CN115011129A - 一种usp多功能复合再生改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种USP多功能复合再生改性沥青混合料及其制备方法。其中使用的多功能复合再生改性沥青包括：100质量份老化沥青，10‑20质量份沥青改性剂TPS，5‑10质量份高分子树脂材料，2‑5质量份纳米氧化锌，2‑5质量份纳米二氧化钛，10‑20质量份SBS改性剂，0‑5质量份的减三糠醛抽出油、减四线油、催化油浆或橡胶油的一种或多种。本发明将老化沥青经过改性后得到改性沥青，达到废旧资源的再利用，复合循环经济及可持续发展的要求，是经济的发展方向。

Description

一种USP多功能复合再生改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青混合料，尤其涉及一种USP多功能复合再生改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设的飞速发展，我国的公路建设也发展迅猛，公路的建设质量也有了质的飞跃。
沥青路面随着使用时间的延长普遍存在的车辙、低温开裂等病害日趋明显且比较严重。沥青路面车辙、低温开裂的产生是由多方面因素造成的:外因是行车荷载的增大、环境温度的升高等；内因是矿料级配的不合理性、沥青胶结料性能不佳等。沥青在使用过程中，由于长时间受阳光、空气和水的作用，以及沥青与矿料之间的物理、化学作用，沥青分子会发生氧化和聚合作用，使低分子化合物转变为较高分子化合物，导致路用性能劣化，这种现象通常称之为“老化”。沥青老化后，化学组分改变，性质也发生改变，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。
近些年,大量沥青路面相继进入养护维修阶段,这将会产生大量废弃的沥青混合料。如果这些废料处理不当,将会严重的影响到生态环境。在旧路翻修改造过程中会产生大量的废旧料，这些旧料作为路用材料，仍有很高的利用价值。因此，旧料的再生利用也被作为大修方案之一。为了有效回收利用翻修产生的沥青废料，从而达到环保低碳经济的要求，实现集约型社会可持续发展的目的，开展废旧沥青材料的热再生利用具有显著的经济、社会和环境效益。
目前再生沥青中常用改性剂有的热塑性树脂类或橡胶类，但采用热塑性树脂类改性后的沥青加热后软化，冷却时变硬，使沥青混合料在常温下戮度增大，高温稳定性提高，但不能提高混合料的弹性，并且加热后容易产生离析现象，再次冷却时产生弥散体。而采用橡胶类改性剂，改性沥青的低温稳定性较好，但老化试验后的延度严重降低，主要适宜于寒冷地区。
发明内容
本发明为解决老化沥青再利用问题，提供一种USP多功能复合再生改性沥青混合料及其制备方法，目的在于结合沥青再生改性技术，改善再生沥青混合料的性能，实现环保、低碳、废物再利用，本发明制备的再生沥青混合料适用范围广，并且赋予了沥青一定的弹性，稳定性高，产量高。
本发明解决上述技术问题提供以下技术方案：
一种多功能复合再生改性沥青，包括：
100质量份老化沥青，10-20质量份沥青改性剂TPS，5-10质量份高分子树脂材料，2-5 质量份纳米氧化锌，2-5质量份纳米二氧化钛，10-20质量份SBS改性剂，0-5质量份的减三糠醛抽出油、减四线油、催化油浆或橡胶油的一种或多种。
优选地，所述的高分子树脂材料选自HDPE、LDPE、PP、EVA、萜烯树脂、古马隆树脂、松香树脂或再生塑料中的一种或多种。
本发明还提供前述的多功能复合再生改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
取100质量份老化沥青加热到140-200℃，加入10-20质量份沥青改性剂TPS，5-10质量份高分子树脂材料，2-5质量份纳米氧化锌，2-5质量份纳米二氧化钛，10-20质量份SBS改性剂，0-5质量份的减三糠醛抽出油、减四线油、催化油浆或橡胶油的一种或多种，然后在转速6000-8000r/min搅拌速度下剪切50-150min，直到与老化沥青完全熔融，制得多功能复合再生改性沥青。
优选的，所述改性沥青可在带加热装置的搅拌机、螺杆挤出机中制备。
本发明还提供基于前述的改性沥青的多功能复合再生改性沥青混合料，沥青混合料中包含前述的改性沥青。
所述的基质沥青为去除水分的70号道路沥青或90号道路沥青。
优选的，沥青混合料中粗集料粒径为10-20mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣。
作为优选，沥青混合料中细集料为1-2mm石灰岩矿粉。
优选的，所述多功能复合再生改性沥青混合料包括如下组分的原料：
100质量份新集料，多功能复合再生改性沥青30-80质量份，5-10质量份矿粉，基质沥青2-10质量份。
以上配比满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中配合比设计要求。
