CN115504727B - 一种就地冷再生沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及路面材料技术领域，提供了一种就地冷再生沥青混合料及其制备方法和应用。本发明提供的就地冷再生沥青混合料的组分包括沥青再生剂、有机硅树脂、固化剂和沥青混合料回收料(RAP)。本发明提供的就地冷再生沥青混合料具备较好的物理力学性能、耐久性能、抗滑耐磨等路用性能，常规技术指标可媲美热拌沥青混合料。此外，本发明提供的冷再生沥青混合料对RAP的使用率为100％，无需添加新集料，经济性好，施工工艺简便，适合大面积推广应用。

Description

一种就地冷再生沥青混合料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及路面材料技术领域，尤其涉及一种就地冷再生沥青混合料及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济社会的不断发展，我国公路工程领域已经由大建设逐渐转变为大维护，一些早期的道路和重载化严重的道路将相继进行大中修工程，由此会产生大量的沥青混合料回收料(RAP)。常规的处理方法是将这些沥青混合料回收料拉回场站，通过添加再生剂和新集料、新沥青等手段来生产热拌沥青混合料，这种方式生产出的混合料性能较差，并且生产工艺复杂、成本较高，不利于沥青混合料回收料的资源化再利用。
就地冷再生是一种较为新型的沥青混合料再生方式，它通常采用冷拌冷铺的施工手段，具有良好的经济性与环境友好性；此外，就地冷再生工艺简便，可采用现场铣刨筛分、现场拌合摊铺的方案。但是，目前常规的就地冷再生方式所制备的再生混合料路用性能较差，无法满足道路长期使用下的耐久性要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种就地冷再生沥青混合料及其制备方法和应用。本发明提供的就地冷再生沥青混合料耐久性好，且具有较好的物理力学性能以及抗滑耐磨等路用性能，常规技术指标可媲美热拌沥青混合料，并且制备方法简单，成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种就地冷再生沥青混合料，包括以下组分：沥青再生剂，有机硅树脂、固化剂和沥青混合料回收料；所述沥青再生剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的2％～5％；所述有机硅树脂的重量为所述沥青混合料回收料重量的1％～3％；所述固化剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的0.5％～2％。
优选的，所述沥青再生剂为油脂类再生剂。
优选的，所述油脂类再生剂包括以下重量份数的组分：油脂60～80份，增塑剂10～30份，相容剂10～20份，抗剥落剂5～20份；所述油脂包括煤焦油、腰果壳油、蓖麻油、糠醛抽出油和重油中的一种或多种。
优选的，所述有机硅树脂包括甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷和苯基三丁酮肟基硅烷中的一种或多种。
优选的，所述固化剂为水泥。
本发明还提供了上述方案所述就地冷再生沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将沥青混合料回收料和沥青再生剂进行第一搅拌混合，得到第一混合料；
将所述第一混合料和有机硅树脂进行第二搅拌混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料和固化剂进行第三搅拌混合，得到就地冷再生沥青混合料。
优选的，所述第一搅拌混合的时间为30～300s，所述第二搅拌混合的时间为15～200s，所述第三搅拌混合的时间为30～300s。
本发明还提供了上述方案所述的就地冷再生沥青混合料或上述方案所述的冷再生沥青混合料作为路面材料的应用。
优选的，所述应用的方法为：将所述冷再生沥青混合料摊铺在道路上后表面洒水，然后压实。
