CN105255205B - 一种低温再生沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温再生沥青混合料及其制备方法。所述方法主要使用低温再生沥青粘结剂，包括：60‑70份石油沥青，30‑40份芳烃油，1‑3份热塑性弹性体，0.3‑0.5份表面活性剂。本发明开发了利用低温再生沥青粘结剂生产制备的低温再生沥青混合料，一是可以使废旧沥青混合料全面再生，不仅利用石料资源，而且最大程度地利用原有老化沥青资源；二是低温再生沥青混合料具有新沥青混合料的性能，可用于道路的基层、底面层，发挥废旧沥青混合料循环利用的最大价值。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种低温再生沥青混合料及其制备方法。
背景技术
我国公路建设迅速，高等级公路通车总里程已经跃居世界第二位，并正以每3年新建1×104km的速度增长。由于交通荷载及自然因素的综合作用，沥青路面经过一定年限的使用，其面层慢慢变薄并逐渐老化，会出现诸如网裂、沉陷、车辙、拥包等各种病害并逐步扩展，严重影响行车安全。沥青混凝土路面一般设计年限为15年，实际上，通常使用年限仅10年左右，也就是说，每隔10～15年，沥青混凝土路面就需要翻修一次。以往维护处理的方法就是对出现病害的路面进行铣刨，然后重新铺筑，这样会造成三大问题：一是堆放占用场地并造成环境污染；二是浪费了大量的不可再生的石油资源，重新铺筑沥青混凝土路面所需的大量沥青和石料将使我们面临巨大的资源压力；三是破坏生态环境。因此，如何处置每年数千万吨沥青混凝土路面废料将成为必须面对和解决的问题。采用废旧沥青混合料再生应用技术，重复利用沥青混凝土路面废料，是从根本上解决上述问题的有效途径。如能对废旧沥青混合料进行回收，重新加热，通过实验分析并按需要加入适量沥青、再生剂和集料进行拌和，就可以再次作为新沥青混合料用于路面结构，这样，既可节省大量的原材料，从而节约自然资源，保护生态环境，又能满足路面的使用要求。
目前，废旧沥青混合料的冷再生技术主要采用乳化沥青或者泡沫沥青作为胶结料，废旧混合料再生生产时要加入一定量的水泥，通过水泥的水化反应来去除胶结料中的水分，同时提高再生混合料的强度。原有的沥青和新加入的沥青没用充分发挥应有的作用，对混合料强度真正起重要作用的是水泥。这种再生混合料的技术指标达不到现行规范沥青混合料技术指标的要求，其再生混合料属于无机结合料稳定类材料，只能用于道路的基层。
现有废沥青混合料冷再生乳化沥青和泡沫沥青存在以下问题：一是只利用了废沥青混合料中的石料而更为宝贵的沥青资源没有得到应用；二是乳化沥青和泡沫沥青再生混合料属于无机结合料，路用性能不如沥青混合料，只能用于道路的基层。因此乳化沥青和泡沫沥青冷再生工艺对废旧沥青混合料只是利用了矿料，而价值更高的沥青资源并没有得到充分利用，对废旧沥青混合料资源的再生利用不够彻底，还具有较大的开发利用空间。
此外，现有乳化沥青冷再生技术还存在生产工艺复杂，易破乳，施工和易性差，强度上升慢等问题；泡沫沥青再生技术存在半衰期短，施工和易性差的问题，这都是本领域技术人员在废旧沥青混合料的冷再生技术领域所面临的技术难题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，充分利用废旧沥青混合料中的沥青资源，本发明研究开发废沥青混合料低温再生技术，通过利用低温再生沥青粘结剂在60-80℃条件下(相比冷再生(20-60℃))，对废旧沥青混合料的沥青和矿料全面再生，而且对废旧沥青混合料全部利用无需添加新集料来调整级配，充分发挥废旧沥青混合料资源的循环利用价值，所制备的再生沥青混合料施工和易性好，低温再生沥青混合持续10个小时都具有碾压性能。
具体的，本发明涉及以下技术方案：
1、一种低温再生沥青混合料，其是低温再生沥青粘结剂和废旧沥青混合料为原料混合制备，低温再生沥青粘结剂重量百分比为2.0％-4.0％，所述低温再生沥青粘结剂，其由以下重量份的组分组成：60-70份石油沥青，30-40份芳烃油，1-3份热塑性弹性体，0.3-0.5份表面活性剂。
