CN117303794A - 一种全再生rap精分料超薄磨耗层混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料及其制备方法，涉及路面预防性养护的技术领域。本发明提供的混合料以重量份数计，包括以下组分：100份的混合集料、3‑5份炭黑、3‑5份石灰岩粉和7‑12份树脂；所述混合集料包括粗级集料、中级集料和改性细集料组成，且所述粗级集料、所述中级集料和所述改性细集料的质量比为(72‑50)：20：(8‑30)；所述粗级集料的粒径范围为5‑10mm，所述中级集料的粒径范围为3‑5mm，所述改性细集料的粒径范围为0‑3mm。本发明通过将粗级集料、中级集料和改性细级集料以特定比例进行复配后，所制成的混合料能够兼具高温稳定性和低温抗裂性能，并通过改善混合料中的颗粒级配，提高磨耗层混合料的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及路面预防性养护的技术领域，尤其涉及一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料及其制备方法。
背景技术
沥青路面具有表面平整无接缝、结构较柔、震动小、抗滑能力强、行车舒适等优点，且其施工周期短、易于维护。然而沥青在空气、温度、光照等自然环境的作用下会产生性能下降的老化现象，且沥青路面结构在荷载重复作用下会出现变形、疲劳等破坏，因此沥青路面的使用寿命较短。同时，在路面重建、改造和养护的过程中，必然会产生大量的废旧沥青混合料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)。
超薄磨耗层作为路面结构层的表面功能层，能够用于旧路面表面功能的恢复，也可作用为新建路面的抗滑功能层，其铺装厚度一般小于25mm，属于超薄罩面养护类型，能够预防或部分修复旧路面出现轻微裂缝、松散、车辙以及路面渗水、老化等问题，同时也能够改善路面防滑性能不足的危害。
由于超薄磨耗层直接面对复杂多变的气候环境和车轮荷载作用，对自身的高温性能、低温性能和抗水损性能等要求较高，因此往往采用具有高粘度和高弹性恢复能力的复合改性沥青作为胶接材料。因此，由于RAP料中富含老化沥青，虽然RAP料的低温性能相对于基质沥青而言更差，但RAP料的粘结和高温性能却比基质沥青更佳。
因此将RAP料应用在超薄磨耗层中，不但可以对RAP料进行回收利用，还能够提高超薄磨耗层的性能。对RAP料进行再利用时，一般采用二次破碎筛分法进行分类，将分类后的RAP料用作超薄磨耗层时，由于其集料中仍会存在大量的团聚假颗粒，会导致颗粒级配和岩性不可控，变异性大，从而影响了超薄磨耗层的性能。因此亟需提供一种方案改善这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料及其制备方法，通过将粗级集料、中级集料和改性细级集料以特定比例进行复配后，所制成的混合料能够兼具高温稳定性和低温抗裂性能，并通过改善混合料中的颗粒级配，提高磨耗层混合料的综合性能。
第一方面，本发明提供的一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料，以重量份数计，包括以下组分：100份的混合集料、3-5份炭黑、3-5份石灰岩粉和7-12份树脂；所述混合集料包括粗级集料、中级集料和改性细集料组成，且所述粗级集料、所述中级集料和所述改性细集料的质量比为(72-50)：20：(8-30)；所述粗级集料的粒径范围为5-10mm，所述中级集料的粒径范围为3-5mm，所述改性细集料的粒径范围为0-3mm。
本发明提供的一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料的有益效果在于，过将粗级集料、中级集料和改性细级集料以特定比例进行复配后，所制成的混合料能够兼具抗滑和耐久性能，并通过改善混合料中的颗粒级配，提高磨耗层混合料的综合性能。
一种可能的实施例中，所述混合集料的制备方法包括以下步骤：
采用分层铣刨的方式刨离玄武岩石料，得到回收料；
基于油石精细分离设备对所述回收料在物理碰撞作用下，回收并分离得到超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料；
对所述细集料进行改性，得到改性细集料；
