CN103396043B - 温拌tor橡胶沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种温拌TOR橡胶沥青混合料及其制备方法，包括现场制备的TOR橡胶沥青,TOR橡胶沥青包括TOR、胶粉和沥青，按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100；还包括集料、矿粉和温拌剂，按重量配比，TOR橡胶沥青：（集料+矿粉）=6:100，集料：矿粉=88:12；温拌剂：沥青=3:100；本发明还提供一种温拌TOR橡胶沥青混合料的制备方法，经过制备TOR橡胶沥青、集料预处理、加入TOR橡胶沥青和温拌剂、加入矿粉及成型几个工艺步骤，制得温拌TOR橡胶沥青混合料。本发明将TOR橡胶沥青混合料和温拌技术的优势相结合，TOR橡胶沥青混合料能改善施工条件，实现资源节约和节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青及其制备方法，尤其是温拌TOR橡胶沥青混合料及其制备方法。
背景技术
胶粉改性沥青混合料即橡胶沥青混合料的应用不仅提高了沥青混合料的耐久性和疲劳寿命，改善混合料高温抗永久变形能力和低温抗开裂能力，而且可以提高路面颜色与标志线的反差，降低车轮的滚动噪声，因而改善了行车的安全性和舒适性；同时橡胶沥青混合料所用的胶粉来源于废旧轮胎，促进了废旧轮胎的综合利用，减小“黑色污染”带来的巨大环境压力，节约资源。
目前，废胶粉应用于沥青路面的技术主要分干法和湿法两大类，湿法生产的橡胶沥青存储稳定性差、制备工艺复杂，需要专用施工设备，而干法虽然施工方便简单，但胶粉和矿粉在拌合锅内短暂的拌合，反应并不充分，生产出来的混合料的异味和粉尘明显高于湿法生产的混合料，对周边环境和施工人员的影响很大，并且常规橡胶沥青混合料的生产温度达到190℃-200℃，温度高且粘度大，施工困难。
自1998年开始，美国首先试用TOR（维他连接剂），以化学方法将胶粉和沥青改性，得到TOR橡胶沥青，解决了现场改性混合料过于粘稠而难以施工的难题。TOR橡胶沥青指在胶粉与沥青的反应过程中添加一种TOR，通过将硬沥青质和软沥青质中的硫与橡胶粉表面的硫交联起来形成一大片环状和链状聚合物组成的网状结构，促成胶粉和沥青经由化学变化合成新分子，参与胶粉与沥青的交联反应，能够使胶粉与沥青之间混溶比较充分，这样一方面促进了胶粉和沥青之间的反应，减轻了环境污染，节约了能源，另一方面，取代了常规湿法现场改性必需的胶体磨和高速剪切设备，节约了资金，只需一般搅拌即可形成高性能、环保、经济的橡胶沥青胶结料。但其混合料的生产温度仍达到170℃-180℃，消耗大量的能源，排放较多的C02、烟尘和有害气体。
温拌技术是使用特定的技术或添加剂,使拌合及施工温度介于热拌沥青混合料(150℃-180℃)和冷拌(常温)沥青混合料之间,性能达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料的统称。把温拌剂掺入胶粉沥青中能够显著地改变沥青的粘度特性和高温抗车辙性能，有利于改善老化和未老化胶结料的流变特性，而且可以降低橡胶沥青混合料的施工温度。
关于温拌TOR橡胶沥青混合料目前尚无相关报道。
发明内容
本发明的目的是为克服目前TOR橡胶沥青混合料及其制备方法的上述缺点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种温拌TOR橡胶沥青混合料，包括现场制备的TOR橡胶沥青, TOR橡胶沥青包括TOR、胶粉和沥青，按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100；还包括集料、矿粉和温拌剂，按重量配比，TOR橡胶沥青：（集料+矿粉）=6:100，集料：矿粉=88:12；温拌剂：沥青=3:100。
所述沥青为70#道路石油沥青。
所述温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit。
