CN115124279A - 一种100％rap温拌再生沥青混合料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，属于城市道路工程路面材料技术领域。100％RAP温拌再生沥青混合料的原材料包括旧沥青混合料、再生剂、温拌剂。本发明的制备方法分为以下步骤：一、选择多组拌和温度及压实温度；二、旧料拌和30‑35s，加入再生剂拌和90‑100s，加入温拌剂拌和90‑100s；三、将混合料养护2h；四、测试混合料力学性能及空隙率并绘制空隙率与力学性能指标和拌和温度对应关系图，利用空隙率与力学性能指标的相关性确定最佳拌和温度；五、在选择的拌和温度下利用步骤二制备即可。该制备方法制得的沥青混合料能在满足路用性能要求的条件下最大程度利用旧料，且该发明拌和温度低于普通热拌沥青混合料，具有节约资源，减少污染，降低成本等优点。

Description

一种100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法
技术领域
本发明属于城市道路工程路面材料技术领域，具体涉及一种100％RAP 温拌再生沥青混合料的制备方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，基础建设的进程也在快速推进。道路建设在基础建设中起到关键的作用。近年来，继续新建道路的同时也有大量路面由于已达使用年限或发生各种病害而需翻建。道路的翻建翻修会产生大量的旧料，沥青路面再生技术是将沥青混合料回收料(RAP)重复利用，该技术既可以解决大量废料处理的问题，减少资源浪费和环境污染，还可降低道路建设成本，因此沥青路面再生逐渐成为研究者们关注的课题。
道路在使用过程中经过长时间车辆荷载，且受紫外光照、雨雪和温度的影响逐渐发生老化作用，老化反应时路面材料逐渐变硬脆，具有更差的低温性能和疲劳性能。RAP是旧有道路回收材料，因此克服RAP的老化、施工和易性差等问题是将RAP回收利用的关键。将RAP中添加一定剂量的新沥青、新矿料和再生剂等改性剂是沥青混合料再生的一种方式，通常控制RAP掺量在30％以保证路用性能更佳。热拌沥青混合料是最常用的沥青混合料生产方式，拌和温度一般为140℃～175℃，温拌技术作为环保型技术较热拌技术的生产温度可降低30℃左右，能耗降低，且由于拌和温度的降低，产生较少的有害气体，减少了对环境的污染。
将温拌技术与再生技术结合利用可综合二者优势，且由于温拌剂的添加使沥青胶结料粘度降低，提高RAP利用比例，因此温拌再生技术产生，逐渐成为热点技术之一。随着我国道路养护工作量的增大，和对环境保护的逐渐重视，RAP回收利用率成为亟待解决的问题之一，尽管研究者开展了一系列研究，但RAP温拌再生技术中RAP利用率仍未能突破70％以上。
发明内容
针对现有温拌再生技术中RAP掺量较低的问题，在保证沥青混合料路用性能满足使用要求的前提下提高RAP掺量。本申请提供一种100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，将旧料中添加再生剂和温拌剂，利用空隙率与拌和温度和力学性能指标的相关性确定100％RAP温拌再生沥青混合料的拌和温度，基于此进行100％RAP温拌再生沥青混合料的制备，提高道路工程温拌再生混合料中旧料掺量、降低拌合温度，减少能耗，解决温拌再生沥青混合料拌和温度的选择问题。
上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述100％RAP温拌再生沥青混合料的制作原料主要包括旧料、再生剂和温拌剂，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择3组以上的拌和温度和压实温度。
步骤二、将已经过预处理的旧料置于拌和锅或其他搅拌装置中，在拌和温度下拌和30-35s，加入满足公路沥青路面再生技术规范要求的沥青再生剂拌和90-100s，最后加入温拌剂拌和90-100s；总搅拌时长为不少于3.5min。在此阶段内，温拌剂和再生剂与旧沥青混合料充分的混合均匀，并发生相应的物理和化学反应，使旧料中的沥青胶结料一定程度软化，达到再生的效果。
步骤三、将步骤二中所拌和而得混合料在压实温度下养护2h；此步骤目的在于模拟实际的道路施工的运输、摊铺过程。
步骤四、按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的方法，将混合料制备成试件，测试混合料力学性能指标及空隙率，并绘制空隙率与力学性能指标和与拌和温度的对应关系图，利用空隙率与力学性能指标的相关性确定最佳拌和温度；
步骤五、在选择的最佳拌和温度下利用步骤二制备出100％RAP温拌再生沥青混合料。
优选的，所述步骤一中拌和温度为135℃～165℃，压实温度为 125℃～155℃，压实温度一般较拌和温度低10℃～20℃。拌和温度与压实温度均间隔预设温度选取。
优选的，所述步骤二中旧料为满足《公路沥青路面再生技术规范》 (JTGT5521-2019)的沥青混合料回收料，旧料中沥青为未改性的普通90#沥青。回收的旧料宜进行集料级配和老化沥青的性能进行评价分析，RAP旧集料级配处于原集配上下限之间。
