CN105837090A

CN105837090A - 一种高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法

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Publication number: CN105837090A
Application number: CN201610174071.2A
Authority: CN
Inventors: 卢勇; 丁武洋; 李豪; 刘爱华; 吴昊; 朱浩然; 蔡海泉; 于明明; 刘晨东
Original assignee: JSTI Group Co Ltd
Current assignee: JSTI Group Co Ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-08-10

Abstract

本发明公开一种高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法，高掺量厂拌温再生沥青混合料，包括如下质量百分比的各组分，40％‑80％的废旧沥青混合料，16％‑47％集料，0‑1％矿粉，1％‑3.5％沥青，占旧沥青用量2％‑8％的再生剂和占沥青总量2％‑6％的温拌剂。废旧沥青混合料、集料、拌合温度均可降低20‑30℃，有效防止废旧沥青混合料中旧沥青的老化程度，并使得混合料在一定的温度范围内可以充分得到压实，有利于沥青路面后期的使用质量，且降低拌合、施工过程中的能耗和有害气体排放。高掺量厂拌温再生沥青混合料的各项路用性能与常规沥青混合料的路用性能接近，且高温稳定性能提高20‑40％，疲劳性能较不掺加温拌剂的再生混合料提高10‑15％，有效保证沥青混合料的路用性能。

Description

一种高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料，尤其涉及一种高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法。

背景技术

高掺量厂拌热再生是指旧沥青用量占沥青总量的25％以上，目前旧沥青掺量低于25％的厂拌热再生技术已经较为成熟，且研究表明其具有不差于新拌沥青混合料的性能，甚至在某些性能方面要表现得更好；但是对于废旧沥青混合料(RAP)掺量大于25％的再生混合料，对其性能的评价及研究还没有得出确切而公认的结论。基于此，美国部分州规定用作上面层的再生混合料中RAP的掺量不允许超过30％。可见，出于对高RAP掺量再生混合料低温开裂性能和疲劳性能的担忧，在将再生混合料应用于高等级公路或中上沥青面层时RAP的掺量受到了严格的限制，这极大地制约了高RAP掺量厂拌热再生技术的发展和应用。

同时，高掺量厂拌热再生在实际实施过程中，亦存在以下几个方面的问题：1.再生混合料沥青老化严重。厂拌热再生混合料的施工温度一般较常规热拌混合料高5-15℃，旧料添加比例提高，为保证混合料的施工温度，要求新集料具有更高的加热温度，导致厂拌热再生混合料在施工过程中的短期老化严重；2.混合料生产能耗高。由于RAP材料掺量的进一步提高，导致生产过程中温度提高，拌合时间延长，一定程度上降低了拌合楼的生产效率，增加混合料的生产成本；3.有害气体排放显著增加。生产过程中温度的提高，拌合时间的延长，使得蓝烟和有害气体的排放大大增加。

我国高等级公路，尤其是高速公路90％以上采用沥青路面。目前越来越多的沥青路面进入养护维修期，每年产生大量的旧沥青路面材料和废弃料，如何对这些废弃材料进行高效和高质量的处理成为亟需解决的问题。

有鉴于上述现有的沥青混合料存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的沥青混合料存在的缺陷，而提供一种新型高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法，在不降低路用性能的前提下提高铣刨料的掺量，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的高掺量厂拌温再生沥青混合料，包括如下质量百分比的各组分，40％-80％的废旧沥青混合料，16％-47％集料，0-1％矿粉，1％-3.5％沥青，占旧沥青用量2％-8％的再生剂和占沥青总量2％-6％的温拌剂。

