CN113666668A - 一种再生沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及再生混凝土技术领域，具体公开了一种再生沥青混凝土，再生沥青混凝土包括下列重量份物质：矿粉3～10份、粉煤灰1～5份、再生粗骨料35～150份、再生细骨料45～150份和改性再生沥青10～30份；所述再生粗骨料包括再生粗骨料基体和气凝胶包覆膜。再生沥青混凝土的制备方法包括下列制备步骤：S1、预混处理；S2、沥青熔融；S3、混合搅拌。本申请对再生粗骨料进行包覆处理，通过包覆处理改善了再生粗骨料表面结构，提高了再生粗骨料材料的力学强度和机械性能，从而使其添加至再生沥青混凝土内部后，能形成良好的负载填充效果，进一步优化再生沥青混凝土材料的使用寿命。

Description

一种再生沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于再生混凝土技术领域，尤其涉及一种再生沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青的老化是指在存储、运输、施工过程中，沥青在日光、水、空气氧化等外界因素的综合作用下，产生的延度减小、软化点升高、黏度增大、氧化等物理性质和化学性质的变化。路面铺筑完成后，沥青将在自然条件下缓慢老化。由于沥青的老化主要为不可逆的化学变化，容易导致沥青硬化变脆，失去其应有的物理特性，从而影响路用性能，再加上水和车辆载荷的作用，更是会加重路面病害。

回收沥青路面材料是指从路面铣刨回收回来的沥青混合料，也是再生沥青混合料的重要组分部分。沥青老化后，芳香分含量明显减少，而沥青质含量明显增加，说明芳香分随着沥青的老化过程逐渐转变为沥青质。组分调和原理就是通过对沥青中四种组分的比例进行调节，从而使废旧沥青的四组分比例恢复到原有沥青的水平，使老化沥青的路用性能得到恢复。

但是，发明人认为，在对沥青路面材料回收再利用的方案中，往往只针对沥青材料进行处理，而忽略了沥青混合料中骨料的改良，再生骨料由于回收利用，其内部往往存在不少裂隙，当其添加至再生沥青混凝土材料中后，在长期的使用过程中，由于再生骨料出现劣化，降低了再生沥青混凝土材料的使用寿命。

发明内容

为了改善现有再生沥青混凝土材料使用寿命不佳的缺陷，本发明提供一种再生沥青混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种再生沥青混凝土，采用如下的技术方案：

一种再生沥青混凝土，包括下列重量份物质：

矿粉3～10份；

粉煤灰1～5份；

再生粗骨料35～150份；

再生细骨料45～150份；

改性再生沥青10～30份；

所述再生粗骨料包括再生粗骨料基体和包覆在再生粗骨料表面的气凝胶包覆膜。

通过采用上述技术方案，本申请对再生粗骨料进行包覆处理，通过包覆处理改善了再生粗骨料表面结构，提高了再生粗骨料材料的力学强度和机械性能，从而使其添加至再生沥青混凝土内部后，能形成良好的负载填充效果，进一步优化再生沥青混凝土材料的使用寿命。

同时，本申请采用的是气凝胶包覆膜对再生粗骨料基体进行包覆处理，气凝胶膜由于其自身高比表面积的结构，能显著改善沥青材料与再生粗骨料之间的结合强度，进一步密实再生沥青混凝土材料的结构，从而改善了再生沥青混凝土材料的力学性能，提高了再生沥青混凝土材料的使用寿命。

进一步地，所述再生粗骨料采用以下方案制成：

（1）按质量比1:3～5:6～8：10，将三甲基三氧硅烷、正硅酸乙酯、钛酸乙酯和乙酸乙酯搅拌混合，收集混合浆液；

（2）将混合浆液、三氟乙酸溶液和聚乙烯醇缩丁醛酯按质量比1:6：12～15混合均匀，收集得混合溶解液；

（3）按质量比1:15，将混合溶剂液喷涂至再生粗骨料基体表面，控制喷涂温度为-15～-10℃，在升温加热至55～60℃后，在3～5MPa下自然冷却至室温并静置24～30h，即可制备得所述再生粗骨料。

