CN117050549A - 一种沥青温拌再生剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青温拌再生剂及其制备方法和应用，属于筑路用沥青添加剂技术领域。本发明按质量百分比计，包括：沥青质分散剂2‑5%，芳烃油70‑80%，温拌剂1‑2%，硫化生物油10‑20%，抗老化剂2‑4%，除臭剂2‑3%，稳定剂1‑2%；将芳烃油和硫化生物油在50‑60℃下搅拌均匀，加入沥青质分散剂和温拌剂并在40‑50℃下搅拌均匀，再加入抗老化剂和除臭剂，混合均匀后最后加入稳定剂，即可得到沥青温拌再生剂。本发明的沥青温拌再生剂加入到PAP料中，在加入过程中气味温和，且具有优良的抗老化性能。温拌再生剂对老化沥青的性能恢复效果出色，且添加后能降低沥青混合料的生产施工温度20‑30℃，有利于再生沥青路面生产铺筑过程中的节能减排环保，经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明属于筑路用沥青添加剂技术领域，具体涉及一种沥青温拌再生剂及其制备方法和应用。
背景技术
沥青路面维修养护过程中产生大量的废弃沥青混合料（Reclaimed AsphaltPavement以下简称RAP料）面临两大社会问题：环境污染和资源浪费，如何高附加值地回收再利用，已成为公路工作者研究的重要方向。
目前RAP料的再生利用技术按施工温度分为热拌再生法和冷拌再生法；按RAP料拌和场地不同可分为厂拌再生法和就地再生法。其中的厂拌热再生法可生产出具有预期路用性能的混合料，用于各等级公路沥青路面结构层的铺筑，高附加值地利用RAP料，是沥青路面再生应用最普遍的技术。
对RAP料进行厂拌热再生的技术关键主要有以下两点：一是RAP料加热设备；二是再生剂。近10年，随着拌和楼设备制造商加大对RAP料加热设备的研发力度，技术先进且质量可靠的产品已广泛应用于实体工程；再生剂是一种能够使RAP料中老化沥青的化学组分发生“逆行”，沥青性能指标得到恢复的液态功能改性剂，国内外对它的研究也已取得丰富的成果，并且形成了相应的技术规范。厂拌热再生关键技术的发展进步，推动了该技术在实体工程中应用量的持续增长，成为了大力提倡的路面养护维修技术之一。
然而，厂拌热再生过程中RAP料的加热温度和再生混合料的质量稳定性依然制约着该技术的进一步发展壮大。RAP料的加热温度直接影响着其掺配比例的多少、再生设备的产能和新料的生产温度。因此，通过对目前的厂拌热再生技术进行升级，发展温拌改性再生技术，实现再生沥青混合料温拌温铺的同时提高其路用性能，高附加值地利用RAP料，技术关键在于研制兼具温拌、改性和再生功能于一体的改性剂。温拌改性再生技术具有鲜明的节能减排、绿色环保时代特征，是一项推广应用前景广阔的“绿色”筑路技术，符合中国构建资源节约型、环境友好型社会和可持续发展战略的要求。
沥青的老化是不可逆的化学变化，沥青的再生是沥青老化的逆过程，再生剂是实现这种逆过程的理想材料。目前市场上的主流沥青再生剂产品主要是根据组分调节理论研制，存在再生效果有限、功能单一、高温气味难闻、再生温度高等诸多缺点，因此有必要进行改进。
发明内容
针对现有技术中沥青再生剂的再生效果有限且功能单一、气味大的不足的问题，本发明提供了一种沥青温拌再生剂及其制备方法和应用。
本发明采用的技术方案如下：
一种沥青温拌再生剂，按质量百分比计，包括以下组分：
沥青质分散剂 2-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 10-20%；
抗老化剂 2-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
进一步地，芳烃油为橡胶油、糠醛抽出油和环烷油中的一种或多种。
进一步地，所述硫化生物油为硫化玉米油、硫化大豆油、硫化棉籽油、硫化菜籽油中的一种或多种。
进一步地，硫化生物油为硫化大豆油和硫化菜籽油的混合油，从而在降低生产成本的同时提高其在沥青中的溶解能力，硫化大豆油和硫化菜籽油的质量比为1:0.5-1.5:0.5。
作为优选，沥青质分散剂为N，N-二烷基酰胺或N-烷基内酰胺。
作为优选，温拌剂为表面活性剂型温拌剂Alube、Cecabase RT或Evotherm M1；抗老化剂为植物甾醇；除臭剂为蓖麻油酸锌；稳定剂为气相二氧化硅。
作为优选，按质量百分比计，包括以下组分：
沥青质分散剂 3-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 15-20%；
