后减的趋势，在2.5％-3.5％的范围内，取得较高峰值，当TB改性沥青的加入质量份为3.5份时，峰值最高。此时，沥青冷再生混合料干劈裂强度为0.89MPa，湿劈裂强度为0.82MPa，干湿劈裂强度比为92.1％。

实施例6

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料是由以下组分及其重量份配比形成的：

本实施例中，钢渣粒径为5㎜，阳离子发泡剂为仕博阳离子中裂型乳化剂，增强纤维为玻璃纤维，粗骨料和细骨料均为石灰岩。

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青

应用东海70#基质沥青进行TB改性，选择40目橡胶粉以沥青5％的质量比添加到230℃的高温沥青中，进行2900rad/min的高速剪切5小时获得TB改性沥青；

2)按照本实施例提供的质量份准备各个物料；

3)将TB改性沥青导入沥青发泡试验机WLB10S，加入阳离子发泡剂和发泡用水，在加热温度为160℃下进行发泡试验，得到泡沫沥青，测得泡沫沥青的膨胀率16倍，半衰期为17秒；

4)RAP回收料在40℃烘箱烘干3小时后，加入到双轴搅拌器中，继而加入生物油，手动搅拌2min；随后加入石屑、水泥、矿粉和拌合用水，搅拌2min至均匀，在此期间喷入泡沫沥青，继续搅拌1min；最后加入钢渣和增强纤维，搅拌1min，获得均匀的混合料。

实施例7～实施例10

与实施例6不同的是，实施例7～实施例10提供的高强度泡沫沥青冷再生混合料中，TB改性沥青的质量份不同；实施例7的TB改性沥青的质量份为2份、实施例8的TB改性沥青的质量份为2.5份、实施例9的TB改性沥青的质量份为3.5份、实施例10的TB改性沥青的质量份为4份，其实施例7～实施例10其余参数不变与实施例6相同。

采用与实施例6相同的制备方法得到成型均匀的沥青冷再生混合料。

本实施例中，利用马歇尔击实仪成型马歇尔混合料试件，对实施例6～实施例10制备的沥青冷再生混合料进行力学性能的测试，得到实施例6～实施例10的不同TB改性沥青掺量下的马歇尔试件的劈裂强度，结果参见图2。

由图2可知，实施例6～10制备的沥青冷再生混合料，其干劈裂强度为0.77MPa～0.87MPa，湿劈裂强度为0.70MPa～0.83MPa；泡沫沥青掺量在增长的过程中，干湿劈裂强度均呈现先增后减的趋势，在2.5％-3.5％的范围内能达到较高的峰值，尤其当TB改性沥青的加入质量份为3份时达到最高峰。此时沥青冷再生混合料，干劈裂强度为0.87MPa，湿劈裂强度为0.83MPa，干湿劈裂强度比为95.4％。

实施例11

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料是由以下组分及其重量份配比形成的：

本实施例中，钢渣粒径为15㎜，阳离子发泡剂为十六烷基三甲基溴化铵，增强纤维为玻璃纤维，粗骨料和细骨料均为石灰岩。

本实施例的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青

应用东海70#基质沥青进行TB改性，选择40目橡胶粉以沥青5％的质量比添加到230℃的高温沥青中，进行2900rad/min的高速剪切5小时获得TB改性沥青；

2)按照本实施例提供的质量份准备各个物料

3)将TB改性沥青导入沥青发泡试验机WLB10S，加入阳离子发泡剂和发泡用水，在加热温度为160℃下进行发泡试验，得到泡沫沥青，测得泡沫沥青的膨胀率15倍，半衰期为19秒；

4)将RAP回收料在60℃烘箱烘3小时后加入到双轴搅拌器中，加入4份生物油，手动搅拌2min，继而加入石屑、水泥、矿粉、水泥和拌合用水，搅拌2min至均匀；在此期间喷入泡沫沥青，继续搅拌1min，进一步加入钢渣和增强纤维，搅拌1min，获得均匀的混合料。

实施例12～实施例15

与实施例11不同的是，实施例12～实施例15提供的高强度泡沫沥青冷再生混合料中，TB改性沥青的质量份不同；实施例12的TB改性沥青的质量份为2份、实施例13的TB改性沥青的质量份为2.5份、实施例14的TB改性沥青的质量份为3份、实施例15的TB改性沥青的质量份为4份，实施例12～实施例15其余参数不变与实施例11相同。

