乳化沥青冷再生混合料及制备工艺
技术领域
本发明涉及乳化沥青的冷再生技术领域。更具体地说，本发明涉及一种乳化沥青冷再生混合料及制备工艺。
背景技术
随着现阶段基建工作的不断推进，有大量老旧的公路因达到设计使用年限，使得路面的安全性、稳定性和舒适性都有所降低，因此需要对该段路面进行翻修养护处理，但是大规模的翻新会产生大量的沥青废料，基于此乳化沥青的冷再生技术得以实现。现有的乳化沥青冷再生技术是通过将旧路面的沥青混合料配以新的沥青料，使得到的再生混合料达到国家标准的要求，同于新的公路的铺设；
乳化沥青再生混合料在破乳过程中会产生大量水分，使得沥青和集料由于粘结面湿润，不容易粘结，当水分蒸发后，沥青微粒和集料之间的结合力变大，水分受到挤压溢出蒸发，沥青为例形成沥青膜，实现包裹；这其中水分的蒸发速度就起到了关键的作用；
另外，在乳化沥青混合料的强度形成过程中，混合料中的水泥吸收破乳产生的水分发生水化反应，会进一步加快乳化沥青的破乳速度，水分溢出和散失过快，容易使得沥青路面硬化程度不够。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种乳化沥青冷再生混合料及制备工艺，其原料环保，操作步骤简单，有效的调节乳化反应和水泥水化反应之间的平衡，使得乳化沥青冷再生混合料具有较好的力学性能和较强的抗裂、抗老化性能以及水稳定性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种乳化沥青冷再生混合料，包括重量份计下列材料：
0～25mm回收沥青58份、20～30mm的新集料16份、10～20mm的新集料16份、0～10mm的新集料8份、强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份、乳化沥青混合物3.8份和水4份；
其中，所述新集料为砾石或矿渣中的一种或多种组合；乳化沥青混合物包括：乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末；所述秸秆段长度为2～3mm，所述改性秸秆粉末为80目，所述秸秆段为水稻秸秆，所述改性秸秆粉末为乙酰化改性水稻秸秆；
乙酰化改性水稻秸秆的制备方法为：取水稻秸秆在3.0MPa的压力下，通入234℃的蒸汽，保持2min进行预处理，然后用去离子水洗涤，80℃烘干；将预处理后的水稻秸秆用冰醋酸为溶剂，对甲苯磺酸作为催化剂，搅拌回流反应5～8h，冷却，抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤两次，80℃烘干得到。
优选的是，所述乳化沥青、2～3mm改性秸秆段、改性秸秆粉末的重量份比为8:3:1。
一种乳化沥青冷再生混合料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照上述重量份比例将乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末搅拌混合均匀得到乳化沥青混合物；
S2、将重量份计强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份加入至重量份计的S1得到的乳化沥青混合物3.8份中搅拌1～1.5min，得到粘合料；
S3、将粘合料和重量份计的0～10mm新集料8份混合，0～10mm新集料的表面喷洒有1份重量份计的水，搅拌均匀，时间不超过30s，加入重量份计10～20mm新集料16份，10～20mm新集料的表面喷洒有1份重量份计的水，搅拌时间不超过30s，搅拌均匀，加入重量份计0～25mm回收沥青58份，0～25mm回收沥青的表面喷洒有1份重量份计的水，搅拌，时间为1～1.5min，最后加入重量份计的20～30mm新集料16份，20～30mm新集料的表面喷洒有1份重量份计的水，搅拌均匀。
优选的是，所述乳化沥青冷再生混合料由混合料制备机得到，所述混合料制备机包括：
