CN115876663B - 一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法及系统。该方法包括：根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节掺配比例；将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；将预热后的旧料置于拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；测试标准马歇尔试件的空隙率；从拌合后的混合料中收集小粒径旧料并溶解小粒径旧料中的旧沥青；通过凝胶渗透色谱分析仪测试旧沥青溶液的GPC色谱图，并计算旧沥青大分子质量百分数；根据空隙率以及旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；根据耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度。本发明可定量评价旧沥青的激活和老化程度随预热温度的变化，有效确定厂拌热再生旧料的最佳预热温度。

Description

一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法及系统
技术领域
本发明涉及旧料热再生技术领域，特别涉及一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法及系统。
背景技术
旧料中的旧沥青是一种老化沥青，紧密附着在旧集料表面，通过加热可以被重新激活，恢复流动性和粘性。在拌合过程中，激活的旧沥青能够转移至其他颗粒表面并发挥粘结作用。在热再生设计中，通常将旧沥青的激活状态视为完全激活，将全部旧沥青纳入总沥青含量。有学者分析旧沥青的激活状态是：预热后，旧沥青激活程度介于黑集料状态和完全激活之间，随着预热温度升高，旧沥青的激活程度也随之增大。旧沥青激活不仅有利于提高旧料利用率，还有利于新旧沥青的融合，最终改善再生沥青混合料的压实效果和路用性能。因而，对于旧料来说，旧沥青的激活程度是影响再生效果的重要指标。但是，由于预热温度升高还会带来旧沥青过度老化的问题，给再生沥青混合料性能带来不利影响，为了避免过度老化，实际使用中通常对旧料预热温度进行限制，导致旧沥青激活程度偏低。《公路沥青路面再生技术规程》JTG/T 5521-2019中7.4.2介绍了厂拌热再生混合料的生产温度，包括旧料的加热温度不宜低于110℃，不宜超过130℃，温度范围较窄，对于不同特点的旧料不完全适用，难以充分发挥旧料的价值。因此，鉴于旧料热再生在道路工程领域中的广泛应用，目前亟需一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，考虑旧沥青激活和老化的耦合作用，提高旧料在热再生中的利用效率。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法及系统，用以有效确定旧料热再生预热温度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，包括：
根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料；
将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；
将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；
测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率；
从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料；
通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数；
根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；
根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度。
可选地，所述根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，具体包括：
旧料依次过19.0mm、9.5mm和4.75mm筛，获得粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-19.0mm的三档旧料。
可选地，所述旧沥青大分子质量百分数的计算公式如下：
其中，LMSP为旧沥青大分子质量百分数，ALMS为GPC色谱图中大分子对应区域的积分面积，Atotal为GPC色谱图中总积分面积。
可选地，根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子，具体包括：
根据所述空隙率计算激活指数；
根据所述旧沥青大分子质量百分数计算老化指数；
根据所述激活指数和所述老化指数计算耦合影响因子。
可选地，所述激活指数的计算公式如下：
其中，Iac为激活指数，VV190℃为预热温度为190℃时标准马歇尔试件的空隙率，VVT为预热温度为T时标准马歇尔试件的空隙率；
所述老化指数的计算公式如下：
其中，Iag为老化指数，LMSPT为预热温度为T时的旧沥青大分子质量百分数，LMSP190℃为预热温度为190℃时的旧沥青大分子质量百分数；
所述耦合影响因子的计算公式如下：
其中，IAA为耦合影响因子，A、p和q均为材料参数。
本发明还提供了一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定系统，包括：
