CN115246997B - 一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法 - Google Patents

一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法，属于沥青再生技术领域。本发明所述胶结料按重量份包括以下组分：10～20份环氧树脂、20～40份改性沥青、0.09～0.18份催化剂和15～42份基质沥青。本发明通过原料在固化反应时的交联互织作用，形成既有一定强度又有一定变形能力的环氧沥青固体胶状材料，使环氧沥青固化后成为不可再液化变软的固体材料，从而大幅改善铺装层界面的粘结能力和耐高温能力，使得本发明环氧沥青具有较好的高稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性，且该胶结料进行沥青旧料再生时，能够显著降低对旧料级配的要求，本发明能够在降低生产成本的同时，提高再生沥青混合料的性能。

Description

一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青再生技术领域，尤其涉及一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法。
背景技术
我国是沥青路面应用的超级大国，已经建成使用的沥青路面总面积已超过了100亿m2，粗略的统计表明，国内沥青路面不保修的正常使用寿命不足10年，每年沥青路面翻修罩面的面积超过了10亿m2，维修工程量巨大，每年因路面维修支出的工程费用超过了1000亿元。当前，翻新这些旧沥青路面主要的方式为铣刨挖除旧路面，每年铣刨下来的旧沥青废料大约有2亿吨，这些昂贵的沥青旧料并没有被高效再利用，大多被用作填筑路基的垫层材料。
沥青混合料再生利用技术是将需要翻修的旧沥青路面经过回收后再加入新集料、新沥青重新拌和成满足路用性能要求的再生混合料的工艺技术。
为了实现沥青旧料的充分利用，近些年，国内一部分学者也对再生沥青混合料展开了一系列的研究，如利用热再生技术对老化沥青混合料进行处理，发现旧沥青在再生剂的作用下与新混合料再次混融，改善其均匀性从而提高其路用性能。
再生沥青混合料可应用于高速公路路面养护中，再生沥青混合料符合工程需求并且可以节约工程成本。但是，现有技术中沥青旧料的再生方法在恢复沥青原有性能、旧料油团颗粒处理以及旧料再加热等方面遇到了诸多的困难，在平衡孔隙率防水和高温稳定性方面也颇费周折。
环氧沥青作为一种高性能的热固性材料，利用环氧沥青拌合形成的沥青再生混合料呈现出超凡的力学性能和路用性能，但是环氧沥青价格昂贵，成本较高。
因此，如何研发出一种质优价廉的再生用环氧沥青材料成为现有技术亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，由包含以下重量份数的原料制备得到：
进一步的，所述改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为25～35：0.25～0.7：13～19：6～10：7～9。
进一步的，所述增容剂包含十二烷基苯磺酸钠、四聚丙烯苯磺酸钠和二丁基萘磺酸钠中的一种或几种；
所述固化剂包含癸二酸和/或己二胺。
进一步的，所述改性沥青的制备方法包括以下步骤：
a)将沥青在140～170℃下熔融后与增容剂、固化剂混合得到混合物；
b)将混合物、甲基四氢苯酐和桐油酸酐混合即得到改性沥青。
进一步的，所述步骤a)和步骤b)中混合的转速独立的为200～300r/min，混合的时间独立的为1～2h。
进一步的，所述催化剂包含2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和/或三乙胺。
进一步的，所述基质沥青包含70～90#道路石油沥青。
本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，包括以下步骤：
1)将环氧树脂和改性沥青混合后得到第一混合物；
2)将催化剂、基质沥青依次加入到第一混合物中混合即得到环氧沥青胶结料。
进一步的，所述步骤1)和步骤2)中混合的转速独立的为2000～3000r/min，混合的时间独立的为10～30min。
本发明的有益效果：
1、本发明环氧沥青胶结料通过环氧树脂与其他原料在固化反应时的交联互织作用，形成既有一定强度又有一定变形能力的环氧沥青固体胶状材料。环氧沥青胶结料固化后成为不可再液化变软的固体材料，从而大幅改善铺装层界面的粘结能力和耐高温能力。
2、本发明胶结料具有较好的高稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性，且该胶结料进行沥青旧料再生时，能够显著降低对旧料级配的要求，使得沥青再生混合料性能得到提高。
3、本发明胶结料在使用时，其拌和生产所需温度显著降低，从而解决了旧料加热困难的问题，大幅提高旧料利用率。本发明能够在降低生产成本的同时，提高再生沥青混合料的性能，使得沥青旧料得到百分百的利用，节能环保，其制备方法简单，操作便利，成本较低，适合大规模生产。且采用本发明胶结料制得的再生沥青混合料其性能能够达到或超过新的沥青混凝土的性能。
