(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010081949.4
(22)申请日 2020.02.06
(71)申请人 同济大学
地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号
(72)发明人 肖飞鹏 查莫得 侯向导 项迁
勇达拉
(74)专利代理机构 上海科律专利代理事务所
(特殊普通合伙) 31290
代理人 叶凤
(51)Int.Cl.
C04B 26/26(2006.01)
G01N 21/3563(2014.01)
G01N 33/42(2006.01)
(54)发明名称
青混合料设计方法
(57)摘要
一种基于新旧沥青融合程度模型的再生沥
青混合料设计方法，其特征在于，对不同拌和条
件(时间、温度)下，再生沥青混合料中新旧沥青
的融合程度进行测定，得到了新旧沥青融合程度
模型的数学表达式，从而保证在混合料设计过程
中可以通过模型计算，调整新沥青用量或拌和工
艺，以保证混合料有效沥青含量与最佳沥青用量
相等。通过本发明给出的新旧沥青融合程度模
型，可以对再生沥青混合料的配合比设计和拌和
工艺进行控制，保证有效沥青含量等于最佳沥青
用量，
实现废旧沥青路面材料高效再生。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 111268942 A 2020.06.12
C N 111268942
A
1.一种基于新旧沥青融合程度模型的再生沥青混合料设计方法，其特征在于：对不同拌和条件(时间、温度)下，再生沥青混合料中新旧沥青的融合程度进行测定，得到了新旧沥青融合程度模型的数学表达式，从而保证在混合料设计过程中可以通过模型计算，调整新沥青用量或拌和工艺，以保证混合料有效沥青含量与最佳沥青用量相等。
2.如权利要求1所述的新旧沥青融合程度模型的再生沥青混合料设计方法，其特征在于，所述新旧沥青融合程度模型：
以融合程度为Z轴，以拌和时间为X轴，以拌和温度为Y轴，通过非线性拟合的方式，构造
出公式(4)数学模型以表达新旧沥青融合程度与拌和时间及拌和温度的数学关系
在公式(4)模型中，Z为融合程度，x为拌和时间，y为拌和温度，其余字母为具体数值，如表1所示
表1新旧沥青融合程度模型各参数值Z 0-107225.45829B 107246.80676
C -12.84903
D 1.64526
E -140882.01015
F 117.19075
G 19.39253
H 140962.90446
权 利 要 求 书1/1页
CN 111268942 A
一种基于新旧沥青融合程度模型的再生沥青混合料设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及道路工程、机场跑道等热再生沥青路面技术领域，具体涉及到一种热再生沥青混合料配合比设计过程中通过控制新沥青用量和拌和工艺，保证有效沥青含量等于设计最佳沥青用量的方法。
背景技术
[0002]我国高等级公路普遍采用沥青铺面占比超过80％，在公路运营过成中，沥青材料在阳光、雨水、行车荷载等自然环境因素的作用下，发生老化作用，进而出现功能性病害。我国每年有超过10％的沥青路面需要进行维修和养护，产生的废旧沥青混合料数量达2000万吨，并且这一数量还在以每年15％的速率增长。一方面，堆放废旧沥青混合料占用大量的土地资源，而且容易造成严重的环境污染问题；另一方面，废旧沥青混合料中的石料和沥青均为不可再生资源。通过沥青路面再生技术，实现废旧沥青混合料循环利用，不仅可以解决废旧材料处理问题，还实现了资源化利用目的。美国、日本以及欧洲等发达国家很早就开始了废旧沥青混合料再生技术的研究，目前其沥青路面废旧材料综合回收利用率已经超过75％。近年来，随着我国绿发展观念的持续深入，再生沥青混合料的研究和应用也日益广泛。
[0003]沥青路面回收料(RAP)主要由被旧沥青包裹的集料组成，RAP和新集料、新沥青等材料在一定温度下进行一定时间的拌和形成再生沥青混合料。拌和过程中，部分旧沥青与新沥青发生互融，发生互融的旧沥青成为再生沥青混合料中有效沥青的一部分，未发生互融的旧沥青仍被视为集料的一部分。因此新旧沥青融合程度反映了RAP的再生水平，也直接影响了配合比设计过程中新沥青的掺量和再生沥青混
合料的路用性能。然而，再生沥青混合料实际生产过程中，RAP中的旧沥青通常按照与新沥青发生完全互融或完全不发生互融计算，两种计算方法都与真实情况不符，因此，测定并控制新旧沥青互融程度，保证有效沥青含量与设计最佳沥青用量一致，对再生沥青混合料配合比设计至关重要。
[0004]目前，国内外研究人员在新旧沥青融合程度方面进行了一些研究，包括采用针入度指数、工业CT、试件切片图像分析、红外光谱特征官能团含量等方法对再生沥青混合料中新旧沥青融合程度进行测定。