新集料室，其倾斜设置，为顶面敞口的圆柱筒体，所述新集料室的侧壁最低处沿母线方向设有方形导料口，一导料槽设在所述新集料室的方形导料口下方，所述导料槽的槽壁与新集料室的外壁固接；所述新集料室内设有同轴且贴近所述新集料室内壁的筛网筒，所述筛网筒侧壁沿其周向均匀分成四个区间，分别为封闭区间、10mm孔径区间、20mm孔径区间、30mm孔径区间，四个区间按照顺时针依次排列，所述筛网筒上端垂直所述筛网筒侧壁向外延伸后翻折，与所述新集料室外壁卡接，以架设在所述新集料室上；其中，每一区间的宽度大于等于与导料槽的宽度；所述筛网筒上端覆设有与其截面相匹配的筒盖，所述筒盖与所述筛网筒上端螺接，所述筒盖上设有进料口，所述筒盖中心处设有转轴孔；所述筛网筒内设有同轴的搅拌轴，所述搅拌轴上设有搅拌片，所述搅拌片的边沿，贴近所述筛网筒内壁；所述搅拌轴的一端伸出所述转轴孔与一转动电机的转轴同轴连接；
导料筒，其倾斜设置，所述导料筒上端设有盖板，所述盖板与所述导料筒铰接，所述导料筒的下端敞口用于出料；
主混合室，其设置在所述新集料室和所述导料筒的下方，包括：
搅拌腔，其内设有一对竖直搅拌杆，所述搅拌杆上沿轴向设有倾斜的多片搅拌叶片；
外室，其设在所述搅拌腔外，包覆所述搅拌腔，所述外室和搅拌腔之间间隔1.5cm，所述外室的一侧壁下方设有进风口，进风口连接风机；所述外室顶面，靠近与所述进风口正对的另一侧壁边的沿处设有贯穿的出风口；其中，所述竖直搅拌杆的上端分别穿过所述搅拌腔和所述外室的顶面，与对应的转动电机驱动连接；
所述主混合室侧壁设有贯穿所述外室和所述搅拌腔的出料导管，所述出料导管管口设有阀门；
其中，所述主混合室的搅拌腔与所述导料槽的下端连通，用于承接来自新集料室内筛分的新集料，所述主混合室的搅拌腔还所述导料筒下端连通，用于承接回收沥青和乳化沥青混合物；所述搅拌腔的侧壁靠近所述新集料室出料的位置设有第一喷头，所述搅拌腔的侧壁靠近所述导料筒出料的位置设有第二喷头，所述第一喷头和第二喷头通过导水管外接一贮水箱，所述第一喷头和所述第二喷头均由电动阀门控制。
优选的是，所述外室和所述搅拌腔上设有透明的可视窗。
优选的是，所述贮水箱透明且设有刻度条，所述贮水箱内连接所述导水管的出水处串连有小型增压泵。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、利用水稻秸秆自身的吸水性，吸附部分乳化过程中产生的水，有效降低水分的挥发程度，当水泥水化需要的水分不够时，在通过挤压稻草秸秆挤出，使得水泥的水化充分，同时，利用秸秆的交连性增加得到铺设的混合沥青层的韧性，起到“加筋”作用，有效防止路面开裂；
第二、改性后的秸秆粉末亲油疏水，可与沥青分子发生化学吸附，增强沥青与集料的粘合力，改性后的秸秆粉末具有较大的比表面积以及较强的亲油能力，吸附力较强，能起到包覆沥青的作用，在集料表面形成一层力学隔离膜，降低沥青进入集料内部的量，进而降低新集料的老化程度，延长路面的使用寿命；
第三、采用混合料制备机通过设置筛网筒、搅拌腔、外室、风机、第一喷头和第二喷头，一方面能够对加入的新集料进行进一步筛分验证，保证新集料的精细度，设置搅拌腔、外室和风机，通过风机加快搅拌腔周围的空气流速，提高散热效率，降低水泥水化放热对乳化过程中产生的水分子的挥发的影响，平衡乳化反应和水泥的水化反应，使得两者反应均能充分且有效率的进行，保证反应的稳定性。
第四、通过在乳化沥青中添加水稻秸秆，以及改性后的水稻秸秆粉末，使得原本难以控制的沥青乳化-水泥水化过程变得可调控，增强了沥青冷再生混合料的均匀程度，抗老化和力学性能得到显著增强，而且水稻秸秆原本即为农林剩余物，将水稻秸秆转用降低了生产成本，提高了乳化沥青冷再生混合料的力学性能，将水稻秸秆进行改性提高了乳化沥青冷再生混合料的抗老化性能，生产过程环保，得到的沥青混合物韧性和强度高、耐腐蚀、耐水性能好。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一种技术方案所述混合料制备机的结构示意图；
图2为本发明的其中一种技术方案所述混合料制备机的部分截面图；
图3为本发明的其中一种技术方案所述混合料制备机的新集料室截面图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
<实施例1>
一种乳化沥青冷再生混合料，包括重量份计的下列原料：
