CN115403305A - 一种流动性超高rap掺量热再生沥青混合料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沥青材料的组合物技术领域，具体涉及一种流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料。所述流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，由0～10mm沥青回收料、矿粉和增强剂组成。该再生沥青混合料没有空隙，旧料掺量达到80％以上，沥青胶浆含量达到25％以上，其性能对沥青旧料级配、质量变异性和老化变异性不敏感，新旧沥青能够充分融合，具有优良的防水性能和其它路用性能，自流平施工。

Description

一种流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料及制备方法
技术领域
本发明属于沥青材料的组合物技术领域，具体涉及一种流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料及其制备方法。
背景技术
截止2018年年底，我国公路总里程突破500万公里，高速公路总里程超过13万公里，高居世界第一位，其中沥青路面占了90％以上。沥青路面的设计使用年限一般为10～15年，因此每年都有大量沥青路面需要进行维修或翻修，从而产生巨量沥青旧料。据统计，仅仅我国干线公路的大中修工程每年产生的沥青旧料就达到1.6亿吨。如果完全实现再生利用，即可节约材料资源和资金，也可避免环境无污染，实现循环经济发展模式和可持续发展。
沥青路面再生技术，是将需要返修或废弃的旧沥青路面，经过翻挖回收、破碎、筛分后，再与新集料、新沥青材料适当配比，重新拌和，形成具有一定路用性能的再生沥青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术(“沥青路面再生应用研究”，王海龙等，商品与质量科学理论，2011年第3期，第231页，公开日2011年12月31日)。根据中华人民共和国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)，可将沥青路面再生技术分为以下四类：(1)厂拌热再生法；(2)现场热再生法；(3)厂拌冷再生法；(4)现场冷再生法。
其中，厂拌热再生法是在翻挖旧有公路沥青路面后，将回收沥青路面材料(RAP)运送至沥青拌站，然后再集中对这些旧有沥青混合料均进行破碎、筛分处理，然后需要根据不同层次路面质量规定来合理设计混合料施工配比，尤其是要确保旧沥青混合料、新沥青材料、再生剂(必要时)及它们之间的配合比进行有效调配，确保再生沥青混合料配比的合理性，从而全面确保再生沥青路面铺筑的整体质量的技术(“沥青路面再生应用研究”，王海龙等，商品与质量科学理论，2011年第3期，第231页，公开日2011年12月31日；“沥青路面再生技术的方法与应用”，崔永妹，山西建筑，2017年第43卷第4期，第170-171页，公开日2017年02月28日)。这种再生方式属于结构性再生，能有效地用于各种条件下旧沥青混凝土路面的再生利用(“沥青路面再生技术及存在问题”，毛学功等，建筑机械化，2010年第5期，第39-41页，公开日2010年12月31日)。
然而，传统厂拌热再生技术存在以下技术问题：沥青旧料掺量较低，一般为20-30％；受旧料组成变异性大、生产过程中老化严重、旧料为团粒结构而新旧沥青融合不充分等因素的影响，再生沥青混合料路用性能不高，一般仅用于高等级公路的基层和低等级公路的沥青面层；施工质量易受外界风速、温度等因素的影响，离析严重，局部孔隙率大，防水性能不好；再生沥青混合料与基面粘结力不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，该再生沥青混合料沥青回收掺量高达75％以上，新旧沥青能够充分融合，孔隙率接近于0，再生料具有良好防水性能和路用性能，自流平施工。
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：
流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，由沥青回收料、矿粉、高粘度聚合物改性沥青和抗车辙剂组成。
发明人在研究过程中发现，由沥青回收料、矿粉、高粘度聚合物改性沥青和抗车辙剂组成的热再生沥青混合料，可提高沥青回收料利用率、降低再生混合料孔隙率和提高再生混合料路用性能。
进一步，沥青回收料用量75～80％，矿粉用量15～20％，高粘度聚合物改性沥青用量3～5％，抗车辙剂用量0.3～0.5％。