优选的，所述水的用量为10～20L/mm2。
本发明提供了一种就地冷再生沥青混合料，包括以下组分：沥青再生剂，有机硅树脂、固化剂和沥青混合料回收料；所述沥青再生剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的2％～5％；所述有机硅树脂的重量为所述沥青混合料回收料重量的1％～3％；所述固化剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的0.5％～2％。本发明在就地冷再生沥青混合料中加入有机硅树脂，有机硅树脂具有溶解沥青的效果，能将沥青从集料表面溶解出来，通过拌合作用，能进一步与再生剂混合，更好的恢复沥青的基本性能；再生沥青混合料摊铺洒水后，有机硅树脂与能够水反应生成丁酮肟，丁酮肟能与水泥水化反应后的金属阳离子络合，生成离子聚合物，同时被有机硅树脂溶解的沥青也会离析出来，重新发挥其胶结料的作用。这样一系列的化学反应，会极大地增强再生沥青混合料的物理力学性能，使得就地冷再生沥青混合料具备较好的路用性能。实施例结果表明，本发明提供的再生沥青混合料性能较好，其物理力学性能、抗水性能、耐久性能等路用性能基本持平热拌沥青混合料。
另外，本发明提供的就地冷再生沥青混合料中的集料采用全比例沥青混合料回收料(RAP)，无需添加新的集料，实现了废弃资源的最大化再利用目标，符合绿色环保可再生的发展理念。
此外，本发明采用的沥青混合料回收料与添加剂的来源广泛，廉价易得，并且添加剂种类较少，掺量较低，是一种经济稳定的道路再生体系。
本发明还提供了上述方案所述就地冷再生沥青混合料的制备方法及其作为路面材料的应用。本发明采用就地冷拌冷铺的工艺，节约了化石燃料，同时不产生烟尘等污染物，对施工人员和周边环境的影响较小。
具体实施方式
本发明提供了一种就地冷再生沥青混合料，包括以下组分：沥青再生剂，有机硅树脂、固化剂和沥青混合料回收料；所述沥青再生剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的2％～5％；所述有机硅树脂的重量为所述沥青混合料回收料重量的1％～3％；所述固化剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的0.5～2％。
本发明提供的就地冷再生沥青混合料包括沥青混合料回收料(RAP)。在本发明中，所述沥青混合料回收料在使用前，优选先进行破碎、筛分预处理，要符合公路沥青路面再生技术规范(JTG/T 5521-2019)的要求，级配曲线满足沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)中的要求即可，在本发明的具体实施例中，所述沥青混合料回收料除粒径需达标外，不做其余要求。
本发明提供的就地冷再生沥青混合料包括沥青再生剂。在本发明中，所述沥青再生剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的2％～5％，优选为3％～4％。在本发明中，所述沥青再生剂优选包括以下重量份数的组分：油脂60～80份，优选为65～75份，增塑剂10～30份，优选为15～25份，相容剂10～20份，优选为13～15份，抗剥落剂5～20份，优选为8～15份；所述油脂优选包括煤焦油、腰果壳油、蓖麻油、糠醛抽出油和重油中的一种或多种；所述增塑剂优选为癸二酸二辛脂；所述相容剂优选为直链烷烃、环烷烃或芳香烃，所述直链烷烃优选为正辛烷，所述环烷烃优选为环己烷，所述芳香烃优选为二甲苯；所述抗抗剥落剂优选为非胺类抗剥落剂，在本发明的具体实施例中，所述抗剥落剂优选为常州信拓公司生产的XT-2型沥青抗剥落剂。在本发明中，所述油脂类再生剂的制备方法优选包括以下步骤：将油脂进行加热处理，然后向其中加入增塑剂和相容剂进行第一搅拌处理，再加入抗剥落剂进行第二搅拌处理；所述加热处理的温度优选为40～70℃，更优选为50～60℃，所述加热处理的时间优选为1.5～3h，更优选为2h；所述第一搅拌处理的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃，所述第一搅拌处理的时间优选为20～45min，更优选为30min；所述第二搅拌处理的温度优选为50～60℃，时间优选为15～20min。
