CN117683365A - 一种rap热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法及使用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青混合料回收再生技术领域，具体公开了一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法及使用工艺。本发明的RAP热拌、温拌再生乳化沥青包括如下质量百分比组分：改性剂：0％‑20％、乳化剂：2％‑10％、石油树脂：0％‑18％、基质沥青：60％‑75％、水10％‑35％。本发明中沥青混合料热(温)拌再生回收料利用率高，其热(温)拌再生沥青混合料回收料的性能满足国家再生沥青混合料标准，生产的热(温)再生沥青混合料具有很好的抗车辙性能、低温抗裂性能和很高的动态模量及抗疲劳强度，解决了沥青路面由于大中修产生的废旧沥青混合料得以资源化再生应用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及沥青混合料回收再生技术领域，具体是指一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法及使用工艺。
背景技术
随着我国公路建设的高峰期过去，道路养护进入常态。截止至2022年，我国公路路面总里程已经达到了500万公里，其中沥青铺装路面占90％，即450万公里。由于我国交通荷载的特殊性，高等级公路其使用年限一般10-15年，其他道路一般7至10年，即进入大中修(将路面面层挖除，重新铺筑路面面层，中修，仅铣刨上面层，大修，上中下面层全部铣刨)，因此，每年我国大中修沥青路面产生的回收料高达8亿吨之巨。而铣刨下来的材料(RAP)，最初作为垃圾被废弃，严重影响生态环境。后来，为将RAP利用起来，减少废弃给环境带来的污染，某些科研单位研究将其作为底基层材料填埋到路面下面，这就是所谓冷再生。近些年，随国家环保政策的日益严格，国家在政策上引导资源的循环利用，并出台了相应的减税政策，但由于再生技术的限制，至今这些政策难以落实，我国目前RAP厂拌热再生的再生率不超过25％，且其质量无法达到GBT25033标准。
目前，国内的应用基本是RAP添加量控制在20％内，新料占80％以上，这在建设高峰期，尚可实行，但在养护为主的时期，大量的RAP就无法获得有效的消化，初期只能作为冷再生用于基层，但必须抬高路面标高，但是，有些特殊的道路，如高速公路、城市道路，桥梁桥面、隧道等，对标高有严格控制要求，就必须要高比例再生(RAP比例大于80％)，甚至全再生(RAP比例大于95％)。
国家在相应配套的公路沥青路面设计规范JTG D50-2017中，明确规定，厂拌热再生沥青混合料，可以用于沥青路面结构层，但必须满足其抗剪强度和疲劳强度要求。目前国内技术，在RAP比例达到30％时，其疲劳强度不超过20万次，距离JTG D50规范标准要求的100万次，相差甚远，至今没有突破。因此，厂拌热再生沥青混合料无法进入工程图纸设计，RAP的大规模的厂拌热再生工程化应用，难以施行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乳化沥青形态的RAP热(温)拌再生剂，解决RAP再生时，其性能满足现行规范标准及国家再生沥青混凝土标准，同时具有一定的阻燃、降低拌和温度、提高沥青的抗剥落性能等。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照质量百分比称取改性剂：0％-20％、乳化剂：2％-10％、石油树脂：0％-18％、基质沥青：60％-75％、水10％-35％，备用；
S2：将基质沥青加热到100-180℃的条件下，之后加入石油树脂搅拌，使得石油树脂完全溶解于基质沥青中，得到改性沥青；
S3：将水加热到50-95℃的条件下，之后加入乳化剂混合搅拌，使得乳化剂完全溶解于水中，得到皂液；
S4：将皂液、改性沥青加入胶体磨中，通过胶体磨的高速剪切研磨，使得改性沥青分散到皂液中，得到乳化沥青；
S5：将改性剂加入乳化沥青中，混合搅拌均匀后，即得到再生乳化沥青。
作为本发明进一步的方案：所述基质沥青为50#-110#重交沥青。