混合所述改性细集料、所述粗级集料和所述中级集料，得到混合集料。
本发明通过采用上述技术方案，其有益效果在于，采用物理碰撞的方式能够便于对回收料进行油石精细分离，并将常规粒径不统一、沥青分布不均匀的回收料，分离为超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料，改善了集料中存在大量假颗粒、变异性大的问题，同时有利于废弃玄武岩石料的回收利用。
一种可能的实施例中，对所述细集料进行改性的过程中，包括以下步骤：将所述细集料、改性剂和增强剂以质量比1：(0.05-0.08)：(0.01-0.05)均匀混合后，在80-90℃的氮气环境中搅拌8-10h后，制得改性细集料。
一种可能的实施例中，所述改性剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的至少一种。
一种可能的实施例中，所述改性剂为过氧化二苯甲酰和过氧化二月桂酰混合后的混合物，且所述过氧化二苯甲酰与所述过氧化二月桂酰的质量比为1：0.7。
一种可能的实施例中，所述增强剂为聚乙烯和聚丙烯中的至少一种。
一种可能的实施例中，所述树脂为酚醛树脂。
一种可能的实施例中，所述混合料中沥青含量为2.4-3.6％。
第二方面，本发明还提供上述任一实施例中混合料的制备方法，包括以下步骤：将所述混合集料加热至170-190℃后烘干并保温2-3h后，在空气气氛中加入树脂并搅拌混合30-60min，制得初次混合料；将炭黑和石灰石粉依次加入所述初次混合料中均匀搅拌后，制得混合料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本发明实施例提供了一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料，以重量份数计，包括以下组分：100份的混合集料、3-5份炭黑、3-5份石灰岩粉和7-12份树脂；所述混合集料包括粗级集料、中级集料和改性细集料组成，且所述粗级集料、所述中级集料和所述改性细集料的质量比为(72-50)：20：(8-30)；所述粗级集料的粒径范围为5-10mm，所述中级集料的粒径范围为3-5mm，所述改性细集料的粒径范围为0-3mm。
一些实施例中，混合集料的制备方法包括以下步骤：
S1、采用分层铣刨的方式刨离玄武岩石料，得到回收料；
S2、基于油石精细分离设备对所述回收料在物理碰撞作用下，回收并分离得到超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料；
S3、对所述细集料进行改性，得到改性细集料；
S4、混合所述改性细集料、所述粗级集料和所述中级集料，得到混合集料。
一些实施例中，在执行步骤S1时，要求采用分层铣刨的方式，对原常用玄武岩铺筑的面层，例如常见的上面层SMA进行分层铣刨，并使用盐酸检测法确保3mm以上的石料全部为玄武岩石料，且所得的玄武岩石料为废旧沥青混合料(RAP)，如此可以保证回收料中玄武岩石料的专一性。
具体的，当国省干道因超载、保养不当等影响，产生裂缝、脱落和严重车辙等问题时，由于按照现有施工标准，国省感到上面层位置均采用玄武岩铺筑的SMA-13结构，因此可以采用分层铣刨的方式，特定铣刨上面层获取玄武岩石料，并使用盐酸检测法检测抽提后5-10mm、3-5mm层的石料，若不反应且石料呈现黑色，则可以判定两处的石料均为玄武岩石料。
因此，通过执行步骤S1，能够获取原路面上面层的玄武岩石料并应用到超薄磨耗层混合料中，有利于对玄武岩石料进行回收利用，充分发挥这些优质材料的使用价值，节约了资源，降低了公路工程的整体造价。
一些实施例中，在执行步骤S2时，采用现有的大型或大中型油石精细分离设备，将RAP料投入油石精细分离设备中，在物理碰撞的作用下对RAP料进行油石分离。
一些实施例中，在执行步骤S2时，采用油石精细分离设备对RAP料进行油石分离后，所得到的超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料，其中超粗级集料、粗级集料和中级集料为贫油集料，细集料为富有集料。
具体的，在执行步骤S2后，超粗级集料的粒径范围为10-15mm，粗级集料的粒径范围为5-10mm，中级集料的粒径范围为3-5mm，细集料的粒径范围为0-3mm。
