CN116119978A - 一种基于低碳再生的高性能热拌修补料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于低碳再生的高性能热拌修补料，以路面旧料铣刨料为基础，拌合改性添加剂以及新矿料得高性能热拌修补料，以质量份数计，包括3‑7份改性添加剂，0‑70份路面旧料铣刨料以及30‑93份新矿料；所述改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，所述复合增效剂为低熔点多链聚烯烃，硬质道路石油沥青和复合增效剂的质量比为1:8‑1:15。较高掺量的修补料、较低的施工温度、良好的施工和易性和优良的综合路用性能表明本发明再生修补料用于路面坑槽等病害现场处治具有突出的适用性和耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于低碳再生的高性能热拌修补料及其制备方法。
背景技术
沥青路面是我国公路路面的主要类型。随着通车里程和通车年限的不断增长，我国公路沥青路面破损类病害不断发生和发展，若不及时处理，不仅路面病害发展日趋严重，而且在雨水等外界因素的作用下，公路结构破坏风险也逐渐加大，进一步增加了公路病害和隐患的处治难度和成本。目前，对公路沥青路面破损类病害的处治技术主要有：(1)大范围的铣刨原路面，铺筑新沥青路面；(2)局部挖除病害位置原路面，采用热拌沥青混合料进行修补；(3)局部挖补病害位置原路面，采用冷拌沥青混合料进行修补。上述处治技术均存在一定的局限性，大范围铣刨重铺不适用于局部的小型破损类病害，不仅施工投入大，干扰交通，且易造成完好沥青路面的破坏和资源浪费；热拌沥青混合料局部修补，不仅沥青混合料不易制备(若在病害现场制备，则需专用材料运输和存储设备和沥青混合料专用加热、拌合设备；若提前拌制沥青混合料运至病害处理现场，则沥青混合料长时间高温老化，沥青混合料性能严重衰减)，且局部修补沥青混合料施工和易性和施工质量难以保证；冷拌沥青混合料局部修补，冷拌沥青混合料的制备和施工和易性较好，但自身性能较差，不能保证病害位置处治后的长期路用性能，一般情况下，冷拌沥青混合料修补破损后1年左右路面即松散、脱落，出现新的破损类病害。综合来看，目前对公路沥青路面局部破损类病害的处治技术处治效果均不太理想，亟需针对局部破损类病害处治特点，开发兼具良好施工和易性和优异路用性能的新型修补材料。同时该修补材料若能充分再生利用原路面旧料则综合效益更佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于低碳再生的高性能热拌修补料及其制备方法，充分回收利用原路面旧料制备具有良好施工和易性和优异路用性能的新型再生修补料，可用于公路沥青路面破损类病害的现场修补。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于低碳再生的高性能热拌修补料，以路面旧料铣刨料为基础，拌合改性添加剂以及新矿料得高性能热拌修补料，以质量份数计，包括3-7份改性添加剂，0-70份路面旧料铣刨料以及30-93份新矿料；
所述改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，所述复合增效剂为低熔点多链聚烯烃，复合增效剂和硬质道路石油沥青的质量比为1:8-15。
进一步地，所述复合增效剂由低熔点聚乙烯蜡、软链段大于25％的橡胶和硬链段的聚烯烃构成的热塑性聚烯烃弹性体。
进一步地，所述改性添加剂软化点为55-71℃，其于135℃下的运动黏度不小于600Pa·s，闪点不小于235℃。
进一步地，以质量份数计，包括4.14份改性添加剂，35份路面旧料铣刨料以及65份新矿料；改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，复合增效剂和硬质道路石油沥青的质量比为1:11。
