CN112430010A - 一种脱硫再生胶再生沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫再生胶再生沥青混合料及其制备方法，属于道路工程材料技术领域。该脱硫再生胶再生沥青混合料的原料以重量份计包括：旧路沥青路面回收料25‑45份，基质沥青2‑8份，脱硫胶粉0.5‑4份，新集料45‑60份，组分增溶剂3‑8份；其制备方法是先将旧路沥青路面回收料和基质沥青加热拌合，然后加入新集料，最后加入脱硫胶粉和组分增溶剂进行改性。本发明的脱硫再生胶再生沥青混合料能够减少对环境的污染、降低公路维修改造的成本；同时具有良好的抗裂性能、能够减少有害气体的排放。

Description

一种脱硫再生胶再生沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种脱硫再生胶再生沥青混合料及其制备方法。

背景技术

半刚性基层沥青路面是我国高等级公路与城市道路最典型的结构型式，随着我国公路里程的增长和城市的扩展，沥青路面逐渐老化导致使用性能下降，维修和养护已经成为我国道路工程中的一大重任。在维修和养护的过程中产生大量废料，将废料再生重复利用将会降低对环境的污染、减少新料的使用量、达到节约资源降低成本的作用。

现有对沥青路面废料的回收再利用技术中，常在旧料中掺入一定量改性剂、再生剂等，实现对旧沥青混合料进行物理改性或者化学改性，如专利CN111499273A掺入石棉碎布、CN108911590A掺入钢渣、CN110981288A掺入废食用油等，都将旧料改性再生，重新具备路用性能。与以上方法相比，掺入废旧轮胎橡胶存在成本低、旧料掺量高或路用性能好等优点。掺入胶粉后，石油沥青的粘度、针入度指数、延度等指标均得到提升，混合料的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性以及抗疲劳能力均得到改善；同时，由于橡胶沥青弹性较好，车辆行驶的舒适度较高；废胎胶粉中的炭黑使路面长期保持黑色，提高了路面颜色与标志线的反差，提高了行车安全性。常用到的橡胶沥青再生混合料，如专利CN110218461A和CN108117305A中用到橡胶粉、橡胶油或者直接使用橡胶沥青，掺加到旧料中与新集料、基质沥青共同拌合，得到橡胶再生沥青混合料。

然而，胶粉在沥青混合料的再生应用中也存在着一定缺陷：(1)橡胶粉在与沥青混合时难以发生溶胀，胶粉和沥青之间仅为物理结合，橡胶没有形成网状结构而是填料状分散在沥青中，导致混合料抗裂性较差；(2)胶粉与沥青相容性较差，高温稳定性差，施工时易产生有害气体，危害施工人员的身体健康。因此，需要采用一种化学性能更活跃、相容性更好、安全性更高胶粉作为再生剂。

在已经老化的沥青混合料中，老化沥青的粘度和硬度较高并且团聚难以分散，与胶粉和新沥青难以充分反应融合。为了溶解分散老化沥青中团聚的沥青质，使老化沥青的黏度和硬度降低，并且与脱硫胶粉和新沥青充分融合，使旧料中老化沥青的路用性能得到更为有效的恢复，同时进一步提高胶粉在沥青混合料中的掺量，改善再生沥青混合料的疲劳抗裂性能，需要掺入一定组分增溶剂。

综上所述，为了解决现有问题，需要改进混合料的生产制备原料与工艺，解决橡胶沥青混合料中胶粉与沥青结合差导致抗裂性能差的问题、橡胶高温分解产生有害气体的问题与老化沥青的粘度和硬度较高并且团聚难以分散，与胶粉和新沥青难以充分反应融合的问题并提高胶粉掺量，改善混合料的各项路用性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱硫再生胶再生沥青混合料，达到减少环境污染、节约成本、提升抗裂性能与减少有害气体排放的效果。

本发明的另一个目的是提供一种减少新料使用，降低维修养护成本的脱硫再生胶再生沥青混合料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种脱硫再生胶再生沥青混合料，原料以重量份计包括：旧路沥青路面回收料25-45份，基质沥青2-8份，脱硫胶粉0.5-4份，新集料45-60份，组分增溶剂3-8份。