更进一步的，前述的高掺量厂拌温再生沥青混合料，所述集料为石灰岩集料，所述矿粉为石灰岩矿粉。

高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，包括如下的操作步骤，

步骤一，对回收的废旧沥青混合料进行抽提和筛分，根据抽提的废旧沥青性能确定最佳再生剂掺量；

步骤二，根据废旧沥青混合料的筛分结果和集料、矿粉的筛分级配，初步进行级配设计，并计算沥青用量；

步骤三，制备试件，确定最佳沥青用量；

步骤四，制备混合料，并进行性能验证。

更为具体的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)材料的分析与选择

a.废旧沥青混合料的抽提、筛分：将铣刨料首先按照0-16.0mm和16.0-26.5mm两个筛孔尺寸分为粗料和细料两种类别，分别对粗料和细料进行取样，采用阿布森法沥青回收仪或者旋转蒸发器法对废旧沥青混合料进行抽提，将集料和沥青分析，计算粗料和细料中的沥青含量；

b.回收沥青性能检测：对抽提出的沥青进行回收，并进行针入度、软化点和黏度指标测试，并测试回收沥青的PG等级；

c.最佳再生剂掺量：根据回收沥青的性能指标，初步在再生剂掺量范围内选择3种掺量，再生剂加热至70-90℃，铣刨料加热至100-130℃，再生剂与废旧沥青混合料在室内拌锅中进行充分拌合，拌合温度为100-110℃，拌合时间为60-90s，然后进行抽提回收，测试再生混合料中回收沥青的针入度、软化点和黏度指标，并确定再生剂最佳掺量。

d.温拌剂：温拌剂采用表面活性成品温拌剂Evotherm(3G)，可降低混合料成型温度20-30℃；

e.沥青、集料：对沥青和集料进行常规的性能检测。

(2)级配设计

a.根据废旧沥青混合料中的粗料、细料的筛分级配，以及集料、矿粉的筛分级配，初步进行级配设计，集料各筛孔尺寸的组成为：19.0-26.5mm的集料为0-10％，13.2-19.0mm的集料为15-22％，9.5-13.2mm的集料为13.5-20％，4.75mm-9.5mm的集料为16.5-30％，2.36-4.75mm的集料为10-15％，1.18-2.36mm的集料为8-10％，0.6-1.18mm的集料为4-7％，0.3-0.6mm的集料为3-5％，0.15-0.3mm的集料为1-2％，0.075-0.15mm的集料为1.5-2％，0-0.075mm的集料为2-8％。

b.在沥青的用量范围中，根据集料的毛体积相对密度、表观相对密度、有效相对密度、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比等指标初步估算合适的沥青用量。

(3)最佳沥青用量

a.集料加热至160-180℃，废旧沥青混合料加热至90-110℃，对集料在拌锅中先拌合20-30s，再加入废旧沥青混合料拌合50-70s；将加热至80-100℃的再生剂、温拌剂加入温度为100-120℃的沥青中充分拌合，使用高速剪切仪拌合2-5min。将含有添加剂的沥青加入集料中，并加入矿粉，进行拌合60-70s，出拌合锅的温度为120-140℃；

b.采用旋转压实仪，对混合料进行试件制备，根据试件的高度、最初和最大压实高度、空隙率和饱和度确定最佳沥青用量。

(4)混合料性能验证

a.水稳定性能：浸水马歇尔稳定度试验，残留稳定度MS₀≥80％；冻融劈裂试验，残留强度比TSR≥75％

b.高温稳定性：车辙试验，车辙动稳定度≥1000次/mm；

c.低温稳定性：低温小梁弯曲试验，再生混合料破坏应变≥2500με。

借由上述技术方案，本发明的高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法至少具有下列优点：

本发明的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备流程在于混合料中添加温拌剂，使得废旧沥青混合料、集料、拌合温度均可降低20-30℃，有效防止废旧沥青混合料中旧沥青的老化程度，并使得混合料在一定的温度范围内可以充分得到压实，有利于沥青路面后期的使用质量，且降低拌合、施工过程中的能耗和有害气体排放。同时，混合料中掺入再生剂和温拌剂，使得高掺量厂拌温再生沥青混合料的各项路用性能与常规沥青混合料的路用性能接近，且高温稳定性能提高20-40％，疲劳性能较不掺加温拌剂的再生混合料提高10-15％，有效保证沥青混合料的路用性能。本发明公开的高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法，不仅可以完善厂拌热再生的再生作用，拓宽了厂拌热再生技术的应用范围，还能够解决高掺量厂拌热再生沥青混合料因高温导致的沥青老化严重、能耗高和有害气体排放显著的问题，有效地改善高掺量厂拌热再生沥青混合料的综合路用性能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的高掺量厂拌温再生沥青混合料及其制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

