CN115677256A - 一种直投式冷再生混合料性能激活剂及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种直投式冷再生混合料性能激活剂及其制备和应用，该性能激活剂包括：芳烃油、扩散组分、增强组分和相容组分；在0~40℃条件下，所述扩散组分、所述芳烃油和所述增强组分在旧沥青中的扩散速度依次减小；所述旧沥青是由RAP料抽提得到，所述扩散组分为轻质环烷油、废植物油和糠醛抽出油中的一种以上；所述增强组分为苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物和/或丁苯橡胶；所述相容组分为邻苯二甲酸酯、乙酰柠檬酸酯和环氧大豆油中的一种以上。该制备方法包括将各原料按照特定顺序混合均匀的步骤。本发明的性能激活剂，在较短时间内提升冷再生混合料的粘结强度与韧性，增强冷再生混合料低温抗裂性能。

Description

一种直投式冷再生混合料性能激活剂及其制备和应用

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种直投式冷再生混合料性能激活剂及其制备和应用。

背景技术

在道路工程领域中，随着人们对降低碳排放的关注日益提高，废旧沥青混合料回收材料（RAP料）的回收利用受到人们的关注。由于冷再生技术常温拌合，材料无需加热，在降碳节能方面具有较大优势。但现有冷再生技术存在技术瓶颈，主要原因在于：1.传统冷再生技术中，RAP料中的旧沥青未得到充分利用，不能为冷再生沥青混合料强度形成提供帮助；2.冷再生技术无法保证RAP料的洁净度，再生过程不无洗料、烘干等关键步骤，集料颗粒表面受粉尘污染，导致颗粒间粘结能力不佳。以上原因最终导致冷再生混合料的低温抗裂性和抗水损害性能不佳，限制了冷再生技术的大规模应用。因此，寻找合适的提升冷再生混合料界面粘结强度的方法，对提升冷再生混合料性能，扩大冷再生技术应用范围，更大程度降低公路建设碳排放等方面具有重要意义。

目前，国内外逐渐尝试采用外掺再生剂的手段，提升冷再生混合料颗粒间的粘结强度，从而提升冷再生混合料的路用性能。常见再生剂有油溶性和水溶性2种类型，油溶性再生剂主要成分通常为轻油、焦油提取物或石油树脂提取物，通过油分扩散进入旧沥青，恢复旧沥青粘结力来提升混合料强度。但在冷再生混合料强度形成过程中温度较低，油分通过分子运动向旧沥青中的扩散速度较慢，冷再生混合料性能难以快速提升；水溶性再生剂一般以水性环氧树脂和水性聚氨酯乳液配合固化剂为主，靠高分子聚合物粘结混合料颗粒并固化形成强度。虽然能增强冷再生混合料性能，但固化组分需要随用随配，掺入乳化沥青中，不但工艺繁琐，且材料价格昂贵，也未能恢复和利用旧沥青性能，经济性较差，不利于冷再生沥青混合料的推广使用。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种直投式冷再生混合料性能激活剂及其制备和应用，用以解决现有技术中冷再生混合料在回收利用中的缺陷，利用本发明中芳烃油、扩散组分、稳定组分和增强组分的协同作用，显著提升冷再生沥青混合料中集料颗粒的界面粘结强度，增强冷再生沥青混合料低温抗裂性能与抗水损害能力，使冷再生沥青混合料满足更严苛的使用环境要求，提升冷再生技术的应用范围，拓宽使用场景。

本发明提供一种直投式冷再生混合料性能激活剂，包括：芳烃油、扩散组分、增强组分和相容组分；

在0~40℃条件下，所述扩散组分、所述芳烃油和所述增强组分在旧沥青中的扩散速度依次减小；所述旧沥青是由废旧沥青混合料回收材料（RAP料）抽提得到；

所述扩散组分为轻质环烷油、废植物油和糠醛抽出油中的一种以上；所述增强组分为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和/或丁苯橡胶；所述相容组分为邻苯二甲酸酯、乙酰柠檬酸酯和环氧大豆油中的一种以上。