发明人在研究过程中发现，沥青回收料、矿粉、高粘度聚合物改性沥青和抗车辙剂的组成控制不好，则会影响再生沥青混合料的流动性和路用性能，如高温稳定性、低温抗裂性和孔隙率等，再生混合料性能较差的同时，可施工性也会较差。在本发明中，沥青回收料用量75～80％，矿粉用量15～20％，高粘度聚合物改性沥青用量3～5％，抗车辙剂用量0.3～0.5％所形成的再生沥青混合料，基本不存在孔隙从而能够起到良好的防水作用，混合料的高温抗车辙性能和低温抗裂性均比较优良，流动性较好从而可自流平施工，大大降低了施工难度。
进一步的，所述再生沥青混合料矿料级配的0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.46mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm和9.5mm筛孔通过率范围要求为26～29％、29～34％、34～40％、42～48％、48～58％、59～69％、71～83％、84～100％和100％。
发明人在研究过程中发现，采用所述矿料级配范围可大大提高沥青回收料的利用率，同时又能保证再生沥青混合料的路用性能。
进一步，所述沥青回收料粒径为0～10mm，矿粉0.075mm筛孔通过率≥80％。
在本发明中，采用粒径为0～10mm的沥青回收料和0.075mm筛孔通过率≥80％的矿粉可使再生沥青混合料的矿料级配能够满足前述范围。
进一步，所述高粘度改性沥青为25℃针入度40～60/0.1mm，5℃延度≥20cm，软化点≥90℃。
在本发明中，25℃针入度40～60/0.1mm，5℃延度≥20cm，软化点≥90℃的高粘度改性沥青有助于提高再生沥青混合料的高温稳定性，同时保证其低温抗裂性和耐疲劳性能。
进一步，所述抗车辙剂为苯乙烯类热塑性弹性体(SBS)。
在本发明中，采用SBS改性剂可进一步提高再生沥青混合料的高温稳定性。
进一步，所述再生料混合物中沥青总质量含量为7％-9％。
进一步，再生沥青混合料中，高粘度改性沥青和矿粉所形成的沥青胶浆、沥青旧料、抗车辙剂比例约为20-25:75-80:0.3-0.5。
进一步，所述高粘度聚合物改性沥青用量采用下式计算：
Figure BDA0003820208590000031
其中，P0.075代表矿料级配中0.075mm筛孔通过率。
进一步，所述流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，由沥青回收料、矿粉、高粘度聚合物改性沥青和抗车辙剂组成，沥青回收料用量75～80％，矿粉用量15～20％，高粘度聚合物改性沥青用量3～5％，抗车辙剂用量0.3～0.5％，再生沥青混合料矿料级配的0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.46mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm和9.5mm筛孔通过率范围要求为26～29％、29～34％、34～40％、42～48％、48～58％、59～69％、71～83％、84～100％和100％，沥青回收料粒径为0～10mm，矿粉0.075mm筛孔通过率≥80％，高粘度改性沥青为25℃针入度40～60/0.1mm，5℃延度≥20cm，软化点≥90℃，抗车辙剂为苯乙烯类热塑性弹性体(SBS)，再生料混合物中沥青总质量含量为7％-9％，再生料混合物中，高粘度改性沥青和矿粉所形成的沥青胶浆、沥青旧料、抗车辙剂比例约为20-25:75-80:0.3-0.5。
本发明的目的之二在于保护所述流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的制备方法，采用移动升温搅拌运输车进行生产，其容量≥6t，可加热至200～260℃。
发明人在研究过程中发现，采用移动升温搅拌运输车生产流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，移动升温搅拌运输车的容量≥6t，可加热至200～260℃，这样能够保证其具有较高的生产效率，并能够保证新旧沥青充分熔融，从而保证再生沥青混合料的路用性能和可施工性能。
进一步，流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的生产包括以下步骤：在移动升温搅拌运输车中将沥青加热至180～185℃，然后加入矿粉，并加热至150～180℃后，再加入沥青回收料和抗车辙剂，继续进行加热和搅拌，在220～260℃温度条件下以10～20转/min搅拌至少40min。
发明人在研究过程中发现，新旧沥青的充分熔融是保证再生沥青混合料性能的关键因素。在移动升温搅拌运输车中将沥青加热至180～185℃，然后加入矿粉，并加热至150～180℃后，再加入沥青回收料和抗车辙剂，继续进行加热和搅拌，在220～260℃温度条件下以10～20转/min搅拌至少40min。该步骤能够使再生料混合物具备较高的升温速度和最终拌合温度，从而促进新旧沥青的快速和充分融合，也保证了再生沥青混合料的路用性能。
