CN115124280A - 一种高比例rap温拌再生沥青胶浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及城市道路工程路面材料技术领域，具体公开了一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆及其制备方法。高比例RAP温拌再生沥青胶浆由新旧沥青、温拌剂、填料拌和而成，旧沥青占沥青总重的30％‑70％，温拌剂为RH型聚乙烯蜡。其制备步骤为：一、将新、旧沥青和温拌剂混合获得温拌再生沥青。二、将填料加入至温拌再生沥青中拌和均匀制备成温拌沥青胶浆。本发明具有良好的流变学性能，且具有废旧沥青利用率高，生产拌和温度低，能耗污染较少，制备方法简单等优点。

Description

一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆及其制备方法
技术领域
本发明属于城市道路工程路面材料技术领域，具体涉及高比例RAP温拌再生沥青胶浆及其制备方法。
背景技术
过去几十年来，世界各国越来越多地将回收沥青路面旧料(RAP)进行再生利用。RAP包含了丰富的老化沥青和破碎矿质集料，其循环利用可大幅降低对新沥青和集料的需求，从而带来显著的环境与经济利益。
RAP中的老化沥青刚度通常高于新沥青，因此可为沥青路面提供更好的高温稳定性。但另一方面，较高的RAP含量可能导致诸如施工和易性、新旧沥青混合效率和疲劳开裂等方面的问题。为了规避上述潜在风险，大多数国家将RAP在沥青路面中的使用比例控制在25％以内。
温拌沥青混合料(WMA)是另一项具有环境与经济优势的绿色可持续沥青铺面技术。相比于传统热拌沥青混合料，WMA可将拌和与压实温度降低近30℃，这样不仅可显著降低施工过程中的能源消耗还能有效减少温室气体与沥青烟雾的排放量。目前，主要存在三类典型的WMA技术：有机添加剂法、化学添加剂法和发泡技术。这些WMA技术主要通过降低沥青结合料的黏度或集料颗粒间的摩擦来发挥作用，因此可在更低的温度下提供更好的施工和易性以及抗疲劳开裂性能。但WMA技术也存在几点不足之处。例如，由于生产与压实温度较低，温拌沥青混合料中的沥青结合料往往老化程度较低，因此在高温天气下可能会引发不良的抗车辙性能。
为了平衡上述两种技术的缺陷并促进绿色路面技术的发展，近年来研究者们试图将这两种技术合并使用，由此产生的新技术称为温拌再生技术。由于WMA技术可降低沥青的黏度，因此可循环使用更高含量的RAP。由于沥青胶浆是在沥青混合料颗粒填充复合材料中实际充当结合料基体的重要材料，其性能直接影响到混合料的整体品质，因此高比例RAP温拌再生沥青胶浆的开发具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆及其制备方法，所述高比例RAP温拌再生沥青胶浆中旧沥青占沥青总质量的50％，拌和温度较低，不仅减少了因生产温度高所释放的有害气体量，同时旧沥青占比较高，一定程度解决了RAP利用率低的问题。
第一方面，本申请提供一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆。采用如下技术方案：
高比例RAP温拌再生沥青胶浆由新沥青、旧沥青、温拌剂、填料拌和而成；
进一步的，所述原料配比如下：旧沥青占沥青总质量的30％-70％，温拌剂含量为沥青总质量的2.5-3.5％，填料与沥青总质量之比(F/A)为0～1.5。
进一步的，所述新、旧沥青均为非改性的90#普通沥青(针入度分级)。
进一步的，所述温拌剂为RH型聚乙烯蜡，呈白色粉末状，直径为4mm，在25℃时，密度为0.85-0.95g/cm3，为降黏型温拌剂。该温拌剂能够迅速的与热沥青进行融合，降低沥青的黏度，并增强新沥青与石料的黏附性。
其作用原理如下：沥青中加入RH型温拌剂聚乙烯蜡后，3295cm-1处和1707cm-1形成新吸收峰，意味着游离氢键-OH发生伸缩振动，芳香环和酯的羰基共轭，温拌剂与沥青之间出现了化学键的断裂与重组。因此该温拌剂与新旧沥青混合可降低再生沥青的高温临界温度，并提高其低温抗裂性能，进一步延长材料的疲劳寿命。
进一步的，所述填料是经过0.075mm筛网的石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料的细粉。填料量越大，F/A越大，沥青胶浆的刚度和弹性则越大。
第二方面，本申请提供一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆的制备方法，其制备包括以下步骤：
