CN120081609A 机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法 （长安大学）

(71)申请人长安大学地址710000陕西省西安市雁塔区南二环路中段(72)发明人丛培良于珂轩(74)专利代理机构郑州欧凯专利代理事务所(普通合伙)41166专利代理师王志兴B01F B09B3/40(2022.01)(54)发明名称机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法本发明提供机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，旨在解决RAP再生中结团导致的性能劣化问题，该方法基于表面活性剂的乳化作用，通过预处理、混合搅拌及筛分工艺，实现老化沥青与旧集料的快速剥离；具体包括：对RAP结团进行预热后，与表面活性剂溶液混合，在特定温度与搅拌条件下完成乳化分散，最终通过筛分回收再生集料及可循环利用的残余乳液，该技术突破传统机械破碎和化学溶解的局限性，液的重复使用，减少了环境污染，实现了资源循表面活性剂种类表面活性剂掺量优化效果差则调整参数重新处理沥青含量级配变化、21.机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)RAP预处理将废旧沥青混合料结团置于110~120℃烘箱中预热0.5h,并配置表面活性剂溶液；(2)乳化分散处理将预热后的废旧沥青混合料结团与表面活性剂溶液按比例混合，并加热搅拌分散一定时间，在此过程中收集乳液表面上层的沥青泡沫；(3)筛分回收处理实验结束后，通过筛分将骨料与乳液分离；静置后，将乳液与淤泥分离，得到可重复利用的残余乳液。2.根据权利要求1所述的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，所述步骤(1)中废旧沥青混合料结团的制作过程为：首先对废旧沥青混合料进行除尘，然后在烘箱中以110~120℃加热1h,接着进行捏合和挤压分离，最后经冷却后得到不同粒径的废旧沥青混合料结团。3.根据权利要求1所述的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，所述步骤(1)中废旧沥青混合料结团包括至少一种以下粒径的结团，结团的粒径为13.2~16mm、9.5~13.2mm、4.75~9.5mm和2.36~4.75mm,所述的表面活性剂溶液的浓度为4.根据权利要求1所述的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，所述步骤(2)中表面活性剂溶液与废旧沥青混合料结团的混合比例为1:2,加热搅拌的工作条件参数包括搅拌转速、加热温度和时间，搅拌转速为280r/min、700r/min和1800r/min,加热温度为60℃、80℃和90℃,时间为0.5h、1h和1.5h。5.根据权利要求1所述的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过水筛法将再生骨料与乳液分离，静置时间为0.5~1h。6.根据权利要求5所述的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，其特征在于，所述步骤(3)中重复利用的残余乳液取静置后的上层清液，直接加入一定量的水继续按1:2比例使用。3技术领域[0001]本发明属于废旧沥青再生利用技术领域，具体涉及机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法。背景技术[0002]近年来，随着城市化和基础设施建设的加速，许多废旧沥青混合料(RecycledAsphaltPavement,简称RAP)已经产生和积累。这些RAP不仅占用了成了严重的环境污染。随着路面材料成本的上升，对RAP回收技术的研究越来越受到关注。在再生沥青路面中应用的关键在于其结团现象严重和施工过程中质量控制的复杂性。[0003]提高RAP在路面工程中的含量百分比引起了研究人员的极大关注。然而，使用大量RAP的问题之一是结团效应。RAP结团被认为是由于旧沥青的粘结作用，其中细RAP骨料团聚这显然没有考虑到RAP结团的影响。因此，若直接使用高掺量RAP,结团导致的空隙率异常、抗车辙能力下降等问题将显著缩短路面寿命，反而增加全生命周期维护成本，形成“低效再[0004]为了实现RAP的有效再生利用，关键在于实现RAP中旧沥青与旧集料的充分剥离，这是保障再生路面路用性能的有效途径。