进一步，矿粉和高粘度聚合物改性沥青所形成的沥青胶浆自开始加热至出料在不大于180min内完成。
本发明中，矿粉和高粘度聚合物改性沥青所形成的沥青胶浆自开始加热至出料在不大于180min内完成，能够防止再生沥青混合料中的沥青二次过度老化从而影响其路用性能，同时也保证了再生沥青混合料的生产效率。
进一步，还包括沥青旧料预处理工序，所述预处理具体为：破碎、筛分沥青旧料。
进一步，所述破碎、筛分后的沥青旧料的粒径不大于13.2mm，且0.075mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm和13.2mm筛网通过率分别为：5～15％、20～55％、45～85％、47～100％和100％。
有益效果：
(1)本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的旧料掺量高，掺量75％以上，再生沥青混合料仍能满足性能要求，从而证明，本发明的再生沥青混合料对沥青旧料的循环再利用程度高，节能环保。
(2)本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料对沥青旧料级配、质量变异性和老化变异性不敏感。
(3)本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的孔隙率接近于0，能够降低路面渗水系数，起到良好防水作用。
(4)本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料低温抗裂性和耐疲劳性能优异。
(5)本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料流动性好，可自流平施工。
附图说明
图1为实施例1的热再生沥青混合料的级配图；
图2为实施例2的热再生沥青混合料的级配图；
图3为实施例3的热再生沥青混合料的级配图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
热再生沥青混合料，由沥青胶浆、沥青旧料(使用8年，按照《T0725-2000沥青混合料的矿料级配检验方法》检测沥青旧料中沥青质量含量，测得沥青质量含量为6.4％)和聚烯烃类改性剂按照20.8:79.2:0.22的重量比组成，沥青胶浆由聚合物改性沥青(按照《T0604-2011沥青针入度试验》检测聚合物改性沥青的针入度，测得25℃针入度46/0.1mm；按照《T0605-2011沥青延度试验》检测聚合物改性沥青的延度，测得5℃延度27cm；按照《T0606-2011沥青软化点试验(环球法)》检测聚合物改性沥青的软化点，测得软化点116℃)和石灰岩矿粉(0.075mm筛网通过率≥85％)按照1:4.9的重量比组成。
所述热再生沥青混合料的制备方法，具体步骤为：
A.把沥青旧料破碎、筛分至粒径不大于13.2mm，且0.075mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm和13.2mm筛网通过率分别为：5～15％、20～55％、45～85％、47～100％和100％(级配如表1所示)，然后均匀加热至150℃；
B.把聚合物改性沥青均匀加热至175℃，然后加入均匀加热至220℃的石灰岩矿粉形成沥青胶浆，对沥青胶浆加热的同时以18转/min的转速搅拌20min，沥青胶浆加热至150℃后，加入经加热的沥青旧料和聚烯烃类改性剂，继续进行加热和搅拌，在220℃温度条件下以10转/min的转速搅拌120min，从沥青胶浆开始加热至出料在180min内完成，出料温度为220℃，即得流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料(级配如表1和图1所示)。
表1沥青旧料和再生沥青混合料级配
Figure BDA0003820208590000051
实施例2
热再生沥青混合料，由沥青胶浆、沥青旧料(使用5年，按照《T0725-2000沥青混合料的矿料级配检验方法》检测沥青旧料中沥青质量含量，测得沥青质量含量为6.0％)和聚烯烃类改性剂按照22.8:77.2:0.22的重量比组成，沥青胶浆由聚合物改性沥青(按照《T0604-2011沥青针入度试验》检测聚合物改性沥青的针入度，测得25℃针入度46/0.1mm；按照《T0605-2011沥青延度试验》检测聚合物改性沥青的延度，测得5℃延度27cm；按照《T0606-2011沥青软化点试验(环球法)》检测聚合物改性沥青的软化点，测得软化点116℃)和石灰岩矿粉(0.075mm筛网通过率≥85％)按照1:5.1的重量比组成。
所述热再生沥青混合料的制备方法，具体步骤为：