筛选及调节模块，用于根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料；
预热模块，用于将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；
搅拌及成型模块，用于将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；
空隙率测试模块，用于测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率；
溶解模块，用于从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料；
旧沥青大分子质量百分数计算模块，用于通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数；
耦合因子计算模块，用于根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；
最佳预热温度确定模块，用于根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度。
可选地，所述根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，具体包括：
旧料依次过19.0mm、9.5mm和4.75mm筛，获得粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-19.0mm的三档旧料。
可选地，所述旧沥青大分子质量百分数的计算公式如下：
其中，LMSP为旧沥青大分子质量百分数，ALMS为GPC色谱图中大分子对应区域的积分面积，Atotal为GPC色谱图中总积分面积。
可选地，所述耦合影响因子计算模块，具体包括：
激活指数计算单元，用于根据所述空隙率计算激活指数；
老化指数计算单元，用于根据所述旧沥青大分子质量百分数计算老化指数；
耦合因子计算单元，用于根据所述激活指数和所述老化指数计算耦合影响因子。
可选地，所述激活指数的计算公式如下：
其中，Iac为激活指数，VV190℃为预热温度为190℃时标准马歇尔试件的空隙率，VVT为预热温度为T时标准马歇尔试件的空隙率；
所述老化指数的计算公式如下：
其中，Iag为老化指数，LMSPT为预热温度为T时的旧沥青大分子质量百分数，LMSP190℃为预热温度为190℃时的旧沥青大分子质量百分数；
所述耦合影响因子的计算公式如下：
其中，IAA为耦合影响因子，A、p和q均为材料参数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明操作简便，易于实现，不仅考虑了旧沥青的激活特性，还考虑了预热过程中的老化加剧，可定量评价旧料中旧沥青的激活和老化程度随预热温度的变化，有效确定厂拌热再生旧料的最佳预热温度，对于现场铣刨的废旧沥青路面材料均适用，弥补了厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法的空缺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一提供的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法的流程图；
图2为实施例二中三种旧料试件的空隙率随预热温度的变化关系图；
图3为实施例二中三种旧料的LMSP随预热温度的变化关系图；其中图3(a)为旧料RAP1的LMSP随预热温度的变化关系图，图3(b)为旧料RAP2的LMSP随预热温度的变化关系图，图3(c)为旧料RAP3的LMSP随预热温度的变化关系图；
图4为实施例二中三种旧料的激活指数随预热温度的变化关系图；
图5为实施例二中三种旧料的老化指数随预热温度的变化关系图；
图6为实施例二中三种旧料的耦合影响因子随预热温度的变化关系图；其中图6(a)为旧料RAP1的耦合影响因子随预热温度的变化关系图，图6(b)为旧料RAP2的耦合影响因子随预热温度的变化关系图，图6(c)为旧料RAP3的耦合影响因子随预热温度的变化关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便易行，并且可以有效确定旧料热再生预热温度的方法及系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，包括以下步骤：
步骤101：根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料。
将烘干后的旧料筛分成3档，调节各档掺配比例，设计100％旧料掺量的混合料。旧料依次过19.0mm、9.5mm和4.75mm筛，获得粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-19.0mm的三档旧料，选用上述分档，并重新进行设计级配，是因为从现场铣刨的旧料在受铣刨条件影响，初始级配存在较大差异。
步骤102：将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；预设温度包括190℃。
将旧料放入110-190℃烘箱中预热2h。烘箱温度选择110、120、…、190℃等9档预热温度，每档温度下放置一组旧料。
步骤103：将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件。
将步骤102处理后的旧料置于对应温度的洁净拌锅中搅拌80-120s(优选90s)，取出后利用击实法(双面击实75次)成型标准马歇尔试件。
步骤104：测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率。
