CN116376110B - 一种沥青路面材料的再生剂及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种路面再生的施工方法，其中使用的再生剂为油脂类物质，该油脂类物质中的芳香环烃含量在70％以上，且该油脂类物质所含脂肪酸酯对应的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸中，具有支化烷基侧链的比例不超过30％本发明的沥青路面使用的再生剂，通过控制再生剂特定的芳香烃环的含量，以及运动粘度等性质，达到了优化再生后的沥青的延度恢复和再生能力的效果。同时，本发明的再生剂在性能上选择合适的运动粘度和密度，来增强混合时的分散性以及与沥青相的相容性。本发明的沥青路面再生方法的施工工艺简单可行，再生后的沥青路面性质稳定，符合《沥青路面再生应用技术规范》中的标准。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面材料领域，具体涉及一种沥青路面材料的再生剂，更具体地，本发明还涉及沥青路面再生施工方法。
背景技术
目前我国路用材料主要以沥青材料铺设为主。沥青材料在各种自然因素(氧、光、热和水分等)的作用下，特别在一些极端天气地区或者是经受车辙频繁碾压后，会发生结构老化，其物理和化学性质会发生劣化，沥青变硬或变脆、导致沥青产生路面产生裂缝等，路用性能也随之衰减，严重时会造成安全问题。
沥青路面的再生利用，一般包含将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分等方法处理后，与再生剂、新沥青材料(根据需要可加入集料等)等按一定比例拌和旧沥青混合料。现有技术中的沥青再生原理一般是通过加入再生剂使已老化硬化的沥青的化学组分或性质恢复至原来的状态，即沥青材料的性能指标得到恢复，混合料的路用性能得到改善。由于具有成本低，废物利用、原料易得易加工，现有技术中，很多学者研究非常多的以油脂类或其衍生物的沥青再生剂及再生方法。
CN100422265C公开了一种旧沥青路面再生添加剂及其制备再生沥青路面混合料的方法，旧沥青路面再生添加剂，由桐油、矿物油、松香树脂组成，制备方法，包括：将润滑油搅拌下加热升温至100～120℃；投入松香树脂，在100～120℃下继续搅拌；自然冷却至50～60℃，加入桐油搅拌冷却至常温，即得。制备再生沥青路面混合料的方法，包括：将熔化新沥青、旧沥青路面再生添加剂在120～160℃温度下搅拌混合均匀；加入旧沥青混合料，在120～160℃温度下充分搅拌，加入新集料，混合均匀；加入矿粉，继续搅拌至颜色达到均匀一致，即得再生沥青路面混合料。本发明通过对旧沥青路面的有效再生，利用一定比例旧料，从而节约沥青、矿料等资源，大大避免了废料对土地的占用和对环境的永久性污染，具有显著的环保和社会效益。
CN1233721C一种旧沥青路面的改性再生剂，是由65.0～93.9重％的重质矿物油类原料、6.0～30.0重％的聚合物、0.1～5.0重％的抗剥离剂组成；将65.0～93.9重％重质矿物油类原料、6.0～30.0重％聚合物和0.1～5.0重％抗剥离剂在100℃～250℃下混合，在机械搅拌或剪切下反应0.5～5.0小时后制备得到该组合物。该再生剂用于旧沥青路面的再生，可使再生后的沥青路面的性能大大改善，达到聚合物改性沥青路面的水平；该再生剂也可以作为道路沥青调和组分，用于生产改性沥青。
CN101307184A涉及一种沥青再生剂。包括下列重量百分比组分：石油重油45～60％，石油树脂4.5～10.0％，高沸点芳香族溶剂油30～50％，添加剂，增塑剂0.5～1.0％。加工工艺步骤包括：a.将按比上述重量比百分比称取的石油重油放进反应釜中，并在搅拌的环境中加温至65－80℃；b.在上述放有石油重油反应釜的搅拌环境中添加相应重量百分比的石油树脂，并保持相应的温度继续搅拌半小时；c.将反应釜中的混合物加温至80～90℃后加入相应重量百分比的高沸点芳香族溶剂油和增塑剂，搅拌均匀后出料。本发明的沥青再生剂属油性体系，不含水，特别适合寒冷地区及热再生，与新拌的沥青混合料相比较其性能达到或接近新鲜沥青水平，还可作为沥青路面复苏剂或防水剂在预防性养护中用于沥青路面表面喷涂。