抗老化剂 3-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
一种沥青温拌再生剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照比例将芳烃油和硫化生物油在50-60℃的温度下混合均匀；
步骤2：按照比例向步骤1得到的混合物中加入沥青质分散剂和温拌剂并在40-50℃的温度下混合均匀；
步骤3：按照比例向步骤2得到的混合物中加入抗老化剂和除臭剂并混合均匀；
步骤4：按照比例向步骤3得到的混合物中加入稳定剂混合均匀后得到沥青温拌再生剂
进一步地，按质量百分比计，各组分的配比为：
沥青质分散剂 2-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 10-20%；
抗老化剂 2-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
一种沥青温拌再生剂用于沥青再生的应用，旧沥青混合料的加热温度为100-120℃、新集料加热温度为160-180℃、新沥青加热温度为140-150℃，再生沥青混合料出料温度为145-155℃，沥青温拌再生剂的添加剂量为老化沥青质量的8%-8.5%。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.具有更好的再生性能，通过综合组分调节理论和相容性理论而发展出的沥青再生组分再平衡新理论，因此其配方设计和组成更合理更科学，表现为再生混合料的综合路用性能更优异，本发明制备沥青温拌再生剂时同时加入了芳烃油和硫化生物油，通过的加入硫化生物油对沥青质起到很好的胶溶、渗透和润滑作用，打开了原本团聚的沥青质分子间的通道，从而促进芳烃油对沥青各组分的调和，促进芳烃油更好的进入沥青各处，充分补充沥青胶体结构中的轻质组分，从而对沥青的组分比例进行调和，起到更好的再生效果。与普通生物油相比，硫化生物油具有更强的承载力和油膜强度，通过硫化生物油中大分子之间的相互作用减小了沥青膜层的厚度，提高了沥青的延展性，削弱了其塑性，使沥青的弹性恢复能力增强，抗变形能力提高，其内部所含的胺基甲酸甲酯中含有部分较强的极性基团，能与老化沥青的沥青质发生化学反应并形成氢键作用，从而使沥青质分子之间的吸引力降低。硫化生物油也能与沥青质周围极性较强的基团发生反应，生成与胶质极性相当的中间相，加强了沥青质对周围胶体的吸附力，使沥青的胶体结构更加稳定。此外，由于再生剂中分散剂的加入将沥青质分子分散，更加便于硫化生物油与沥青质周围基团的反应，产生更多的中间相，由此体现了硫化生物油与分散剂的相互配合，减弱了老化沥青中沥青质分子的凝聚作用，共同分散了体系中的沥青质分子。凝聚结构的打破使沥青质分子与其他组分之间的距离缩小，从而使沥青各组分之间的溶度参数差减小，有利于老化沥青的再生。且再生剂中的各组分能更好地渗透入老化沥青中，恢复并形成更稳定的胶体结构。由此可见，芳烃油、硫化生物油的同时加入起到了协同作用，并能与沥青质分散剂等其他组分协同促进沥青的再生，通过组分调节和溶解作用的配合使沥青的各组分和胶体结构在老化后实现再平衡，从而提高再生沥青的抗老化性能。
2.具有更好的抗老化性能。抗老化性能优于其它再生剂，因此可以提高再生沥青路面的耐久性，延长路面服役寿命，节本增效。
3.节能减排环保。本发明沥青温拌再生剂兼具了显著的温拌与改性效果，在添加后可以降低再生沥青混合料的生产施工作业温度20-30℃左右，实现节能减排，环保效益显著。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种沥青温拌再生剂，按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
芳烃油 70%；
温拌剂 1%；
硫化生物油 19%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 2%。
本实施例中，沥青质分散剂为N，N-二烷基酰胺，芳烃油为橡胶油，温拌剂为Cecabase RT，硫化生物油为硫化玉米油。
该沥青温拌再生剂的制备方法为：
步骤1：将70kg芳烃油和19kg硫化生物油在60℃的温度下搅拌均匀；
步骤2：向步骤1得到的混合物中加入3kg沥青质分散剂和1kg温拌剂并在45℃的温度下搅拌均匀；