具体的，在执行步骤S2后，可以利用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程FTGE20-2011》T0725-2011中的记载的旋转蒸发器法进行沥青含量测定，所分离出来的超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料的比例及沥青含量可以如下表1所示。
表1RAP料分离后各档比例及沥青含量
实际上，由于超薄磨耗层的摊铺厚度一般为10-25mm，因此需要严格控制混合料中的粒径范围，超粒径的集料会直接影响超薄磨耗层的摊铺和压实效果，若出现混合料难以被压实这一问题时，则会导致路面的使用性能严重下降。因此，需要将RAP料分离出来的超粗级集料进行去除。
因此选取RAP料分离出来的粗级集料、中级集料及细集料进行使用，同时，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程FTG E20-2011》T0725-2011中的记载的旋转蒸发器法，对粗级集料、中级集料及细集料进行分离后，按照《公路沥青路面再生技术规范JTG/T5521-2019》中记载的方法，对这三种不同粒径的集料中分离出来的沥青的25℃针入度、软化点、15℃延度以及60℃动力粘度进行检测，其试验方法及再生指标如表2所示。
表2RAP料中沥青试验指标
实际上，在一个具体的实施例中，RAP料分离出来的旧沥青进行如表2所示的检测项目后，其结果如表3所示。
表3RAP料中沥青检测结果
实际上，当粗级集料、中级集料及细集料中的沥青被分离后，得到三种不同粒径的集料对应的石料，可以按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》对三种石料的性质进行测定，其测定项目、试验方法及检测指标如下表4所示。
表4RAP料抽提沥青后石料的试验指标
实际上，在一个具体的实施例中，RAP料分离出来旧沥青后的石料进行如表4所示的检测项目后，其结果如表5所示：
表5RAP料抽提沥青后石料的试验结果
一些实施例中，在执行步骤S3时，包括以下步骤：将细集料、改性剂和增强剂以质量比1：(0.05-0.08)：(0.01-0.05)均匀混合后，在80-90℃的氮气环境中搅拌8-10h后，制得改性细集料。实际上，通过对细集料进行改性，能够提高超薄磨耗层整体的高温稳定性及低温抗裂性能。
一些实施例中，在执行步骤S3时，改性剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的至少一种。
一些实施例中，在执行步骤S3时，改性剂具体为过氧化二苯甲酰和过氧化二月桂酰混合后的混合物，且过氧化二苯甲酰与过氧化二月桂酰的质量比为1：0.7。通过采用这一比例进行组合后的改性剂，能够对细集料起到更好的改性作用，从而进一步提高超薄磨耗层整体的高温稳定性和低温抗裂性能。
一些实施例中，在执行步骤S3时，所使用的增强剂为聚乙烯和聚丙烯中的至少一种。
一些实施例中，在执行步骤S4时，将改性细集料、粗级集料和中级集料在40-50℃的环境中搅拌混合2-3h，以使得三种不同粒径的集料进行均匀混合。
一些实施例中，在密级配中，执行步骤S4时，级配范围选择密级配HSM为基准，合成级配如表6所示：
表6超薄磨耗层中三种集料的比例及合成级配
一些实施例中，可以通过马歇尔稳定度试验对密级配的磨耗层混合料进行配合比设计，包括确定混合料中的最佳油石比，并通过析漏损失试验和飞散损失试验对最佳油石比进行验证，具体如下表7和表8所示；其中油石比为混合料中沥青料与其他料的比值
表7密级配马歇尔稳定度试验结果
表8沥青混合料析漏、飞散试验结果
一些实施例中，在开级配中，执行步骤S4时，为了使得磨耗层混合料兼具抗滑和耐久性能，对集料的合成级配按照以下设计原则进行优化：1、在保证级配区间的前提下，减少合成级配中2.36mm筛孔的累计通过量，这是由于2.36mm为超薄磨耗层设计的关键筛孔，若2.36mm累计通过量减少，则空隙率随之增大；2、在保证空隙率和构造深度要求的前提下，尽可能提高改性细集料的产量，从而提高混合料中的沥青含量，其合成级配如下表9所示。
表9超薄磨耗层中三种集料的比例及合成级配
一些实施例中，可以通过马歇尔稳定度试验对开级配的磨耗层混合料进行配合比设计，包括确定混合料中的最佳油石比，并通过析漏损失试验和飞散损失试验对最佳油石比进行验证，具体如下表10和表11所示；其中油石比为混合料中沥青料与其他料的比值。