作为本发明进一步的方案：所述石油树脂为碳五石油树脂、碳九石油树脂、碳五/碳九共聚石油树脂、氢化石油树脂、间戊二烯树脂、DCPD树脂、PR1树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、古马隆树脂中的一种或几种。
作为本发明进一步的方案：所述乳化剂为阳离子表面活性剂、非离子乳化剂为非离子表面活性剂中的若干种。
作为本发明进一步的方案：所述改性剂为SBS胶乳、SBR胶乳、醋酸乙烯胶乳、丁腈胶乳、天然橡胶胶乳、氯丁胶乳、丁苯胶乳、丁基胶乳、丁吡胶乳、水性丙烯酸乳液、水性环氧树脂中的两种或两种以上的复配物。
一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的使用工艺，具体如下：
该再生乳化沥青正常使用温度为10-90℃，当环境温度低于10℃时，其温度要求50-90℃，当环境温度高于10℃时，其温度要求10-50℃，将原生集料加热至150-190℃，将RAP加热至100-180℃，按设计生产配合比要求称量后加入拌缸，混合搅拌2-8s，之后向拌缸中喷入120-190℃基质沥青或改性沥青，与之同步喷入再生乳化沥青，在RAP占比大于60％时，可无需向拌缸中喷入基质沥青或改性沥青，只喷入再生乳化沥青即可，混合搅拌20-120s，在温度为120-175℃的条件下出料，得到再生沥青混合料。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在乳化沥青中添加各种改性剂，即可制备出满足各种要求的改性再生沥青混合料，将乳化沥青喷入拌缸时，乳化沥青中的水碰到高热的集料和RAP，就迅速发泡变成水蒸气，其体积膨大几百倍，沥青泡的破裂形成巨大的爆破冲击力，将RAP表面包裹的老化沥青膜剥离出来，使其快速与再生剂渗透融合，解除老化沥青的低温脆断性，使其恢复粘弹性，RAP热拌、温拌再生乳化沥青的工程化生产工艺过程简单，生产过程中能较好地实现质量控制，适合大规模生产。
2、本发明中的改性剂，既可以单独使用，也可以复配使用，形成复杂的改性剂体系，以满足热(温)拌再生沥青混合料对不同地域不同气候条件和使用场景的路用性能要求。
3、使用本发明的再生乳化沥青在RAP加热温度为110-190℃、原生集料加热温度为130-230℃的条件下，拌和20-120s形成再生沥青混合料，其马歇尔残留稳定度、冻融劈裂、低温最大破坏应变、疲劳强度、劈裂强度、动稳定度满足现行规范JTG F40-2004或JTG D50-2017或GBT25033-2010标准要求；当RAP比例高达80％以上时，其再生混合料的动态模量(20℃、10Hz)达到13000MPa以上，其疲劳失效应变不小于130με。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例5中的40％热拌再生沥青混合料中的配合比及通过率图；
图2为本发明实施例5中的40％热拌再生沥青混合料中的主要材料配比图；
图3为本发明实施例6中的50％热拌再生沥青混合料中的配合比及通过率图；
图4为本发明实施例6中的50％热拌再生沥青混合料中的主要材料配比图；
图5为本发明实施例7中的60％热拌再生沥青混合料中的配合比及通过率图；
图6为本发明实施例7中的60％热拌再生沥青混合料中的主要材料配比图；
图7为本发明实施例8中的100％温拌再生沥青混合料中的配合比及通过率图；
图8为本发明实施例8中的100％温拌再生沥青混合料中的主要材料配比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图8所示，本申请提供了一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法；
实施例1：
本实施例为64％普通再生乳化沥青：
| 材料名称 | 用量 | 固含量 | 合成固含量 | 说明 |
| 基质沥青 | 630 | 100％ | 630 | 70#沥青 |
| Z-4FMB | 55 | 50％ | 27.5 | 合肥孚成再生乳化剂 |
| 水 | 340 | 0 | 0 | 自来水 |
| 合计 | 1025 | 64.1％ | 657.5 |