具体实施方式
本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，由包含以下重量份数的原料制备得到：
在本发明中，按照重量份数计，所述环氧树脂的添加量为10～20份，优选为12～18份，进一步优选为15份。
在本发明中，按照重量份数计，所述改性沥青的添加量为20～40份，优选为25～35份，进一步优选为30份。
在本发明中，所述改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为25～35：0.25～0.7：13～19：6～10：7～9，优选为28～32：0.3～0.6：14～16：7～8，进一步优选为30：0.5：15：8。
在本发明中，所述增容剂包含十二烷基苯磺酸钠、四聚丙烯苯磺酸钠和二丁基萘磺酸钠中的一种或几种，优选为十二烷基苯硫磺纳。
在本发明中，所述固化剂包含癸二酸和/或己二胺，优选为癸二酸。
在本发明中，所述改性沥青的制备方法包括以下步骤：
a)将沥青在140～170℃下熔融后与增容剂、固化剂混合得到混合物；
b)将混合物、甲基四氢苯酐和桐油酸酐混合即得到改性沥青。
在本发明中，所述步骤a)和步骤b)中混合的转速独立的为200～300r/min，混合的时间独立的为1～2h；优选为，混合的转速独立的为220～280r/min，混合的时间独立的为1.5h。
在本发明中，按照重量份数计，所述催化剂的添加量为0.09～0.18份，优选为0.10～0.15份，进一步优选为0.12～0.14份。在本发明中，所述催化剂包含2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和/或三乙胺，优选为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。
在本发明中，按照重量份数计，所述基质沥青的添加量为15～42份，优选为20～40份，进一步优选为25～35份。在本发明中，所述基质沥青包含70～90#道路石油沥青，优选为70#道路石油沥青。
在本发明中，所述环氧沥青胶结料的油石比为2.1～2.5％，优选为2.2～2.4％，进一步优选为2.3％。
本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，包括以下步骤：
1)将环氧树脂和改性沥青混合后得到第一混合物；
2)将催化剂、基质沥青依次加入到第一混合物中混合即得到环氧沥青胶结料。
在本发明中，所述步骤1)和步骤2)中混合的转速独立的为2000～3000r/min，混合的时间独立的为10～30min；优选的，混合的转速独立的为2250～2900r/min，混合的时间独立的为15～25min；进一步优选的，混合的转速独立的为2500～2800r/min，混合的时间独立的为20min。
在本发明中，所述环氧树脂和改性沥青在混合之前需要分别置于100～120℃的烘箱中保温2～4h，优选为分别置于110℃的烘箱中保温3h。
在本发明中，所述基质沥青在混合之前需要置于130～150℃的烘箱中保温2～4h，优选为置于140℃的烘箱中保温3h。
在本发明中，所述催化剂的加入方式优选为采用滴定管加入。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，胶结料按重量份包括以下组分：10份环氧树脂、20份改性沥青、0.09份催化剂和15份基质沥青。
其中，改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为25：0.25：13：6：7。
其中，增容剂为四聚丙烯苯磺酸钠、固化剂为癸二酸、催化剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、基质沥青为70#普通道路石油沥青、环氧沥青胶结料的油石比为2.1％。
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，胶结料的具体制备方法包括以下步骤：
S1：制备改性沥青：首先，按重量份配比要求准备所需原料沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐，然后，将沥青置于烧杯中于150℃的烘箱中充份熔融，再依次加入增容剂、固化剂，200r/min的速度下搅拌1h直至体系粘度均匀，再分别加入甲基四氢苯酐和桐油酸酐，继续搅拌，混合均匀后，得到改性沥青；
S2：原料保温：将环氧树脂和改性沥青分别置于110℃的烘箱中保温3h，基质沥青置于140℃的烘箱中保温3h；
S3：胶结料制备：先将环氧树脂和改性沥青进行在2500r/min的转速下混合，搅拌10min，混合均匀后，再用滴定管加入催化剂进行搅拌，搅拌时间为5min，混合均匀后，再加入基质沥青进行搅拌，混合均匀后，即得到环氧沥青胶结料。
实施例2