优选的，所述步骤二中的再生剂为ZGSB型复合再生剂，其掺量为沥青质量的4％～9％，ZGSB型复合再生剂是通过物理调和作用调和了老化沥青的组成达到沥青混合料再生的效果。其基团A为缩合度较高的芳烃类，基团B 有利于在老化沥青中形成稳定空间网状结构。所述再生剂还可为其他满足公路沥青路面再生技术规范要求的沥青再生剂。
优选的，所述步骤二中的温拌剂为RH型聚乙烯蜡温拌剂或其他温拌剂，其掺量是沥青质量的2.5％-3.5％，RH型聚乙烯蜡温拌剂是一种有机降黏型温拌剂，呈白色粉末状，直径为4mm，在25℃时，密度为0.85-0.95g/cm3，其作用机理是通过降低胶结料的粘度来发挥温拌的效果。
优选的，所述步骤四中的力学性能指标包括但不限于马歇尔稳定度、动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂拉伸强度比、低温弯曲破坏应变等；所述绘制空隙率与力学性能指标对应关系图的方法为：所述绘制空隙率与拌和温度指标对应关系图的方法为：将横坐标表示拌和温度，纵坐标表示材料空隙率。将横坐标表示材料空隙率，纵坐标表示力学性能指标。选择各力学指标均能满足要求的空隙率为设计空隙率，选择设计空隙率对应的拌和温度和压实温度为最佳拌和温度和压实温度。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本方法利用空隙率与力学性能，空隙率与拌和温度的相关性确定 100％RAP温拌再生沥青的生产温度，通过该方法使RAP利用率达到100％的同时保证力学性能满足要求。本法制备的温拌再生沥青混合料实现旧料利用最大化，最大程度降低资源的浪费，达到环保和节约成本的效果。
2、本申请的RH型聚乙烯蜡温拌剂和ZGSB型复合再生剂组合利用，利用RH型聚乙烯蜡温拌剂的降黏作用和ZGSB型复合再生剂的物理调和作用软化老化的沥青胶结料，提高旧料的利用率，使制备而得的材料能达到规范要求的路用性能。
附图说明
图1是本申请实施例拌和温度与空隙率关系图；
图2是本申请实施例空隙率与马歇尔稳定度间的对应关系图；
图3是本申请实施例空隙率与动稳定度间的对应关系图；
图4是本申请实施例空隙率与残留稳定度间的对应关系图；
图5是本申请实施例空隙率与TSR间的对应关系图；
图6是本申请实施例空隙率与破坏应变间的对应关系图。
具体实施方式
为使本领域人员进一步理解本发明的制备方法，下面结合一个具体实例对本发明详细阐述。以下所述仅是本发明的优选实施例，发明内容不仅局限于该实施例，凡在本发明实质下的简单变型、改进和修饰等应当属于本发明的保护范围。
本实施例所用回收旧料来源于辽宁省某省级公路的上面层，级配分别为 AC-13，沥青为90#基质沥青，集料材质为石灰岩，使用年限为4年。对于铣刨的RAP旧料，对其集料级配和老化沥青的性能进行评价分析，判断其老化程度。本实施所用温拌剂为RH型聚乙烯蜡温拌剂，为白色粉末，直径为4mm，在25℃时，密度为0.893g/cm3。所用再生剂型号为ZGSB型复合再生剂，为深棕色液体，具体指标见表1。
表1再生剂基本指标
Figure RE-GDA0003804915840000041
根据《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中 T0722-1993离心分离法抽提旧沥青并进行集料级配分析。考虑到应用该方法所得集料仍有部分沥青裹附，因此进行二次抽提，保证集料干净。抽提溶液利用T0727-2011旋转蒸发法获得老化沥青，测试老化沥青的基本指标判断老化程度。测试结果如表2和表3所示。
表2回收沥青性能指标
Figure RE-GDA0003804915840000051
表3 RAP旧料级配与原级配对比
Figure RE-GDA0003804915840000052
由表3可知，RAP旧集料级配与原级配相比差别不大，而且处于AC-13 上下限之间，为100％RAP温拌再生沥青混合料的制备奠定基础。
100％RAP温拌再生沥青混合料的制备包括以下步骤：
S1、选择5组拌和温度和压实温度。拌和温度分别为135℃、145℃、150℃、 155℃、165℃，对应的压实温度均选择为较拌和温度低10℃，分别为：125℃、 135℃、140℃、145℃、155℃。
S2、制备各种生产温度下的温拌再生沥青混合料。将旧料置于拌和锅中，在拌和温度下拌和30s，加入ZGSB型复合再生剂拌和90s，最后加入RH型聚乙烯蜡温拌剂拌和90s；总搅拌时长为3.5min。ZGSB型复合再生剂的掺量为沥青总量的4％，RH型聚乙烯蜡掺量为沥青总量的3％。
S3、将S2中所拌和而得混合料在压实温度下养护2h以模拟实际工程中的运输和摊铺过程。
S4、测试测试材料的空隙率以及力学性能指标。本实施例按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中的方法将混合料制备成相应的试件，按T0705-2011表干法测试材料密度并计算出空隙率，再测试材料的马歇尔稳定度(T 0709-2011)、动稳定度(T0719-2011)，浸水残留稳定度 (T 0709-2011)，冻融劈裂抗拉强度比TSR(T 0729-2000)，低温弯曲破坏应变(T 0715-2011)。测试结果如表4所示。
表4不同拌和温度和压实温度下的空隙率及力学性能指标结果
Figure RE-GDA0003804915840000061
绘制空隙率与力学性能指标和与拌和温度的对应关系图如图1～图6所示， R2接近于1代表线性关系更准确，观察图1～图6可知，本实施例测试结果表明，力学性能指标和拌和温度与空隙率均有较好的相关性。由图1可知，空隙率随拌和温度的降低而增大。
