一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法

1.本发明涉及公路与城市道路废旧材料回收再生领域，特别涉及一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法。


背景技术：

2.乳化沥青冷再生混合料因具有常温下施工、沥青混合料回收料(rap料)利用率高等优点，已成为国内外道路材料领域研究的热点。
3.已有乳化沥青冷再生工程实践中，rap料的掺量可高达80％，甚至更高。因此，rap料的特性对乳化沥青冷再生混合料的性能具有重要影响，而不仅仅是将其当作“黑色石头”来使用。
4.乳化沥青冷再生混合料中rap料表面旧沥青的作用不能被忽视，旧沥青的存在能够改善冷再生混合料的低温抗开裂性能。但是改善效果与旧沥青的老化程度密切相关，在一定老化程度内，随着旧沥青老化程度加深其对相应冷再生混合料的低温抗开裂性能影响相对较小，然而当旧沥青老化超过一定程度后将会严重削弱其对低温抗开裂性能的改善效果，即旧沥青老化程度对冷再生混合料低温抗开裂性能的影响具有边际骤增效应。随着旧沥青老化程度加深，一方面旧沥青极性增强，导致其与集料的粘附性更好，这将有利于低温抗开裂性能的提高；但另一方面也使得旧沥青的内聚力降低，这又将不利于低温抗开裂性能的提高。在一定老化程度内，上述两种相反作用处于相持阶段，但当老化程度超过一定限值时，后者的不利影响更为显著，且此时对旧沥青极性的增强作用已变得很小。
5.因此，制备乳化沥青冷再生混合料时考虑rap料表面旧沥青老化程度的影响，能够有效保证旧沥青对其低温抗开裂性能的提升作用，为rap料在乳化沥青冷再生混合料中的合理利用提供重要指导。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料及其制备方法，通过对rap料的表面回收旧沥青物理流变指标的限定，确保旧沥青在一定老化程度内，从而能够有效保证旧沥青对冷再生混合料低温抗开裂性能的提升作用，为rap料在乳化沥青冷再生混合料中的合理利用提供重要指导。
7.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料，包括rap料、新集料、填料、乳化沥青、水和水泥；各原料按照质量份计配比如下：rap料64～77份、新集料9～23份、填料3～5.5份、乳化沥青3～5份、水3～5份、水泥0.5～2份。
8.进一步的，上述rap料为高速公路铣刨料，包括第一rap料、第二rap料、第三rap料和第四rap料，所述第一rap料的粒径范围为0.075～4.75mm，所述第二rap料的粒径范围为4.75～9.5mm，所述第三rap料的粒径范围为9.5～16mm，所述第四rap料的粒径范围为16～26.5mm；所述rap料中的组分按照质量份计配比如下：第一rap料20～35份、第二rap料14～27份、第三rap料9～23份、第四rap料5～18份。
9.进一步的，上述rap料的表面回收旧沥青含量占rap料的质量百分比为3.9％～5.5％；所述表面回收旧沥青具有如下性能：25℃针入度≥17dmm，软化点≤70℃，135℃布氏旋转黏度≤3500mpa
·
s，以55℃处g*/sinδ表征的车辙因子≤150kpa。
10.进一步的，上述新集料为石灰岩，粒径范围为9.5～19mm；所述填料为石灰石矿粉；所述乳化沥青为阳离子慢裂型乳化沥青；所述水泥为普通硅酸盐水泥。
11.本发明的先进性在于：考虑了rap料表面旧沥青老化程度对乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料低温抗开裂性能的影响具有边际骤增效应，通过对rap料表面回收旧沥青物理流变指标的限定，确保旧沥青在一定老化程度内：一方面，保证旧沥青仍然具有较好的胶结作用，提高了冷再生混合料中有效沥青的含量，从而能够有效保证旧沥青对冷再生混合料低温抗开裂性能的提升作用；另一方面，避免了因旧沥青老化太过严重导致rap料更加趋近于“黑色石头”的特性，因此某些由细料胶结而成的粗rap料在冷再生混合料施工及后续服役过程中易于分散，有利于冷再生混合料的密实度提高，进而提升乳化沥青冷再生混合料的性能。
12.本发明同时提供了上述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的制备方法，采取拌合的方式混合各组成物料，即得所述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料。
13.进一步的，上述制备方法，具体包括以下步骤：
14.步骤s1：初步选定rap料，将其按粒径分成四种rap料：第一rap料、第二rap料、第三rap料和第四rap料，所述第一rap料的粒径范围为0.075～4.75mm，所述第二rap料的粒径范围为4.75～9.5mm，所述第三rap料的粒径范围为9.5～16mm，所述第四rap料的粒径范围为16～26.5mm；然后按照第一rap料20～35份、第二rap料14～27份、第三rap料9～23份、第四rap料5～18份的质量份范围进行配比，得到测试rap料；
15.步骤s2：将所述步骤s1得到的测试rap料按jtg e20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的离心分离法和旋转蒸发器法进行处理，测量rap料的表面旧沥青含量并对表面旧沥青进行回收；
16.步骤s3：将所述步骤s2得到的表面回收旧沥青按jtg e20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的针入度、软化点、旋转粘度、动态剪切流变方法进行试验，测取25℃针入度，软化点，135℃布氏旋转黏度，以55℃处g*/sinδ表征的车辙因子数据；
17.步骤s4：如果步骤s3获得的表面回收旧沥青数据满足：25℃针入度≥17dmm，软化点≤70℃，135℃布氏旋转黏度≤3500mpa
·
s，以55℃处g*/sinδ表征的车辙因子≤150kpa，则按照所述测试rap料的配比满足配方要求，进行步骤s5；否则，该rap料表面旧沥青对冷再生混合料低温性能的贡献很小，不适用于低温性能要求较高的路面，需重复步骤s1再次选定rap料，然后进行步骤s2和s3的操作直至表面回收旧沥青数据满足：25℃针入度≥17dmm，软化点≤70℃，135℃布氏旋转黏度≤3500mpa
·
s，以55℃处g*/sinδ表征的车辙因子≤150kpa；
18.步骤s5：将步骤s4中表面回收旧沥青性能指标满足25℃针入度≥17dmm，软化点≤70℃，135℃布氏旋转黏度≤3500mpa
·
s，以55℃处g*/sinδ表征的车辙因子≤150kpa的rap料配方，用于乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的制备，详细制备方法如下：将第三rap料、第四rap料和新集料按配合比一起倒入拌和锅中，先加入占总用水量1/4的水和占总乳化沥青用量1/3的乳化沥青，拌和60s使其被均匀裹附；然后将第一rap料、第二rap料与余下的水一
起人工拌和以润湿细集料表面，放入拌和锅中后再倒入余下的乳化沥青再拌和60s；最后放入水泥和填料拌和60s，使混合料均匀稳定、色泽一致，即得所述乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料。
19.本发明与现有技术相比具有的有益效果：通过限定rap料表面回收旧沥青的物理流变指标，确保表面旧沥青在一定老化程度内，有效保证了表面旧沥青对冷再生混合料低温抗开裂性能的提升作用，同时减少了冷再生混合料的空隙率，有利于获得更好的整体性能，进一步完善rap料在乳化沥青冷再生混合料中的合理利用。
具体实施方式