步骤3：向步骤2得到的混合物中加入3kg抗老化剂和2kg除臭剂并在常温下用高速剪切机在2300转/分钟的转速下搅拌10分钟；
步骤4：向步骤3得到的混合物中加入2kg稳定剂继续高速搅拌20分钟，得到黑色液体产物，即得到沥青温拌再生剂。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
芳烃油 75%；
温拌剂 1%；
硫化生物油 15%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 2%。
本实施例中，沥青质分散剂为N，N-二烷基酰胺，芳烃油为环烷油，温拌剂为Evotherm M1，硫化生物油为硫化菜籽油。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 5%；
芳烃油 70%；
温拌剂 2%；
硫化生物油 16%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 3%；
稳定剂 2%。
本实施例中，沥青质分散剂为N-烷基内酰胺，芳烃油为糠醛抽出油，温拌剂为Alube，硫化生物油为硫化棉籽油。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 4%；
芳烃油 70%；
温拌剂 1%；
硫化生物油 19%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 1%。
本实施例中，沥青质分散剂为N，N-二烷基酰胺，芳烃油为糠醛抽出油，温拌剂为Evotherm M1，硫化生物油为硫化棉籽油。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 5%；
芳烃油 70%；
温拌剂 2%；
硫化生物油 16%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 2%。
本实施例中，沥青质分散剂为N-烷基内酰胺，芳烃油为环烷油，温拌剂为CecabaseRT，硫化生物油为硫化玉米油。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
芳烃油 75%；
温拌剂 1%；
硫化生物油 15%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 1%。
本实施例中，沥青质分散剂为N-烷基内酰胺，芳烃油为糠醛抽出油，温拌剂为Alube RT，硫化生物油为硫化大豆油和硫化菜籽油的混合油，硫化大豆油和硫化菜籽油的质量比为1:0.5。
对比例1
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
芳烃油 90%；
温拌剂 1%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 1%。
对比例2
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
芳烃油 90%；
温拌剂 1%；
生物油 15%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 1%。
本实施例中，生物油为大豆油和菜籽油的混合油，大豆油和菜籽油的质量比为1:0.5。
对比例3
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：按质量百分比计，由以下组分组成：
沥青质分散剂 3%；
温拌剂 1%；
硫化生物油 90%；
抗老化剂 3%；
除臭剂 2%；
稳定剂 1%。
为了验证本发明产品的有益效果，将上述实施例1-6和对比例1-3制备的沥青温拌再生剂按照下列三种试验方法测试。
1、老化沥青的性能恢复试验
试验所采用的沥青为韩国SK-90#基质沥青，其25℃针入度为9.1mm，软化点为48.5℃，15℃延度>100，135℃布氏旋转黏度为345mPa•s。
沥青温拌再生剂的掺量为沥青质量的5%、6%、7%、8%、9%。除了本发明公布的沥青温拌再生剂，还选用了市场销售的RA5沥青再生剂作为对比列，RA5的最佳掺量为沥青质量的8%。其中，实验例1-6使用的为实施例1-6制备的沥青温拌再生剂，实验例7-9为对比例1-3制备的沥青温拌再生剂，实验例10为先使用4%对比例1制备的沥青温拌再生剂，再使用4%的对比例3制备的沥青温拌再生剂，实验例11为先使用4%对比例3制备的沥青温拌再生剂，再使用4%的对比例1制备的沥青温拌再生剂；实验例12为市场销售的RA5沥青再生剂；