[0005]例如，再生沥青混合料中，新旧沥青具有不同的红外光谱特征，新旧融合后的沥青羰基指数与其中的旧沥青含量存在良好的线性相关关系，如图1所示。基于此，中国专利CN110609008A公开了一种利用红外光谱快速检测再生沥青混合料中RAP含量的方法，该专利通过傅里叶变换红外光谱测试，以羰基指数I C＝O、亚砜基指数I S＝O以及I C＝O+I S＝O为评估指标，可以实现对再生沥青混合料中RAP掺量的快速检测。但对新旧沥青融合程度无法进行定量评估。中国专利CN106018181A公开了一种测定热再生沥青混合料新旧沥青融合程度的试验方法，该专利采用磁铁矿矿石作为标记材料，以磁铁矿集料裹附沥青的针入度参数作为评价指标，可以实现对再生沥青混合料中新旧沥青融合程度的快速测定。但该发明只能用于测定新旧沥青融合程度，无法用于指导拌和温度、拌和时间以及新沥青掺量等参数的综
合决策。由于新旧沥青融合程度受拌和温度、拌和时间等因素的影响，通过综合控制拌和温度、拌和时间以及新沥青添加量实现最佳沥青含量的配合比设计方法仍然空白。
发明内容
[0006]本发明目的在于克服现有技术不足，公开一种基于新旧沥青融合程度模型的再生沥青混合料设计方法，方法原理技术方案是：以傅里叶变化红外光谱为基本手段，对不同拌和条件(时间、温度)下，再生沥青混合料中新旧沥青的融合程度进行测定，发现新旧沥青融合程度随着拌和温度和拌合时间的提高表现为先快速上升，后趋于平缓的趋势。基于此，通过非线性回归的方式，得到了新旧沥青融合程度模型的数学表达式，从而保证在混合料设计过程中可以通过模型计算，调整新沥青用量或拌和工艺，以保证混合料有效沥青含量与最佳沥青用量相等。
[0007]通过该新旧沥青融合程度模型，可以实现两个功能：
[0008](1)在既定拌和条件(时间、温度)下，预测新旧沥青融合程度，从而在再生沥青混合料配合比设计阶段调整新沥青掺量，使有效沥青含量等于设计最佳沥青用量。
[0009](2)在既定再生沥青混合料配合比设计情况下，通过调节拌和参数(时间、温度)，控制新旧沥青融合程度，从而保证有效沥青含量等于设计最佳沥青用量要求。
[0010]通过本发明给出的新旧沥青融合程度模型，可以对再生沥青混合料的配合比设计和拌和工艺进行控制，保证有效沥青含量等于最佳沥青用量，实现废旧沥青路面材料高效再生。
附图说明
[0011]图1新旧沥青融合后旧沥青含量与羰基指数I C＝O线性回归拟合图
[0012]图2沥青傅里叶变换红外谱图
[0013]图3新旧沥青融合程度模型三维曲面图
[0014]图4新旧沥青融合程度与拌和时间、拌和温度相关关系等高线图
具体实施方式
[0015]基础实施例
[0016]将RAP(2.36—4.75mm细料)、新沥青、新集料(9.5—16mm粗料)加热后在拌锅中进行拌和，分别设置不同拌和温度(140℃、160℃、180℃)与拌和时间(15s，30s，45s，1min，2min，3min，4min，5min，7min，10min)，然后通过测定新集料(粗料)裹附沥青的羰基指数，结合理论计算出的新旧沥青融合后的羰基指数，得出再生沥青混合料中新旧沥青的融合程度。
[0017]具体按如下步骤进行：
[0018]①将新集料(粗料)与RAP(细料)置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重(一般1～2h)。
[0019]②采用烧蚀法测定烘干后的RAP(细料)中的沥青含量α；
[0020]③采用阿布森沥青抽提法回收烘干后的RAP中的旧沥青；
[0021]④采用傅里叶变换红外光谱仪对新沥青和旧沥青红外光谱谱图进行采集，通过公
式(1)分别计算新沥青与旧沥青的羰基指数，得到I C＝O新和I C＝O旧；
[0022]
[0023]其中,Area C＝O为1672.21～1722.357cm-1之间羰基吸收峰积分面积，Area Reference为波数977.86～1095.519cm-1所有吸收峰面积之和，如图2所示：
[0024]⑤由于RAP掺量对新旧沥青融合程度影响不大。因此，取新集料(粗料)1公斤，RAP (细料)1公斤，新沥青(80-α)g(按照混合料4％的油石比进行拌和实验)，分别加热到140℃、160℃、180℃，在各温度下分别拌和15s，30s，45s，1min，2min，3min，4min，5min，7min，10min；
[0025]⑥通过手选的方式，在每种“时间-温度”组合下选取20颗左右的新集料(粗料)，采用阿布森沥青抽提法获取沥青，采用傅里叶变换红外光谱仪测定获取沥青的羰基指数I C＝O复合；
[0026]⑦采用公式(2)计算各“时间-温度”组合下，复合沥青中旧沥青所占比例β：
[0027]
[0028]⑧采用公式(3)计算各“时间—温度”组合下，新旧沥青融合程度ω：
[0029]
[0030]α为RAP(细料)中的沥青含量，β为复合沥青中旧沥青所占比例；
[0031]⑨以融合程度为Z轴，以拌和时间为X轴，以拌和温度为Y轴，通过非线性拟合的方式，构造出公式(4)数学模型以表达新旧沥青融合程度与拌和时间及拌和温度的数学关系：
[0032]
[0033]在公式(4)模型中，Z为融合程度，x为拌和时间，y为拌和温度。其余字母为具体数值，如表1所示。
[0034]表1新旧沥青融合程度模型各参数值
[0035]
[0036]
[0037]公式(4)所表达函数图形如图3所示，为三维曲面图。可以看出，拌和温度y一定时，
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