20.为了更好地理解本发明，下面结合实施进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
21.以下实施例及对比例中，所述新集料为石灰岩，9.5～19mm；rap料来自于四条不同服役年限高速公路的铣刨料(分别被命名为l1、l2、l3和l4)，表面回收旧沥青老化程度不同，且均被分成四档，按照粒径范围将rap料分为第一rap料(0.075～4.75mm)、第二rap料(4.75～9.5mm)、第三rap料(4.75～9.5mm)和第四rap料(16～26.5mm)；填料为石灰石矿粉；所述乳化沥青为阳离子慢裂型乳化沥青；水为生活用水；水泥为普通硅酸盐水泥，标号为p.o 42.5，细度为80μm。
22.对比例1-1
23.rap料采用高速公路l1的铣刨料，称取第一rap料25份、第二rap料15份、第三rap料16份、第四rap料14份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化9天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.7％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4.5份、乳化沥青4.4份、水4.3份、水泥1.8份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
24.对比例1-2
25.rap料采用高速公路l1的铣刨料，称取第一rap料25份、第二rap料15份、第三rap料16份、第四rap料14份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化6天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.7％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4.5份、乳化沥青4.4份、水4.3份、水泥1.8份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
26.实施例1-1
27.rap料采用高速公路l1的铣刨料，称取第一rap料25份、第二rap料15份、第三rap料16份、第四rap料14份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化3天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.8％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4.5份、乳化沥青4.4份、水4.3份、水泥1.8份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
28.实施例1-2
29.rap料采用高速公路l1的铣刨料，称取第一rap料25份、第二rap料15份、第三rap料16份、第四rap料14份，依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将四档rap料按配比混合后进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.8％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子(g*/sinδ))，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4.5份、乳化沥青4.4份、水4.3份、水泥1.8份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
30.对比例2
31.rap料采用高速公路l2的铣刨料，称取第一rap料23份、第二rap料15份、第三rap料15份、第四rap料16份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化6天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.5％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料17份、矿粉3.9份、乳化沥青4.2份、水4.5份、水泥1.4份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
32.实施例2-1
33.rap料采用高速公路l2的铣刨料，称取第一rap料23份、第二rap料15份、第三rap料15份、第四rap料16份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化3天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.5％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料17份、矿粉3.9份、乳化沥青4.2份、水4.5份、水泥1.4份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.2％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4份、乳化沥青4.4份、水3.4份、水泥1.2份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
44.对比例4-2
45.rap料采用高速公路l4的铣刨料，称取第一rap料23份、第二rap料22份、第三rap料11份、第四rap料16份，先将四档rap料按配比混合后在65℃下鼓风烘箱中老化3天，再依据我国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)将老化后的rap料进行旧沥青回收，测得旧沥青含量为4.2％，并测试旧沥青的物理流变指标(25℃针入度、软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子)，结果见表1。另外，称取新集料15份、矿粉4份、乳化沥青4.4份、水3.4份、水泥1.2份，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtg/t 5521-2019)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)成型马歇尔试件，试模在60℃的鼓风烘箱中养生42h后取出，室温下冷却12h后脱模，测出空隙率和-10℃低温破坏应变见表1。
46.由表1可知，对于四条不同高速公路的rap料，随着rap料在指定温度下鼓风烘箱中老化的天数控制，老化程度加深，其相应回收旧沥青的25℃针入度明显降低，而软化点、135℃布氏旋转黏度、55℃车辙因子显著增加。与此同时，相应乳化沥青冷再生混合料的空隙率增加，而低温破坏应变减小。当25℃针入度≥17dmm、软化点≤70℃、135℃布氏旋转黏度≤3500mpa
·
s、55℃车辙因子≤150kpa时，空隙率的增幅和低温破坏应变减幅相对较小；但当25℃针入度《17dmm、软化点》70℃、135℃布氏旋转黏度》3500mpa
·
s、55℃车辙因子》150kpa后，空隙率的增幅和低温破坏应变减幅明显增大。
47.表1空隙率和-10℃低温间接拉伸破坏应变
[0048][0049]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。