本发明还提供所述的多功能复合再生改性沥青混合料的制备方法：
采用红外热辐射加热方式，将新集料、沥青、矿粉等组分加热至150-180℃；将多功能复合再生改性沥青微波加热至140-160℃；将上述组分拌和；拌和后的混合料摊平压实后，采用红外线辐射板加热10-30min，温度控制在150-160℃，得到性能强化的多功能复合再生改性沥青混合料。
本发明采用微波对多功能复合再生改性沥青加热，加热时间短，节省大量能源，能够大幅提升再生沥青混合料的性能。
本发明的再生沥青混合料的水稳性、高温稳定性优于普通热拌沥青混合料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、节能环保成本低，将老化沥青经过改性后得到改性沥青，达到废旧资源的再利用。复合循环经济及可持续发展的要求，是经济的发展方向。
2、油石比低，因改性剂的作用使得基质沥青的连粘性等性能大大提高，沥青的分散性能更好，可减少沥青用量，从而降低了油石比。
3、四季均可施工；在-20℃-60℃气温条件下均可施工，填补了沥青在寒冷气候条件下(我国规定是当年10月至次年4月)不宜施工的空白，在高寒地带和石灰矿地带独具优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实例。
实施例1：多功能复合再生改性沥青的制备
在带有加热装置和搅拌装置的拌合设备中，加入老化沥青，加热到160℃至老化沥青熔融，然后加入沥青改性剂TPS、高分子树脂材料、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、SBS改性剂在转速8000r/min搅拌速度下剪切100min，直到与老化沥青完全熔融，制得多功能复合再生改性沥青。
原料配比如表1所示：
表1
组分 老化沥青 TPS LDPE 纳米氧化锌 纳米二氧化钛 SBS
质量份 100 10 5 2 5 10
测试制备的多功能复合再生改性沥青性能，并与普通70#基质沥青，SBS改性沥青进行对比，结果如下：
1、针入度
针入度试验试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中的T0603-2011标准试验方法进行操作，所用仪器为可控温针入度仪，控温范围5℃～100℃，控温精度±0.1℃。为了更加具体地描述沥青的温度敏感性，每种沥青选取等间距的若干温度点进行试验，然后按规定的方法计算得到针入度指数。试验温度范围为5～25℃，在其间选取3 个温度点，试验结果如表2所示。
表2不同温度下玛波70#沥青、SBS改性沥青和再生改性沥青的针入度值(0.1mm)
Figure BDA0003603501650000041
2、温度敏感性
沥青材料用于路面中遇到的最大的问题在于它是一种温敏型材料，低温变硬高温变软，在合适的温度内又是处于粘弹状态，称之为柔性路面。改性沥青的核心在于降低沥青的温度敏感性，这样在外界温度变化的情况下，沥青的性能才能更加稳定。沥青材料性能主要包括流变特性、界面特性和耐老化性等，在使用中受温度、时间、荷载、各种介质的作用，其性能特性取决于化学组成和物理性质，同时还和沥青的胶体结构类型密切相关。
从表2中的数据可以得出：(1)相同温度下，玛波改性沥青的针入度远大于70#基质沥青和SBS改性沥青；(2)线性回归的斜率范围为0.0384～0.0577，3种沥青的斜率大致处于一个数量级且相差较小，说明再生改性沥青对温度的敏感性大致相同；(3)回归直线的截距也可以反映沥青针入度的大小，截距越大，针入度也越大，说明沥青的流动性能和温拌效果越好，再生改性沥青具有较好的温拌特性，能够实现低温施工。
3、延度试验
在一定的拉伸速度和拉伸温度条件下，标准试件两端被拉伸至断裂的长度，叫做沥青的延度，沥青的延度与沥青的使用性能有着密切的关系，尤其是低温延度(5℃)与沥青路面的低温开裂性能有着密切的关系。沥青的延度试验参照《JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0605-2011标准方法进行操作。试验所用仪器为可控温延度仪，控温范围5.0℃～50.0℃，控温精度±0.1℃，最大拉伸长度150cm，精度为±0.1cm。对再生改性沥青进行低温延度测试研究中，前期的探索性试验中发现，当试验温度为15℃、拉伸速度为5cm/min时，再生改性沥青在拉伸长度60cm左右时，就会出现沉底现象，所以只能在拉伸速度不变的条件下将试验温度降低，最终将温度确定为5℃。
延度测试结果见表3：
Figure BDA0003603501650000051
表3中延度的测试数据的对比来看，充分反映了再生改性沥青在低温时具有良好的延展性，结合针入度的增加，表明再生改性沥青在较低温度的情况下仍具有一定的流动性，间接表明了再生改性沥青应该具有较好的温拌特性和低温施工的可行性。