表10开级配马歇尔稳定度试验结果
表11开级配最佳油石比的验证结果
因此可以看出，在混合料中油石比可以是混合料中沥青含量为2.4-3.6％，且在油石比为3％时达到最佳比例。因此基于这一最佳油石比，本发明还提供上述任一实施例中混合料的制备方法，包括以下步骤：
D1、将混合集料加热至170-190℃后烘干并保温2-3h后，在空气气氛中加入树脂并搅拌混合30-60min，制得初次混合料；
D2、将炭黑和石灰石粉依次加入所述初次混合料中均匀搅拌后，制得混合料。
实施例1-3
本发明实施例1-3提供一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料，其中具体组分用量如下表9所示。
表9实施例1-3中各组分的重量份数
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 混合集料 | 100 | 100 | 100 |
| 炭黑 | 3 | 4 | 5 |
| 石灰石粉 | 5 | 4 | 3 |
| 酚醛树脂 | 12 | 7 | 10 |
本发明实施例1-3中混合集料均采用粗级集料、中级集料和改性细集料以质量比为72：20：8混合后的混合物；粗级集料的粒径范围为5-10mm，中级集料的粒径范围为3-5mm，改性细集料的粒径范围为0-3mm；混合集料的合成级配如上表6所示。
本发明实施例1-3中混合集料的制备方法包括以下步骤：将细集料、改性剂和聚乙烯以质量比1：0.08：0.05均匀混合后，在80-90℃的氮气环境中搅拌8-10h后，制得改性细集料；其中改性剂为过氧化二苯甲酰与所述过氧化二月桂酰以质量比为1：0.7混合后的混合物。
本发明实施例1-3中混合料的制备方法包括以下步骤：将混合集料加热至180℃后烘干并保温3h后，在空气气氛中加入树脂并搅拌混合60min，制得初次混合料；将炭黑和石灰石粉依次加入所述初次混合料中均匀搅拌后，制得混合料。
实施例4
本发明实施例4与实施例2的不同之处在于，实施例4中混合集料的制备方法中，改性剂为过氧化二苯甲酰。
实施例5
本发明实施例5与实施例2的不同之处在于，实施例5中混合集料采用粗级集料、中级集料和改性细集料以质量比为50：20：30混合后的混合物。
对比例1
本发明对比例1与实施例2的不同之处在于，对比例1中的混合集料采用粗级集料、中级集料和细集料以质量比为72：20：8混合后的混合物；粗级集料的粒径范围为5-10mm，中级集料的粒径范围为3-5mm，细集料的粒径范围为0-3mm；混合集料的合成级配如上表6所示。
对比例2
本发明对比例2与实施例5的不同之处在于，对比例2中混合集料采用粗级集料、中级集料和细集料以质量比为50：20：30混合后的混合物。
性能检测
将实施例1-4和对比例1中制备的混合料进行如表10所示的性能测定项目，其结果如下表12所示；
将实施例1-4和对比例1中制备混合料摊铺碾压成型24h后，基于《公路沥青路名施工技术规范JTGF40-2004》中记载的实验方法，对磨耗层进行耐滑性能BPN系数和粘结强度性能的测定，其结果如表14所示。
表10实施例1-4和对比例1的性能测定项目
将实施例5和对比例2中制备的混合料进行如表11所示的性能测定项目，其结果如下表13所示。
表11实施例5和对比例2的性能测定项目
表12实施例1-4和对比例1的性能测定结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 动稳定度 | 16574 | 16831 | 16726 | 15262 | 13404 |
| 最大弯拉应变 | 1963.562 | 1926.428 | 1938.241 | 1853.203 | 1642.943 |
| 浸水马歇尔残留稳定度 | 95.211 | 95.326 | 95.601 | 93.421 | 90.162 |
| 冻融劈裂残留强度比 | 98.652 | 98.568 | 98.642 | 97.252 | 96.076 |
| 渗水系数 | 9642 | 9725 | 9468 | 9235 | 8621 |
表13实施例5和对比例2的性能测定结果
| 实施例5 | 对比例2 | |