0～25mm回收沥青58份、20～30mm的新集料16份、10～20mm的新集料16份、0～10mm的新集料8份、强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份、乳化沥青混合物3.8份和水4份；
其中，新集料为砾石和矿渣按照1：3重量份比例混合得到；
乳化沥青混合物包括：乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末；秸秆段长度为2～3mm，改性秸秆粉末为80目，秸秆段为水稻秸秆，改性秸秆粉末为乙酰化改性水稻秸秆；乳化沥青、2～3mm改性秸秆段、改性秸秆粉末的重量份比为8:3:1。
乙酰化改性水稻秸秆的制备方法为：
取水稻秸秆在3.0MPa的压力下，通入234℃的蒸汽，保持2min进行预处理，然后用去离子水洗涤，去离子水用量为水稻秸秆的8～10倍，80℃烘干；
将预处理后的水稻秸秆采用冰醋酸为溶剂，对甲苯磺酸作为催化剂进行乙酰化反应，对甲苯磺酸的加入量为水稻秸秆重量的0.8％，搅拌回流反应5h，冷却，抽滤，分别用质量分数为75％的乙醇和去离子水洗涤两次，每次洗涤的量为水稻秸秆重量的2～3倍，80℃烘干。
一种乳化沥青冷再生混合料的制备工艺，下述原料均按照重量份计，包括以下步骤：
S1、按照上述重量份比例将乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末搅拌混合均匀得到乳化沥青混合物，取3.8份；
S2、将强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份加入至3.8份乳化沥青混合物中搅拌1.0min，得到粘合料；
S3、将粘合料和8份0～10mm新集料混合，在加入前向0～10mm新集料的表面喷洒1份的水，搅拌均匀，时间不超过30s，继续加入10～20mm新集料16份，在加入前向10～20mm新集料的表面喷洒有1份的水，搅拌时间不超过30s，搅拌均匀，再加入重量份计0～25mm回收沥青58份，在加入前向0～25mm回收沥青的表面喷洒有1份的水，搅拌1min，最后加入20～30mm新集料16份，加入前向20～30mm新集料的表面喷洒有1份的水，搅拌均匀得到乳化沥青冷再生混合料。
<实施例2>
一种乳化沥青冷再生混合料，包括重量份计的下列原料：
0～25mm回收沥青58份、20～30mm的新集料16份、10～20mm的新集料16份、0～10mm的新集料8份、强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份、乳化沥青混合物3.8份和水4份；
其中，新集料为砾石；乳化沥青混合物包括：乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末；所述秸秆段长度为2～3mm，所述改性秸秆粉末为80目，所述秸秆段为水稻秸秆，所述改性秸秆粉末为乙酰化改性水稻秸秆；所述乳化沥青、2～3mm改性秸秆段、改性秸秆粉末的重量份比为8:3:1；
其中，乙酰化改性水稻秸秆的制备方法为：
取水稻秸秆在3.0MPa的压力下，通入234℃的蒸汽，保持2min进行预处理，然后用去离子水洗涤，80℃烘干；将预处理后的水稻秸秆用冰醋酸为溶剂，对甲苯磺酸作为催化剂，加入量为水稻秸秆的重量的0.75％，搅拌回流反应6h，冷却，抽滤，分别用质量分数为75％的乙醇和去离子水洗涤两次，每次洗涤的量为水稻秸秆重量的2～3倍，80℃烘干。
一种乳化沥青冷再生混合料的制备工艺，利用混合料制备机进行操作，混合料制备机如图1-3所示，包括：
新集料室1、导料筒2和设置在新集料室1、导料筒2下方的主混合室3，主混合室3和新集料室1、导料筒2连通，用于承接来自两者的原材料，最后在主混合室3中进行混合；