采用与实施例11相同的制备方法得到成型均匀的沥青冷再生混合料。

本实施例中，利用马歇尔击实仪成型马歇尔混合料试件，对实施例11～实施例15制备的沥青冷再生混合料进行力学性能的测试，得到实施例11～实施例15的不同TB改性沥青掺量下的马歇尔试件的劈裂强度，结果参见图3。

由图3可知，实施例11～15制备的沥青冷再生混合料，其干劈裂强度为0.79MPa～0.86MPa，湿劈裂强度为0.70MPa～0.78MPa；泡沫沥青掺量在增长的过程中，干湿劈裂强度均呈现先增后减的趋势，在2.5％-3.5％的范围内达到较高峰值，尤其当TB改性沥青的加入质量份为3份时达到最高峰值。此时得到的沥青冷再生混合料干劈裂强度为0.86MPa，湿劈裂强度为0.78MPa，干湿劈裂强度比为90.7％。

进一步的，为了验证本发明制备效果的优势，进行以下对比试验。

试验组：实施例6提供的原料配比以及制备得到的再生混合料

对比例：普通泡沫沥青冷再生混合料，原料包括基质沥青、阳离子发泡剂、发泡水、RAP回收料、石屑、矿粉、水泥以及拌合水，其配比、制备方法与实施例6均相同。

采用现有的检测方法，对试验组和对比例的两种再生料性能进行对比，结果如表3所示。

表3各再生料力学性能测试结果对比

从表3对比可知，采用实施例6提供的配料以及制备方法，得到的沥青冷再生混合料，其性能远高于普通泡沫沥青冷再生混合料的性能，表明采用本发明得到的沥青冷再生混合料具有强度高、增强下面层承重能力的优势，能满足路面载重要求，增强路面强度。

综上所述，根据《公路沥青路面再生技术规范》JTG/T 5521-2019要求，重及以上交通荷载等级干劈裂强度≥0.6MPa，干湿劈裂强度比≥80％，本发明提出的高强度泡沫沥青冷再生混合料干劈裂强度在0.85MPa以上，相比于普通的泡沫沥青冷再生混合料提高了63％，干湿劈裂强度比在90％以上，相比于普通的泡沫沥青冷再生混合料提高了15％。

由此可见，本发明的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其对基质沥青进行TB改性，得到TB改性沥青，进一步对其进行发泡，沥青的效果提升显著；向RAP回收料加入生物油活化RAP表面老化沥青，增强RAP回收料(废旧沥青)的活性，提高粘结力；泡沫沥青同水泥、钢渣、玻璃纤维、矿料、水分以及RAP回收料共同形成了高强度泡沫沥青冷再生混合料，具有优良的强度，承载能力有了明显的提高，路面整体强度显著增强。

Claims (10)

1.一种高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：包括以下质量份的各原料：

2.根据权利要求1所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：包括以下质量份的各原料：

3.根据权利要求2所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：所述TB改性沥青是由基质沥青和橡胶粉经改性得到的；所述橡胶粉的质量是基质沥青质量的5％；所述橡胶粉的粒径为40目。

4.根据权利要求3所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：所述阳离子发泡剂为十六烷基三甲基溴化铵或仕博阳离子中裂型乳化剂。

5.根据权利要求4所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：所述石屑包括粗骨料和细骨料；所述粗骨料和细骨料的质量比为3.4:6.6。

6.根据权利要求5所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料，其特征在于：所述粗骨料的粒径为2.36～9.5mm；所述细骨料的粒径为0～2.36mm。

7.一种如权利要求6所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

1)制备TB改性沥青，备用；

2)按照权利要求6所述的质量份准备TB改性沥青、发泡用水、阳离子发泡剂、RAP回收料、石屑、钢渣、增强纤维、矿粉、水泥、生物油以及拌合用水这11种物料；

3)先向TB改性沥青中加入阳离子发泡剂和发泡用水，在温度为160℃下进行发泡，得到泡沫沥青；

4)向RAP回收料中加入生物油，搅拌均匀，然后加入石屑、矿粉、水泥和拌合用水，搅拌2min；再喷入步骤3)得到的泡沫沥青，继续搅拌1min；进一步加入钢渣和增强纤维得到泡沫沥青冷再生混合料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，TB改性沥青的制备过程是，将橡胶粉添加到230℃的基质沥青中，在转速2900r/min下剪切5小时TB改性沥青。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，泡沫沥青的膨胀率为16倍，半衰期为19秒；

所述步骤4)中，RAP回收料为常温料或烘干料；所述烘干温度为40～60℃，烘干时间为3小时。

10.一种如权利要求6所述的高强度泡沫沥青冷再生混合料在路面下面层中的应用。

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