试验室制备方法：将水加热至75℃，之后将乳化剂Z-4FMB加入水中并搅拌至完全溶解后，制备成皂液；将皂液加入到胶体磨中，打开循环乳化，将130℃的70#沥青缓慢加入到胶体磨中进行乳化，直到添加完毕，制备成乳化沥青。
工业制备方法：将水打入皂液罐中并加热至75-80℃，将乳化剂加入皂液罐，搅拌至完全溶解；将70#沥青加热至135-140℃备用；设置皂液三通阀处于循环位置，打开皂液泵，设置皂液流量，满足固含量64％的要求；设置沥青三通阀处于循环位置，打开沥青泵，设置沥青流量，满足固含量64％要求；打开胶体磨电机，使胶体磨运转，设置皂液三通阀处于乳化位置，让皂液进入胶体磨；设置沥青三通阀处于乳化位置，让沥青进入胶体磨，与先进入胶体磨的皂液进行剪切研磨，将沥青乳化；从胶体磨出口出来的高温乳化沥青进入换热器，将乳化沥青的温度降低至90℃以下，进入储罐存放。
实施例2：
本实施例为66％改性再生乳化沥青：
试验室制备方法：将水加热至75℃，之后将乳化剂Z-5加入水中并搅拌至完全溶解后，制备成皂液；将皂液加入到胶体磨中，打开循环乳化，将C9加入到160℃的70#沥青中，搅拌至完全溶解后，缓慢加入到胶体磨中进行乳化，直到添加完毕，制备成乳化沥青；将乳化沥青放出后，加入SBS胶乳，搅拌均匀，即完成制备工作。
工业制备方法：将水打入皂液罐中并加热至75-80℃，将乳化剂加入皂液罐，搅拌至完全溶解；将基质沥青加热至160-175℃后，将C9加入到基质沥青中，搅拌至完全溶解备用；设置皂液三通阀处于循环位置，打开皂液泵，设置皂液流量，满足固含量66％的要求；设置沥青三通阀处于循环位置，打开沥青泵，设置沥青流量，满足固含量66％要求；打开胶体磨电机，使胶体磨运转，设置皂液三通阀处于乳化位置，让皂液进入胶体磨；设置沥青三通阀处于乳化位置，让沥青进入胶体磨，与先进入胶体磨的皂液进行剪切研磨，将沥青乳化；从胶体磨出口出来的高温乳化沥青进入换热器，将乳化沥青的温度降低至90℃以下，进入储罐存放，向储罐中加入胶乳，搅拌均匀，即完成改性再生乳化沥青生产。
实施例3：
本实施例为70％改性再生乳化沥青：
试验室制备方法及工业制备方法，同实施例2。
本实施例为非离子型再生乳化沥青，主要用于兼容阴离子胶乳改性剂或阴离子与非离子胶乳复配的改性剂，实现特殊用途的再生沥青混合料的制备。
实施例4：
本实施例为75％改性再生乳化沥青
| 材料名称 | 用量 | 固含量 | 合成固含量 | 说明 |
| 基质沥青 | 930 | 100％ | 930 | 70#沥青 |
| C9 | 93 | 100％ | 93 | 石油树脂 |
| Z-5 | 45 | 50％ | 22.5 | 合肥孚成阳离子再生乳化剂 |
| 水 | 300 | 0 | 0 | 自来水 |
| SBS胶乳 | 65 | 45％ | 29.25 | 阳离子胶乳 |
| 合计 | 1433 | 75.0％ | 1074.75 |
试验室制备方法及工业制备方法，同实施例2。
本实施例制备的再生乳化沥青为高固含量材料，其水分仅有25％，其可大幅度降低拌和时的混合料温度损失。
实施例5：
本实施例为40％热拌再生沥青混合料，型号：AC-13，注：AC-13主要应用于路面上面层，路用性能要求最高。配合比及通过率，见图1。
生产工艺步骤如下：其中主要材料配比见图2，再生乳化沥青固含量：64％。
步骤一：将集料加热至175℃，RAP加热至160℃，基质沥青加热至150℃，再生乳化沥青加热至20-30℃；
步骤二：按比例将集料及RAP加入拌缸中，喷入基质沥青，同步喷入再生乳化沥青；
步骤三：混合搅拌40s，出料。
实施例6：
本实施例为50％热拌再生沥青混合料，型号：AC-13。配合比及通过率，见图3。
生产工艺步骤如下：其中主要材料配比见图4，再生乳化沥青固含量：70％。
步骤一：将集料加热至175℃，RAP加热至158℃，基质沥青加热至160℃，再生乳化沥青加热至50℃；
步骤二：按比例将集料及RAP加入拌缸中，喷入基质沥青，同步喷入再生乳化沥青；
步骤三：混合搅拌50s，出料。
实施例7：
本实施例为60％温拌再生沥青混合料，型号：AC-13。配合比及通过率，见图5。
生产工艺步骤如下：其中主要材料配比见图6，再生乳化沥青固含量：66％。
步骤一：将集料加热至180℃，RAP加热至165℃，基质沥青加热至150℃，再生乳化沥青加热至45℃；