为此，行业亟需一种绿色、低成本的中温分离技济闭环。发明内容[0005]本发明旨在提供机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，以解决传统处理技术中存在的关键问题，传统上，废旧沥青混合料主要通过纯机械破碎方式进行处理，这种方法由于旧沥青的粘结特性，往往导致材料结团且无法彻底分散；而在实验室环境下采用的化学溶解法，虽然能在一定程度上去除结团现象，但因使用了如三氯乙烯、丙酮等有毒溶剂，既不环保也无法实现大规模应用。本发明提出的技术方案，是将特定类型的表面活性剂与废旧沥青混合料相结合，经过加热、搅拌及筛分等一系列处理步骤，最终获得彻底分散并具有不同粒径规格的再生集料。此方法不仅有效降低了RAP材料的结团效应，而且更加环保和适合大规模推广应用。因此，本发明成功解决了现有技术中机械破碎法分散效果差以及化学溶解法不适合大规模使用的局限性。机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，包括以下步骤：(1)RAP预处理将废旧沥青混合料结团置于110~120℃烘箱中预热0.5h,并配置表面活性剂溶液；4(2)乳化分散处理将预热后的废旧沥青混合料结团与表面活性剂溶液按比例混合，并加热搅拌分散一定时间，在此过程中收集乳液表面上层的沥青泡沫；(3)筛分回收处理实验结束后，通过筛分将骨料与乳液分离；静置后，将乳液与淤泥分离，得到可重复利用的残余乳液。[0007]进一步的，所述步骤(1)中废旧沥青混合料结团的制作过程为：首先对废旧沥青混合料进行除尘，然后在烘箱中以110~120℃温度加热1h,接着进行捏合和挤压分离，最后经冷却后得到不同粒径的废旧沥青混合料结团。[0008]进一步的，所述步骤(1)中废旧沥青混合料结团包括至少一种以下粒径的结团，结团的粒径为13.2~16mm、9.5~13.2mm、4.75~9.5mm和2.36~4.75mm,所述的表面活性剂溶液的浓度为0~6wt%。[0009]进一步的，所述步骤(2)中表面活性剂溶液与废旧沥青混合料结团的混合比例为1:2,加热搅拌的工作条件参数包括搅拌转速、加热温度和时间，搅拌转速为280r/min、700r/min和1800r/min,加热温度为60℃、80℃和90℃,时间为0.5h、1h和1.5h。[0010]进一步的，所述步骤(3)中通过水筛法将骨料与乳液分离，静置时间为0.5~1h。[0011]进一步的，所述步骤(3)中重复利用的残余乳液取静置后的上层清液，直接加入一定量的水继续按1:2比例使用。[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，具体为一种使RAP结团中旧沥青与旧集料快速分离的可重复利用的表面活性剂，该表面活性剂主要作用是降低旧沥青的表面张力，在机械搅拌的作用下，使黏附在RAP表面的沥青其以微米级的形式洗脱在水相中，从而实现旧沥青与旧集料的快速分离。乳化分散过程使离子表面活性剂的活化能显著增加，在溶液体系中被完全电离，并且以离子的形式在体系中存在。离子形式的表面活性剂分子更有利于与沥青中的强电解质反应，从而显示增溶作用。此外，此表面活性剂可以与水及旧沥青互溶形成乳液，这使得它能够在RAP中均匀分散，展现出简单优良的工艺特性，并且即使经过多次重复使用，仍能保持高效的性能表现。因此，本发明实现了在再生沥青混合料生产过程中对RAP旧沥青与旧集料的有效分离，对于提高再生沥青路面的路用性能具有重要的工程实际意义。附图说明[0013]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例基于机械剪切与表面活性剂协同的废旧混合料结团分散方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的一种预处理RAP的方法；图3为本发明测试例中RAP与不同表面活性剂除油效率及级配变化；图4为本发明测试例中RAP不同工艺乳化分散前后分散效果；图5为本发明测试例中不同粒径抽提和乳化分散前后分散效果；图6为本发明测试例中残余乳液回收次数对除油效率的影响；5图7为分散前后RAP的外观对比图。具体实施方式[0014]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他[0015]以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。