优选的，石油沥青为70#或90#优质道路沥青。经试验，本发明所述沥青粘结剂，只能用石油沥青，不可用煤沥青和天然沥青代替。
石油沥青在低温再生沥青粘结剂制备过程中作为液相介质环境，提供再生剂所需的胶质、芳香份，补充废沥青混合料中老化沥青损失的芳香份和胶质，其用量不易过多，过多影响有低温再生剂的再生品质，太少又无法提供良好的介质环境，并影响再生沥青混合料的粘结性能和路用性能。
优选的，芳烃油为低凝环烷基润滑油精制过程中的抽出油，优选的芳烃油凝点低于-15℃，富含芳烃，芳烃含量大于70％，25℃粘度小于50mm2/s,闪点大于180℃；更优选的，芳烃油为常二线或常三线低凝抽出油。
发明人发现，芳烃油是低温再生沥青粘结剂的渗透再生剂，也是老化沥青补充的关键组分，对老化沥青具有渗透再生能力，其用量越多，再生剂的再生效果越好，所得到的再生沥青混合料的低温性能越好，但用量过多，会影响再生粘结剂的粘附性能、粘附强度，导致再生沥青混合料的强度下降，高温性能差。
优选的，热塑性弹性体是苯乙烯系热塑性弹性体，包括SBS、SBR等，更优选的，热塑性弹性体是星型SBS4303或线性SBS501等。
热塑性弹性体是低温再生沥青粘结剂的增粘剂，可以改善再生沥青粘结剂的粘结强度，提高再生沥青混合料的劈裂强度和抗水损害性能，并提高再生沥青混合料的高温性能。
优选的，表面活性剂为非离子表面活性剂或阳离子表面活性剂，优选为斯盘S-60，S-80，吐温，或斯盘和吐温的混合物。
表面活性剂主要作用是提高再生剂的稳定性，防止再生剂沉淀分层，并可增强再生沥青粘结剂与废沥青混合料潮湿界面下的粘结性能，发明人发现，由于低温再生温度在60-80℃，废沥青混合料水分不可能全部蒸发，所以要考虑潮湿粘结性，表面活性剂用量太少时，不能起到潮湿界面粘结，或粘结强度不够，太多会影响再生混合料的高温性能。
本发明所述低温再生沥青粘结剂常温(25℃)下可以流动，在设计温度(60-80℃)下对老化沥青具有渗透和软化能力，恢复老化沥青的粘弹性能。按一定的比例将低温再生沥青粘结剂与废沥青混合料搅拌混合，使低温再生沥青混合料的粘结强度、体积指以及废旧沥青混合料的路用性能指标达到新沥青混合料的技术要求。
2、一种低温再生沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将筛分好的废沥青混合料按设计级配混合后，加热至60-80℃置入拌和锅中；
(2)根据油石比称取一定量低温再生沥青粘结剂；
(3)生产：在拌和锅中废沥青混合料温度保持在60-90℃，搅拌90秒使不同筛分的废沥青混合料混合均匀，再加入低温再生沥青粘结剂继续搅拌90秒，得到低温再生沥青混合料；或在热拌站或热再生设备上，废沥青混合料在60-90℃条件下，先拌和10秒，再喷入低温再生沥青粘结剂，拌和20秒即可生产低温再生沥青混合料。
优选的，油石比为2.0％-4.0％，低温再生沥青粘结剂掺量越大，再生沥青混合料性能越好，性能越接近新沥青混合料，掺量太大，即油石比过大，再生沥青混合料泛油，同时也造成浪费；而掺量太小，老化沥青性能恢复程度达不到，低温再生沥青混合料强度不够，沥青混合料易散，再生沥青混合料的路用性能不能满足规范要求。
优选的，进一步的对所制备得到的低温再生沥青混合料进行检测：采用马歇尔成型方法成型，成型温度在60-80℃，在80℃养生24小时，按《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求检测再生混合料技术指标。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述再生沥青混合料采用低温再生沥青粘结剂进行制备，相比较其它冷再生胶结料(乳化沥青，泡沫沥青)，低温再生沥青粘结剂具有不分层，不破乳，不离析，不结团，常温(25℃)流动性好，易输送，可长期贮存；具有生产设备简易、生产工艺简单，运输与使用方便等优点；低温再生沥青粘结剂用量较少，使低温再生沥青混合料成本低于乳化沥青再生混合料；低温再生沥青粘结剂富含芳香分，对老化沥青具有良好的渗透溶解能力，并补充废旧沥青混合料损失的胶质和芳香份，使老化沥青恢复粘弹性能；低温再生沥青粘结剂可使废旧沥青混合料的石料和老化沥青都得到全面再生利用，无需添加新集料调整级配，就可生产再生沥青混合料，而且再生温度低，节能环保。