提供一种温拌TOR橡胶沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 制备TOR橡胶沥青：TOR、胶粉和沥青按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100，将沥青放入搅拌机中加热至140°C后加入TOR和胶粉，搅拌机继续加热至170±3°C并持续搅拌60min，再在170°C下静置溶胀60min，得到TOR橡胶沥青；
(2)集料预处理：将集料与步骤（1）制得的TOR橡胶沥青按重量配比，集料：TOR橡胶沥青=6:88，将集料在175°C烘箱中加热6小时以上后加入到160°C的拌合锅中；
(3)加入TOR橡胶沥青和温拌剂：将步骤（1）制得的TOR橡胶沥青加入拌合锅内，同时将温拌剂洒在TOR橡胶沥青的表面，，搅拌90秒；温拌剂与步骤（1）中沥青的重量比为：温拌剂：沥青=3:100；
(4)加入矿粉：将在173°C -175°C烘箱中加热6小时以上的矿粉后加入到拌合锅中，搅拌90秒；矿粉与步骤（2）中集料的重量比为：矿粉：集料=12:88；
(5)成型：将拌合后的混合料在145°C-150°C下成型，得到温拌TOR橡胶沥青混合料。
步骤（1）中所述沥青为70#道路石油沥青。
步骤（3）中所述温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit。
本发明将TOR橡胶沥青混合料和温拌技术的优势相结合，能够充分发挥二者的优势，使铺筑的TOR橡胶沥青混合料路面在不降低甚至提高部分路用性能的前提下，改善施工条件，实现资源节约、节能环保与低碳建设。温拌TOR橡胶沥青混合料的推广应用既可以促进废旧轮胎的综合利用，减小“黑色污染”带来的环境压力，节约资源，又可以降低能源消耗，减少有害气体的排放，改善工厂和施工现场的工作环境。具体说来，温拌TOR橡胶沥青混合料有以下优点：1）拌合方便，制作简单，无需额外增加设备；2）适用范围广泛，能够适用各种级配的混合料；3）能够减少施工中的沥青老化；4）能够简化混合料的生产程序，延长沥青混合料拌合设备的使用寿命，而且其生产和摊铺压实的设备采用普通热拌混合料设备即可，可以节约成本；5）采用的温拌剂是白色颗粒状固体，不产生环境污染；6）施工温度相对于同一级配的热拌TOR橡胶沥青混合料，拌合温度降低10°C，矿粉加热温度降低10°C，成型温度降低5°C-15°C；7）能够减少能源消耗，与TOR橡胶沥青混合料相比能节约能源 20%；8）减少CO2 、NO2 、SO2、VOC及粉尘等有害气体的排放，从而降低了有害气体对于环境和施工人员的健康危害；9）能够适当的延长施工季节；10）能够稳定地存储更长时间，便于存储性生产，延长运输距离。
附图说明
图1为温拌TOR橡胶沥青混合料粘度与温度关系曲线；
图2为温拌TOR橡胶沥青混合料空隙率与成型温度关系曲线；
图3为矿粉加热温度与温拌TOR橡胶沥青混合料空隙率关系曲线；
图4为温拌TOR橡胶沥青混合料制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
如图4所示，温拌TOR橡胶沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备TOR橡胶沥青：TOR、胶粉和沥青按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100，将沥青放入搅拌机中加热至140°C后加入TOR和胶粉，搅拌机继续加热至167°C并持续搅拌60min，再在170°C下静置溶胀60min，得到TOR橡胶沥青；沥青为70#道路石油沥青；
(2)集料预处理：将集料与步骤（1）制得的TOR橡胶沥青按重量配比，集料：TOR橡胶沥青=6:88，将集料在175°C烘箱中加热6.5小时后加入到160°C的拌合锅中；
(3)加入TOR橡胶沥青和温拌剂：将步骤（1）制得的TOR橡胶沥青加入拌合锅内，同时将温拌剂洒在TOR橡胶沥青的表面，，搅拌90秒；温拌剂与步骤（1）中沥青的重量比为：温拌剂：沥青=3:100；温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit；
(4)加入矿粉：将在173°C烘箱中加热6.5小时的矿粉后加入到拌合锅中，搅拌90秒；矿粉与步骤（2）中集料的重量比为：矿粉：集料=12:88；
(5)成型：将拌合后的混合料在145°C下成型，得到温拌TOR橡胶沥青混合料。