上述现有技术对沥青再生的技术和改进虽然不少，但还是存在一些不足，例如油类再生剂对沥青材料改性机理并不明确，同时再生后的沥青其性能恢复程度不足以及改性剂在沥青材料中的分散以及相容性不足。因此，急需开发出一种稳定、相容性好的路用复合相变材料。
发明内容
本发明旨在提供一种沥青路用材料的再生剂及其施工方法，解决了现有技术中存在的再生沥青性能恢复不足的问题。
目前现有技术中针对沥青再生方法中因为都会使用刨铣、破碎旧沥青再进行改造再生，添加再生剂，其再生后的沥青性质的整体强度上，例如抗车辙、抗压的性能表现上一般都能满足再生沥青标准。但是对于其硬化、脆性的改善并不理想，即沥青延度的恢复并不明显。如果再生沥青的延度不高，其形成路面刚性过强，但韧性、延展率或者拉伸方向的变形率没有充分恢复，会造成再生沥青的性能再次恶化，影响路面性能，会以更快地速度引起路面开裂。
因此本发明发明人从考虑再生沥青的延度及相关性能入手，添加了特定的油脂类物质作为再生剂，以便优化再生后的沥青的延度恢复和再生能力。为达到上述目的，发明人考虑到沥青在化学组分的构成上主要含有饱和烃、芳香族、脂肪族化合物以及杂原子衍生物的结构特点，添加特定的再生剂来实现高再生效率及恢复效率。发明人发现，芳香烃中环键的破坏引起的芳族基团的数量减少(同时引起长链数量的增加、以及接枝、交联机率的聚增)，是沥青硬度聚增、延度下降的主要原因。因此本发明选择的油脂类物质再生剂含有特定的芳烃环含量，用作补充沥青变质劣化过程中损失的芳香烃或苯环比例，以满足特定的再生后延度恢复；同时对其含有的侧链比例的控制，避免了过度交联接枝引起的硬化、柔软能力下降。另外，本发明的再生剂在性能上表现为具有可控的运动粘度和密度，来增强施工混合时的分散性以及与沥青相的相容性。
具体的，本发明第一方面提供一种沥青路面再生剂，其特征在于：
再生剂为油脂类物质，该油脂类物质中的芳香环烃含量在70％以上，且该油脂类物质所含脂肪酸酯对应的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸中，具有支化烷基侧链的比例不超过30％；同时该油脂类物质具有60℃的运动粘度120-500mm 2/s以及室温下1.2-2.0g/cm3的密度。
本发明再生剂控制特定运动粘度的主要原因在于，当运动粘度过于低时，再生剂中的低碳轻组分比例会过大，对再生的沥青材料的粘结强度有限，同时(热拌)施工时，低运动粘度的再生剂，与高温的集料接触时会直接产生沸腾或挥发现象。反之，如果运动粘度过高，沥青再生剂的流动受阻，施工性能下降。
在一些优选的实施例中，所述再生剂60℃的运动粘度更优选为250-400mm2/s。
在一些优选的实施例中，所述再生剂包含的芳香环烃包括萘、蒽、菲结构的一种或多种。
在一些优选的实施例中，所述再生剂的闪点为240℃以上。
因为如果沥青再生剂的闪点低于该温度时，沥青路面在热拌再生混合施工生产过程中的安全性能下降，例如在局部区域、特别是与集料接触的区域温度会高于200℃，会产生热雾以及蒸气，对施工人员造成安全问题。
本发明第二方面提供一种沥青路面再生的施工方法，其包含如下步骤：
1)将经过刨铣、破碎、筛分处理的废旧沥青混合料置于100±5℃的烘箱中烘干；
2)将新沥青、再生剂在120-130℃温度下搅拌混合均匀；
3)加入处理后的旧沥青混合料，在130-150℃温度下充分搅拌，加入集料，混合均匀；加入填料，继续搅拌均匀，完成沥青路面材料的再生；
其中再生过程中各原料加入以质量份计算，废旧沥青混合料30-60份、集料40-60份、新沥青5-10份，油脂类物质再生剂1-5份，填料为1-5份。
在一些优选的实施例中，集料选自石灰岩、玄武岩、花岗岩、砂岩的一种或多种；
在一些优选的实施例中，所述填料的平均尺寸小于0.075mm。
相比现有技术，本发明具有如下的技术效果：