在道路工程领域，常使用油溶性再生剂恢复旧沥青的粘结力，但通常用于热拌再生沥青混合料，依靠高温熔融旧沥青并加以搅拌，使油溶性再生剂与旧沥青充分融合，依靠再生剂中的芳香烃等油分补充旧沥青因老化损失的油分，恢复旧沥青力学性能和粘结能力。而这种作用机制并不适合冷再生混合料。冷再生混合料的拌合温度为常温，常规油溶性再生剂与旧沥青难以快速融合，想要实现对旧沥青性能的改善，需要将RAP料浸泡在油溶性再生剂中足够长的时间，这限制了冷再生沥青混合料的施工效率。本发明提供了一种适用于常温拌合的直投式冷再生性能混合料激活剂，在特定组分的分阶段协同作用下，即以扩散性能优异的扩散组分、特定的增强组分和特定的相容组分的分阶段共同作用下，可以使以芳烃油作为主要原料的直投式冷再生混合料激活剂在较短时间内提升RAP料中旧沥青性能，同时增强冷再生混合料颗粒间的粘结强度与韧性，从而增强冷再生混合料低温抗裂性能。

具体地，本发明的直投式冷再生混合料激活剂作用于冷再生混合料时，利用常温下不同组分的扩散速度不同的原理，由扩散组分优先向旧沥青中扩散（优选为，在20℃条件下，在旧沥青中的扩散速度大于50μm/h的扩散组分），调节旧沥青胶体结构，瓦解旧沥青中胶质和沥青质的黏结纠缠状态，促进芳烃油向旧沥青中的扩散。特别是，本发明中的增强组分在相容组分的作用下可以均匀溶解于激活剂体系中且在常温下混合体系稳定，进而由于增强组分在扩散过程中扩散速度最慢，其浓度逐渐增加，在激活剂中形成一定粘度和强度的网状结构，使激活剂稳定附着在RAP料表面，既可以促进芳烃油和扩散组分稳定且持续地向旧沥青的扩散改善旧沥青的胶体组分实现旧沥青的激活，还可以起到改变旧混合料体系结构的作用而提升冷再生混合料的粘结强度。而扩散组分、增强组分和相容组分中任一组分的缺失，都将使得本发明的性能激活剂的效果大大降低，比如，在试验中发现，当仅不加入扩散组分时，激活剂粘度较大，流动性不佳，常温与RAP料不能拌合，难以使用；仅不加入增强组分时，激活剂在向旧沥青扩散过程中会使旧沥青过度软化，不能形成粘结强度；仅不加入相容组分时，激活剂中的增强组分易在激活剂中离析，难以与其他组分形成稳定溶液，不能稳定发挥对冷再生沥青混合料的增强作用。

在20℃条件下，所述扩散组分、所述芳烃油和所述增强组分在旧沥青中的扩散速度的测试方法为参照专利CN114414439B中的测试方法。

以上原料形态优选为粉末状，当采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丁苯橡胶复配时，可以先将二者按比例搅拌均匀后一起加入体系中。

当采用多种成分构成扩散组分时，可以在室温下（一般为15℃~25℃）下将轻质环烷油、废植物油和糠醛抽出油中的2种以上搅拌均匀，制成扩散组分。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂，当所述芳烃油和所述扩散组分的份数之比为40~60：15~35时，本发明中的直投式冷再生混合料性能激活剂对冷再生混合料的激活效率更佳；

和/或，当所述芳烃油和所述增强组分的份数之比为40~60：5~10时，本发明中的直投式冷再生混合料性能激活剂对冷再生混合料的激活效果更好，冷再生混合料的粘结强度提升更加显著。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂，当所述芳烃油和所述相容组分的份数之比为40~60：5~20时，本发明中的直投式冷再生混合料性能激活剂的储存稳定性更好，对冷再生混合料的激活效果更好。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂，所述芳烃油中芳香烃含量在80%以上。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂，还包括耐久剂，所述耐久剂包括抗剥落剂、抗氧剂和偶联剂中的一种以上；

所述抗剥落剂为非胺类抗剥落剂；

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂（如抗氧剂1010）和/或亚磷酸酯类抗氧剂（如抗氧剂168）；

所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸脂偶联剂中的一种以上。

常规乳化沥青冷再生混合料的使用寿命受冷再生混合料低温抗裂性影响较大，而提升冷再生混合料低温抗裂性需要提升乳化沥青胶浆与RAP料的粘结能力，同时避免乳化沥青胶浆因老化而性能劣化。常规热拌沥青混合料会在沥青中加入抗剥落剂、抗氧剂提升沥青粘附能力和抗老化能力，用偶联剂处理集料表面，提升沥青与集料的粘附能力；但是在RAP料中集料表面被旧沥青覆盖，旧沥青与旧集料的界面粘结强度因沥青老化产生劣化，由于冷再生工艺不对RAP料进行加热，常规技术中抗剥落剂、抗氧剂和偶联剂无法进入旧沥青中发挥作用。本发明通过大量试验对比发现，当将抗剥落剂、抗氧剂和偶联剂加入本发明提供的激活剂中再与RAP料进行拌合时，激活剂的扩散组分发挥传质作用，协助抗剥落剂、抗氧剂向旧沥青重扩散，且能发挥偶联剂对RAP料表面集料的处理作用，提升乳化沥青冷再生混合料中新旧沥青共混物的耐老化能力、与集料粘结能力，增强冷再生混合料抗水损害性能，满足路面长期使用要求。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂，所述抗剥落剂与所述增强组分的份数之比为0.2~0.4：5~10；所述抗氧剂与所述增强组分的份数之比为0.2~1：5~10；所述偶联剂与所述增强组分的份数之比为1~2：5~10。