实施例2
如图4所示，，温拌TOR橡胶沥青混合料的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备TOR橡胶沥青：TOR、胶粉和沥青按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100，将沥青放入搅拌机中加热至140°C后加入TOR和胶粉，搅拌机继续加热至173°C并持续搅拌60min，再在170°C下静置溶胀60min，得到TOR橡胶沥青；沥青为70#道路石油沥青；
(2)集料预处理：将集料与步骤（1）制得的TOR橡胶沥青按重量配比，集料：TOR橡胶沥青=6:88，将集料在175°C烘箱中加热7小时后加入到160°C的拌合锅中；
(3)加入TOR橡胶沥青和温拌剂：将步骤（1）制得的TOR橡胶沥青加入拌合锅内，同时将温拌剂洒在TOR橡胶沥青的表面，，搅拌90秒；温拌剂与步骤（1）中沥青的重量比为：温拌剂：沥青=3:100；温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit；
(4)加入矿粉：将在175°C烘箱中加热7小时的矿粉后加入到拌合锅中，搅拌90秒；矿粉与步骤（2）中集料的重量比为：矿粉：集料=12:88；
(5)成型：将拌合后的混合料在150°C下成型，得到温拌TOR橡胶沥青混合料。
实施例中采用的集料级配为SMA-13型，矿粉级配组成见表1。
表1 矿粉级配组成
先进行TOR橡胶沥青混合料配合比设计，采用马歇尔设计方法，然后把TOR橡胶混合料的马歇尔试件空隙率的作为控制指标，然后再进行温拌TOR橡胶沥青混合料配合比设计。
TOR橡胶沥青的设计级配的马歇尔试验结果见表2。
表2 TOR橡胶沥青的设计级配的马歇尔试验结果
谢伦堡析漏试验规定的改性沥青标准试验温度是185℃，结果见表3，本次试验185℃的析漏损失Δm为0.04%，符合规范要求，表明本次混合料6.0%的油石比，即TOR+胶粉+沥青：集料+矿粉=6:100，选择是合理的。规范选用185℃的试验温度，是因为常规改性沥青SMA的施工温度在185℃左右，而TOR胶粉改性沥青混合料的施工温度是170℃左右，所以此处同时进行了170℃条件下的谢伦堡析漏试验，试验结果见表3，从试验结果可以看出，170℃的析漏损失Δm为0.02%，析漏很少，混合料施工均匀性好，基本无离析。
表3 谢伦堡析漏试验结果
注：m0 ——空烧杯质量,g；m1 ——烧杯及试验用沥青混合料总质量,g；
m2 ——烧杯以及粘附在烧杯上的沥青结合料、细集料等的总质量,g；
Δm——沥青的析漏损失，Δm=100×( m2- m0)/( m1- m0) 。
表4的肯塔堡飞散试验结果表明，飞散损失ΔS为12.4%，小于规范要求的小于15%的限值，从试验结果和试验过程可以看出，新型胶粉改性沥青混合料SMA13并无胶结料用量或粘结性不足问题，试件表面的集料在荷载反复作用下脱落、散失程度轻微，混合料强度稳定。
表4肯塔堡飞散试验结果
注：m0 ——试验前试件的质量,g；
m1 ——试验后试件的残留质量,g；
ΔS——沥青混合料的飞散损失，%。
温拌TOR橡胶沥青混合料的拌合温度选用Brookfield旋转粘度仪来测量，对制备完成的温拌TOR橡胶沥青，测得在125°C、135°C、145°C、155°C、165°C、175°C的粘度，其粘度与温度的曲线关系见图1。用等粘温度方法来选取拌合温度，即根据TOR橡胶沥青的拌合温度的粘度值，找到加入温拌剂后达到的相同粘度值的温度，把此时的温度定为拌合温度。由TOR橡胶沥青的拌合温度是170±3°C ，相对的粘度是1.886Pa·s，从图1可以找出相应粘度对应的温度是160±3°C，把此时的等粘温度确定为拌合温度，则拌合温度为160±3°C。
温拌TOR橡胶沥青混合料的成型温度的确定，在试验室开展温拌TOR橡胶沥青混合料在不同压实温度区间(125°C-130°C、135°C-140°C、145°C-150°C、155°C-160°C、165°C-170°C)下的马歇尔试验，根据混合料的压实温度与空隙率的关系，确定适宜的压实温度。空隙率与成型温度之间的关系见图2。由TOR橡胶沥青混合料配合比可知其空隙率为4.5%，从图3可以确定4.5%对应成型温度范围是145°C-150°C，所以温拌TOR橡胶沥青混合料的成型温度为 145°C-150°C。不同矿粉成型温度下的马歇尔试验结果见表5。