在本发明中，按照油脂的种类，所述油脂类再生剂分别记为焦油类再生剂、腰果壳油类再生剂、蓖麻油类再生剂、糠醛抽出油类再生剂和重油类再生剂。沥青主要由芳香分、饱和分、沥青质和胶质组成，沥青老化表现在沥青内部生成大分子聚合物，饱和分、芳香分聚合物转化为胶质与沥青质，本发明采用沥青再生剂调节旧沥青四组分的比例，以此来还原沥青混合料回收料中的旧沥青。
本发明提供的就地冷再生沥青混合料包括有机硅树脂。在本发明中，所述有机硅树脂的重量为所述沥青混合料回收料重量的1％～3％，优选为1.5％～2.5％。在本发明中，所述有机硅树脂优选包括甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷和苯基三丁酮肟基硅烷中的一种或几种。
本发明提供的就地冷再生沥青混合料包括固化剂。在本发明中，所述固化剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的0.5％～2％，优选为1％～1.5％。在本发明中，所述固化剂为水泥；所述水泥优选为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，所述硅酸盐水泥优选为P·Ⅰ、P·Ⅱ，所述普通硅酸盐水泥优选为P·O，更优选为P·O42.5水泥。本发明采用水泥为固化剂，水泥遇水反应生成金属阳离子，金属阳离子与丁酮肟交联络合生成含有离子键的高分子聚合物，从而极大的增强沥青混合料的物理力学性能。
本发明还提供了上述方案所述就地冷再生沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
将沥青混合料回收料和沥青再生剂进行第一搅拌混合，得到第一混合料；
将所述第一混合料和有机硅树脂进行第二搅拌混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料和固化剂进行第三搅拌混合，得到就地冷再生沥青混合料。
本发明将沥青混合料回收料和沥青再生剂进行第一搅拌混合，得到第一混合料。在本发明中，所述第一搅拌混合的时间优选为30～300s，更优选为120～200s；本发明优选先按照JTG/T 5521-2019中的标准调配沥青混合料回收料，然后向所得沥青混合料回收料中加入沥青再生剂进行搅拌混合。
得到第一混合料后，本发明将所述第一混合料和有机硅树脂进行第二搅拌混合，得到第二混合料。在本发明中，所述第二搅拌混合的时间优选为15～200s，更优选为90～100s；在本发明的具体实施例中，优选将有机硅树脂加入第一混合料中进行搅拌混合。
得到第二混合料后，本发明将所述第二混合料和固化剂进行第三搅拌混合，得到就地冷再生沥青混合料。在本发明中，所述第三搅拌混合时间优选为30～300s，更优选为120～150s；在本发明的具体实施例中，优选将所述固化剂加入第二混合料中进行搅拌混合。在本发明中，所述第一搅拌混合、第二搅拌混合和第三搅拌混合均优选在室温下进行；本发明对所述第一交换混合、第二搅拌混合和第三搅拌混合的转速没有特殊要求，能够搅拌均匀即可；所述第一搅拌混合、第二搅拌混合和第三搅拌混合均优选在移动式沥青混合料搅拌车中进行。