步骤一、将新沥青、旧沥青混合均匀后加入一定比例的温拌剂以一定的拌和温度和搅拌速率在搅拌机中拌和均匀，获得温拌再生沥青。
步骤二、将填料与温拌再生沥青以一定的拌和温度和搅拌速率拌和均匀，制成温拌沥青胶浆。
进一步的，步骤一中的新旧沥青拌和温度为145-155℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
进一步的，步骤一中加入温拌剂后拌和温度降为135-140℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
进一步的，步骤一中获得的成品温拌再生沥青表面没有白色粉末附着，测试其针入度，大于80dmm即为合格。
进一步的，步骤二中的的拌和温度为145-155℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
进一步的，搅拌机为高速剪切机或其他能达到上述搅拌速率的搅拌装置。
通过上述步骤，新沥青、旧沥青和温拌剂以及填料能够充分均匀的混合，RH型聚乙烯蜡温拌剂与新旧沥青混合过程中发生化学反应，降低旧沥青粘度，使再生沥青及再生沥青胶浆能达到实际使用要求，起到沥青再生的作用。由于RH型聚乙烯蜡的添加，大大提高了旧沥青的掺量，提高沥青回收率，使材料更具环保性。温拌再生沥青及温拌再生沥青胶浆的拌和温度较低，不高于155℃，防止了沥青的二次老化。制备而得的再生沥青胶浆具有较好的高低温及疲劳性能。
本发明的先进性在于：
1、本申请的高比例RAP温拌再生沥青胶浆的旧沥青利用率达50％，提高了旧沥青的利用率，减少资源浪费，且材料仍具有较好的流变学性能，一定程度解决了RAP利用率较低的问题。
2、本申请中的RH型聚乙烯蜡温拌剂掺量为沥青总质量的2.5％-3.5％，RH型聚乙烯蜡与沥青迅速融合并发生化学反应，使旧沥青进一步软化，并增强沥青与填料的粘结性，当温度降低时，RH型聚乙烯蜡结成晶体存于沥青胶浆中，从而保证沥青胶浆的低温性能。所述温拌剂的添加使再生沥青材料具有较好的低温抗裂性以及疲劳性能。
本申请的高比例RAP温拌再生沥青胶浆以新沥青、旧沥青、温拌剂及填料作为原材料，所需制备材料较少，制备方法简单，通过上述制备方法，能够快速均匀的将各组分融合，且较低的拌和温度减少了有害气体的挥发，降低制备过程中的能耗，具有节能减排的优点。
具体实施方式
为更好的理解本申请，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
以下实施例与对比例中新沥青为90#沥青，旧沥青为人工老化的90#沥青，本实施例中的90#沥青指的是按我国沥青分级方法(针入度分级)的针入度((25℃,5s,100g))为80-100dmm的沥青。针入度试验方法按照现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)规定的方法T0604-2011执行。人工老化沥青具有质量稳定、来源统一、性能稳定等优点，能够更直观地反映温拌再生沥青的机理与性能。人工老化方法为依次进行旋转薄膜烘箱短期老化(RTFOT)，和长期压力老化(PAV)，分别依据规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0610-2011和T0630-2011进行。
以下实施例与对比例中的填料为石灰石矿粉，石灰石矿粉的密度和比表面积分别为2.83g/cm3，1.36m2/g。
实施例1：
一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其配方包括：新沥青、旧沥青、温拌剂、填料。旧沥青占沥青总质量的30％-70％，通常超过30％就算高比例，但比例越高，性能可能不容易得到保证，相应的温拌剂配比也会变化，本实施例中，旧沥青占沥青总质量的50％，温拌剂含量为沥青总质量的3％，填料与沥青总质量之比F/A＝0，此实施例中，F/A＝0是指不加填料，不加填料不需进行下述步骤S2，此时，制备出的为步骤S1的高比例RAP再生沥青。所述温拌剂为RH型聚乙烯蜡，其物理指标见表1。所述填料成分石灰石矿粉，粒径小于0.075m。
表1 RH型温拌剂物理指标
Figure BDA0003648547580000041
Figure BDA0003648547580000051