通过采用上述技术方案，本申请通过将气凝胶膜材料涂覆至再生粗骨料基体表面后，再在高压状态下静置固化，能在一定程度上使气凝胶膜材料渗透至再生粗骨料内部裂隙中，有效封堵并支撑再生粗骨料内部裂隙结构，提高再生粗骨料结构强度，从根本上提高再生沥青混凝土材料的力学性能和使用寿命。

进一步地，所述气凝胶包覆膜为纤维复合型气凝胶包覆膜。

通过采用上述技术方案，本申请还在气凝胶包覆膜内添加纤维进行支撑改性，强化气凝胶包覆膜材料的结构强度，改善了气凝胶包覆膜在再生粗骨料和沥青混合料之间的界面结合性能，从而进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

进一步地，所述纤维复合型气凝胶包覆膜中采用的纤维包括玻璃短切纤维或芳纶短切纤维中的任意一种。

通过采用上述技术方案，由于本申请进一步优化短切纤维的材质，选用了高模量、高性能的芳纶短切纤维和玻璃短切纤维，同时本申请选用的短切纤维均具有良好抗吸水性能，将其添加至气凝胶包覆膜材料内部，能有效改善气凝胶包覆膜的氧化老化，从而减少再生粗骨料的机械损坏，进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

进一步地，所述改性再生沥青为经水滑石共混改性制备的再生沥青材料。

通过采用上述技术方案，本申请采用水滑石对再生沥青材料进行共混改性处理，由于水滑石独特的多层状结构，能在机械力的作用下均匀分散在沥青中，而作为分散相的水滑石，增大了沥青分子与改性剂之间的内摩擦阻力，从而进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

进一步地，所述水滑石粒径为300～500目，所述水滑石包括镁铝基水滑石或钙铝水滑石中的任意一种。

通过采用上述技术方案，由于本申请优化了水滑石的粒径和种类，改善水滑石在再生沥青材料中的负载和填充均匀性能，从而进一步改善了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

进一步地，改性再生沥青采用以下方案制成：

（1）取再生沥青材料并置于容器中，搅拌加热熔融；

（2）对加热熔融的沥青材料中添加水滑石颗粒，保温搅拌溶胀，收集搅拌混合液；

（3）将搅拌混合液置于高速剪切机中，剪切处理并冷却至室温，收集得所述改性再生沥青。

通过采用上述技术方案，本申请在熔融加热状态下的再生沥青材料中添加了水滑石材料，由于水滑石材料粒径均一且具有良好的结构性能，将其添加至再生沥青材料后，经搅拌混合均匀分散在再生沥青材料体系中，增加了沥青内部摩擦力，阻止了沥青内部的流动，降低了沥青内部结构变形能，从而有效改善了再生沥青材料的结构强度和力学性能，进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

第一方面，本申请提供一种再生沥青混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种再生沥青混凝土的制备方法，包括下列制备步骤：

S1、预混处理：按配方，将矿粉、粉煤灰、再生粗骨料和再生细骨料搅拌混合，收集得预混料；

S2、沥青熔融：将改性再生沥青置于容器中，加热熔融并收集得熔融沥青；

S3、混合搅拌：将熔融沥青与预混料保温搅拌混合，收集得混合搅拌物料，即可制备得再生沥青混凝土。

通过采用上述技术方案，本申请先对固体料进行初步混合，改善固体料之间的混合均匀性，再将其与熔融沥青共混，改善固体料在熔融沥青中的分散均匀性能，从而优化再生沥青混凝土材料的结构，提高了再生沥青混凝土材料的力学性能和使用寿命。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

第一、本申请对再生粗骨料进行包覆处理，通过包覆处理改善了再生粗骨料表面结构，提高了再生粗骨料材料的力学强度和机械性能，从而使其添加至再生沥青混凝土内部后，能形成良好的负载填充效果，进一步优化再生沥青混凝土材料的使用寿命。

同时，本申请采用的是气凝胶包覆膜对再生粗骨料基体进行包覆处理，气凝胶膜由于其自身高比表面积的结构，能显著改善沥青材料与再生粗骨料之间的结合强度，进一步密实再生沥青混凝土材料的结构，从而改善了再生沥青混凝土材料的力学性能，提高了再生沥青混凝土材料的使用寿命。