进一步地，所述改性添加剂还可由硬质道路石油沥青母粒与道路石油沥青或改性沥青和复合增效剂复配而成。
进一步地，一种基于低碳再生、可在沥青路面病害现场拌和制备的高性能热拌修补料的制备方法，具体如下：将改性添加剂、路面旧料铣刨料以及新矿料依照比例混合，并经热拌方式即制得沥青混合料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：较高掺量的修补料、较低的施工温度、良好的施工和易性和优良的综合路用性能表明本发明再生修补料用于路面坑槽病害等处治具有突出的适用性和耐久性。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
一种基于低碳再生的高性能热拌修补料，以质量份数计，包括3-7份改性添加剂，0-70份路面旧料铣刨料，30-93份新矿料。
上述改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，或由硬质道路石油沥青母粒、道路石油沥青/改性沥青和复合增效剂复配而成，其技术要求如下表1所示：
表1
硬质道路石油沥青或由硬质道路石油沥青母粒与道路石油沥青/改性沥青制备的沥青胶结料具备较小的针入度，满足《硬质道路石油沥青》(GB/T 38075-2019)中硬质道路石油沥青技术要求，可显著提升沥青混合料的动态模量。
复合增效剂为低熔点多链聚烯烃，是低熔点聚乙烯蜡、软链段大于25％的橡胶和硬链段的聚烯烃构成的热塑性聚烯烃弹性体。复合增效剂可通过调整沥青胶结料组分及分子量分布实现提高高温性能和降低施工温度复合增效的特性。当温度升高时，复合增效剂中的聚乙烯蜡、软链段通过吸附沥青中与它本身结构相近的饱和组分产生溶胀，加速沥青熔融，进而降低沥青的高温粘度；当温度降低时，复合增效剂在沥青中形成网状的晶格结构，锁定饱和组分，增加沥青稳定性和提高沥青混合料抗车辙性能，从而达到复合增效的作用。复合增效剂的使用在降低热拌修补料施工温度、扩展热拌修补料施工温度区间的同时，在硬质道路石油沥青的基础上可进一步增加热拌修补料的高温抗车辙性能。
改性添加剂中硬质复合增效剂和道路石油沥青的掺配比例为：1:8-15。
本发明的矿料合成级配波动冗余度大，适用于不同公路或同一公路不同位置破损类病害位置的材料变异，从而有效保证修补料和修补后路面路用性能。本发明修补料合成级配应满足下表2技术要求。
表2
本发明修补料具有优良的路用性能，路用性能与SBS改性沥青混合料相近，其动态模量和抗疲劳性能达到路用高模量抗疲劳沥青混合料技术要求，是一种高模量抗疲劳沥青混合料，其具体技术指标如下表3和下表4所示。
表3再生修补料马歇尔试验技术要求
表4再生修补料路用性能技术要求
| 试验指标 | 单位 | 技术要求 | 试验方法 |
| 浸水马歇尔残留稳定度 | ％ | ≥85 | T0790 |
| 冻融劈裂残留强度比 | mm | ≥80 | T0729 |
| 车辙动稳定度 | 次/mm | ≥4000 | T0719 |
| 低温弯曲试验破坏应变 | με | ≥2000 | T0715 |
| 动态模量(20℃，10Hz) | MPa | ≥15000 | T0738 |
| 四点弯曲疲劳试验(15℃，10Hz，230με) | 次 | <![CDATA[≥10<sup>6</sup>]]> | T0739 |
本发明修补料具有良好的施工和易性，主要体现在：具有较大冗余度的合成级配允许采用的路面旧料铣刨料有一定的变异，这满足不同公路或同一公路不同位置材料波动的特点；修补料原材料携带方便、制备方便简单，仅采用改性添加剂、路面旧料铣刨料和新矿料三种材料在现场经小型加热拌合设备即可；再生修补料修补厚度范围大，4-12cm厚度均可铺筑，且一次成型；修补料易于碾压密实，较之常用改性沥青混合料，修补料更易碾压密实，这就允许局部病害修补采用小型碾压设备，便于施工组织和快速施工、开放交通。