一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将新沥青、旧沥青、RH型聚乙烯蜡温拌剂置于已预热的高速剪切机中，以10000rpm的转速拌和均匀，获得温拌再生沥青；
具体地，首先将新旧沥青先进行混合，在150℃情况下，搅拌15min，然后加入相应比例的温拌剂，温拌降至135～140℃，继续搅拌15min。获得的成品温拌再生沥青表面没有白色粉末附着，测试其针入度，大于80dmm即为合格。
S2、将填料与S1制备而得的温拌再生沥青置于已预热至150℃的高速剪切机中，在150℃下以10000rpm的转速拌和均匀，制成温拌沥青胶浆。
实施例2与实施例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝0.5。
实施例3与实施例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝1。
实施例4与实施例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝1.5。
对比例1：
一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其配方包括：新沥青、旧沥青、温拌剂、填料。旧沥青占沥青总质量的50％，温拌剂含量为沥青总质量的0.5％，填料与沥青总质量之比F/A＝0。所述温拌剂为M1型温拌剂，M1型温拌剂是一种基于表面活性剂的琥珀色液体，密度8.35(磅/加仑，25℃)，比重为0.97(25℃)，25℃时电导率为2.2μs/厘米。
对比例中公开的温拌剂含量为供应商推荐的最优掺量，同样地，本实施例中温拌剂含量为最优掺量。两种温拌剂的构成材料不同，所以在沥青中的作用也就不同，能够使沥青达到温拌效果所需要的最佳掺量也就不同。
对比例中掺量根据供应商推荐的比例选择为沥青总质量的0.5％。所述填料成分石灰石矿粉，粒径小于0.075m。
一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将新沥青、旧沥青、M1型温拌剂置于已预热到135℃的高速剪切机中，在135℃以10000rpm的转速拌和均匀，获得温拌再生沥青。
S2、将填料与S1制备而得的温拌再生沥青置于已预热至150℃的高速剪切机中，在150℃下以10000rpm的转速拌和均匀，制成温拌沥青胶浆。
对比例2与对比例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝0.5。
对比例3与对比例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝1。
对比例4与对比例1区别在于填料与沥青总质量之比F/A＝1.5。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0628-2011沥青流变性质试验动态剪切流变仪法(DSR)测试试样的复数模量和相位角等参数。将沥青胶浆应变扫描动态模量|G*|下降10％时对应的应变幅值视作材料的线性极限；利用温度4℃～7℃，频率0.1Hz～50Hz条件的频率扫描数据利用2S2P1D模型进行复数模量主曲线拟合，以对比实施例与对比例的流变性能。根据规程中T0627-2011沥青弯曲蠕变劲度试验(BBR)测试得出试样的蠕变劲度(S)及m值来对比实施例与对比例的低温性能。测试结果表2-表4所示。
表2线性极限
Figure BDA0003648547580000061
表3基于2S2P1D模型的复数模量主曲线参数和拟合误差
Figure BDA0003648547580000062
Figure BDA0003648547580000071
表4蠕变劲度(S)及m值
Figure BDA0003648547580000072
增加矿粉掺量，或沥青胶浆F/A值越高，线性极限越低。对比表2中实施例1与对比例1和实施例2与对比例2可以发现，对比例的线性极限相对较低，说明R聚乙烯蜡型温拌剂的添加使RAP的软化作用稍好。对比实施例3与对比例3和实施例4与对比例4，对比例的线形极限相对实施例较高，但相差不大。另外，沥青胶浆的线性极限随着F/A的增加而显著降低，增加填料能够提高沥青胶浆的刚度和弹性。从黏弹性损伤力学的角度来看，具有更高刚度和弹性的材料在遭受大应变时往往会产生更大的诱发损伤的应变能。这是具有更高填料含量的沥青胶浆产生更低线性极限的原因。
采用无函数形式的时间-温度移位因子进行沥青胶浆复数模量主曲线的构建。参考温度选为28℃，采用2S2P1D模型进行主曲线拟合，拟合结果如表3所示。
