CN111592285A - 抗水损害型泡沫沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

抗水损害型泡沫沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

抗水损害型泡沫沥青混合料及其制备方法，本发明属于沥青混合料技术领域，它要解决现有泡沫沥青冷再生混合料因沥青发泡用水及混合料拌和用水所产生的水损坏问题。本发明抗水损害型泡沫沥青混合料由集料、水和泡沫沥青拌和而成，其中集料按照质量份数包括75～90份的沥青混合料回收料、4～20份石屑、3～5份矿粉、1～2份水泥、0.3～1.5份氧化锌粉末和1～5份偶联剂溶液；其中泡沫沥青中含有胺类抗剥落剂。本发明所述抗水损害型泡沫沥青混合料通过掺加氧化锌粉末和偶联剂对沥青混合料回收料表面进行改性，通过掺加抗剥落剂对沥青进行改性，进而提高泡沫沥青冷再生混合料的抗水损害性能和低温性能。

Description

抗水损害型泡沫沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青混合料技术领域，具体涉及一种泡沫沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展，我国高速公路发展迅猛，截止到2018年底，我国公路里程达484.65万公里，其中高速公路里程为14.26万公里。其中90％以上的高速公路为沥青混凝土路面。然而，由于当前我国高速公路寿命普遍较低，先期所建高速公路先后达到设计年限，面临大规模养护及改扩建需求，使沥青消耗逐年增多，旧路废料的重复利用问题也亟待解决。在此背景下，再生混凝土技术得到大力发展。其中，泡沫沥青冷再生技术在拌合过程中实现了完全的常温拌合操作，减少了能源消耗和工程造价，绿色环保，因而有良好的发展前景。
当前，泡沫沥青冷再生混合料面临的一个关键问题就是水损坏问题。沥青发泡用水及混合料拌和用水均会降低沥青/集料界面的粘结强度。此外，泡沫沥青混合料在成型之后，水分的蒸发需要很长时间，而在此期间，泡沫沥青冷再生混合料极易发生破坏，影响其实际路用性能。因此，寻求一种外加剂或一种新的拌和方法，增强泡沫沥青混合料在有水环境下的粘结强度，消除水分对其带来的不良影响，可促进泡沫沥青冷再生混合料的工程应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有泡沫沥青冷再生混合料因沥青发泡用水及混合料拌和用水所产生的水损坏问题，而提供一种抗水损害型泡沫沥青混合料及其制备方法。
本发明抗水损害型泡沫沥青混合料由集料、水和泡沫沥青拌和而成，其中集料按照质量份数包括75～90份的沥青混合料回收料(RAP)、4～20份石屑、3～5份矿粉、1～2份水泥、0.3～1.5份氧化锌粉末和1～5份偶联剂溶液；其中泡沫沥青中含有胺类抗剥落剂。
本发明抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法按照以下步骤实现：
一、将基质沥青加热软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在150～170℃下搅拌均匀，得到加热的基质沥青；
二、采用泡沫沥青发生器将加热的基质沥青与发泡水进行混合发泡，得到泡沫沥青；
三、按照质量份数将3～10份硅烷偶联剂，20～50份无水乙醇和50～75份水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于沥青混合料回收料(RAP)表面，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、按照质量份数称取75～90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4～20份石屑，3～5份矿粉，0.3～1.5份氧化锌粉末和1～2份水泥作为集料原料；
五、将步骤四中的集料原料放入拌和锅内，加入水拌和后喷入泡沫沥青再拌和，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
水的存在会抑制水泥、沥青与RAP间的粘结，进而使混合料更易发生剪切破坏，于泡沫沥青冷再生混合料性能不利。此外，水分会降低混合料的低温性能，泡沫沥青在北方地区冬季时必然会经历冻融循环，因而泡沫沥青混合料的低温抗裂性能尤为重要。本发明添加偶联剂、抗剥落剂和氧化锌对RAP与沥青间的粘结强度提升较大，对RAP与水泥之间的粘结强度提升较小，同时，能够提高混合料的低温性能和干湿劈裂强度。
本发明所述抗水损害型泡沫沥青混合料通过掺加氧化锌粉末和偶联剂对沥青混合料回收料(RAP)表面进行改性，通过掺加抗剥落剂对沥青进行改性，进而提高泡沫沥青冷再生混合料的抗水损害性能。其中，氧化锌粉末代替部分矿粉可以提高沥青胶浆的疏水能力，进而增强整个泡沫沥青混合料在除水能力；偶联剂则通过与石料发生化学反应且偶联剂上的有机官能团与沥青有很好的相容性，从而改善有机与无机材料间的粘结强度，进而促使泡沫沥青混合料水稳定性增强；抗剥落剂含有碱性基团，且与沥青相溶，其极性的阳离子端头与酸性石料表面存在着离子键的化学吸附作用，因而在沥青中加入抗剥落剂可以增强新沥青与RAP之间粘结强度。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式抗水损害型泡沫沥青混合料由集料、水和泡沫沥青拌和而成，其中集料按照质量份数包括75～90份的沥青混合料回收料(RAP)、4～20份石屑、3～5份矿粉、1～2份水泥、0.3～1.5份氧化锌粉末和1～5份偶联剂溶液；其中泡沫沥青中含有胺类抗剥落剂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是偶联剂溶液是由偶联剂、无水乙醇和水混合而成。