试验方法：将基质沥青加热至120℃并保持流动状态，将沥青温拌再生剂按剂量准确称量并加入到沥青中，并搅拌均匀，制备再生沥青。先后按照中华人民共和国交通运输部颁布的标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T 0610试验方法和SH/T 0774-2005《沥青加速老化试验法（PAV法）》中的试验方法对基质沥青和再生沥青进行163℃，85分钟的短期老化和100℃，20h的长期老化，并定义为一次老化循环。为了更好地检验沥青温拌再生剂对沥青老化性能的恢复效果，将上述老化后的沥青再次进行20h的长期老化。共进行三次如上的老化循环，并按照中华人民共和国交通运输部颁布的标准JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0604、T 0605、T 0606、T 0625的试验方法分别检测每次老化循环后老化基质沥青和老化再生沥青的三大指标和135℃布氏旋转黏度。试验结果见表1（一次老化循环后再生沥青三大指标恢复试验结果表）、表2（两次老化循环后再生沥青三大指标恢复试验结果表）、表3（三次老化循环后再生沥青三大指标恢复试验结果表）、表4（再生沥青135℃布氏旋转黏度结果表）。
表1
表2
表3
表4
从表1、表2、表3、表4的试验结果可以看出，本发明的实施例1-6的产品均可以实现老化沥青性能的恢复。在添加不同比例的沥青温拌再生剂后，再生沥青在老化后的针入度和延度都大幅上升，软化点和135℃黏度有不同程度的下降，随着老化循环次数的增加，温拌再生剂对沥青性能的恢复能力略有减弱，但仍然优于RA5再生沥青。当温拌再生剂添加量为8%时，一次老化循环后再生沥青基本可以恢复到老化前基质沥青的性能，且三大指标仍然满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的技术要求。
2、沥青混合料温拌效果试验
本发明沥青温拌再生剂同时具备温拌效果，可以降低沥青混合料的拌和及施工温度20℃~30℃。通过对比基质沥青混合料和再生沥青混合料在不同拌和温度下室内成型的马歇尔试件的压实度，能够验证本发明产品的温拌效果。
试验方法：按照中华人民共和国交通运输部颁布的标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0702、T 0705、T 0709的试验方法对基质沥青混合料和再生沥青混合料成型马歇尔试件，并测试其压实度。
试验所采用的沥青为韩国SK-90#基质沥青，本发明公布的沥青温拌再生剂和RA5的掺量均为各自沥青质量的8%。集料为石灰岩，混合料的级配类型为AC-16C，最佳油石比均为4.3%。室内试验确定的矿料级配见表5。
表5
以上所述实验将经过一次老化循环的基质沥青和再生沥青进行混合料拌和与室内击实，基质沥青混合料和再生沥青混合料的马歇尔试件成型温度均分别为90℃、110℃、130℃、150℃。室内试验结果见表6。
表6
从表6的试验结果可以看出，随着击实温度的升高，沥青混合料的压实度逐渐增加，本发明的实施例1-6的产品均可以实现老化沥青混合料压实度的提高，相比之下RA5沥青混合料的压实度基本与基质沥青混合料相同。在达到相同压实度时，本发明发布的再生剂沥青混合料的压实温度相比基质沥青混合料可以降低20℃左右，证明了本发明的沥青温拌再生剂具有显著的温拌效果。
3、沥青混合料路用性能试验
检验再生沥青混合料的路用性能，能够验证本发明产品沥青温拌再生剂在实际使用中的改性效果。具体试验如下：
试验方法：按照中华人民共和国交通运输部颁布的标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0702、T 0709、T 0719、T 0728、T 0729的试验方法对基质沥青混合料和再生沥青混合料成型马歇尔试件，并测试其动稳定度、浸水残留稳定度比、最大弯拉应变、劈裂强度比。
试验所采用的沥青为韩国SK-90#基质沥青，本发明公布的沥青温拌再生剂和RA5的掺量均为沥青质量的8%。集料为石灰岩，最佳油石比均为4.3%。室内试验确定的矿料级配见表7。
表7
经一次老化循环后的基质沥青混合料的拌和温度为150℃，马歇尔试件成型温度为140℃。经一次老化循环后的再生沥青混合料的拌和温度为130℃，马歇尔试件成型温度为120℃。室内试验结果见表8。