A.把沥青旧料破碎、筛分至粒径不大于13.2mm，且0.075mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm和13.2mm筛网通过率分别为：5～15％、20～55％、45～85％、47～100％和100％(级配如表2所示)，然后均匀加热至165℃；
B.把聚合物改性沥青均匀加热至180℃，然后加入均匀加热至230℃的石灰岩矿粉形成沥青胶浆，对沥青胶浆加热的同时以12转/min的转速搅拌15min，沥青胶浆加热至162℃后，加入经加热的沥青旧料和聚烯烃类改性剂，继续进行加热和搅拌，在240℃温度条件下以15转/min的转速搅拌90min，从沥青胶浆开始加热至出料在150min内完成，出料温度为240℃，即得流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料(级配如表2和图2所示)。
表2沥青旧料和再生沥青混合料级配
Figure BDA0003820208590000061
实施例3
热再生沥青混合料，由沥青胶浆、沥青旧料(使用8年，按照《T0725-2000沥青混合料的矿料级配检验方法》检测沥青旧料中沥青质量含量，测得沥青质量含量为6.4％)和聚烯烃类改性剂按照24.7:75.3:0.22的重量比组成，沥青胶浆由聚合物改性沥青(按照《T0604-2011沥青针入度试验》检测聚合物改性沥青的针入度，测得25℃针入度46/0.1mm；按照《T0605-2011沥青延度试验》检测聚合物改性沥青的延度，测得5℃延度27cm；按照《T0606-2011沥青软化点试验(环球法)》检测聚合物改性沥青的软化点，测得软化点116℃)和石灰岩矿粉(0.075mm筛网通过率≥85％)按照1:5.4的重量比组成。
所述热再生沥青混合料的制备方法，具体步骤为：
A.把沥青旧料破碎、筛分至粒径不大于13.2mm，且0.075mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm和13.2mm筛网通过率分别为：5～15％、20～55％、45～85％、47～100％和100％(级配如表1所示)，然后均匀加热至175℃；
B.把聚合物改性沥青均匀加热至175℃，然后加入均匀加热至240℃的石灰岩矿粉形成沥青胶浆，对沥青胶浆加热的同时以20转/min的转速搅拌20min，沥青胶浆加热至150℃后，加入经加热的沥青旧料和聚烯烃类改性剂，继续进行加热和搅拌，在260℃温度条件下以15转/min的转速搅拌60min，从沥青胶浆开始加热至出料在120min内完成，出料温度为260℃，即得流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料(级配如表3和图3所示)。
表3沥青旧料和再生沥青混合料级配
Figure BDA0003820208590000071
性能测试
检测实施例1-3制得的再生沥青混合料的孔隙率，渗水系数、贯入度，贯入度增量，刘埃尔流动度，低温弯曲极限应变、疲劳寿命，结果如表4所示；
其中，孔隙率按照《T0705-2011压实沥青混合料密度试验》进行检测；
渗水系数按照《T0730-2011沥青混合料渗水试验》进行检测；
贯入度按照《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》附录G进行检测；
贯入度增量按照《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》附录G进行检测；
刘埃尔流动度按照《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》附录F进行检测；
低温弯曲极限应变按照《T0715-2011沥青混合料弯曲试验》进行检测；
疲劳寿命按照《T0739-2011沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验》进行检测。
表4性能测试结果
Figure BDA0003820208590000072
Figure BDA0003820208590000081
备注：--表示无相应指标要求。
由表4可知，实施例1-3的热再生沥青混合料的性能试验结果均满足要求，而3个实施例中的旧料掺量均超过75％。由此证明，本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料中沥青旧料掺量能够超过75％。
由表4可知，实施例1-3的流动性超高RAP掺量型热再生沥青混合料孔隙率均较小，渗水系数均为0。由此证明，本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料防水性能优良。
由表4可知，实施例1-2中沥青旧料的级配、使用时间相差较大，但二者的性能均能满足要求。由此证明，本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的性能对旧料级配、质量和老化变异性不敏感。