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是偶联剂溶液按质量份数由3～10份偶联剂、20～50份无水乙醇和50～75份水混合而成。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述泡沫沥青的原料按质量份数包括90～98份基质沥青、1～10份发泡水、0.2～2份胺类抗剥落剂和10～50份无水乙醇。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是胺类抗剥落剂为环氧化松香四取代二乙烯三胺、环氧化十八酸四取代二乙烯三胺或环氧化松香十八酸二取代二乙烯三胺。
具体实施方式七：本实施方式抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法按照以下步骤实施：
一、将基质沥青加热软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在150～170℃下搅拌均匀，得到加热的基质沥青；
二、将集中式发生器和分布式发生器并联使用，使加热的基质沥青与发泡水进行二次混合发泡，得到泡沫沥青；
三、按照质量份数将3～10份硅烷偶联剂，20～50份无水乙醇和50～75份水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于沥青混合料回收料(RAP)表面，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、按照质量份数称取75～90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4～20份石屑，3～5份矿粉，0.3～1.5份氧化锌粉末和1～2份水泥作为集料原料；
五、将步骤四中的集料原料放入拌和锅内，加入水拌和后喷入泡沫沥青再拌和，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中基质沥青以120～140℃的温度加热2～3小时软化。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤一中按质量份数将90～98份基质沥青加热软化，得到预热的基质沥青，0.2～2份胺类抗剥落剂使用10～50份无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在150～170℃下搅拌均匀。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是步骤三中按照质量份数将3～10份硅烷偶联剂，20～50份无水乙醇和50～75份水混合，在1000～3000r/min的搅拌速度和50～90℃的温度下充分搅拌30～90min。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是是步骤五中按照质量份数将75～90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4～20份石屑，3～5份矿粉，0.3～1.5份氧化锌粉末和1～2份水泥放入拌和锅内，加入2～10份水，拌和后喷入1～5份泡沫沥青再拌和。
实施例一：本实施例抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法按照以下步骤实施：
一、将90号石油沥青放在140℃的烘箱中2小时软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在160℃的温度和200r/min的搅拌速度下搅拌30min，使无水乙醇挥发，同时使抗剥落剂均匀分散在沥青中，得到加热的基质沥青；
二、泡沫沥青发生器分为两类：集中式发生器和分布式发生器，先采用集中式发生器将加热的基质沥青分流成两股强烈的高速高压沥青射流，并在其周围形成较大的低速逆流区域，采用高压隔膜泵喷射高应力的发泡水进入沥青射流周围的低速逆流区，使热沥青和发泡水有效混合初步形成泡沫沥青；再采用分布式发生器将初步制得的泡沫沥青分成若干支流，各自进入沥青发泡腔，进行二次发泡，得到泡沫沥青；
三、将KH550型硅烷偶联剂，无水乙醇和水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，在3000r/min的搅拌速度和50℃的温度下充分搅拌60min，使硅烷偶联剂发生水解生成硅醇分子，将硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于RAP表面，使硅醇分子发生缩合和齐聚反应，形成网状结构，之后将润湿的RAP置于40℃的烘箱烘干，使硅醇充分固化，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、称取硅烷偶联剂处理过后的RAP，石屑，矿粉，氧化锌粉末和水泥作为集料原料；
五、按照质量份数将90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4份石屑，3份矿粉，1.5份氧化锌粉末和1.5份水泥放入拌和锅内，加入5份水，拌和30s后喷入2份泡沫沥青再拌和30s，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