本发明的沥青路面使用的再生剂，通过控制再生剂特定的芳香烃环的含量，以及运动粘度等性质，达到了优化再生后的沥青的延度恢复和再生能力的效果。同时，本发明的再生剂在性能上选择合适的运动粘度和密度，来增强混合时的分散性以及与沥青相的相容性。本发明的沥青路面再生方法的施工工艺简单可行，再生后的沥青路面性质稳定，符合《沥青路面再生应用技术规范》中的标准。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
所属领域的技术人员将认识到：本发明所描述的化学反应可以用来合适地制备许多本发明的其他化合物，且用于制备本发明的化合物的其它方法都被认为是在本发明的范围之内。例如，根据本发明那些非例证的化合物的合成可以成功地被所属领域的技术人员通过修饰方法完成，如适当的保护干扰基团，通过利用其他已知的试剂除了本发明所描述的，或将反应条件做一些常规的修改。另外，本发明所公开的反应或已知的反应条件也公认地适用于本发明其他化合物的制备。
本发明所用的一些原料物质基本上都能够通过市售或者根据需要简单加工即可进行收集。
例如本发明使用的再生剂油脂类物质主要来源于矿物油、机油或者油与一些油脂的特定混合物。例如通过减压蒸馏原油获得的减压分馏残余的渣底重质油等等。
上述再生剂油脂类物质中含有芳烃环烃占70％以上，优选为环状结构规整的稠环芳烃，优选的可含有适量比例的短烷基侧链和环烷结构。这种结构的再生剂对废旧沥青的性能恢复的影响是至关重要的。例如芳烃环结构包括但不限于萘、蒽、菲等结构。
同时含有脂肪酸酯组成具有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，通常再生剂中的这些脂肪酸组成为直链，控制这些脂肪酸侧链的比例。具体地，饱和脂肪酸可以选自包括丁酸、己酸、辛酸、癸酸、硬脂酸等；不饱和脂肪酸，可以选自油酸、亚油酸、亚麻酸等。
对于采用的油脂类物质再生剂特定性质的确定，本发明采用傅立叶变换离子回旋共振质谱(ESI FT-ICR MS)等分析手段，对其芳香烃成分的含量以及包含侧链的脂肪酸占比进行精确分析。
在本发明沥青路面再生过程的施工中，通常加入的集料，包括粗集料和细集料；加入填料，细度相比而言较小，可以使用石灰岩等岩石磨成的粉或者采用水泥熟料粉。在沥青路面再生中，由于细集料和填料的加入，使沥青再生混合料变为类似一种胶凝材料，使沥青混合物的黏结力增强，施工性能变强，可直接在地面进行浇注施工。
实施例的方案选用的再生剂，为通过减压蒸馏原油获得的馏分残余的重质残余底油，一般来自减二线以上的釜底出口。根据需要，使用溶剂萃取萃取以除去润滑油馏分中的多余的成分，例如树脂杂质。然后经过傅立叶变换离子回旋共振质谱分析手段确定芳香烃以及侧链脂肪酸含量，达标后用作本发明的沥青路面再生剂。
本发明实施例使用的再生剂经处理的原油减压蒸馏的底油经分析确定，含有芳香环烃含量在75％，同时所含脂肪酸酯对应的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸中，具有支化烷基侧链的比例为20％，具有60℃的运动粘度250mm 2/s以及室温下1.2g/cm3的密度。再生剂的闪点为250℃。
沥青运动粘度(coefficient of kinematic viscosity)采用行业标准T0619《沥青运动粘度试验(毛细管法)》的测试方式测试确定。
下面的实施例对本发明的沥青路面再生剂施工的路面再生方法的方案作详细的阐述和介绍。
实施例1
一种沥青路面再生的施工方法，其包含如下步骤：
1)将经过刨铣、破碎、筛分处理的废旧沥青混合料置于100℃的烘箱中烘干；
2)将新沥青、再生剂在130℃温度下搅拌混合均匀；
3)加入处理后的旧沥青混合料，在130℃温度下充分搅拌，加入集料，混合均匀；加入填料，继续搅拌均匀，完成沥青路面材料的再生；
其中再生施工过程中各原料加入以质量份计算，废旧沥青混合料60份、集料40份、新沥青5份，油脂类物质再生剂5份，填料为5份。
实施例2
一种沥青路面再生的施工方法，其包含如下步骤：
1)将经过刨铣、破碎、筛分处理的废旧沥青混合料置于100℃的烘箱中烘干；
2)将新沥青、再生剂在120℃温度下搅拌混合均匀；
3)加入处理后的旧沥青混合料，在150℃温度下充分搅拌，加入集料，混合均匀；加入填料，继续搅拌均匀，完成沥青路面材料的再生；