表8
表8的试验结果表明，经一次老化循环后的再生剂沥青混合料的路用技术性能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的相关要求，证明本发明的实施例1-6的产品均具有一定的改性效果，相比之下RA5对沥青混合料的路用性能基本没有影响。
通过对上述三类验证本发明公布的沥青温拌再生剂增益效果的室内试验结果进行分析，可以看出实施例1-6均能够提升沥青在老化后的性能恢复效果，并对沥青混合料具有良好的温拌效果和改性效果，且实施例6的上述功能均明显优于其它实施例。
实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种沥青温拌再生剂，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分：
沥青质分散剂 2-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 10-20%；
抗老化剂 2-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
2.根据权利要求1所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：芳烃油为橡胶油、糠醛抽出油和环烷油中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：所述硫化生物油为硫化玉米油、硫化大豆油、硫化棉籽油、硫化菜籽油中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：硫化生物油为硫化大豆油和硫化菜籽油的混合油，且硫化大豆油和硫化菜籽油的质量比为1:0.5-1.5:0.5。
5.根据权利要求1所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：沥青质分散剂为N，N-二烷基酰胺或N-烷基内酰胺。
6. 根据权利要求1所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：温拌剂为表面活性剂型温拌剂Alube、Cecabase RT或Evotherm M1；抗老化剂为植物甾醇；除臭剂为蓖麻油酸锌；稳定剂为气相二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的一种沥青温拌再生剂，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分：
沥青质分散剂 3-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 15-20%；
抗老化剂 3-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
8.一种如权利要求1-7所述的沥青温拌再生剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：按照比例将芳烃油和硫化生物油在50-60℃的温度下混合均匀；
步骤2：按照比例向步骤1得到的混合物中加入沥青质分散剂和温拌剂并在40-50℃的温度下混合均匀；
步骤3：按照比例向步骤2得到的混合物中加入抗老化剂和除臭剂并混合均匀；
步骤4：按照比例向步骤3得到的混合物中加入稳定剂混合均匀后得到沥青温拌再生剂。
9.根据权利要求8所述的沥青温拌再生剂的制备方法，其特征在于：按质量百分比计，各组分的配比为：
沥青质分散剂 2-5%；
芳烃油 70-80%；
温拌剂 1-2%；
硫化生物油 10-20%；
抗老化剂 2-4%；
除臭剂 2-3%；
稳定剂 1-2%。
10.一种如权利要求1-7所述的沥青温拌再生剂或采用权利要求8-9所述的制备方法制备出的沥青温拌再生剂用于沥青再生的应用，其特征在于：旧沥青混合料的加热温度为100-120℃、新集料加热温度为160-180℃、新沥青加热温度为140-150℃，再生沥青混合料出料温度为145-155℃，沥青温拌再生剂的添加剂量为从旧沥青混合料中提取的老化沥青质量的8%-8.5%。
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