将成型后的标准马歇尔试件静置24h脱模后，测试试件的空隙率(VV)。
步骤105：从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料。
从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，称重并利用四氢呋喃溶液(THF)溶解旧沥青，溶解后的旧沥青溶液在室温下静置不少于24h。
步骤106：通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数。
旧沥青大分子质量百分数(LMSP)中的大分子定义为分子质量大于3000道尔顿的分子，在GPC谱图中析出时间为23min。
旧沥青大分子质量百分数LMSP的计算公式如下：
其中，ALMS为GPC色谱图中大分子对应区域的积分面积，Atotal为GPC色谱图中总积分面积。
步骤107：根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子。
根据激活和老化测量结果，分析、计算耦合影响因子IAA。
在假定190℃时旧沥青完全激活(激活指数为100％)的基础上：
首先，根据激活试验中标准马歇尔试件的空隙率(VV)计算激活指数Iac：由于旧沥青激活程度越高，试件压实度越高，因此，以190℃下的VV作分子，除以其他预热温度下的VV，计算得到不同预热温度的Iac。
然后，根据GPC试验中的旧沥青大分子质量百分数(LMSP)计算老化指数Iag：由于沥青老化程度越高，LMSP越大，因此以190℃下的LMSP作分母，除其他预热温度下的LMSP，计算得到不同预热温度的Iag。
最后，利用前两步得到的激活指数Iac和老化指数Iag，建立包含A、p和q三个材料参数的激活-老化模型，计算激活-老化耦合影响因子IAA。
其中，Iac、Iag和IAA分别为旧沥青的激活指数、老化指数和耦合影响因子，VV190℃为预热温度为190℃时试件的空隙率，VVT为预热温度为T(℃)时试件的空隙率，LMSPT为预热温度为T(℃)时旧沥青的LMSP，LMSP190℃为预热温度为190℃时旧沥青的LMSP，p、q和A为材料参数，为计算简便分别取0.5、1.0和10.0。
步骤108：根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度。
实施例二
本发明的方法对于现场铣刨的废旧沥青路面材料均适用。实施例二中旧料分别为来自内蒙古地区的现场铣刨料(RAP1)、深圳地区的现场铣刨料(RAP2)以及上海地区的室内加速加载试验路现场铣刨料(RAP3)，对上述三种旧料分别重新设计后的合成级配为AC-20。合成级配选定的原则是根据旧料的最大公称粒径选定，合成级配曲线靠近中值曲线。
为研究不同预热温度下旧沥青激活和老化的变化，对上述三种旧料均使用激活试验和GPC试验测量110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃和190℃的旧沥青激活程度和老化程度，每组试验均进行三次平行试验，结果取平均值。具体实施过程如实施例一中的步骤101-108。
旧料RAP1-RAP3在不同预热温度下的试件空隙率如图2所示，旧料RAP1-RAP3的LMSP随预热温度的变化关系图如图3(a)-图3(c)所示。旧料RAP1-RAP3的激活指数和老化指数随预热温度的变化关系如图4-图5所示，旧料RAP1-RAP3的耦合影响因子随预热温度的变化关系如图6所示。
从图4-图5中可以看出，随预热温度升高，旧沥青的激活程度和老化程度呈现出不同的变化规律。其中，激活程度随预热温度升高而增大，存在激活起始拐点和激活平台拐点，分别对应激活程度开始显著提高和激活程度达到峰值；另一方面，老化程度也随预热温度升高而增大，呈指数增长，温度越高，增幅越大。由此可见，二者的耦合作用可能存在最优解，使得旧沥青能够充分激活的同时又不至于过度老化。
从图6可以看出，对于不同来源的旧料，其最佳预热温度也存在较大差异。对于三种旧料，建议最佳预热温度分别为：170℃、120℃和140℃，以获得最好的再生效果。这个结论对指导热再生中的旧料利用具有重要意义。
实施例三
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定系统，包括：
筛选及调节模块，用于根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料；
预热模块，用于将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；
搅拌及成型模块，用于将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；
空隙率测试模块，用于测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率；
溶解模块，用于从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料；
旧沥青大分子质量百分数计算模块，用于通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数；
耦合因子计算模块，用于根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；
最佳预热温度确定模块，用于根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度。
其中，所述耦合影响因子计算模块，具体包括：
激活指数计算单元，用于根据所述空隙率计算激活指数；
老化指数计算单元，用于根据所述旧沥青大分子质量百分数计算老化指数；