本实施例步骤二得到的泡沫沥青中基质沥青的质量份数为95份，发泡水为2.5份，胺类抗剥落剂为0.3份。
本实施例步骤三中硅烷偶联剂溶液由6份硅烷偶联剂，30份无水乙醇和64份水混合搅拌而成。步骤三中硅烷偶联剂溶液的喷洒量占RAP质量的2％。
本实施例按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中小型马歇尔试件成型标准，成型抗水损害型泡沫沥青混合料进行干湿劈裂试验、干缩试验及半圆弯曲试验，并与常规方法制备的不含外加剂的泡沫沥青混合料试验结果进行对比。
本实施例中制得的抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料及普通泡沫沥青混合料各性能指标如下：
混合料类型 干劈裂强度(MPa) 湿劈裂强度(MPa) 断裂韧性(MPa·m<sup>0.5</sup>)
普通 0.57 0.53 0.257
抗水损害型 0.67 0.59 0.429
增量 17.54％ 11.32％ 66.93％
抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度和断裂韧性均优于普通泡沫沥青混合料，其中干湿劈裂强度用于评价混合料的水稳定性，断裂韧性用于评价混合料低温性能，间接表征混合料的抗水损害性能。
实施例二：本实施例抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法按照以下步骤实施：
一、将90号沥青放在140℃的烘箱中2小时软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在160℃的温度和200r/min的搅拌速度下搅拌30min，使无水乙醇挥发，同时使抗剥落剂均匀分散在沥青中，得到加热的基质沥青；
二、先采用集中式发生器将加热的基质沥青分流成两股强烈的高速高压沥青射流，并在其周围形成较大的低速逆流区域，采用高压隔膜泵喷射高应力的发泡水进入沥青射流周围的低速逆流区，使热沥青和发泡水有效混合初步形成泡沫沥青；再采用分布式发生器将初步制得的泡沫沥青分成若干支流，各自进入沥青发泡腔，进行二次发泡，得到泡沫沥青；
三、将硅烷偶联剂，无水乙醇和水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，在3000r/min的搅拌速度和50℃的温度下充分搅拌60min，使硅烷偶联剂发生水解生成硅醇分子，将硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于RAP表面，使硅醇分子发生缩合和齐聚反应，形成网状结构，之后将润湿的RAP置于40℃的烘箱烘干，使硅醇充分固化，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、称取硅烷偶联剂处理过后的RAP，石屑，矿粉，氧化锌粉末和水泥作为集料原料；
五、按照质量份数将90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4份石屑，4份矿粉，0.5份氧化锌粉末和1.5份水泥放入拌和锅内，加入5份水，拌和30s后喷入2份泡沫沥青再拌和30s，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
本实施例步骤二得到的泡沫沥青中基质沥青的质量份数为95份，发泡水为2.5份，胺类抗剥落剂为0.6份。
本实施例步骤三中硅烷偶联剂溶液由5份硅烷偶联剂，45份无水乙醇和50份水混合搅拌而成。步骤三中硅烷偶联剂溶液的喷洒量占RAP质量的2.5％。
本实施例中制得的抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料及普通泡沫沥青混合料各性能指标如下：
混合料类型 干劈裂强度(MPa) 湿劈裂强度(MPa) 断裂韧性(MPa·m<sup>0.5</sup>)
普通 0.57 0.53 0.257
抗水损害型 0.71 0.64 0.314
增量 24.56％ 20.75％ 22.18％
抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度和断裂韧性均优于普通泡沫沥青混合料，其中干湿劈裂强度用于评价混合料的水稳定性，断裂韧性用于评价混合料低温性能，间接表征混合料的抗水损害性能。
实施例三：本实施例抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法按照以下步骤实施：
一、将90号沥青放在140℃的烘箱中2小时软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在160℃的温度和200r/min的搅拌速度下搅拌30min，使无水乙醇挥发，同时使抗剥落剂均匀分散在沥青中，得到加热的基质沥青；
二、先采用集中式发生器将加热的基质沥青分流成两股强烈的高速高压沥青射流，并在其周围形成较大的低速逆流区域，采用高压隔膜泵喷射高应力的发泡水进入沥青射流周围的低速逆流区，使热沥青和发泡水有效混合初步形成泡沫沥青；再采用分布式发生器将初步制得的泡沫沥青分成若干支流，各自进入沥青发泡腔，进行二次发泡，得到泡沫沥青；
三、将硅烷偶联剂，无水乙醇和水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，在3000r/min的搅拌速度和50℃的温度下充分搅拌60min，使硅烷偶联剂发生水解生成硅醇分子，将硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于RAP表面，使硅醇分子发生缩合和齐聚反应，形成网状结构，之后将润湿的RAP置于40℃的烘箱烘干，使硅醇充分固化，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、称取硅烷偶联剂处理过后的RAP，石屑，矿粉，氧化锌粉末和水泥作为集料原料；