本发明还提供如上所述的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，包括：

将所述相容组分在温度为100~120℃的条件下加入所述芳烃油中混合均匀得第一产物；

将所述增强组分加入温度为180~190℃的第一产物中且混合均匀得第二产物；在加入所述增强组分时，优选采用机械搅拌的方式混合，如以1000~1500转/分钟的速度剪切搅拌30min~120min；

将所述扩散组分加入温度为50~70℃的第二产物中。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，还包括：将所述抗氧剂与所述增强组分一起加入所述温度为180~190℃的第一产物中；和/或，将所述偶联剂与所述扩散组分一起加入温度为50~70℃的第二产物中。

根据本发明提供的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，还包括：在加入所述扩散组分之前，将所述抗剥落剂在温度为100~120℃的条件下加入所述第二产物中以1000~1500转/分钟的速度剪切15~20min混合均匀。

本发明还提供所述的直投式冷再生混合料性能激活剂在直投式冷再生混合料中的应用。

本发明提供的一种直投式冷再生混合料性能激活剂，通过扩散性能优异的扩散组分、特定的增强组分和特定的相容组分的共同作用，使以芳烃油作为主要原料的直投式冷再生混合料激活剂在较短时间内提升冷再生混合料的粘结强度与韧性，增强冷再生混合料低温抗裂性能。

本发明提供的一种直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，各组分混合均匀，形成的混合体系性能稳定，易储存和运输，适用范围广。

本发明提供的一种直投式冷再生混合料性能激活剂在直投式冷再生混合料中的应用，兼顾冷再生混合料短期强度与长期性能提升，整体路用性能优异，且直投式施工，施工工艺简单便于推广，具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

一种直投式冷再生混合料性能激活剂，按质量份计，由25份扩散组分、60份稳定组分、10份增强组分、5份相容组分和1.4份耐久组分组成；

其中，扩散组分由20份轻质烷烃油和5份糠醛抽出油构成；稳定组分为芳烃油；增强组分为SBS；相容组分为邻苯二甲酸二辛酯；耐久组分由0.2份抗剥落剂、0.2份抗氧剂和1份偶联剂构成；抗剥落剂为非胺类抗剥落剂；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168按1：1复配；偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

上述直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法包括以下步骤：

（1）20℃下将上述轻质环烷油、低粘度糠醛抽出油搅拌均匀，得到扩散组分；

（2）在100℃条件下，将稳定组分与相容组分按比例混合，持续搅拌至均匀；

（3）将温度升至180℃，按比例加入增强组分和抗氧剂，以1500转/分钟的速度剪切80min；

（4）降温至100℃加入抗剥落剂，以1200转/分钟的速度剪切20min；

（5）降温至60℃，加入偶联剂和扩散组分并搅拌均匀，可制得直投式冷再生混合料性能激活剂。

实施例2

一种直投式冷再生混合料性能激活剂，按质量份计，由30份扩散组分、60份稳定组分、8份增强组分、10份相容组分和1.5份耐久组分组成；

其中，扩散组分由15份轻质烷烃油、10份废植物油和5份糠醛抽出油组成；稳定组分为芳烃油；相容组分为环氧大豆油；增强组分由6份SBS和2份SBR组成；耐久组分由0.3份抗剥落剂、0.2份抗氧剂和1份偶联剂，抗剥落剂为非胺类抗剥落剂；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168按1：1复配；偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷与苯基三甲氧基硅烷按1：3复配。