新集料室1倾斜设置，为顶面敞口的圆柱筒体，底部封闭，新集料室1的侧壁最低处沿母线方向设有与长度比新集料的长度略的小方形导料口，一截面为U型的导料槽101设在新集料室1的方形导料口下方，导料槽101的两竖直槽壁与新集料室1的外壁固接，以承接来之新集料筛分的新集料；新集料室1内设有同轴且贴近新集料室1内壁的筛网筒102，筛网筒102侧壁沿其周向均匀分成四个区间，分别为封闭区间1022、10mm孔径区间1023、20mm孔径区间1024、30mm孔径区间1025，即除了封闭区间1022不设筛网孔外，另外三个区间上均间隔均匀的设有点阵排列的筛孔，三个区间的筛孔的直径分别为10mm、20mm、30mm；四个区间按照顺时针以及孔径大小依次排列，其中，每一区间的宽度大于等于与导料槽101的宽度；筛网筒102上端垂直筛网筒102侧壁向外延伸后向下翻折紧贴新集料室1外壁，形成倒U状，所述倒U状的截面为波浪形，所述新集料室1对应的位置也设有与倒U状的波浪形截面相匹配的弧形凹槽，用于卡设筛网筒102，使筛网筒102不脱离新集料室1的外壁，同时保证筛网筒102能够自转进而调整出料粒径；筛网筒102上端开口处设有与其截面相匹配的筒盖，筒盖的下方底面沿周向固设有外螺纹，筛网筒102上端内壁设有与外螺纹匹配的内螺纹，筒盖上设有进料口104，筒盖中心处设有转轴105孔；筛网筒102内设有同轴的搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌片106；当筒盖螺接盖在筛网筒102上，搅拌片106的边沿贴近筛网筒102内壁；搅拌轴的一端伸出转轴105孔与一转动电机103的转轴105同轴连接，转动电机103与筒盖固接；
新集料室1外还设有用于支撑的支架。
导料筒2倾斜设置，导料筒2上端设有盖板201，盖板201与导料筒2铰接，导料筒2的下端敞口用于出料；
主混合室3包括：
搅拌腔301，其内设有一对竖直搅拌杆302，搅拌杆302上沿轴向设有倾斜的多片搅拌叶片；两竖直搅拌杆302的转动方向相反；
外室，其设在搅拌腔301外，包覆搅拌腔301，外室和搅拌腔301之间间隔1.5cm，外室的一侧壁下方设有进风口，进风口连接鼓风机；外室顶面设有出风口，出风口靠近与进风口正对的另一侧壁，以使走风的路径最长，延长散热时间；其中，竖直搅拌杆302的上端分别穿过搅拌腔301和外室的顶面，与对应的转动电机303驱动连接，沿竖直搅拌杆302的轴向间隔均匀的设有多片方形搅拌片3021，两竖直搅拌杆302的转动方向相反；
主混合室3侧壁下部设有贯穿外室和搅拌腔301的出料导管，出料导管管口处设有阀门308；所述搅拌腔301的内底面向设有出料导管的一面倾斜，以达到出料目的，外室和搅拌腔301上设有透明的可视窗，方便监控搅拌进程；
其中，主混合室3的搅拌腔301与导料槽101的下端连通，用于承接来自新集料室1内筛分的新集料，主混合室3的搅拌腔301还与导料筒2下端连通，用于承接回收沥青和乳化沥青混合物；搅拌腔301的侧壁靠近新集料室1出料的位置设有第一喷头305，搅拌腔301的侧壁靠近导料筒2出料的位置设有第二喷头3051，第一喷头305和第二喷头3051通过导水管外接一贮水箱304，第一喷头305和第二喷头3051均由电动阀门控制，第一喷头305和第二喷头3051均为水雾化喷头，能够将水处理成水雾状，贮水箱304透明且设有刻度条，贮水箱304内连接导水管的出水处串连有小型增压泵。
在这种技术方案中，具体使用过程为，提前将不同粒径的新集料按照重量份数加入至新集料室1；按照份量将乳化沥青、秸秆段和改性秸秆粉末称量，通过导料筒2投入至主混合室3，开转动电机303搅拌均匀得到乳化沥青混合物，继续加入强度等级为32.5的硅酸盐水泥2份，搅拌1.5min，得粘合料；打开风机开关，打开新集料的转动电机103开关，当粘合料混合好后，转动筛网筒102，使得对应的粒径筛分区间与导料口重合，加完一种转动一次筛网筒102，依次加入不同粒径的新集料，同时第一喷头305在出料时进行喷洒水操作，当新集料从导料槽101进入搅拌腔301，会吸附上雾化好的水分，每加一种粒径的新集料均搅拌30s，加完10～20mm的新集料后，通过导料筒2加入0～25mm回收沥青58份，在回收沥青加入的同时，第二喷头3051雾化喷水，使回收沥青表面沾满水分，加入完毕后搅拌1.5min，再转动筛网筒102，加入20～30mm的新集料，同时第一喷头305在出料时进行喷洒水操作，搅拌均匀后得到最终的乳化沥青冷再生混合料，采用该技术方案，通过设置筛网筒102、搅拌腔301、外室、风机、第一喷头305和第二喷头3051，一方面能够对加入的新集料进行进一步筛分验证，保证新集料的精细度，设置搅拌腔301、外室和风机，通过风机加快搅拌腔301周围的空气流速，提高散热效率，降低水泥水化放热对乳化过程中产生的水分子的挥发的影响，平衡乳化反应和水泥的水化反应，使得两者反应均能充分且有效率的进行，保证反应的稳定性，进而提高乳化沥青冷再生混合料的力学性能。