第二、本申请通过将气凝胶膜材料涂覆至再生粗骨料基体表面后，再在高压状态下静置固化，能在一定程度上使气凝胶膜材料渗透至再生粗骨料内部裂隙中，有效封堵并支撑再生粗骨料内部裂隙结构，提高再生粗骨料结构强度，从根本上提高再生沥青混凝土材料的力学性能和使用寿命。

第三、本申请还在气凝胶包覆膜内添加纤维进行支撑改性，强化气凝胶包覆膜材料的结构强度，改善了气凝胶包覆膜在再生粗骨料和沥青混合料之间的界面结合性能，从而进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

第四、本申请在熔融加热状态下的再生沥青材料中添加了水滑石材料，由于水滑石材料粒径均一且具有良好的性能，将其添加至再生沥青材料后，经搅拌混合均匀分散在再生沥青材料体系中，增加了沥青内部摩擦力，阻止了沥青内部的流动，降低了沥青内部结构变形能，从而有效改善了再生沥青材料的结构强度和力学性能，进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。

若无特殊说明，本申请的制备例、实施例和对比例的原料均能通过市售购得。

制备例

再生粗骨料制备

制备例1

一种再生粗骨料：

（1）将1kg三甲基三氧硅烷、3kg正硅酸乙酯、6kg钛酸乙酯和10kg乙酸乙酯搅拌混合，收集混合浆液；

（2）将1kg混合浆液、6kg三氟乙酸溶液和12聚乙烯醇缩丁醛酯混合均匀，收集得混合溶解液；

（3）将1kg混合溶剂液喷涂至15kg再生粗骨料基体表面，控制喷涂温度为-15℃，在升温加热至55℃后，在3MPa下自然冷却至室温并静置24h，即可制备得所述再生粗骨料1。

制备例2

一种再生粗骨料：

（1）将1kg三甲基三氧硅烷、4kg正硅酸乙酯、7kg钛酸乙酯和10kg乙酸乙酯搅拌混合，收集混合浆液；

（2）将1kg混合浆液、6kg三氟乙酸溶液和13kg聚乙烯醇缩丁醛酯混合均匀，收集得混合溶解液；

（3）将1kg混合溶剂液喷涂至15kg再生粗骨料基体表面，控制喷涂温度为-12℃，在升温加热至58℃后，在4MPa下自然冷却至室温并静置26h，即可制备得所述再生粗骨料2。

制备例3

一种再生粗骨料：

（1）将1kg三甲基三氧硅烷、5kg正硅酸乙酯、8kg钛酸乙酯和10kg乙酸乙酯搅拌混合，收集混合浆液；

（2）将1kg混合浆液、6kg三氟乙酸溶液和15kg聚乙烯醇缩丁醛酯混合均匀，收集得混合溶解液；

（3）将1kg混合溶剂液喷涂至15kg再生粗骨料基体表面，控制喷涂温度为-10℃，在升温加热至60℃后，在5MPa下自然冷却至室温并静置30h，即可制备得所述再生粗骨料3。