进一步地，所述旧路沥青路面回收料是细粒式沥青混凝土路面在其组分老化或损坏后经过铣刨得到的沥青混合料。

进一步地，所述基质沥青为壳牌70#基质沥青，其在15℃下密度为0.991-1.015g/cm³。

进一步地，所述脱硫胶粉是采用物理、化学或生物方法对橡胶大分子进行脱硫处理后得到的胶粉，采用江苏中宏环保科技有限公司生产的再生胶。

进一步地，所述组分增溶剂为生物油。

进一步地，所述新集料为石灰岩，由0-2.36mm集料、2.36-4.75mm集料、4.75-9.5mm集料和9.5-16mm集料组成，以重量份计为：0-2.36mm集料15-26份、2.36-4.75mm集料8-18份、4.75-9.5mm集料28-35份、9.5-16mm集料30-50份。

所述脱硫胶粉和基质沥青的用量之和与新集料的油石比为6％-9％。

上述脱硫再生胶再生沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，旧料加热：将旧路沥青路面回收料加热至180℃-200℃，基质沥青加热140℃-150℃，保存5h后投入拌合机中，在180℃-200℃下拌合90s；

步骤2，新料拌合：保持在180℃-200℃下在拌合机中加入预热至180℃-200℃的新集料，拌合90s；

步骤3，混合料改性：保持在180℃-200℃下在拌合机中加入脱硫胶粉和组分增溶剂，拌合180s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.旧料掺量在35％以上，废料重复利用、减少了新集料与沥青的用量，节约了不可再生资源、降低养护施工成本、减少了旧料废弃对环境的污染。

2.采用物理、化学及生物等方法，使橡胶大分子链中的硫键断裂，并经过粉碎后形成脱硫胶粉。由于硫键断裂，脱硫胶粉的分子量相对较小且含有大量的可与沥青发生反应的化学键，具有良好的相容性和结合稳定性，因此能够使其在沥青中的溶胀速度更快，程度更彻底，形成塑性网状结构，从而具有更好的低温抗裂性；由于硫键断裂，减少了高温下有害气体的排放，保证施工人员的身体健康。

3.使老化沥青的黏度和硬度降低，并且与脱硫胶粉和新沥青充分融合，使旧料中老化沥青的路用性能得到更为有效的恢复，提高了胶粉的掺量，改善了再生沥青混合料的疲劳抗裂性能。

附图说明

图1为实施例1和6制备的沥青混合料的TSRST试验温度-应力发展曲线。

图2为实施例1和6制备的沥青混合料的四点弯曲疲劳试验结果。

具体实施方式

以下结合具体实施案例对本发明脱硫再生胶再生沥青混合料及其制备方法进行进一步说明。

本发明中采用的脱硫胶粉为江苏中宏环保科技有限公司生产的再生胶。

实施例1

脱硫再生胶再生沥青混合料，通过以下步骤的制备：

将旧路沥青路面回收料35份在烘箱中预加热到195℃±5℃保温5h，基质沥青2.925份在烘箱中预加热到150℃±5℃保温5h，新集料56.1份在烘箱中预加热到195℃±5℃保温5h；将预加热保温后的旧路沥青路面回收料和基质沥青加入拌合机中，以180℃拌合90s，再将加热至180-200℃的新集料加入到拌合机中，以180℃拌合90s，保持在180℃-200℃下在拌合机中脱硫胶粉0.975份和组分增溶剂5份，拌合180s，制备成所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，脱硫胶粉+基质沥青中脱硫胶粉占比25％，脱硫胶粉+基质沥青与新集料的油石比为6.5％。

对脱硫再生胶再生沥青混合料进行高温车辙试验和低温小梁弯曲试验，结果见表1和表2所示。

表1：高温车辙试验测试数据

表2：小梁弯曲试验测试数据

表1与表2的实验结果分别表征脱硫再生胶再生沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性。结果表明，脱硫再生胶再生沥青混合料的动稳定次数达到了3640次/mm，满足规范要求并超出30％，具有良好的高温稳定性；材料的破坏应变打到了3340.8με，低温条件下表现出良好的韧性，具有较高的变形能力，发生脆性断裂的可能性小，具有较好的低温抗裂性；由于原料中含有30％已老化的旧料，减少了成本，总体性能虽然未超出规范很多，但性价比较高。

实施例2

脱硫再生胶再生沥青混合料的制备，相比实施例1做出的调整为，基质沥青用量2.7份、脱硫胶粉用量0.9份，新集料用量56.4份，脱硫胶粉+基质沥青与新集料的油石比为6.0％。

实施例3

脱硫再生胶再生沥青混合料的制备，相比实施例1做出的调整为，基质沥青用量3.15份、脱硫胶粉用量1.05份，新集料用量55.8份，脱硫胶粉+基质沥青与新集料的油石比为7.0％。