4、软化点试验
软化点作为沥青评价的一个重要指标，可以很好的评价沥青结合料的高温性能，沥青结合料若有较高的软化点则可以保证沥青混合料在高温条件下有较好的抗变形能力。软化点试验(环球法)按照《JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0606-2011标准方法进行操作。试验所用仪器为可控温软化点仪，控温范围：5.0℃～100.0℃，控温精度：±0.1℃，时间精度±0.1s。对70#基质沥青、SBS改性沥青、再生改性沥青进行软化点测试 (环球法)，试验结果如下表4：
表4
Figure BDA0003603501650000052
再生改性沥青的软化点远低于SBS改性沥青软化点，略低于70#沥青软化点，说明再生改性沥青施工时有更好的流动性能，加入温度比70#基质沥青和SBS都要低，一定程度上也反映了其具有较好的温拌特性。
实施例2：多功能复合再生改性沥青混合料的制备
采用红外热辐射加热方式，将新集料、沥青、矿粉等组分加热至160℃；将多功能复合再生改性沥青微波加热至160℃，将上述组分拌和；拌和后的混合料摊平压实后，采用红外线辐射板加热30min，温度控制在150℃，得到性能强化的多功能复合再生改性沥青混合料。
多功能复合再生改性沥青混合料配方如下：
100质量份新集料，多功能复合再生改性沥青80质量份，5质量份矿粉，基质沥青10质量份，新集料为粒径为3mm-5mm的玄武岩30份、粒径为5mm-15mm的玄武岩30份、15mm-25mm的玄武岩40份。
对制备得到的多功能复合再生改性沥青混合料性能进行测试，结果见表5，测试标准如下：
根据ASTM D 1074-1993《沥青混合料抗压强度的测试方法》检测再生沥青混合料的抗压强度(MPa)；根据JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0719-1993《沥青混合料车辙试验》检测再生沥青混合料的高温稳定性，记录动稳定度(次/mm)；根据 JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0729-2000《沥青混合料冻融劈裂试验》检测再生沥青混合料的抗水损性能，记录冻融劈裂抗拉强度。
表5：
抗压强度 动稳定度(次/mm) 劈裂抗拉强度(15℃) 48浸水残留稳定度
60MPa 9000次/mm 2.9MPa 9.823KN
可见，使用本发明的多功能复合再生改性沥青的混合料浸水残留稳定度和冻融劈裂试验强度较好，再生沥青混合料的高温性能显著增强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种USP多功能复合再生改性沥青，包括：
100质量份老化沥青，10-20质量份沥青改性剂TPS，5-10质量份高分子树脂材料，2-5质量份纳米氧化锌，2-5质量份纳米二氧化钛，10-20质量份SBS改性剂，0-5质量份的减三糠醛抽出油、减四线油、催化油浆或橡胶油的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种USP多功能复合再生改性沥青，其特征在于所述的高分子树脂材料选自HDPE、LDPE、PP、EVA、萜烯树脂、古马隆树脂、松香树脂或再生塑料中的一种或多种。
3.如权利要求1-2任一项所述的一种USP多功能复合再生改性沥青的制备方法，其特征在于取100质量份老化沥青加热到140-180℃，加入10-20质量份沥青改性剂TPS，5-10质量份高分子树脂材料，2-5质量份纳米氧化锌，2-5质量份纳米二氧化钛，10-20质量份SBS改性剂，0-5质量份的减三糠醛抽出油、减四线油、催化油浆或橡胶油的一种或多种，然后在转速6000-8000r/min搅拌速度下剪切50-150min，直到与老化沥青完全熔融，制得多功能复合再生改性沥青。
4.一种包含如权利要求1-2任一项所述的USP多功能复合再生改性沥青的再生沥青混合料，其特征在于包括如下组分的原料：
100质量份新集料，多功能复合再生改性沥青30-80质量份，5-10质量份矿粉，基质沥青2-10质量份。
5.根据权利要求4所述一种USP多功能复合再生改性沥青混合料，其特征在于所述的基质沥青为去除水分的70号道路沥青或90号道路沥青。
6.根据权利要求4或5所述一种USP多功能复合再生改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
采用红外热辐射加热方式，将新集料、沥青、矿粉等组分加热至150-180℃；将多功能复合再生改性沥青微波加热至140-160℃；将上述组分拌和后摊平压实，采用红外线辐射板加热10-30min，温度控制在150-160℃，得到多功能复合再生改性沥青混合料。
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