本发明还提供了上述方案所述的就地冷再生沥青混合料或上述方案所述的冷再生沥青混合料作为路面材料的应用。在本发明中，所述应用的方法优选为：将所述冷再生沥青混合料摊铺在道路上后表面洒水，然后压实；在本发明中，所述摊铺优选采用道路沥青摊铺机进行；所述水的用量优选为10～20L/mm2，所述洒水的方式优选为喷洒，所述洒水优选采用带有雾化喷头的洒水器进行；所述压实优选采用压路机进行；压实后待水分蒸发完毕，即形成路面。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1)根据筛分结果，将调制好配比(RAP 0～5mm:RAP 5～10mm:RAP 10～15mm＝49:26:25(质量比))的沥青混合料回收料(后续称为RAP混合料)投入移动式沥青混合料搅拌车中，掺入占RAP混合料重量3％的煤焦油类再生剂，启动沥青搅拌车，常温搅拌120s，得到混合物A；其中，煤焦油类再生剂的制备方法为：取65份煤焦油至于恒温干燥箱中，50℃保温2h；然后向其中加入15份癸二酸二辛脂和15份正辛烷，置于恒温60℃搅拌装置中搅拌30min；再加入5份XT-2型沥青抗剥落剂，继续恒温60℃搅拌15min；即得所述煤焦油类再生剂；
2)在混合物A中掺入占RAP混合料重量1％的甲基三丁酮肟基硅烷，常温搅拌90s，得到混合物B；
3)在混合物B中掺入占RAP混合料重量1％的P·O42.5水泥，常温搅拌120s，得到就地冷再生沥青混合料；
4)将再生沥青混合料倒入道路沥青摊铺机中进行摊铺，然后使用带有雾化喷头的洒水器具对混合料进行洒水作业，洒水量为12L/m2，使用压路机进行压实操作，待水分蒸发完毕后，即形成就地冷再生路面。
实施例2
1)根据筛分结果，将调制好配比(和实施例1相同)的RAP混合料投入移动式沥青混合料搅拌车中，掺入占RAP混合料重量2％的含有蓖麻油类再生剂，启动沥青搅拌车，常温搅拌120s，得到混合物A；其中，蓖麻油类再生剂的制备方法为：取60份蓖麻油至于恒温干燥箱中，40℃保温3h；然后向其中加入15份癸二酸二辛脂和20份环己烷，置于恒温50℃搅拌装置中搅拌45min；再加入5份XT-2型沥青抗剥落剂，继续恒温60℃搅拌15min；即得所述蓖麻油类再生剂。
2)在混合物A中掺入占RAP混合料重量2％的乙烯基三丁酮肟基硅烷，常温搅拌90s，得到混合物B；
3)在混合物B中掺入占RAP混合料重量1.5％的P·Ⅰ42.5水泥，常温搅拌120s，得到就地冷再生沥青混合料；
4)将就地冷再生沥青混合料倒入道路沥青摊铺机中进行摊铺，然后使用带有雾化喷头的洒水器具对混合料进行洒水作业，洒水量为15L/m2，再使用压路机进行压实操作，待水分蒸发完毕后，即形成就地冷再生路面。
实施例3
1)根据筛分结果，将调制好配比(和实施例1相同)的RAP混合料投入移动式沥青混合料搅拌车中，掺入RAP混合料重量3％的含有糠醛抽出油类再生剂，启动沥青搅拌车，常温搅拌120s，得到混合物A；其中，糠醛抽出油类再生剂的制备方法为：取70份糠醛抽出油至于恒温干燥箱中，70℃保温1.5h；然后向其中加入13份癸二酸二辛脂和12份二甲苯，置于恒温80℃搅拌装置中搅拌20min；再加入5份XT-2型沥青抗剥落剂，继续恒温60℃搅拌20min；即得所述糠醛抽出油类再生剂。
2)在混合物A中掺入RAP混合料重量2％的苯基三丁酮肟基硅烷，常温搅拌90s，得到混合物B；
3)在混合物B中掺入RAP混合料重量1％的P·Ⅱ42.5水泥，常温搅拌120s，得到就地冷再生沥青混合料；
4)将就地冷再生沥青混合料倒入道路沥青摊铺机中进行摊铺，然后使用带有雾化喷头的洒水器具对混合料进行洒水作业，洒水量为13L/m2，再使用压路机进行压实操作，待水分蒸发完毕后，即形成就地冷再生路面。
对比例1
一种普通冷再生沥青混合料，其制备方法如下：
1)根据筛分结果，将调制好配比(和实施例1相同)的RAP混合料投入移动式沥青混合料搅拌车中，掺入RAP混合料重量3％的煤焦油类再生剂(制备方法和实施例1相同)，启动沥青搅拌车，常温搅拌120s，得到混合物A；
2)在混合物B中掺入RAP混合料重量1％的P·O42.5水泥，常温搅拌120s，得到普通就地冷再生沥青混合料；
3)将就地冷再生沥青混合料倒入道路沥青摊铺机中进行摊铺，然后使用带有雾化喷头的洒水器具对混合料进行洒水作业，洒水量为5L/m2，再使用压路机进行压实操作，待水分蒸发完毕后，即形成普通冷再生路面。
对比例2
一种普通热再生沥青混合料，其制备方法包括如下步骤：