以下结合实施例对于本申请的技术效果作进一步的说明。
采用某高速公路沥青路面中、上面层铣刨料制备高性能热拌修补料，铣刨料级配如表2所示，铣刨料油石比为3.66％。前述铣刨料级配试验结果如下表5所示：
表5铣刨料级配试验结果
于下述实施例中采用玄武岩新矿料和石灰岩矿粉，其级配如表6所示。
表6新矿料和矿粉级配试验结果
以上述材料和目标油石比5.5％进行沥青混合料配合比设计，得到设计结果如表7和表8所示。
表7配合比设计结果
| 材料 | 1#料 | 2#料 | 铣刨料 | 矿粉 | 改性添加剂 | 油石比 |
| 用量(％) | 38 | 23 | 35 | 4 | 4.14 | 5.5 |
表8再生修补料矿料合成级配
采用的改性添加剂性能指标如表9所示。
表9再生修补料改性添加剂技术要求
采用上述材料按表10所示温度成型试件进行试验测试。根据成型试件温度可得，与SBS改性沥青相比，本发明再生修补料的施工温度可降低10℃以上，显示了再生修补料较之SBS改性沥青混合料更优异的施工和易性和便利性。
表10再生修补料室内成型温度(℃)
| 项目 | 再生修补料 | SBS改性沥青混合料 |
| 矿料(包括矿粉)加热温度 | 170～175 | 170～175 |
| 沥青/改性添加剂加热温度 | 160～170 | 160～170 |
| 沥青混合料拌和温度 | 145～155 | 160～170 |
| 试件开始击实温度 | 140～155 | 160～165 |
| 试件成型终了温度 | 不低于135 | 不低于145 |
再生修补料与常用冷补料和热拌SBS改性沥青混合料路用性能对比如表11所示。
表11再生修补料路用性能对比
根据表11可得，本发明再生修补料各项路用性能均显著优于典型冷补料，与SBS改性沥青AC-13相当，其中高温抗车辙性能和动态模量优于SBS改性沥青AC-13，表明其更稳定和更优异的抗变形能力和修补寿命。较高掺量的修补料、较低的施工温度、良好的施工和易性和优良的综合路用性能表明本发明再生修补料用于路面坑槽病害等处治具有突出的适用性和耐久性。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于低碳再生的高性能热拌修补料，其特征在于，以路面旧料铣刨料为基础，拌合改性添加剂以及新矿料得高性能热拌修补料，以质量份数计，包括3-7份改性添加剂，0-70份路面旧料铣刨料以及30-93份新矿料；
所述改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，所述复合增效剂为低熔点多链聚烯烃，复合增效剂和硬质道路石油沥青的质量比为1:8-1:15。
2.根据权利要求1所述的基于低碳再生的高性能热拌修补料，其特征在于，所述复合增效剂由低熔点聚乙烯蜡、软链段大于25％的橡胶和硬链段的聚烯烃构成的热塑性聚烯烃弹性体。
3.根据权利要求1所述的基于低碳再生的高性能热拌修补料，其特征在于，所述改性添加剂软化点为55-71℃，其于135℃下的运动黏度不小于600Pa·s，闪点不小于235℃。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于低碳再生的高性能热拌修补料，其特征在于，以质量份数计，包括4.14份改性添加剂，35份路面旧料铣刨料以及65份新矿料；改性添加剂由硬质道路石油沥青和复合增效剂复配而成，复合增效剂和硬质道路石油沥青的质量比为1:11。
5.根据权利要求1所述的基于低碳再生的高性能热拌修补料，其特征在于，所述改性添加剂还可由硬质道路石油沥青母粒与道路石油沥青或改性沥青和复合增效剂复配而成。
6.一种基于低碳再生的高性能热拌修补料的制备方法，其特征在于，具体如下：将改性添加剂、路面旧料铣刨料以及新矿料依照比例混合，并经热拌方式即制得沥青混合料。
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