(2)低温再生沥青混合料生产简单、施工和易性好，利用现有的热拌和楼或热再生设备即可生产，低温再生沥青混合持续10个小时都具有碾压性能。
(3)低温再生沥青混合料性能优越，可用于道路的基层、底面层或中面层，废旧沥青混合料再生利用价值更高，最大程度地实现废旧沥青混合料的资源循环利用。
本发明开发了利用低温再生沥青粘结剂生产制备的低温再生沥青混合料，一是可以使废旧沥青混合料全面再生，不仅利用石料资源，而且最大程度地利用原有老化沥青资源；二是低温再生沥青混合料具有新沥青混合料的性能，可用于道路的基层、底面层，发挥废旧沥青混合料循环利用的最大价值；更为重要的是，低温再生沥青技术由于利用了废旧沥青混合料中的沥青资源，低温再生沥青粘结剂用量较少，使低温再生沥青混合料成本低于乳化沥青再生混合料。因此，无论是资源的综合利用、混合料的性能、施工和易性还是再生成本，本发明低温再生技术都具有明显的优势。
具体实施方式
实施例1
1、低温再生沥青粘结剂制备流程：使用乳化沥青设备机组(或具有强制混合性能的设备)生产，在沥青罐中先将70#沥青加热到130-140℃，通过流量计以60份流量比例输出。在芳烃油溶剂罐中，依次添加1份SBS改性剂、0.3份表面活性剂，充分搅拌10分钟，通过流量计以40份流量比例输出，通过胶体磨(或强制混合设备)与沥青研磨混合，再经过冷却设备将混合物冷却至90℃以下，即得到低温再生沥青粘结剂，技术指标见表-1。
表-1 低温再生沥青粘结剂技术指标
由表1可见，该再生剂在25℃时运动粘度为2200mm2/s,具有较好的流动性，所有指标都满足技术要求。
2、以上述低温再生沥青粘结剂制备低温再生沥青混合料，其重量份组成为2.0份再生沥青粘结剂，其余为RAP废沥青混合料。
旧料RAP需筛分为至少两档以上备用，超过设计最大粒径的颗粒应在破碎后再筛分利用。破碎设备需满足打开矿料颗粒之间的胶结料粘结，但尽量避免矿料的破碎的要求。筛分为两档时，建议以9.5mm分界。筛分为3档时，建议以4.75mm和9.5mm分界。废沥青混合料RAP检测项目见表-2
表-2 RAP检测项目与质量要求
3、遵照我国《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004，以上述制备的低温再生沥青粘结剂为胶结料，将废旧沥青混合料筛以三挡分为：0～5mm占22％，5～10mm占33％，10～20mm占45％。以连续密级配沥青混合料AC-20为沥青混合料类型，采用规范F40-2004要求的马歇尔设计方法设计沥青混合料的级配组成，低温再生沥青混合料的技术性质见表-3。
表-3 低温再生沥青混合AC-20料技术指标
由表-3可以看出，低温再生沥青混合料所有技术指标都满足《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求，完全适用于道路的基层和底面层。
实施例2
1、低温再生沥青粘结剂制备流程：使用乳化沥青设备机组(或具有强制混合性能的设备)生产，在沥青罐中先将70#沥青加热到130-140℃，通过流量计以65份流量比例输出。在芳烃油溶剂罐中，依次添加2份SBS改性剂、0.4份表面活性剂，充分搅拌10分钟，通过流量计以35份流量比例输出，通过胶体磨(或强制混合设备)与沥青研磨混合，再经过冷却设备将混合物冷却至90℃以下，即得到低温再生沥青粘结剂，技术指标见表-4。
表-4 低温再生沥青粘结剂技术指标
由表-4可见，该再生剂在25℃时运动粘度为2785mm2/s,具有较好的流动性，所有指标都满足技术要求。
2、以上述低温再生沥青粘结剂制备低温再生沥青混合料，其重量份组成为3.0份再生沥青粘结剂，其余为RAP废沥青混合料,按三档分级：0～5mm占22％，5～10mm占33％，10～20mm占45％，技术指标见表-5。
表-5 低温再生沥青混合AC-20料技术指标