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，胶结料按重量份包括以下组分：20份环氧树脂、40份改性沥青、0.18份催化剂和42份基质沥青。
其中，改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为35：0.7：19：10：9。
其中，增容剂为十二烷基苯磺酸钠、固化剂为己二胺、催化剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、基质沥青为90#普通道路石油沥青、环氧沥青胶结料的油石比为2.5％。
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，胶结料的具体制备方法包括以下步骤：
S1：制备改性沥青：首先，按重量份配比要求准备所需原料沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐，然后，将沥青置于烧杯中于150℃的烘箱中充份熔融，再依次加入增容剂、固化剂，200r/min的速度下搅拌1h直至体系粘度均匀，再分别加入甲基四氢苯酐和桐油酸酐，继续搅拌，混合均匀后，得到改性沥青；
S2：原料保温：将环氧树脂和改性沥青分别置于110℃的烘箱中保温3h，基质沥青置于140℃的烘箱中保温3h；
S3：胶结料制备：先将环氧树脂和改性沥青进行在2500r/min的转速下混合，搅拌5min，混合均匀后，再用滴定管加入催化剂进行搅拌，搅拌时间为15min，混合均匀后，再加入基质沥青进行搅拌，混合均匀后，即得到环氧沥青胶结料。
实施例3
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，胶结料按重量份包括以下组分：15份环氧树脂、30份改性沥青、0.135份催化剂和27份基质沥青。
其中，改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为30：0.45：17：8：8。
其中，增容剂为十二烷基苯磺酸钠、固化剂为癸二酸、催化剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、基质沥青为70#普通道路石油沥青、环氧沥青胶结料的油石比为2.2％。
一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，胶结料的具体制备方法包括以下步骤：
S1：制备改性沥青：首先，按重量份配比要求准备所需原料沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐，然后，将沥青置于烧杯中于150℃的烘箱中充份熔融，再依次加入增容剂、固化剂，200r/min的速度下搅拌1h直至体系粘度均匀，再分别加入甲基四氢苯酐和桐油酸酐，继续搅拌，混合均匀后，得到改性沥青；
S2：原料保温：将环氧树脂和改性沥青分别置于110℃的烘箱中保温3h，基质沥青置于140℃的烘箱中保温3h；
S3：胶结料制备：先将环氧树脂和改性沥青进行在2500r/min的转速下混合，搅拌10min，混合均匀后，再用滴定管加入催化剂进行搅拌，搅拌时间为10min，混合均匀后，再加入基质沥青进行搅拌，混合均匀后，即得到环氧沥青胶结料。
实验例
采用实施例3中的环氧沥青胶结料制备再生沥青混合料，对制得的再生沥青混合料试件进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳耐久性试验。
实验方法：
试件制备：回收沥青旧料，将沥青旧料破碎后按8.0mm筛分成粗细两档，粗集料粒径大于8mm，细集料粒径小于8mm，按粗：细比分为A(70:30)、B(60:40)、C(50:50)三种级配，然后分别取A、B、C级配的沥青旧料和环氧沥青胶结料按照质量比40：1进行拌和，具体的，铣刨旧料按120℃保温3h，拌锅温度设定为120℃，加入环氧沥青胶结料，干拌1min，湿拌3min，即得到再生沥青混合料，将再生沥青混合料置于120℃的烘箱中分别保温0h、1h、2h和3h，然后成型马歇尔试件，将马歇尔试件连同试模一同放入120℃烘箱养生16h，取出试件冷却至室温后脱模，测试马歇尔试件的空隙率、稳定度和流值，具体测试结果详见下表1。
表1不同保温时间马歇尔试件试验结果
由上表1可知，级配B和C旧料中细料相对较多，旧沥青含量相对较多，击实空隙相对较小。
(1)高温稳定性试验
采用车辙试验进行A、B、C三种级配再生沥青混合料试件的髙温稳定性能测试，试验条件为60±10℃，压力为0.7±0.05MPa，120℃烘箱标准养生16h，具体实验结果详见下表2。
表2车辙试验结果
由上表2可知，级配C(50:50)，细料较多，相对沥青总量较大，混合料颗粒间更容易产生滑动，因而再生沥青混合料的动稳定度也相对较小，级配A(70:30)和级配B(60:40)随着粗集料比例的增加，沥青总量相对减少，混合料骨架作用逐渐显现，此试验结果表明，采用三种级配的RAP料，环氧沥青热再生混合料的动稳定度都已经高于F40规范中对于改性沥青SMA混合料的技术要求(动稳定度3000次/mm)，环氧沥青再生混合料的路用抗车辙能力明显优于普通的改性沥青混凝土。