本发明提出的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，操作步骤如下：

(1)材料的分析与选择

a.集料为石灰岩集料，沥青为70号A级道路石油沥青，矿粉为石灰岩矿粉，废旧沥青混合料的抽提、筛分：将铣刨料首先按照0-16.0mm和16.0-26.5mm两个筛孔尺寸分为粗料和细料两种类别，分别对粗料和细料进行取样，采用阿布森法沥青回收仪或者旋转蒸发器法对废旧沥青混合料进行抽提，将集料和沥青分析，计算粗料和细料中的沥青含量；废旧沥青混合料抽提筛分结果见表1，各种矿料及沥青的密度见表2。

c.最佳再生剂掺量：根据回收沥青的性能指标，初步在再生剂掺量范围内选择3种掺量，再生剂加热至70-90℃，铣刨料加热至100-130℃，再生剂与废旧沥青混合料在室内拌锅中进行充分拌合，拌合温度为100-110℃，拌合时间为60-90s，然后进行抽提回收，测试再生混合料中回收沥青的针入度、软化点和黏度指标，并确定再生剂最佳掺量；再生剂为市售再生剂，掺量为旧沥青用量的6％。

d.温拌剂：温拌剂采用表面活性成品温拌剂Evotherm(3G)，可降低混合料成型温度20-30℃；温拌剂为市售温拌剂，掺量为沥青总量的3％。

e.沥青、集料：对沥青和集料进行常规的性能检测。

表1 废旧沥青混合料抽提试验结果

表2 矿料及沥青密度试验结果

(2)集料筛分及配合比设计

依据Superpave设计的一般方法，在选择设计集料结构时，首先调试、选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质(密度和吸水率)计算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件，根据试验结果，计算出这三个级配的沥青混合料在空隙率为4％时所需的沥青用量及相应的沥青混合料其他体积性质，矿料间隙率(VMA)、饱和度(VFA)、矿粉与有效沥青之比(F/A)等。

表3为各种集料的筛分试验结果，表4为三个调试级配的料堆配合比，表5为三个试验级配各筛孔尺寸通过率明细表，表6为估算沥青用量汇总表。

表3 各种集料料堆的筛分结果

表4 试验级配料堆配合比组成

矿料	级配1	级配2	级配3
				1#料	12	11	11
2#料	5.5	5	6
				3#料	14	14.5	15
4#料	22	23	21
				16.0-26.5mm旧料	22.5	22.5	22.5
0-16.0mm旧料	22.5	22.5	22.5
				矿粉	1.5	1.5	2

表5 试验混合物级配明细表

表6 估算沥青用量汇总表

表中：G_sb––––级配集料毛体积相对密度；

G_sa––––级配集料表观相对密度；

G_se––––级配集料有效相对密度；

V_ba––––集料吸收的沥青胶结料体积；

V_be––––有效沥青胶结料的体积；

W_s––––每立方厘米混合料中集料质量；

P_bi––––估算沥青用量。

根据各个级配的估算沥青用量和以往经验，用4.2％的沥青用量成型试件，道路石油沥青混合料的拌和及成型温度由粘温曲线确定，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。根据交通量数据选择压实次数N_最初＝8次，N_设计＝100次，N_最大＝160次。根据Superpave设计标准，在进行估算用油量成型试件时，将旋转压实次数设定在N_设计，本次试验为N_设计＝100次，估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果汇总于表7。

表7 三种试验级配旋转压实试验结果汇总表

表8 三种级配估算沥青用量试验结果评价表

注：*表示当级配通过限制区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。

表8为三种级配估算沥青用量试验结果评价表。依据表8的评价指标，可以得出级配1、2满足Superpave设计要求，根据经验选择级配2为设计级配。

(3)确定沥青用量

设计级配确定后，就要确定设计沥青用量P_b，所谓设计沥青用量就是指在设计旋转压实次数下得到空隙率为4％的沥青用量。根据Superpave设计方法，一般选择四种沥青用量，它们分别为P_b、P_b±0.5％、P_b+1％。根据经验取P_b为4.2％，因此，四个沥青用量分别为：3.7％、4.2％、4.7％、5.2％。在进行确定选择级配沥青用量的试验时，压实次数应设定在N_设计，本次N_设计＝100次。设计级配四种沥青用量试验结果汇总表9：