根据参考文献(Olard,F.,Di Benedetto,H.,2013.2S2P1D"model and relationbetween the linear viscoelastic behaviours of bituminous binders andmixes.Road Mater.Pavement Des.4,185e224.)，复数模量G*的主曲线用2S2P1D模型表征，该模型具有以下形式：
Figure BDA0003648547580000073
ω为角频率，Ge为稳态弹性模量，Gg为玻璃态模量，α,k,h,βτ0是模型参数。对于线粘弹性流体，Ge＝0，对于线粘弹性固体，Gg＞0。
同一F/A实施例与对比例相比，对比例具有更大的动态模量，说明RH型温拌剂的加入降低了旧沥青沥青胶浆的动态模量，而M1型温拌剂的影响非常小。这是由于M1型温拌剂是通过影响材料表面的化学键结来发挥作用的，而RH型聚乙烯蜡温拌剂是通过降黏来发挥温拌效果。
BBR测试结果如表4所示。更大的蠕变劲度和更小的m值代表材料具有更差的低温性能。由表4蠕变劲度(S)及m值测试结果可知，同一F/A的实施例与对比例相比，实施例均具有更大的m值和较小的S，这说明RAP中添加RH型聚乙烯蜡的试样具有更好的低温性能。沥青胶浆的劲度模量随F/A的增大而增大，m值与F/A呈负相关。说明填料的增加对乳胶料的低温开裂性能有不利影响。
综上所述，本发明通过添加一定比例的新沥青和沥青总质量2.5％-3.5％的RH型温拌剂，有效提升了旧沥青的回收利用率和沥青胶浆的低温性能。本发明有利于解决RAP再生沥青回收利用率低的问题，且制备方法工艺简单，制作过程中较低的拌和温度对环境友好，减少有害气体的产生和能源的浪费。
本发明的内容不仅限于上述的实施例，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以在不脱离本发明的技术实质范围内进行无创造性的变形或修改。但这些变形或修改同样视为本发明内容，均受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其特征在于：所述高比例RAP温拌再生沥青胶浆由新沥青、旧沥青、温拌剂、填料拌和而成；其中，旧沥青占沥青总质量的30％-70％，温拌剂含量为沥青总质量的2.5％-3.5％，填料与沥青总质量之比为0～1.5。
2.如权利要求1所述的高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其特征在于：所述新沥青为90#沥青，旧沥青为老化后的90#沥青。
3.如权利要求1所述的高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其特征在于：所述温拌剂为RH型聚乙烯蜡。
4.如权利要求1所述的高比例RAP温拌再生沥青胶浆，其特征在于：所述填料成分为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料的细粉，粒径小于0.075m。
5.一种权利要求1所述高比例RAP温拌再生沥青胶浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将新沥青、旧沥青拌和均匀，之后加入温拌剂拌和均匀，获得温拌再生沥青。
步骤二、将填料与温拌再生沥青拌和均匀，制成温拌沥青胶浆。
6.如上述权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中的新、旧沥青拌和温度为145-155℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
7.如上述权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中加入温拌剂后拌和温度降为135-140℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
8.如上述权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤二中的拌和温度为145-155℃，搅拌速率为10000rpm，拌和时间为14-16min。
9.如上述权利要求6～8任一项所述的制备方法，其特征在于，搅拌机为高速剪切机或其他能达到上述搅拌速率的搅拌装置。
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