制备例4

一种包覆有纤维复合型气凝胶包覆膜的再生粗骨料1，与制备例1不同的是，本制备例中在混合溶解液中添加了500g玻璃短切纤维，其余组分和制备步骤均与制备例1相同。

制备例5

一种包覆有纤维复合型气凝胶包覆膜的再生粗骨料2，与制备例1不同的是，本制备例中在混合溶解液中添加了500g芳纶短切纤维，其余组分和制备步骤均与制备例1相同。

改性再生沥青制备

制备例6

一种改性再生沥青：

（1）取再生沥青材料并置于加热容器中，升温加热至170℃，搅拌加热，收集得熔融再生沥青材料；

（2）对20kg熔融再生沥青材料中添加1kg 300目镁铝基水滑石颗粒，保温搅拌溶胀3h，收集搅拌混合液；

（3）将搅拌混合液置于高速剪切机中，在转速4500r/min下剪切处理2h后冷却至室温，收集得所述改性再生沥青1。

制备例7

一种改性再生沥青：

（1）取再生沥青材料并置于加热容器中，升温加热至175℃，搅拌加热，收集得熔融再生沥青材料；

（2）对20kg熔融再生沥青材料中添加2kg 400目镁铝基水滑石颗粒，保温搅拌溶胀4h，收集搅拌混合液；

（3）将搅拌混合液置于高速剪切机中，在转速4750r/min下剪切处理2h后冷却至室温，收集得所述改性再生沥青2。

制备例8

一种改性再生沥青：

（1）取再生沥青材料并置于加热容器中，升温加热至180℃，搅拌加热，收集得熔融再生沥青材料；

（2）对20kg熔融再生沥青材料中添加5kg 500目镁铝基水滑石颗粒，保温搅拌溶胀3～5h，收集搅拌混合液；

（3）将搅拌混合液置于高速剪切机中，在转速5000r/min下剪切处理2h后冷却至室温，收集得所述改性再生沥青3。

制备例9

一种改性再生沥青4，与制备例6不同的是，本制备例中添加了1kg 300目钙铝水滑石颗粒代替制备例6中的镁铝基水滑石，其余组分和制备步骤均与制备例6相同。

实施例

实施例1

一种再生沥青混凝土：

S1、预混处理：将3kg矿粉、1kg粉煤灰、35kg再生粗骨料1和45kg再生细骨料搅拌混合，收集得预混料；

S2、沥青熔融：将10kg改性再生沥青1置于容器中，加热熔融并收集得熔融沥青；

S3、混合搅拌：将熔融沥青与预混料保温搅拌混合，收集得混合搅拌物料，即可制备得再生沥青混凝土。

实施例2

一种再生沥青混凝土：

S1、预混处理：将6kg矿粉、3kg粉煤灰、80kg再生粗骨料1和80kg再生细骨料搅拌混合，收集得预混料；

S2、沥青熔融：将20kg改性再生沥青1置于容器中，加热熔融并收集得熔融沥青；

S3、混合搅拌：将熔融沥青与预混料保温搅拌混合，收集得混合搅拌物料，即可制备得再生沥青混凝土。

实施例3

一种再生沥青混凝土：

S1、预混处理：按配方，将10kg矿粉、5kg粉煤灰、150kg再生粗骨料1和150kg再生细骨料搅拌混合，收集得预混料；

S2、沥青熔融：将30kg改性再生沥青1置于容器中，加热熔融并收集得熔融沥青；

S3、混合搅拌：将熔融沥青与预混料保温搅拌混合，收集得混合搅拌物料，即可制备得再生沥青混凝土。

实施例4

一种再生沥青混凝土，与实施例1的区别在于，本实施例采用35kg再生粗骨料2代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

实施例5

一种再生沥青混凝土，与实施例1的区别在于，本实施例采用35kg再生粗骨料3代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

实施例6

一种再生沥青混凝土，与实施例1的区别在于，本实施例采用包覆有纤维复合型气凝胶包覆膜的再生粗骨料1代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

实施例7

一种再生沥青混凝土，与实施例1的区别在于，本实施例采用包覆有纤维复合型气凝胶包覆膜的再生粗骨料2代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

实施例8

一种再生沥青混凝土，与实施例1的区别在于，本实施例采用改性再生沥青4代替实施例1中的改性再生沥青1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

性能检测试验

分别对实施例1～8中制备的再生沥青混凝土测试其性能。

检测方法/试验方法

将实施例1～8中制备的再生沥青混凝土按JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行劈裂实验测试。具体测试结果如下表表1所示：

对比例

对比例1：一种再生沥青混凝土，与实施例1相比，采用未包覆气凝胶包覆膜的再生粗骨料代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

对比例2：一种再生沥青混凝土，与实施例1相比，采用再生沥青代替实施例1中的改性再生沥青1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

对比例3：一种再生沥青混凝土，与实施例1相比，采用包覆有聚乙烯醇薄膜的再生粗骨料代替实施例1中的再生粗骨料1，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。

性能检测试验

分别对对比例1～3中制备的再生沥青混凝土测试其性能。

检测方法/试验方法

将对比例1～3中制备的再生沥青混凝土按JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行劈裂实验测试。