(2)低温抗裂性试验
将A、B、C三种级配再生沥青混合料试件采用低温弯曲小梁试验，利用破坏应变测试混合料的低温抗裂性能，试验条件为-10℃，速率为50mm/min，试验结果详见下表3。
表3低温弯曲小梁试验结果
由上表3可知，采用三种级配的RAP料，环氧沥青热再生混合料的破坏应变都明显高于F40规范中对于冬寒区普通热拌沥青混合料的技术要求。
(3)水稳定性试验
将A、B、C三种级配再生沥青混合料试件采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行其水稳定性能测试，试验结果详见下表4和表5。
表4浸水马歇尔试件试验结果
表5冻融劈裂试验结果
由上表4和表5可知，级配A、B和C的环氧沥青热再生混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比均大于F40规范中对于潮湿区和湿润区改性沥青混合料的技术要求，优于普通改性沥青混合料，水稳定性较好。
(4)抗疲劳耐久性试验
将A、B、C三种级配再生沥青混合料试件采用四点弯曲梁试验测试再生沥青混合料的抗疲劳性能，试验条件为应变控制500με，试验温度15±0.5℃，加载频率10±0.1Hz，偏正弦波加载，具体实验结果详见下表6。
表6四点弯曲疲劳寿命试验结果
由上表6可知，在控制应变为500με的加载作用下,采用三种级配的RAP料，环氧沥青热再生混合料疲劳寿命均大于106次，满足GB/T36143-2018的技术要求，环氧沥青再生混合料具有良好的耐疲劳性能。
由以上实施例可知，本发明提供了一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料及其制备方法，本发明环氧沥青胶结料通过环氧树脂、固化剂和沥青等大分子材料在固化反应时的交联互织作用，形成既有一定强度又有一定变形能力的环氧沥青固体胶状材料，使环氧沥青固化后成为不可再液化变软的固体材料，从而大幅改善铺装层界面的粘结能力和耐高温能力，使得本发明环氧沥青具有较好的高稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性。且该胶结料进行沥青旧料再生时，能够显著降低对旧料级配的要求，使得沥青再生混合料性能得到提高。
本发明胶结料在使用时，其拌和生产所需温度显著降低(115～130℃)，从而解决了旧料在加热困难的问题，大幅提高旧料利用率。本发明能够在降低生产成本的同时，提高再生沥青混合料的性能，使得沥青旧料得到百分百的利用，节能环保，其制备方法简单，操作便利，成本较低，适合大规模生产。采用本发明胶结料制得的再生沥青混合料其性能能够达到或超过新的沥青混凝土性能，解决了现有技术中沥青再生方法困难，再生后沥青混合料性能不理想，成本较高的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备得到：
环氧树脂10-20份；
改性沥青20-40份；
催化剂0.09-0.18份；
基质沥青15-27份；
所述改性沥青包含如下质量比的组分：沥青、增容剂、固化剂、甲基四氢苯酐和桐油酸酐为25～35：0.25～0.7：13～19：6～10：7～9；
所述增容剂包含十二烷基苯磺酸钠、四聚丙烯苯磺酸钠和二丁基萘磺酸钠中的一种或几种；
所述固化剂包含癸二酸和/或己二胺；
所述催化剂包含2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和/或三乙胺；
所述改性沥青的制备方法包括以下步骤：
a)将沥青在140～170℃下熔融后与增容剂、固化剂混合得到混合物；
b)将混合物、甲基四氢苯酐和桐油酸酐混合即得到改性沥青；
所述沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，包括以下步骤：
1)将环氧树脂和改性沥青混合后得到第一混合物；
2)将催化剂、基质沥青依次加入到第一混合物中混合即得到环氧沥青胶结料。
2.根据权利要求1所述的沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，其特征在于，所述步骤a)和步骤b)中混合的转速独立的为200～300r/min，混合的时间独立的为1～2h。
3.根据权利要求1所述的沥青旧料再生用环氧沥青胶结料，其特征在于，所述基质沥青包含70～90#道路石油沥青。
4.权利要求1～2任一项所述沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将环氧树脂和改性沥青混合后得到第一混合物；
2)将催化剂、基质沥青依次加入到第一混合物中混合即得到环氧沥青胶结料。
5.根据权利要求4所述的沥青旧料再生用环氧沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中混合的转速为2000～3000r/min，混合的时间独立的为10～30min。
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