由表4可知，实施例1-3的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的刘埃尔流动度均小于60s。由此证明，本发明的熔浇筑型热再生沥青混合料的流动性良好，可采用自流平方式施工。
由表4可知，实施例1-3的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料低温弯曲极限应变和疲劳寿命均较高。由此证明，本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的低温抗裂性和耐疲劳性能优异。
由表4可知，实施例1-3的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料性能试验结果均满足要求，但3个实施例中的综合矿料级配、制作参数均不同且覆盖了给出的范围。由此证明，本发明的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的材料组成和制备工艺合理。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，其特征在于，由沥青回收料、矿粉、高粘度聚合物改性沥青和抗车辙剂组成；沥青回收料用量75～80％，矿粉用量15～20％，高粘度聚合物改性沥青用量3～5％，抗车辙剂用量0.3～0.5％。
2.根据权利要求1所述的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，其特征在于，所述热再生沥青混合料矿料级配的0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.46mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm和9.5mm筛孔通过率范围要求为26～29％、29～34％、34～40％、42～48％、48～58％、59～69％、71～83％、84～100％和100％。
3.根据权利要求1所述的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，其特征在于，沥青回收料粒径为0～10mm，矿粉0.075mm筛孔通过率≥80％；所述高粘度聚合物改性沥青为25℃针入度40～60/0.1mm，5℃延度≥20cm，软化点≥90℃的高粘度改性沥青；所述抗车辙剂为苯乙烯类热塑性弹性体。
4.根据权利要求1所述的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，其特征在于，所用高粘度聚合物改性沥青用量采用下式计算：
Figure FDA0003820208580000011
其中，P0.075代表矿料级配中0.075mm筛孔通过率。
5.根据权利要求1所述的流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料，其特征在于，再生沥青混合料中沥青总质量含量为7％-9％，再生沥青混合料中，高粘度聚合物改性沥青和矿粉所形成的沥青胶浆、沥青旧料、抗车辙剂比例为20-25:75-80:0.3-0.5。
6.权利要求1-5任一项所述流动性超高RAP掺量热再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，采用移动升温搅拌运输车进行生产，其容量≥6t，可加热至200～260℃。
7.权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在移动升温搅拌运输车中将沥青加热至180～185℃，然后加入矿粉，并加热至150～180℃后，再加入沥青回收料和抗车辙剂，继续进行加热和搅拌，在220～260℃温度条件下以10～20转/min搅拌至少40min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，矿粉和高粘度聚合物改性沥青所形成的沥青胶浆自开始加热至出料在不大于180min内完成。
9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括沥青回收料料预处理工序，所述预处理具体为：破碎、筛分沥青回收料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述破碎、筛分后的沥青回收料的粒径不大于13.2mm，且0.075mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm和13.2mm筛网通过率分别为：5～15％、20～55％、45～85％、47～100％和100％。
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