<对比例1>
其他组分与实施方法实施例1相同，不同之处在于不添加秸秆段。
<对比例2>
其他组分与实施方法实施例1相同，不同之处在于不添加改性秸秆粉末。
<对比例3>
其他组分与实施方法实施例1相同，不同之处在于不添加改性秸秆粉末和秸秆段。
实验例
将实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3制备的乳化沥青冷再生混合料进行15℃劈裂实验、浸水24h劈裂试验与马歇尔稳定度试验来检测其性能。
劈裂试验和马歇尔稳定度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中T0716和T0709的规范进行，具体结果见表1；
表1
由表1可知，实施例1、实施例2和对比例2的15℃劈裂强度均高于0.75MPa，显示出，添加了秸秆段后，沥青的乳化反应和水泥的水化反应有了较为平衡的调控，即水泥的水化更均匀，得到的乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度更大，力学性能更好，这一点从60℃的马歇尔稳定度上也可以看出，同时实施例2对比实施例1的劈裂强度可以看出，通过设置散热的结构，降低水分的挥发，使得水泥的水化程度更高，劈裂强度更高；
由于沥青中孔隙的存在，使得沥青混合料容易老化，降低其使用寿命，因此孔隙率越低则抗老化性能越高；通过表1可以看出，实施例1和实施例2的孔隙率均较低，实施例2的孔隙率要低于实施例1，可以看出，当采用机器进行搅拌时，搅拌的速度和时间相较于人手动搅拌更为精确和稳定，得到的水泥固化程度更高，经过二次筛分的空隙填充率更高，制备得到的混合料的孔隙率就越低；对比对比例2可以看出不添加改性秸秆粉末则对孔隙率有较大的影响，这是因为改性后的秸秆粉末亲油疏水，可与沥青分子发生化学吸附，增强沥青与集料的粘合力，改性后的秸秆粉末具有较大的比表面积以及较强的亲油能力，吸附力较强，能起到包覆沥青的作用，也能起到增大沥青间的相互吸附能力，使得孔隙率有明显降低。
水稳定性检测采用冻融劈裂试验进行检测，先制备标准试件，再进行实验，动容劈裂抗拉强度比TSR的计算公式为：
RTI＝0.006287PT1/h1
RT2＝0.006287PT2/h2
TSR＝RT2/RTI*100％
其中，RTI为未经冻融循环试件的劈裂抗拉强度(MPa)；
RT2为经过冻融循环试件的劈裂抗拉强度(MPa)；
PT1为未经冻融循环试件的试验荷载最大值(N)；
PT2为经过冻融循环试件的试验荷载最大值(N)；
h1为未经冻融循环试件的高度(mm)；
h2为经过冻融循环试件的高度(mm)。
实验数据见表2：
表2
由表2可知，实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中的TSR值均大于80％，说明添加了水稻秸秆的再生混合料具有良好的水稳定性以及抗水损害能力；相较于对比例3而言，对比例3的TSR有明显降低，因此添加水稻秸秆以及改性水稻秸秆粉末能有效提高乳化沥青冷再生混合料的抗劈裂性能，推测可能的原因为，水稻秸秆有一定的吸水能力，且其比表面积大，吸水膨胀率低，不会影响沥青与集料之间的粘合；改性后的秸秆粉末亲油疏水，可与沥青分子发生化学吸附，增强沥青与集料的粘合力，改性后的秸秆粉末具有较大的比表面积以及较强的亲油能力，吸附力较强，能起到包覆沥青的作用，在集料表面形成一层力学隔离膜，除了隔离沥青外，也能够一定程度上抵抗水分子的入侵，使得到的乳化沥青冷再生混合料具有较高的水稳定性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