上述直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法包括以下步骤：

（1）25℃条件下将轻质环烷油、废植物油和低粘度糠醛抽出油搅拌均匀，得到扩散组分；

粉状SBS和SBR按比例拌合均匀，得到增强组分；

（2）在120℃条件下，将稳定组分与相容组分按比例加入容器中混合，持续搅拌至均匀；

（3）将温度升至180℃，按比例加入增强组分和抗氧剂，以1400转/分钟的速度剪切80min；

（4）降温至100℃加入抗剥落剂，以1300转/分钟的速度剪切15min；

（5）降温至60℃，加入偶联剂和扩散组分并搅拌均匀，可制得直投式冷再生混合料性能激活剂。

采用传统乳化沥青冷再生混合料拌合方法得到普通乳化沥青冷再生混合料，具体过程为：

将实施例1制得的直投式冷再生混合料性能激活剂、实施例2制得的直投式冷再生混合料性能激活剂和传统商用热拌再生剂（主要成分为芳香分和饱和分，其中芳香分含量≥60%，饱和分含量＜30%）分别与RAP料常温拌合30s，然后加入水泥和水拌合30s，最后加入乳化沥青进行拌合30s，得到冷再生性能激活混合料。其中，本发明的激活剂和传统商用热拌再生剂的添加量是占比冷再生混合料总质量0.3%，各次试验的混合料的级配一致、乳化沥青用量、外加水量、水泥掺量以及其他试验条件均相同。

将RAP料、水泥拌合30s，加入外掺水拌合30s，再加入乳化沥青拌合30s，得到普通乳化沥青冷再生混合料（对应下表中无激活剂的测试结果）。

对得到的普通乳化沥青冷再生混合料与上述冷再生性能激活混合料进行路用性能测试，测试方法参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程，测试结果如下表：

从上述数据中可以看出，相比于无激活剂对应的混合料，加入实施例1和实施例2制得的直投式冷再生混合料性能激活剂制得的混合料，其干湿劈裂强度比以及冻融劈裂强度比有明显提高，浸水飞散质量损失明显减少。低温小梁弯曲试验结果表明，加入实施例1和实施例2制得的直投式冷再生混合料性能激活剂制得的混合料小梁的低温弯拉强度、低温小梁最大弯拉应变及低温弯曲劲度模量均有明显提高。

而相比于加入实施例1和实施例2制得的直投式冷再生混合料性能激活剂制得的混合料，加入传统商用热拌再生剂制得的混合料的15℃劈裂强度、冻融劈裂强度比及动稳定度均不满足规范要求，这说明常规热拌再生剂不适用于冷再生混合料；而且加入热拌再生剂后无法通过切割得到可供测试的冷再生混合料小梁，这说明加入热拌再生剂还会对冷再生混合料的性能产生负面影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，包括：芳烃油、扩散组分、增强组分和相容组分；

在0~40℃条件下，所述扩散组分、所述芳烃油和所述增强组分在旧沥青中的扩散速度依次减小；所述旧沥青是由废旧沥青混合料回收材料抽提得到；

所述扩散组分为轻质环烷油、废植物油和糠醛抽出油中的一种以上；所述增强组分为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和/或丁苯橡胶；所述相容组分为邻苯二甲酸酯、乙酰柠檬酸酯和环氧大豆油中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，所述芳烃油和所述扩散组分的份数之比为40~60：15~35；

和/或，所述芳烃油和所述增强组分的份数之比为40~60：5~10。

3.根据权利要求1所述的直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，所述芳烃油和所述相容组分的份数之比为40~60：5~20。

4.根据权利要求1所述的直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，所述芳烃油中芳香烃含量在80%以上。

5.根据权利要求1所述的直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，还包括耐久剂，所述耐久剂包括抗剥落剂、抗氧剂和偶联剂中的一种以上；

所述抗剥落剂为非胺类抗剥落剂；

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂；

所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸脂偶联剂中的一种以上。

6.根据权利要求5所述的直投式冷再生混合料性能激活剂，其特征在于，所述抗剥落剂与所述增强组分的份数之比为0.2~0.4：5~10；所述抗氧剂与所述增强组分的份数之比为0.2~1：5~10；所述偶联剂与所述增强组分的份数之比为1~2：5~10。

7.权利要求1~6中任一项所述的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，其特征在于，包括：

将所述相容组分在温度为100~120℃的条件下加入所述芳烃油中混合均匀得第一产物；

将所述增强组分加入温度为180~190℃的第一产物中且混合均匀得第二产物；

将所述扩散组分加入温度为50~70℃的第二产物中。

8.根据权利要求7所述的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，其特征在于，还包括：将抗氧剂与所述增强组分一起加入所述温度为180~190℃的第一产物中；和/或，将偶联剂与所述扩散组分一起加入温度为50~70℃的第二产物中。

9.根据权利要求7或8所述的直投式冷再生混合料性能激活剂的制备方法，其特征在于，还包括：在加入所述扩散组分之前，将抗剥落剂在温度为100~120℃的条件下加入所述第二产物中以1000~1500转/分钟的速度剪切15~20min混合均匀。

10.权利要求1~6中任一项所述的直投式冷再生混合料性能激活剂在直投式冷再生混合料中的应用。