步骤二：按比例将集料及RAP加入拌缸中，喷入基质沥青，同步喷入再生乳化沥青；
步骤三：混合搅拌50s，出料。
实施例8：
本实施例为100％温拌再生沥青混合料，型号：AC-13，注：本实施例为温拌全再生沥青混合料。配合比及通过率，见图7。
生产工艺步骤如下：主要材料配比见图8，再生乳化沥青固含量：75％。
步骤一：将RAP加热至155℃，再生乳化沥青加热至45℃；
步骤二：按比例将RAP加入拌缸中，喷入再生乳化沥青；
步骤三：混合搅拌60s，出料，出料温度为148℃。
本实施例有大量工程应用，温拌全再生沥青混合料具有动态模量高(是普通改性沥青混合料的10倍)，疲劳强度大(是普通新料强度的2-3倍)，价格是高模量新沥青混合料的一半，能耗是传统热料能耗的70％。
将实施例1-4的再生乳化沥青的性能进行检测，检测结果如下表所示：
将实施例5-8的热(温)拌再生沥青混合料路用性能进行检测，按照一级公路面层技术指标比较，检测结果如下表所示：
说明：汉堡轮辙试验的规范标准，是欧洲标准，我国目前无此标准，这是一个更为严格的抗水损坏的检测指标，在碾压20000次，轮辙深度不超过17.8mm为合格。
参阅上表数据，可以得知本发明沥青混合料热(温)拌再生回收料利用率可以高达100％，其热(温)拌再生沥青混合料回收料的性能指标完全满足GBT25033-2010国家再生沥青混合料标准及JTG D50-2017公路沥青路面设计规范标准，生产的热(温)再生沥青混合料具有很好的抗车辙性能、低温抗裂性能和很高的动态模量及抗疲劳强度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照质量百分比称取改性剂：0％-20％、乳化剂：2％-10％、石油树脂：0％-18％、基质沥青：60％-75％、水10％-35％，备用；
S2：将基质沥青加热到100-180℃的条件下，之后加入石油树脂混合搅拌，使得石油树脂完全溶解于基质沥青中，得到改性沥青；
S3：将水加热到50-95℃的条件下，之后加入乳化剂混合搅拌，使得乳化剂完全溶解于水中，得到皂液；
S4：将皂液、改性沥青加入胶体磨中，通过胶体磨的高速剪切研磨，使得改性沥青分散到皂液中，得到乳化沥青；
S5：将改性剂加入乳化沥青中，混合搅拌均匀后，即得到再生乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述基质沥青为50#-110#重交沥青。
3.根据权利要求1所述的一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述石油树脂为碳五石油树脂、碳九石油树脂、碳五/碳九共聚石油树脂、氢化石油树脂、间戊二烯树脂、DCPD树脂、PR1树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、古马隆树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述乳化剂为阳离子表面活性剂、非离子乳化剂为非离子表面活性剂中的若干种。
5.根据权利要求1所述的一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述改性剂为SBS胶乳、SBR胶乳、醋酸乙烯胶乳、丁腈胶乳、天然橡胶胶乳、氯丁胶乳、丁苯胶乳、丁基胶乳、丁吡胶乳、水性丙烯酸乳液、水性环氧树脂中的两种或两种以上的复配物。
6.一种RAP热拌、温拌再生乳化沥青的使用工艺，其特征在于：具体如下：
该再生乳化沥青正常使用温度为10-90℃，当环境温度低于10℃时，其温度要求50-90℃，当环境温度高于10℃时，其温度要求10-50℃，将原生集料加热至150-190℃，将RAP加热至100-180℃，按设计生产配合比要求称量后加入拌缸，混合搅拌2-8s，之后向拌缸中喷入120-190℃基质沥青或改性沥青，与之同步喷入再生乳化沥青，在RAP占比大于60％时，可无需向拌缸中喷入基质沥青或改性沥青，只喷入再生乳化沥青即可，混合搅拌20-120s，在温度为120-175℃的条件下出料，得到再生沥青混合料。
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