由表-5可以看出，沥青与SBS剂量越大，低温再生沥青混合料技术指标越好，而且低温再生沥青混合料所有技术指标都满足《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求，完全适用于道路的基层和底面层。
实施例3
1、低温再生沥青粘结剂制备流程：使用乳化沥青设备机组(或具有强制混合性能的设备)生产，在沥青罐中先将70#沥青加热到130-140℃，通过流量计以70份流量比例输出。在芳烃油溶剂罐中，依次添加3份SBS改性剂、0.5份表面活性剂，充分搅拌10分钟，通过流量计以30份流量比例输出，通过胶体磨(或强制混合设备)与沥青研磨混合，再经过冷却设备将混合物冷却至90℃以下，即得到低温再生沥青粘结剂，技术指标见表-6。
表-6 低温再生沥青粘结剂技术指标
由表-6可见，该再生剂在25℃时运动粘度为3650mm2/s,具有较好的流动性，所有指标都满足技术要求。
2、以上述低温再生沥青粘结剂制备低温再生沥青混合料，其重量份组成为4.0份再生沥青粘结剂，其余为RAP废沥青混合料按三档分级：0～5mm占22％，5～10mm占33％，10～20mm占45％，技术指标见表-7。
表-7 低温再生沥青混合AC-20料技术指标
由表-7可以看出，沥青与SBS剂量越大，低温再生沥青混合料技术指标越好，而且低温再生沥青混合料所有技术指标都满足《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求，完全适用于道路的基层和底面层。
Claims (8)
1.一种低温再生沥青混合料，其是低温再生沥青粘结剂和废旧沥青混合料为原料混合制备，其特征在于，低温再生沥青粘结剂所占重量百分比为2.0％-4.0％，所述低温再生沥青粘结剂其由以下重量份的组分组成：60-70份石油沥青，30-40份芳烃油，1-3份热塑性弹性体，0.3-0.5份表面活性剂；
所述芳烃油为低凝环烷基润滑油精制过程中的抽出油，所述芳烃油的凝点低于-15℃，芳烃含量大于70％，25℃粘度小于50mm2/s,闪点大于180℃；
所述热塑性弹性体是苯乙烯系热塑性弹性体；
所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的低温再生沥青混合料，其特征在于，石油沥青为70#或90#优质道路沥青。
3.根据权利要求1所述的低温再生沥青混合料，其特征在于，芳烃油为常二线或常三线低凝抽出油。
4.根据权利要求1所述的低温再生沥青混合料，其特征在于，热塑性弹性体为SBS或SBR。
5.根据权利要求1所述的低温再生沥青混合料，其特征在于，热塑性弹性体是星型SBS4303或线性SBS501。
6.根据权利要求1所述的低温再生沥青混合料，其特征在于，表面活性剂为斯盘S-60，S-80，吐温，或斯盘和吐温的混合物。
7.权利要求1-6任一项所述的低温再生沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将筛分好的废沥青混合料按设计级配混合后，加热至60-80℃置入拌和锅中；
(2)根据油石比2.0％-4.0％称取一定量低温再生沥青粘结剂；
(3)生产：在拌和锅中废沥青混合料温度保持在60-80℃，搅拌90秒使不同筛分的废沥青混合料混合均匀，再加入低温再生沥青粘结剂继续搅拌90秒，得到低温再生沥青混合料；或
在热拌站或热再生设备上，废沥青混合料在60-80℃条件下，先拌和10秒，再喷入低温再生沥青粘结剂，拌和20秒即可生产低温再生沥青混合料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所制备得到的低温再生沥青混合料进行检测：采用马歇尔成型方法成型，成型温度在60-80℃，在80℃养生24小时，按《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求检测再生混合料技术指标。
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