| 动稳定度 | 16820 | 13404 |
| 最大弯拉应变 | 6853 | 6499 |
| 浸水马歇尔残留稳定度 | 93.6 | 92.4 |
| 冻融劈裂残留强度比 | 92.58 | 90.12 |
| 渗水系数 | 35 | 41 |
表14实施例1-4和对比例1的性能测定结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 耐滑性能BPN系数 | 88.6 | 87.9 | 88.4 | 85.8 | 82.1 |
| 粘结强度(35℃，N·m) | 2.8 | 2.9 | 2.9 | 2.7 | 2.3 |
因此，结合表12和表13可以看出，本发明提供精细配方设计和RAP材料的组合所制备的磨耗层混合料，能够用于路面的预防性养护，并起到预防或快速修复路面损害的作用，从而能够显著延长沥青路面的使用寿命。
同时，本发明通过应用油石精细分离设备，采用物理碰撞的方式对RAP料进行油石分离，并对所获得的细集料进行改性处理，能够提高混合集料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗滑性能，并且提高所制备的磨耗层的耐滑性能和粘结强度。本发明有效改善了大量RAP料的再利用问题，降低了资源浪费，并且提高沥青资源的可持续利用能力，并改善了传统方式制备RAP料中团聚假颗粒的问题，得到具有稳定级配的混合集料。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (10)
1.一种全再生RAP精分料超薄磨耗层混合料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：100份的混合集料、3-5份炭黑、3-5份石灰岩粉和7-12份树脂；所述混合集料包括粗级集料、中级集料和改性细集料组成，且所述粗级集料、所述中级集料和所述改性细集料的质量比为(72-50)：20：(8-30)；所述粗级集料的粒径范围为5-10mm，所述中级集料的粒径范围为3-5mm，所述改性细集料的粒径范围为0-3mm。
2.根据权利要求1所述的混合料，其特征在于，所述混合集料的制备方法包括以下步骤：
采用分层铣刨的方式刨离玄武岩石料，得到回收料；
基于油石精细分离设备对所述回收料在物理碰撞作用下，回收并分离得到超粗级集料、粗级集料、中级集料和细集料；
对所述细集料进行改性，得到改性细集料；
混合所述改性细集料、所述粗级集料和所述中级集料，得到混合集料。
3.根据权利要求2所述的混合料，其特征在于，对所述细集料进行改性的过程中，包括以下步骤：将所述细集料、改性剂和增强剂以质量比1：(0.05-0.08)：(0.01-0.05)均匀混合后，在80-90℃的氮气环境中搅拌8-10h后，制得改性细集料。
4.根据权利要求3所述的混合料，其特征在于，所述改性剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的混合料，其特征在于，所述改性剂为过氧化二苯甲酰和过氧化二月桂酰混合后的混合物，且所述过氧化二苯甲酰与所述过氧化二月桂酰的质量比为1：0.7。
6.根据权利要求3所述的混合料，其特征在于，所述增强剂为聚乙烯和聚丙烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的混合料，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂。
8.根据权利要求1所述的混合料，其特征在于，所述粗级集料中沥青含量为1.8-2.0％，所述中级集料中沥青含量为1.6-1.7％，所述改性细集料中沥青含量为7.0-7.5％。
9.根据权利要求8所述的混合料，其特征在于，所述混合料中沥青含量为2.4-3.6％。
10.一种如权利要求1至9任一项所述混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述混合集料加热至170-190℃后烘干并保温2-3h后，在空气气氛中加入树脂并搅拌混合30-60min，制得初次混合料；将炭黑和石灰石粉依次加入所述初次混合料中均匀搅拌后，制得混合料。
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