表9 设计级配四种沥青用量试验结果汇总表

表10 四种不同沥青用量下沥青混合料体积性质

注：*表示当级配通过限制区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。

根据表10，3.7％、4.2％、4.7％、5.2％四个沥青用量的体积性质，通过插值法得到沥青用量为4.2％及其对应的体积性质。

(4)设计结果

通过以上试验和分析，选定级配2为设计级配，配合比为1#:2#:3#:4#:16～26.5mm旧料：0～16mm旧料:矿粉＝11％：5％：14.5％：23％：22.5％：22.5％：1.5％，新加沥青用量为3.35％。其对应的混合料体积指标见表11。

表11 混合料体积性质表

混合料特性	设计结果	Superpave标准
			VMA(％)	13.06	≥13.0
VFA(％)	69.16	65～75
			DP	1.37	0.6～1.2*
％Gmm(最初)	84.61	≤89
			％Gmm(最大)	97.76	≤98

注：*表示当级配通过限制区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。

本发明的高掺量厂拌温再生沥青混合料矿料组成(质量比)为，废旧沥青混合料为45％，其中粗RAP材料为22.5％，细RAP材料为22.5％，新集料为53.5％，矿粉为1.5％。其中新加沥青用量占矿料用量(质量百分比)的3.35％。再生剂用量占旧沥青用量的3％，温拌剂占沥青总量的3％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种高掺量厂拌温再生沥青混合料，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分，40％-80％的废旧沥青混合料，16％-47％集料，0-1％矿粉，1％-3.5％沥青，占旧沥青用量2％-8％的再生剂和占沥青总量2％-6％的温拌剂。

2.根据权利要求1所述的高掺量厂拌温再生沥青混合料，其特征在于：所述集料为石灰岩集料，所述矿粉为石灰岩矿粉。

3.高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括如下的操作步骤，

步骤三，制备试件，确定最佳沥青用量；

步骤四，制备混合料，并进行性能验证。

4.根据权利要求3所述的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，根据废旧沥青混合料中抽提的废旧沥青的性能指标，初步在再生剂掺量范围内选择3种掺量，再生剂加热至70-90℃，废旧沥青混合料加热至100-130℃，再生剂与废旧沥青混合料在室内拌锅中进行充分拌合，拌合温度为100-110℃，拌合时间为60-90s，然后进行抽提回收，测试再生混合料中回收沥青的针入度、软化点和黏度指标，并确定再生剂最佳掺量。

5.根据权利要求3所述的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，根据废旧沥青混合料中的粗料、细料的筛分级配，以及集料、矿粉的筛分级配，初步进行级配设计，组成为：19.0-26.5mm的集料为0-10％，13.2-19.0mm的集料为15-22％，9.5-13.2mm的集料为13.5-20％，4.75mm-9.5mm的集料为16.5-30％，2.36-4.75mm的集料为10-15％，1.18-2.36mm的集料为8-10％，0.6-1.18mm的集料为4-7％，0.3-0.6mm的集料为3-5％，0.15-0.3mm的集料为1-2％，0.075-0.15mm的集料为1.5-2％，0-0.075mm的集料为2-8％。

6.根据权利要求3所述的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，根据集料的毛体积相对密度、表观相对密度、有效相对密度、矿料间隙率、沥青饱和度和粉胶比，初步确定合适的沥青用量。

7.根据权利要求3所述的高掺量厂拌温再生沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，将集料加热至160-180℃，废旧沥青混合料加热至90-110℃，对集料在拌锅中先拌合20-30s，再加入废旧沥青混合料拌合50-70s；将加热至80-100℃的再生剂、温拌剂加入温度为100-120℃的沥青中充分拌合，使用高速剪切仪拌合2-5min，将拌和的沥青加入集料中，并加入矿粉，进行拌合60-70s，出拌合锅的温度为120-140℃；将混合料制备成试件，根据试件的高度、最初压实高度、最大压实高度、空隙率和饱和度确定最佳沥青用量。