耦合因子计算单元，用于根据所述激活指数和所述老化指数计算耦合影响因子。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

Claims (6)

1.一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，其特征在于，包括：
根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料；
将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；
将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；
测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率；
从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料；
通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数；
根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；
根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度；
所述根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子，具体包括：
根据所述空隙率计算激活指数；
所述激活指数的计算公式如下：
其中，Iac为激活指数，VV190℃为预热温度为190℃时标准马歇尔试件的空隙率，VVT为预热温度为T时标准马歇尔试件的空隙率；
根据所述旧沥青大分子质量百分数计算老化指数；
所述老化指数的计算公式如下：
其中，Iag为老化指数，LMSPT为预热温度为T时的旧沥青大分子质量百分数，LMSP190℃为预热温度为190℃时的旧沥青大分子质量百分数；
根据所述激活指数和所述老化指数计算耦合影响因子；
所述耦合影响因子的计算公式如下：
其中，IAA为耦合影响因子，A、p和q均为材料参数。
2.根据权利要求1所述的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，其特征在于，所述根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，具体包括：
旧料依次过19.0mm、9.5mm和4.75mm筛，获得粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-19.0mm的三档旧料。
3.根据权利要求1所述的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定方法，其特征在于，所述旧沥青大分子质量百分数的计算公式如下：
其中，LMSP为旧沥青大分子质量百分数，ALMS为GPC色谱图中大分子对应区域的积分面积，Atotal为GPC色谱图中总积分面积。
4.一种厂拌热再生混合料旧料预热温度确定系统，其特征在于，包括：
筛选及调节模块，用于根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，并调节各档旧料的掺配比例，得到掺配后的旧料；
预热模块，用于将掺配后的旧料放入烘箱内进行不同温度的预热；
搅拌及成型模块，用于将预热后的各档旧料置于对应温度的拌锅中进行搅拌，取出后利用击实法成型标准马歇尔试件；
空隙率测试模块，用于测试不同预热温度下所述标准马歇尔试件的空隙率；
溶解模块，用于从拌合后的不同预热温度下的混合料中收集小粒径旧料，并溶解小粒径旧料中的旧沥青，得到不同预热温度下的旧沥青溶液；所述小粒径旧料为粒径2-4mm的旧料；
旧沥青大分子质量百分数计算模块，用于通过凝胶渗透色谱分析仪测试所述旧沥青溶液的GPC色谱图，并基于所述GPC色谱图计算旧沥青大分子质量百分数；
耦合因子计算模块，用于根据所述空隙率以及所述旧沥青大分子质量百分数计算耦合影响因子；
最佳预热温度确定模块，用于根据所述耦合影响因子确定旧料的最佳预热温度；
所述耦合影响因子计算模块，具体包括：
激活指数计算单元，用于根据所述空隙率计算激活指数；
所述激活指数的计算公式如下：
其中，Iac为激活指数，VV190℃为预热温度为190℃时标准马歇尔试件的空隙率，VVT为预热温度为T时标准马歇尔试件的空隙率；
老化指数计算单元，用于根据所述旧沥青大分子质量百分数计算老化指数；
所述老化指数的计算公式如下：
其中，Iag为老化指数，LMSPT为预热温度为T时的旧沥青大分子质量百分数，LMSP190℃为预热温度为190℃时的旧沥青大分子质量百分数；
耦合因子计算单元，用于根据所述激活指数和所述老化指数计算耦合影响因子；
所述耦合影响因子的计算公式如下：
其中，IAA为耦合影响因子，A、p和q均为材料参数。
5.根据权利要求4所述的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定系统，其特征在于，所述根据不同的粒径将烘干后的旧料筛分成多档，具体包括：
旧料依次过19.0mm、9.5mm和4.75mm筛，获得粒径为0-4.75mm、4.75-9.5mm和9.5-19.0mm的三档旧料。
6.根据权利要求4所述的厂拌热再生混合料旧料预热温度确定系统，其特征在于，所述旧沥青大分子质量百分数的计算公式如下：
其中，LMSP为旧沥青大分子质量百分数，ALMS为GPC色谱图中大分子对应区域的积分面积，Atotal为GPC色谱图中总积分面积。
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