根据筛分结果，将调制好配比(和实施例1相同)的RAP混合料投入移动式沥青混合料搅拌车中，掺入RAP混合料重量3％的重油类再生剂，开启沥青搅拌车的加热系统，对再生料进行充分加热，使其达到规定温度(130℃)，然后启动沥青搅拌车，搅拌120s，得到普通热再生沥青混合料。其中，重油类再生剂的制备方法为：取65份重油至于恒温干燥箱中，50℃保温2h；然后向其中加入15份癸二酸二辛脂和15份正辛烷，置于恒温60℃搅拌装置中搅拌30min；再加入5份XT-2型沥青抗剥落剂，继续恒温60℃搅拌15min；即得所述重油类再生剂。
对比例3
一种常规热拌沥青混合料，其制备方法包括以下步骤：
使用SBS(I-D)改性沥青、辉绿岩集料、石灰岩矿粉，按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中的方法拌合AC-13C型沥青混合料，即得所述常规热拌沥青混合料。
性能测试：
按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的方法对实施例1～3以及对比例1～3中的沥青混合料进行稳定度、流值、动稳定度、浸水残留稳定度以及冻融劈裂强度比测试，测试结果见表1。
表1 实施例1～3和对比例1～3所得的沥青混合料性能测试结果
根据表1可以看出，本发明提供的就地冷再生沥青混合料均满足技术要求，与普通就地冷再生和普通就地热再生相比，本发明提供的再生沥青混合料具备良好的物理力学稳定性、抗水损害性、抗车辙性等优点；与常规热拌混合料相比，虽然其采用了SBS改性沥青及辉绿岩石料，但是本发明提供的再生混合料在流值、动稳定度浸水残留稳定度等指标上均能更优，说明本发明所得冷再生沥青混合料的性能与常规热拌改性沥青混合料的性能较为接近。
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 (6)

1.一种就地冷再生沥青混合料，其特征在于，由以下组分组成：沥青再生剂、有机硅树脂、固化剂和沥青混合料回收料；所述沥青再生剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的2％～5％；所述有机硅树脂的重量为所述沥青混合料回收料重量的1％～3％；所述固化剂的重量为所述沥青混合料回收料重量的0.5％～2％；所述沥青再生剂为油脂类再生剂；所述油脂类再生剂包括以下重量份数的组分：油脂60～80份，增塑剂10～30份，相容剂10～20份，抗剥落剂5～20份；所述油脂为煤焦油、腰果壳油、蓖麻油、糠醛抽出油和重油中的一种或多种；所述增塑剂为癸二酸二辛脂；所述相容剂为直链烷烃、环烷烃或芳香烃；所述有机硅树脂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷和苯基三丁酮肟基硅烷中的一种或多种；
所述固化剂为水泥。
2.权利要求1所述就地冷再生沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将沥青混合料回收料和沥青再生剂进行第一搅拌混合，得到第一混合料；
将所述第一混合料和有机硅树脂进行第二搅拌混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料和固化剂进行第三搅拌混合，得到就地冷再生沥青混合料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一搅拌混合的时间为30～300s，所述第二搅拌混合的时间为15～200s，所述第三搅拌混合的时间为30～300s。
4.权利要求1所述的就地冷再生沥青混合料或权利要求2或3所述制备方法制备的就地冷再生沥青混合料作为路面材料的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将所述就地冷再生沥青混合料摊铺在道路上后表面洒水，然后压实。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述水的用量为10～20L/mm2。
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