其中再生施工过程中各原料加入以质量份计算，废旧沥青混合料50份、集料40份、新沥青5份，油脂类物质再生剂5份，填料为5份。
实施例3
一种沥青路面再生的施工方法，其包含如下步骤：
1)将经过刨铣、破碎、筛分处理的废旧沥青混合料置于100℃的烘箱中烘干；
2)将新沥青、再生剂在130℃温度下搅拌混合均匀；
3)加入处理后的旧沥青混合料，在130℃温度下充分搅拌，加入集料，混合均匀；加入填料，继续搅拌均匀，完成沥青路面材料的再生；
其中再生施工过程中各原料加入以质量份计算，废旧沥青混合料60份、集料50份、新沥青10份，油脂类物质再生剂5份，填料为5份。
对比例1
除沥青再生剂选择现有技术CN100422265C中实施例1使用的再生剂以外，其它废旧沥青再生施工方式的原料、流程和工艺同实施例1。
测试：废旧沥青的性能恢复
对于实施例以及对比例的沥青路面再生施工方法得到翻新沥青材料的针入度以及延度作为恢复评价。
针入度(Penetration Test)，采用国内现行试验标准(JTJ 052T 0604-93)的规定，所用的试验条件为：P 25℃、100g、5s。针入度反应的是沥青路面材料的稠度。
延度(Ductility)，使用延度仪作为实验仪器。将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2)，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度(以cm计)称为延度。对于本发明再生沥青路面，测试15℃下的延度。延度对于再生后沥青的再使用寿命有着直接的影响，延度恢复程度差(过硬)会造成裂纹再次快速形成和扩展。
设定服役前的原沥青材料为标准参考样品，测定相对其的恢复程度。具体的测试结果如下表1所示。
表1
同时，服役后的废旧沥青路面材料，劣化后的性质如下：针入度25，延度7。也能看出长时间使用后的废旧沥青路面材料，其性能劣化现象十分明显，如果不经翻新或再生，根本无法再作为路面材料使用。而经过本发明的再生方法后，得到的翻新沥青的恢复程度高，延度以及柔软性质提高明显。相对对比例，本发明的再生剂对再生施工效果提升明显。
同时，针对翻新后的路面材料，其样品的稳定度以及动稳定度结果如表2如示。
表2
本发明再生施工后的路面材料，也满足行业标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40--2004)的规定，可以直接用于路面材料的服役。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (4)
1.一种沥青路面再生剂，其特征在于：
再生剂为油脂类物质，该油脂类物质中的芳香环烃含量在70％以上，且该油脂类物质所含脂肪酸酯对应的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸中，具有支化烷基侧链的比例不超过30％；同时该油脂类物质具有60℃的运动粘度250-400mm2/s以及室温下1.2-2.0g/cm3的密度，所述再生剂包含的芳香环烃包括萘、蒽、菲结构的一种或多种；所述再生剂的闪点为240℃以上。
2.一种使用权利要求1的再生剂的沥青路面再生的施工方法，其包含如下步骤：
1)将经过刨铣、破碎、筛分处理的废旧沥青混合料置于100±5℃的烘箱中烘干；
2)将新沥青、再生剂在120-130℃温度下搅拌混合均匀；
3)加入处理后的废旧沥青混合料，在130-150℃温度下充分搅拌，加入集料，混合均匀；加入填料，继续搅拌均匀，完成沥青路面材料的再生；
其中再生过程中各原料加入以质量份计算，废旧沥青混合料30-60份、集料40-60份、新沥青5-10份，油脂类物质再生剂1-5份，填料为1-5份。
3.根据权利要求2所述的沥青路面再生的施工方法，其特征在于，集料选自石灰岩、玄武岩、花岗岩、砂岩的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的沥青路面再生的施工方法，其特征在于，所述填料的平均尺寸小于0.075mm。
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