实施例4

脱硫再生胶再生沥青混合料的制备，相比实施例1做出的调整为，基质沥青用量3.12份、脱硫胶粉用量0.78份，脱硫胶粉+基质沥青中脱硫胶粉占比20％。

实施例5

脱硫再生胶再生沥青混合料的制备，相比实施例1做出的调整为，基质沥青用量2.73份、脱硫胶粉用量1.17份，脱硫胶粉+基质沥青中脱硫胶粉占比30％。

对实施例1-3制备的沥青混合料进行马歇尔试验、高温车辙试验和小梁弯曲试验，结果见表3所示；对实施例1、4、5制备的沥青混合料进行高温车辙试验和小梁弯曲试验，结果见表4所示。

表3：不同油石比试验结果

表4：不同脱硫胶粉掺量试验结果

由实施例1-3实验结果对比可知，实施例1的在动稳定度指标上优于实施例2和实施例3，在破坏应变上略低于实施例3，因此脱硫胶粉+基质沥青与新集料的最佳油石比为6.4％。

由实施例1、4、5实验结果对比可知，实施例1的在动稳定度和破坏应变指标上优于实施例4，在破坏应变上略低于实施例5但实施例5动稳定度下降严重，因此脱硫胶粉+基质沥青中脱硫胶粉的最佳含量23％。

实施例6

脱硫再生胶再生沥青混合料的制备，相比实施例1做出的调整为，脱硫胶粉改为普通胶粉，掺量不变。

对实施例1和6制备的沥青混合料进行沥青混合料约束温度应力收缩试验(TSRST)来评价沥青混合料低温性能，其温度—应力发展曲线见图1。对实施例1和6制备的沥青混合料进行四点弯曲疲劳试验来评价其疲劳性能，其结果见图2。

由图1可以看出，使用普通胶粉的沥青混合料较高胶沥青混合料的温度—应力曲线明显在初期阶段上升十分明显，使用脱硫再生胶粉的沥青混合料在初期时基本趋近于平台，这一结果表明：脱硫胶沥青混合料在被约束的情况下，温度降低过程中存在明显的应力松弛，而使用普通胶粉的沥青混合料应力增长速度过快表明其应力松弛效应较弱。此外，两种类型的沥青混合料的冻断温度存在显著的差异，这一结果与低温弯曲试验结果相类似，即再生胶沥青混合料的冻断温度亦较SBS改性沥青混合料低5℃，这也说明再生胶沥青混合料的抗温度开裂能力较佳。

由图2可以看出，对比应变发生改变后两种再生沥青混合料的疲劳寿命变化比可以发现，再生胶沥青对应变的敏感程度较低；再生胶沥青再生混合料的耐疲劳性较普通橡胶沥青的再生混合料具有明显的延长，这说明疲劳过程中微裂纹扩展至网络被吸收断裂能量，有效地抑制微裂纹发展，从而延长了再生沥青混凝土的疲劳寿命。

以上具体实施例是对本发明的详细说明介绍,但本发明不限于上述具体实施实例,凡基于本发明所做的任何没有创造性的改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：原料以重量份计包括：旧路沥青路面回收料25-45份，基质沥青2-8份，脱硫胶粉0.5-4份，新集料45-60份，组分增溶剂3-8份。

2.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述旧路沥青路面回收料是细粒式沥青混凝土路面在其组分老化或损坏后经过铣刨得到的沥青混合料。

3.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述基质沥青为壳牌70#基质沥青，其在15℃下密度为0.991-1.015g/cm³。

4.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述脱硫胶粉是采用物理、化学或生物方法对橡胶大分子进行脱硫处理后得到的胶粉。

5.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述组分增溶剂为生物油。

6.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述新集料为石灰岩，由0-2.36mm集料、2.36-4.75mm集料、4.75-9.5mm集料和9.5-16mm集料组成，以重量份计为：0-2.36mm集料15-26份、2.36-4.75mm集料8-18份、4.75-9.5mm集料28-35份、9.5-16mm集料30-50份。

7.根据权利要求1所述的脱硫再生胶再生沥青混合料，其特征在于：所述脱硫胶粉和基质沥青的用量之和与新集料的油石比为6%-9%。

8.权利要求1至7任一项所述脱硫再生胶再生沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，旧料加热：将旧路沥青路面回收料加热至180℃-200℃，基质沥青加热140℃-150℃，保存5h后投入拌合机中，在180℃-200℃下拌合90s；

步骤2，新料拌合：保持在180℃-200℃下在拌合机中加入预热至180℃-200℃的新集料，拌合90s；

步骤3，混合料改性：保持在180℃-200℃下在拌合机中加入脱硫胶粉和组分增溶剂，拌合180s。

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