五、按照质量份数将90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4份石屑，4.2份矿粉，0.3份氧化锌粉末和1.5份水泥放入拌和锅内，加入5份水，拌和30s后喷入2份泡沫沥青再拌和30s，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
本实施例步骤二得到的泡沫沥青中基质沥青的质量份数为95份，发泡水为2.5份，胺类抗剥落剂为1份。
本实施例步骤三中硅烷偶联剂溶液由7份硅烷偶联剂，21份无水乙醇和72份水混合搅拌而成。步骤三中硅烷偶联剂溶液的喷洒量占RAP质量的3％。
本实施例中制得的抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料及普通泡沫沥青混合料各性能指标如下：
混合料类型 干劈裂强度(MPa) 湿劈裂强度(MPa) 断裂韧性(MPa·m<sup>0.5</sup>)
普通 0.57 0.53 0.257
抗水损害型 0.63 0.58 0.326
增量 10.53％ 9.43％ 26.84％
抗水损害型泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度和断裂韧性均优于普通泡沫沥青混合料，其中干湿劈裂强度用于评价混合料的水稳定性，断裂韧性用于评价混合料低温性能，间接表征混合料的抗水损害性能。

Claims (10)

1.抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于该抗水损害型泡沫沥青混合料由集料、水和泡沫沥青拌和而成，其中集料按照质量份数包括75～90份的沥青混合料回收料、4～20份石屑、3～5份矿粉、1～2份水泥、0.3～1.5份氧化锌粉末和1～5份偶联剂溶液；其中泡沫沥青中含有胺类抗剥落剂。
2.根据权利要求1所述的抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
3.根据权利要求1所述的抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于偶联剂溶液是由偶联剂、无水乙醇和水混合而成。
4.根据权利要求3所述的抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于偶联剂溶液按质量份数由3～10份偶联剂、20～50份无水乙醇和50～75份水混合而成。
5.根据权利要求1所述的抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于所述泡沫沥青的原料按质量份数包括90～98份基质沥青、1～10份发泡水、0.2～2份胺类抗剥落剂和10～50份无水乙醇。
6.根据权利要求1所述的抗水损害型泡沫沥青混合料，其特征在于胺类抗剥落剂为环氧化松香四取代二乙烯三胺、环氧化十八酸四取代二乙烯三胺或环氧化松香十八酸二取代二乙烯三胺。
7.抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：
一、将基质沥青加热软化，得到预热的基质沥青，胺类抗剥落剂使用无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在150～170℃下搅拌均匀，得到加热的基质沥青；
二、采用泡沫沥青发生器将加热的基质沥青与发泡水进行混合发泡，得到泡沫沥青；
三、按照质量份数将3～10份硅烷偶联剂，20～50份无水乙醇和50～75份水混合搅拌，得到硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂溶液均匀喷洒于沥青混合料回收料表面，烘干后得到硅烷偶联剂处理过后的RAP；
四、按照质量份数称取75～90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4～20份石屑，3～5份矿粉，0.3～1.5份氧化锌粉末和1～2份水泥作为集料原料；
五、将步骤四中的集料原料放入拌和锅内，加入水拌和后喷入泡沫沥青再拌和，得到抗水损害型泡沫沥青混合料。
8.根据权利要求7所述的抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数将90～98份基质沥青加热软化，得到预热的基质沥青，0.2～2份胺类抗剥落剂使用10～50份无水乙醇稀释后加入预热的基质沥青中，在150～170℃下搅拌均匀。
9.根据权利要求7所述的抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤三中按照质量份数将3～10份硅烷偶联剂，20～50份无水乙醇和50～75份水混合，在1000～3000r/min的搅拌速度和50～90℃的温度下充分搅拌30～90min。
10.根据权利要求7所述的抗水损害型泡沫沥青混合料的制备方法，其特征在于是步骤五中按照质量份数将75～90份硅烷偶联剂处理过后的RAP，4～20份石屑，3～5份矿粉，0.3～1.5份氧化锌粉末和1～2份水泥放入拌和锅内，加入2～10份水，拌和后喷入1～5份泡沫沥青再拌和。
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