一种高模量改性再生沥青混合料及制备方法与应用
【专利摘要】本发明公开了一种高模量改性再生沥青混合料及制备方法与应用，该再生沥青混合料包括40～60wt％的沥青路面回收材料及40～60wt％的新拌沥青混合料，新拌沥青混合料包括复合型改性沥青及新矿料，复合型改性沥青由55～65wt％的道路沥青及35～45wt％的岩沥青组成，再生混合料中总沥青含量为5～6wt％；其制备方法为将新矿料和沥青路面回收材料搅拌后，加入复合型改性沥青在规定温度下搅拌并成型。优点为制备的再生沥青混合料充分发挥了沥青路面回收材料老化后的硬化特征，提高了再生沥青混合料高温性能和动态模量；同时，其制备方法低碳环保，且利用其所设计的再生路面结构组合具有优越的抗车辙性能。
【专利说明】
-种高模量改性再生源青混合料及制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明属于渐青混合料领域，尤其设及一种高模量改性再生渐青混合料及制备方 法与应用。
【背景技术】
[0002] 我国高速公路建设在近20年的发展过程中取得了前所未有的进步，其中90% W上 的高速公路采用渐青混凝±路面形式。巨大的高速公路保有量导致我国每年约有12%的渐 青路面需要进行养护维修，因翻修而产生的废旧渐青混合料高达220万吨，同时该数字正W 每年15%的速度增长。运些废旧的渐青混合料仍然具有利用价值，如果将其丢弃，不仅需要 占用大量的±地资源，同时还会对环境造成难W估量的危害。渐青混合料的再生技术自诞 生W来已经取得了长足的发展，如果将废旧渐青混合料加 W合理再生利用，在维修改建过 程中将会节省材料费用40%~45%，从而使得工程的总体造价降低20%~25%。
[0003] 当前，渐青混合料再生技术存在Ξ大难题需要克服：
[0004] -是再生混合料的设计没有能够充分发挥出废旧渐青混合料潜在的性能优势。旧 料由于受到长期的太阳福射作用引起了热氧老化反应，渐青中的油分减少，导致针入度降 低、软化点升高、延度减小、粘度增大。W上特征对于降低高速公路路表车徹病害是具有积 极意义的，而W往在旧料再生实践当中，并未注意到要将此特征加 W合理利用，有针对性地 设计出具有抗车徹性能专项优点的再生混合料。
[0005] 二是再生混合料的设计当中未能合理地运用渐青改性手段。目前，业界对路面再 生技术的认识相对传统，为保证混合料的路用性能而尽可能降低了旧料在再生料中的渗配 比例。绝大多数工程应用当中旧料的渗配比例不足25%，运依然无法有效消化废旧料的围 积量。实际上，通过施加合理的渐青改性手段，能够有效增加旧料的渗配比例，并保证再生 混合料的路用性能。
[0006] Ξ是在再生路面设计中常常把材料设计与结构设计分开考虑，不注意将二者有机 结合。渐青路面在交通荷载和气象环境的共同作用下，不同深度位置产生的力学响应并不 同，因此不同路面层位面对的功能要求也存在差异性。如果再生混合料的使用层位与其路 用性能特点相匹配，则事半功倍;如果再生材料的使用层位与其路用性能特点不匹配，则事 倍功半。因此，根据再生渐青混合料的路用性能特点设计特殊的再生路面结构是非常有必 要的。
[0007] 我国幅员迂阔，是基础设施建设大国。在世界范围内，在由中国所倡导的新丝铜之 路发展战略及亚洲基础设施投资银行的推动下，更大规模的交通基础设施建设正紧鞍密鼓 的酝酿当中，绿色、低碳、环保将是未来公路建设的关注重点之一。因此，优良的渐青路面再 生技术有着广泛的应用前景。
【发明内容】
[0008] 发明目的:本发明的第一目的是提供一种具有极强的高溫稳定性能及抗车徹性能 的高模量改性再生渐青混合料;本发明的第二目的是提供该改性再生渐青混合料的制备方 法;本发明的第Ξ目的是提供该改性再生渐青混合料的应用。
[0009]技术方案:本发明的高模量改性再生渐青混合料，其包括40~60wt %的渐青路面 回收材料及40~60wt%的新拌渐青混合料，其中，渐青路面回收材料包含旧石油渐青和旧 矿料，新拌渐青混合料包括复合型改性渐青及新矿料，所述复合型改性渐青由55~65wt % 的道路渐青及35~45wt %的岩渐青组成;所述再生混合料中总渐青含量为5~6wt %。