由表4和图2可以看出，随着拌和温度的降低，马歇尔稳定度逐渐减小，流值逐渐增大。说明拌和温度的降低使得再生剂与裹附在集料周围的旧沥青渗透作用减弱，沥青再生不充分，因此其黏附力降低，从而导致与集料之间的裹附性变差，马歇尔试件的整体强度降低。因此温拌再生沥青混合料的拌和温度也不宜过低。
由表4和图3可知，随着拌和温度的降低，100％温拌再生沥青混合料的动稳定次数逐渐降低，其高温抗变形的能力逐渐减弱。尽管如此，与《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004当中的规范值(≥800)或《温拌沥青混凝土》GBT30596-2014中对温拌沥青混凝土性能要求相比，当采用最低拌和温度，其动稳定度仍满足要求。
由表4和图4、图5可知，随着拌和温度的降低，沥青混合料的残留稳定度与TSR值均呈现下降的趋势，抗水损能力逐渐降低。这是由于沥青与集料之间的粘附性变差，导致水比较容易进入两者的缝隙当中，从而导致水损坏。与《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004当中的规范值相比，当拌和温度降低到135℃时，本实施例抗水损指标已经不满足规范要求。
由表4和图6可知，随着拌和温度的降低，低温破坏应变随之增大，意味着低温抗裂性能随之增强。这是由于当施工温度过高时，会使得沥青发生二次老化，而沥青是路面的开裂的关键因素，沥青老化程度越高，材料越硬越脆，低温性能越差。根据规范，冬冷区的最大弯拉应变不小于2000με，冬寒区的最大弯拉应变不小于2300με。因此，只有当施工温度低于155℃时才能保证本实施例的低温性能满足要求。
经上述数据对比可得，当空隙率为4％时的各力学性能指标均能达到要求，选择4％为设计空隙率，选择4％空隙率对应的拌和温度139℃和压实温度 129℃为最佳拌和温度和压实温度。
S5、在选择的最佳拌和温度下利用步骤二制备出100％RAP温拌再生沥青混合料。
综上所述，本发明在回收的旧料中添加4％～9％的ZGSB型复合再生剂和沥青总质量2.5％-3.5％的RH型温拌剂，通过再生剂和温拌剂的物理调和和降黏的作用，使沥青混凝土中胶结料软化，且增强胶结料与集料的粘附力，有效提升了旧沥青的回收利用率。且本发明利用了空隙率与力学性能和拌和温度的相关性来确定温拌再生沥青的生产温度，使旧料利用率增大的条件下仍能满足力学性能要求。
以上显示和描述了本发明的基本步骤、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员不难理解，本发明的制备方法不限于上述实施例，为使说明书简明无法将本发明内容的任意组合列举出。凡在本发明技术本质和原则范围的任何无创新性的修改、组合等均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选择3组以上的拌和温度和压实温度；
步骤二、将旧料拌和30-35s，加入再生剂拌和90-100s，加入温拌剂拌和90-100s，制备混合料；
步骤三、将步骤二中所得混合料在压实温度养护；
步骤四、测试混合料力学性能指标及空隙率并绘制空隙率与力学性能指标和与拌和温度的对应关系图，利用空隙率与力学性能指标的相关性确定最佳拌和温度；
步骤五、在选择的最佳拌和温度下利用步骤二制备出100％RAP温拌再生沥青混合料。
2.按照权利要求1所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述拌和温度为135℃～165℃，压实温度为125℃～155℃。
3.按照权利要求1所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，拌合温度和压实温度均为间隔预设温度选取。
4.按照权利要求1所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述旧料为回收的非改性沥青路面混合料；所述再生剂包括ZGSB型复合再生剂；所述温拌剂包括RH型聚乙烯蜡。
5.按照权利要求1或4所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述再生剂的掺量为沥青质量的4％～9％。
6.按照权利要求1或4所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述温拌剂的掺量为沥青质量的2.5％-3.5％。
7.按照权利要求1所述的100％RAP温拌再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的力学性能指标包括马歇尔稳定度、动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂拉伸强度比、低温弯曲破坏应变；所述绘制空隙率与拌和温度对应关系图的方法为将横坐标表示拌和温度，纵坐标表示材料空隙率；所述绘制空隙率与力学性能指标对应关系图的方法为将横坐标表示材料空隙率，纵坐标表示力学性能指标；选择各力学指标均能满足要求的空隙率为设计空隙率，选择设计空隙率对应的拌和温度和压实温度为最佳拌和温度和压实温度。
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