具体测试结果如下表表1所示：

表1 实验例1～8和对比例1～3在15℃下的耐久性能表征

将实施例1～5、实施例6～7、实施例8设置为4组，结合对比例1～3和表1进行性能分析。

（1）将实施例1～5、对比例1和对比例3进行对比，说明本申请技术方案对再生粗骨料进行包覆处理，提高了再生粗骨料材料的力学强度和机械性能，从而使其添加至再生沥青混凝土内部后，能形成良好的负载填充效果，同时，本申请采用的是气凝胶包覆膜对再生粗骨料基体进行包覆处理，气凝胶膜由于其自身高比表面积的结构，能显著改善沥青材料与再生粗骨料之间的结合强度，进一步密实再生沥青混凝土材料的结构，从而改善了再生沥青混凝土材料的力学性能，提高了再生沥青混凝土材料的使用寿命。

（2）将实施例6～7和实施例1～5对比可以发现，实施例6～7中采用了短切纤维对气凝胶包覆膜进行填充，结合表1数据可以看出，在气凝胶包覆膜内添加纤维进行支撑改性，强化气凝胶包覆膜材料的结构强度，改善了气凝胶包覆膜在再生粗骨料和沥青混合料之间的界面结合性能，从而进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

（3）将实施例8、实施例1和实施例2进行对比，由于实施例8和实施例1中在沥青材料中还进一步添加了水滑石，结合表1数据可以看出，本申请技术方案在熔融加热状态下的再生沥青材料中添加了水滑石材，由于水滑石材料粒径均一且具有良好的性能，将其添加至再生沥青材料后，经搅拌混合均匀分散在再生沥青材料体系中，增加了沥青内部摩擦力，阻止了沥青内部的流动，降低了沥青内部结构变形能，从而有效改善了再生沥青材料的结构强度和力学性能，进一步提高了再生沥青混凝土的力学性能和使用寿命。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种再生沥青混凝土，其特征在于，包括下列重量份物质：

矿粉3～10份；

粉煤灰1～5份；

再生粗骨料35～150份；

再生细骨料45～150份；

改性再生沥青10～30份；

所述再生粗骨料包括再生粗骨料基体和包覆在再生粗骨料表面的气凝胶包覆膜。

2.根据权利要求1所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料采用以下方案制成：

（1）按质量比1:3～5:6～8：10，将三甲基三氧硅烷、正硅酸乙酯、钛酸乙酯和乙酸乙酯搅拌混合，收集混合浆液；

（2）将混合浆液、三氟乙酸溶液和聚乙烯醇缩丁醛酯按质量比1:6：12～15混合均匀，收集得混合溶解液；

（3）按质量比1:15，将混合溶剂液喷涂至再生粗骨料基体表面，控制喷涂温度为-15～-10℃，在升温加热至55～60℃后，在3～5MPa下自然冷却至室温并静置24～30h，即可制备得所述再生粗骨料。

3.根据权利要求1所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，所述气凝胶包覆膜为纤维复合型气凝胶包覆膜。

4.根据权利要求3所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，所述纤维复合型气凝胶包覆膜中采用的纤维包括玻璃短切纤维或芳纶短切纤维中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，所述改性再生沥青为经水滑石共混改性制备的再生沥青材料。

6.根据权利要求5所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，所述水滑石粒径为300～500目，所述水滑石包括镁铝基水滑石或钙铝水滑石中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的一种再生沥青混凝土，其特征在于，改性再生沥青采用以下方案制成：

（1）取再生沥青材料并置于容器中，搅拌加热熔融；

（2）对加热熔融的沥青材料中添加水滑石颗粒，保温搅拌溶胀，收集搅拌混合液；

（3）将搅拌混合液置于高速剪切机中，剪切处理并冷却至室温，收集得所述改性再生沥青。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种再生沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括下列制备步骤：

S1、预混处理：按配方，将矿粉、粉煤灰、再生粗骨料和再生细骨料搅拌混合，收集得预混料；

S2、沥青熔融：将改性再生沥青置于容器中，加热熔融并收集得熔融沥青；

S3、混合搅拌：将熔融沥青与预混料保温搅拌混合，收集得混合搅拌物料，即可制备得再生沥青混凝土。