[0010] 本发明通过添加岩渐青，不仅改善了再生混合料的路用性能，而且能够提高混合 料的动态模量，优选的，复合型改性渐青可由55~60wt %的道路渐青及40~45wt %的岩渐 青组成，其中，道路渐青可包括50号渐青、70号渐青或90号渐青。
[0011] 进一步说，本发明的新矿料与旧矿料的合成级配按质量份数包括W下组分： 19mm粒径的集料 5~7份 > 16mm粒径的集料 8~10份 S5l3.2mm粒径的集料 11~13份 >9.5mm粒径的集料 10~12份
[0012] >4.75mm粒径的集料 18~20份 >2.36mm粒径的集料 1 ^。份 551.18mm粒径的集料 9~10份 >0.6mm粒径的集料 4~5份 >0.3111111粒径的集料3~5.5儉
[001引 粒径的集料 2.5~4份 >0.075mm粒径的集料 4~5.5份
[0014] 本发明通过将岩渐青与普通道路渐青配制成性能卓越的复合型改性渐青，充分发 挥了渐青路面回收材料经过热氧老化后硬度升高、黏度增大的特点，在提高再生渐青混合 料高溫性能和动态模量的同时，复合型改性渐青的加入保证其低溫性能及水稳定性能满足 规范基本要求，进一步说，复合型改性渐青的制备方法包括如下步骤:按质量分数称取普通 道路渐青及岩渐青，先将道路渐青加热至130~140°C，再加入岩渐青保溫充分揽匀5min~ lOmin，再将其放入烘箱中培育化，并取出后在150°C~170°C溫度下高速剪切15min，即制得 复合型改性渐青，其中，该复合型改性渐青的软化点达到6(TCW上。本发明制备权利要求1 所述的高模量改性再生渐青混合料的方法包括如下步骤：
[0015] (1)采用离屯、抽提法测定渐青路面回收材料的级配W及旧渐青的含量，再根据再 生混合料中新矿料与旧矿料的合成级配质量份数范围，确定新矿料中各档集料的加入量， 再根据再生混合料总渐青含量范围，确定新矿料中的渐青加入量；
[0016] (2)根据所拟定再生混合料中渐青路面回收材料的渗入量，按质量分数称取复合 型改性渐青、新矿料及渐青路面回收材料，首先将复合型改性渐青、新矿料及渐青路面回收 材料分别同时加热至155°C~165°C、185°C~195°C及110°C~130°C后，将新矿料和渐青路 面回收材料混匀揽拌，再加入复合型改性渐青揽拌，压实成型，即制得高模量改性再生渐青 混合料试件。进一步说，压实的溫度为155 °C~165 °C。
[0017] 本发明将新矿料、回收材料、改性渐青的同步进行加热，是为后续的混合揽拌做准 备，揽拌时先将新矿料和回收材料进行揽拌、然后将新制备的改性渐青加入，运是由于渐青 路面回收材料是一种老化的渐青混合料，在旧的石料表面覆盖着经过长时间老化的旧渐 青，将路面回收材料与新矿料先揽拌，能够使得路面回收材料中的老化渐青从旧矿料向新 矿料部分进行转移，使得新、旧矿料表面都覆盖有老化渐青，然后再将新拌改性渐青加入， 能够使渐青混合料的性质更佳均匀，否则在混合料中新、旧料的性质将不平衡。
[0018] 本发明的高模量改性再生渐青混合料应用于再生路面，进一步说，该再生路面自 上而下包括4~6cm抗磨耗上面层、6~15cm高模量改性再生渐青混合料中面层、4~8cm富油 渐青下面层、15~20cm级配碎石防反射裂缝层W及20~40cm半刚性基层。
[0019] 本发明的再生渐青路面结构中半刚性基层提供主要的承载力，铺设级配碎石层可 有效缓解半刚性基层反射裂缝向上扩展；下面层作为路面结构中拉应力最大的位置，铺设 富油渐青层能够有效提高路面的抗疲劳性能，延长路面的耐久性，弥补高模量改性再生渐 青中面层疲劳性能不足的缺陷；中间层内高模量改性再生渐青混合料的使用，有效消除了 渐青里面车徹病害。