表5 不同矿粉加热温度下的马歇尔试验结果
温拌TOR橡胶沥青混合料高温性能试验，在160°C的拌合温度，175°C的矿粉加热温度下成型温拌TOR橡胶沥青混合料试件，并进行其高温性能试验，结果见表6。
表6 温拌TOR橡胶沥青混合料车辙试验结果
试验结果表明，温拌TOR橡胶沥青混合料的动稳定度大大高于技术标准，说明温拌TOR橡胶沥青混合料高温性能满足试验规定的规范要求，且高于规范近2倍。
温拌TOR橡胶沥青混合料低温性能试验，载160°C的拌合温度，175°C的矿粉加热温度下成型温拌TOR橡胶沥青混合料试件，并在UTM-25液压伺服测试***下进行低温性能试验，结果见表7。
表7 温拌TOR橡胶沥青混合料劈裂试验结果
| 混合料类型 | 破坏应变 | 破坏应变技术标准 |
| 温拌TOR橡胶沥青混合料 | 2886 | ≥2500 |
试验结果表明，温拌TOR橡胶沥青混合料的破坏应变值大于技术标准，满足规范所规定的最小值，符合要求。
温拌TOR橡胶沥青混合料水稳定性试验，在160°C的拌合温度，175°C的矿粉加热温度下成型温拌TOR橡胶沥青混合料马歇尔试件，并进行水稳定性性能试验，浸水马歇尔试验结果见表8
表8 温拌TOR橡胶沥青混合料浸水马歇尔试验结果
试验结果表明，温拌TOR橡胶沥青混合料的浸水残留稳定度值大于技术标准，满足规范所规定的最小值，符合要求。
温拌TOR橡胶沥青混合料疲劳性能试验，在160°C的拌合温度，175°C的矿粉加热温度下成型温拌TOR橡胶沥青混合料试件，试验采用美国生产的UTM-25材料试验***。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），我国采用小梁四点弯曲疲劳试验来评价沥青混合料的疲劳性能。其中试验条件采用控制应变水平的方法，采用10Hz±0.1Hz连续式正弦波形和15℃±0.5℃的试验温度，具体试验结果见表9。
表9温拌TOR橡胶沥青混合料疲劳试验结果
从试验表明，制备的温拌TOR橡胶沥青混合料的疲劳寿命分别是TOR橡胶沥青混合料的1.4倍、1.5倍及1.8倍。这说明按本发明制备温拌TOR橡胶沥青可以提高温拌TOR沥青混合料的抗疲劳性能，更适合重载交通，具有更好的耐久性。
Claims (1)
1.一种温拌TOR橡胶沥青混合料的制备方法，包括现场制备的TOR橡胶沥青，所述TOR橡胶沥青包括TOR、胶粉和沥青，按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100；还包括集料、矿粉和温拌剂，按重量配比，TOR橡胶沥青：（集料+矿粉）=6:100，集料：矿粉=88:12；温拌剂：沥青=3:100；所述沥青为70#道路石油沥青；所述温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 制备TOR橡胶沥青：TOR、胶粉和沥青按重量配比，胶粉：沥青=18:100，TOR:胶粉=4.5:100，将沥青放入搅拌机中加热至140°C后加入TOR和胶粉，搅拌机继续加热至170±3°C并持续搅拌60min，再在170°C下静置溶胀60min，得到TOR橡胶沥青；
(2)集料预处理：将集料与步骤（1）制得的TOR橡胶沥青按重量配比，集料：TOR橡胶沥青=6:88，将集料在175°C烘箱中加热6小时以上后加入到160°C的拌合锅中；
(3)加入TOR橡胶沥青和温拌剂：将步骤（1）制得的TOR橡胶沥青加入拌合锅内，同时将温拌剂洒在TOR橡胶沥青的表面，搅拌90秒；温拌剂与步骤（1）中沥青的重量比为：温拌剂：沥青=3:100；所述温拌剂为有机降粘型温拌剂Sasobit；
(4)加入矿粉：将在173°C -175°C烘箱中加热6小时以上的矿粉后加入到拌合锅中，搅拌90秒；矿粉与步骤（2）中集料的重量比为：矿粉：集料=12:88；
(5)成型：将拌合后的混合料在145°C-150°C下成型，得到温拌TOR橡胶沥青混合料。
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