[0020] 有益效果：与现有技术相比，其显著优点为:一方面，本发明通过将岩渐青与普通 70号道路渐青配制为高溫性能卓越的复合型改性渐青，并在再生渐青混合料中加入高渗量 (40 %~60% )的渐青路面回收材料，不仅使得再生渐青混合料具备优于普通渐青混合料甚 至改性渐青混合料的高溫稳定性能(其在溫度60°C，动稳定度DS>4000次/mm)，同时还能够 大量地应用和消化废旧渐青混合料，降低生产成本，减少资源开采和浪费，有利于生态环境 的保护；另一方面，鉴于普通再生渐青混合料低溫性能及水稳定性较差，本发明通过适当调 整岩渐青的添加量、设计再生混合料合理的配制工艺W及严格的矿料级配范围，大幅度地 改善了再生混合料的低溫抗开裂(其在溫度-l〇°C、加载速率50mm/min条件下，最大弯拉应 变ε>1800με)及抗水损害能力(劈裂强度比TSR>80%);同时，本发明通过添加适量的天然 岩渐青，不仅改善了再生混合料的路用性能，还大幅度提高了混合料的动态模量(其在溫度 15°C、加载频率10化条件下的动态模量18000M化），使其达到了普通渐青混合料动态模 量的2~3倍;此外，本发明的制备方法简单，成本低，低碳环保。
[0021] 本发明利用高模量改性再生渐青混合料设计的再生路面不仅具有优越的抗车徹 性能、极强的承载力及优异的抗疲劳性能，降低了渐青路面在车辆荷载作用下的弹性变形 和车徹，有效延长了再生混合料的耐久性，且回收利用了大量了渐青路面回收材料，低碳环 保。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0023] 实施例1
[0024] 本发明的高模量改性再生渐青混合料的制备方法包括如下步骤：
[0025] (1)制备复合型改性渐青:将普通道路渐青SK-70和布墳岩渐青BLA，先将70号道路 渐青加热至135°C，再加入岩渐青保溫揽拌lOmin，使得岩渐青在复合型改性渐青中均匀分 布，再将复合型改性渐青放入160°C的烘箱中培育Ih，取出后在170°C溫度下高速剪切 15min，进行软化点测试，达到60°C时代表复合型改性渐青复合要求，如不满足，继续添加岩 渐青，使其达到要求，即可。制得的复合改性渐青性中普通道路渐青SK-70占60wt%，布墳岩 渐青BLA占40%，其性能指标如表1所示。
[002引表1渐青性能指标
[0027]
[002引（2)采用干筛法测定渐青路面回收材料的级配，将旧料放入60°C烘箱中烘干，向旧 料中加入Ξ氯乙締并采取离屯、分离法抽提渐青溶液，采用阿布森法对渐青溶液中的渐青进 行回收，并对老化渐青的各项性能W及旧料中矿料的级配进行分析，如表2、表3所示，根据 再生混合料中新矿料与旧矿料的合成级配质量份数范围，确定新矿料中各档集料的加入 量。
[0029]表2回收渐青老化前后性能指标 Γ00301
[0033] (3)将复合型改性渐青、新矿料及渐青路面回收材料分别加热至155°C、185°C及 110°c后，将新矿料和渐青路面回收材料混匀揽拌90s，再加入复合型改性渐青，在165°C条 件下揽拌后，在155°C条件下压实，即制得高模量改性再生渐青混合料，其中，渐青路面回收 材料占再生混合料40wt %，再生混合料中总渐青含量为5wt %，最终的新、旧矿料的合成级 配如表4所示。
[0034] 表4新、旧矿料的合成级配
[0035]
[0036] 实施例2
[0037] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于渐青路面回收材料占再生混合料50wt%。 [003引实施例3
[0039] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于渐青路面回收材料占再生混合料60wt%。
[0040] 将实施例1至3制得的高模量改性再生渐青混合料进行性能检测，获得的结果如表 5至表9所示。
[0041 ] 表5动态模量
[0042]_____
[00例~表9疲劳性能
[(Κ)加 ]
[0051]由表5至表9可知，采用40 % BLA岩渐青含量的复合改性渐青，使得渐青混合料在无 旧料渗加的情况下动态模量已经达到了 20000MPa，随着旧料渗配比例的提高，再生混合料 的动态模量进一步提高，法国渐青混合料设计指南对高模量渐青混合料的定义为动态模量 大于HOOOMPa，各实施例中动态模量都远超过该标准，同时也超过了本发明所提出的 ISOOOMPa高标准;各实施例中的动稳定度指标都大于4000次/mm，我国对重载渐青路面的渐 青混合料动稳定度最严苛的要求是大于3000次/mm，而本发明的高模量改性再生渐青混合 料完全超出该项指标的要求;各实施例中由于加入了不同比例的回收渐青混合料，低溫极 限拉应变随着旧料渗量而不断减小，基本符合本发明提出的1800με，说明在考虑旧料渗量 时需要特别注意低溫性能的保障;疲劳性能方面，各实施例中，随着旧料渗量的增加，疲劳 性能逐渐下降，由于高模量改性再生渐青混合料适宜配合特定的再生路面结构使用，因此 再生路面的疲劳性能基本不受到高模量改性再生混合料的制约。综上，各实施例中的混合 料路用性能都能满足路用性能需要，再生混合料中旧料的最大渗量可W达到60%。
[0化2] 实施例4
[0053] 本发明的高模量改性再生渐青混合料的制备方法包括如下步骤：
[0054] (1)制备复合型改性渐青:将90号渐青和布墳岩渐青化Α，先将90号道路渐青加热 至13〇°C，再加入岩渐青保溫揽拌5min，使得岩渐青在复合型改性渐青中均匀分布，再将复 合型改性渐青放入160°C的烘箱中培育化，取出后在150°C溫度下高速剪切15min，进行软化 点测试，达到60°C时代表复合型改性渐青复合要求，如不满足，继续添加岩渐青，使其达到 要求，即可。制得的复合改性渐青性中50号渐青占55wt %，布墳岩渐青BLA占45wt %，其能指 标如表10所示。
[005引表10渐青性能指标
[0化6]
[0057] (2)旧料的筛分级配和合成级配与实施例1相同。
[005引（3)将复合型改性渐青、新矿料及渐青路面回收材料分别加热至160°C、19(rC及 120°C后，将新矿料和渐青路面回收材料混匀揽拌lOmin，再加入复合型改性渐青，在160°C 条件下揽拌后，在160°C条件下压实，即制得高模量改性再生渐青混合料，其中，渐青路面回 收材料占再生混合料40 %，再生混合料中总渐青含量为5.5wt %。通过室内试验验证，其动 态模量达到23785MPa，动稳定度为5537次/mm，其余各项路用性能指标都满足规范要求。
[0059] 将上述制得的高模量再生渐青混合料应用于再生路面中，该再生路面自下而上包 括4cm抗磨耗上面层、15cm高模量改性再生渐青混合料中面层、8cm富油渐青下面层、20cm级 配碎石防反射裂缝层W及20cm半刚性基层。
[0060] 实施例5
[0061 ]本发明的高模量改性再生渐青混合料的制备方法包括如下步骤：
[0062] (1)制备复合型改性渐青:将50号渐青和布墳岩渐青化A，先将50号道路渐青加热 至140°C，再加入岩渐青保溫揽拌lOmin，使得岩渐青在复合型改性渐青中均匀分布，再将复 合型改性渐青放入160°C的烘箱中培育化，取出后在170°C溫度下高速剪切15min，进行软化 点测试，达到60°C时代表复合型改性渐青复合要求，如不满足，继续添加岩渐青，使其达到 要求，即可。制得的复合改性渐青性中50号渐青占65wt%，布墳岩渐青BLA占35wt%，其能指 标如表11所示。
[0063] 表11渐青性能指标
[0064]
[0065] (2)旧料的筛分级配和合成级配与实施例1相同。
[0066] (3)将复合型改性渐青、新矿料及渐青路面回收材料，首先将复合型改性渐青、新 矿料及渐青路面回收材料分别加热至165 °C、195 °C及130°C后，将新矿料和渐青路面回收材 料混匀揽拌90s，再加入复合型改性渐青，在175°C条件下揽拌后，在165°C条件下压实，即制 得高模量改性再生渐青混合料，其中，渐青路面回收材料占再生混合料40 %，再生混合料中 总渐青含量为6wt %。通过室内试验验证，其动态模量达到22765M化，动稳定度为5234次/ mm，其余各项路用性能指标都满足规范要求。
[0067] 将上述制得的高模量再生渐青混合料应用于再生路面中，该再生路面自下而上包 括6cm抗磨耗上面层、6cm高模量改性再生渐青混合料中面层、4cm富油渐青下面层、15cm级 配碎石防反射裂缝层W及40cm半刚性基层。
[0068] 实施例6
[0069] 设计平行试验，岩渐青分别占复合型改性渐青30 %、35 %、40 %、45 %、50 %，其余 步骤与实施例1相同，制得的复合型改性渐青的性能及高模量改性再生渐青混合料的性能 分别如表12和13所示。
[0070] 表12不同含量的岩渐青制得的复合型改性渐青的性能对照表
[0071]
[0072] 表13不同含量的岩渐青制得的高模量改性再生混合料的性能对照表
[0073]
[0074] 由表13可知，添加35~45%的岩渐青制备的再生混合料的综合性能较优，当岩渐 青的添加量低于35%时，制得的再生混合料的高溫动稳定较差，而当岩渐青的添加量高于 45 %时，其低溫性能和水稳定性能较差。
【主权项】
1. 一种高模量改性再生沥青混合料，其特征在于：该再生沥青混合料包括40~60wt % 的沥青路面回收材料及40~60wt%的新拌沥青混合料，其中，沥青路面回收材料包含旧石 油沥青和旧矿料，新拌沥青混合料包括复合型改性沥青及新矿料，所述复合型改性沥青由 55~65wt%的普通道路沥青及35~45wt%的岩沥青组成;所述再生混合料中总沥青含量为 5 ~6wt % 〇2. 根据权利要求1所述的高模量改性再生沥青混合料，其特征在于:所述普通道路沥青 包括50号沥青、70号沥青或90号沥青。3. 根据权利要求1所述的高模量改性再生沥青混合料，其特征在于:所述复合型改性沥 青由55~60wt%的道路沥青及40~45wt%的岩沥青组成。4. 根据权利要求1所述的高模量改性再生沥青混合料，其特征在于:所述新矿料与旧矿 料的合成级配按质量份数包括以下组分： 19mm粒径的集料 5~7份 216mm粒径的集料 8~10份 213,2mm粒径的集料 11~13份 29,5 mm粒径的集料 10~12份 24.75mm粒径的集料 18~20份 仝2.36mm粒径的集料 11~13份。 H8mm粒径的集料 9~10份 20.6mm粒径的集料 4~5份 20,3mm粒径的集料 3~5.5份 20.15mm粒径的集料 2.5~4份 2〇.075mm粒径的集料 4~5.5份5. 根据权利要求1所述的高模量改性再生沥青混合料，其特征在于:所述复合型改性沥 青的制备方法包括如下步骤:按质量分数称取普通道路沥青及岩沥青，先将普通道路沥青 加热至130~140°C，再加入岩沥青保温搅匀5~lOmin，再将其放入烘箱中培育lh，并取出后 在150°C~170°C温度下高速剪切15min，即制得复合型改性沥青，其中，该复合型改性沥青 的软化点达到60°C以上。6. -种制备权利要求1所述的高模量改性再生沥青混合料的方法，其特征在于包括如 下步骤： (1) 采用离心抽提法，测定沥青路面回收材料的旧矿料级配和旧沥青含量，并根据再生 混合料中新矿料与旧矿料的合成级配质量份数范围，确定新矿料中各档集料的加入量，再 根据再生混合料总沥青含量范围，确定新矿料中的沥青加入量； (2) 根据所拟定再生混合料中沥青路面回收材料的掺入量，按质量分数称取复合型改 性沥青、新矿料及沥青路面回收材料，首先将复合型改性沥青、新矿料及沥青路面回收材料 分别同时加热至155°C~165°C、185°C~195°C及110°C~130°C后，将新矿料和沥青路面回 收材料混匀搅拌，再加入复合型改性沥青搅拌，压实成型，即制得高模量改性再生沥青混合 料试件。7. 根据权利要求6所述的制备高模量改性再生沥青混合料的方法，其特征在于：步骤 (2)中，所述压实的温度为155 °C~165 °C。8. 权利要求1~5所述的高模量改性再生沥青混合料应用于再生路面。9. 根据权利要求8所述的高模量改性再生沥青混合料应用于再生路面，其特征在于:所 述再生路面自上而下包括4~6cm抗磨耗上面层、6~15cm高模量改性再生沥青混合料中面 层、4~8cm富油沥青下面层、15~20cm级配碎石防反射裂缝层以及20~40cm半刚性基层。
【文档编号】C04B26/26GK105948569SQ201610258185
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】黄晓明, 祝谭雍, 李伟, 邓交龙
【申请人】东南大学