[0016]如图1所示，本发明所提供的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法的具体实施例1:机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法，包括以下步骤：(1)RAP预处理首先对废旧沥青混合料进行除尘，然后在烘箱中以110~120℃温度加热1h,接着进行捏合和挤压分离，经冷却后得到不同粒径的废旧沥青混合料结团(见图2)。[0017](2)乳化分散处理进行乳化分散时，将废旧沥青混合料结团置于110~120℃烘箱重新预热0.5h,并配置表面活性剂溶液，溶液的浓度为0~6wt%,废旧沥青混合料结团与表面活性剂溶液按1:2比例混合，研究其除油效率。加热搅拌分散一定时间，在此过程中收集乳液表面上层的沥青泡沫，以防止它们再次粘附在骨料上；通过改变加热温度、时间和搅拌转速，研究不同工艺条件对于RAP分散效果的影响，具体的，加热搅拌的工作条件参数包括搅拌转速、加热温度和时间，搅拌转速为280r/min、700r/min和1800r/min,加热温度为60℃、80℃和90℃,时间为0.5h、1h和1.5h,测试分档乳化分散和抽提前后的沥青含量和级配变化，并采用结团率(PL)和细度模数比(FMR)来衡量级配变化，将预处理的不同粒径的RAP结团分别进行乳化分散处理，研究乳化分散方法对不同粒径的处理效果。[0018]细度模数比的计算公式如下：直接取100%。FMR为细度模数比；Uf集料为RAP经抽提试验后的集料的细度模数；U乳化分离R₄P为乳化分散后RAP的细度模数。[0019]通过将抽提和乳化分散前后每个粒径的损失率差相加来计算总团聚度：6其中PL₁是抽提后第i个粒径的损失率(%),p是抽提后的第i个筛的分计筛余。PLi₂为乳化分散后第i粒径的损失率(%),C为乳化筛分后第i个筛的分计筛余，第i个筛孔的筛孔尺寸不小于2.36mm,其中PL是RAP颗粒的团聚度(%)。实验结束后，通过水筛法将骨料与乳液分离；静置0.5~1h后，将乳液与淤泥分离，得到可重复利用的残余乳液，向残余乳液中直接加水，继续与未处理的RAP按1:2比例混合[0021]本实施例中，由于表面活性剂的主要作用是软化沥青，如果在相同条件下它们的除油率最高，这表明其作用效果最好，RAP结团分散效果越好，所以仅用沥青含量变化来衡的相同处理条件下，选择三种不同的阴离子表面活性剂，即十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和脂肪酸甲酯磺酸钠(MES),研究不同浓度(0~6wt%)表面活性剂乳化分散后对沥青含量的影响。[0022]该基于机械剪切与表面活性剂协同的废旧混合料结团分散方法，包括以下步骤：(1)将1000重量份不同浓度的SDBS、MES、SDS溶液转移至搅拌容器中，容器置于电热板加热装置上；(2)开启搅拌，转速控制在1800r/min,逐渐加入2000重量份RAP结团，温度控制在在常温下风干，称其不同粒径的质量得到其级配，然后进行抽提得到其沥青含量。[0023]经常规抽提测试，原始RAP其沥青含量为4.81%。如图3(a)所示，不同浓度表面活性剂处理的再生骨料沥青含量不同。虽然不加溶剂时也可将部分旧沥青洗脱，但当表面活性剂发挥作用时效果更好，浓度为2wt%的SDBS效果最佳沥青含量降低了50%,MES和SDS效果较差，需提高浓度才能达到相应效果。乳化分散和抽提级配曲线如图3(b)所示，曲线之间积分面积为64.58,两者级配基本一致，说明乳化分散效果与抽提效果极为接近。[0024]本发明所提供的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法的具体实施例2:本实施例中，采用正交实验法研究不同工艺参数对RAP结团的影响，转速(即280、效率。因此，细度模数比(FMR)和团聚度(PL)被用作评估标准，以确定乳液分离的最佳工艺参数。采用三因素三水平正交实验研究了RAP在三个工艺参数下的分离效果。7组别温度(℃)时间(h)3如图4所示，当SDBS表面活性剂的掺量为2wt%,乳液和RAP的比例为1:2,旋转时间为1h,温度控制在80℃左右，转速确定为1800r/min时，分离效果最佳。其沥青含量降至[0027]本发明所提供的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法的具体实施例3:本实施例中，由于剪切和碰撞效应对不同粒径RAP颗粒在混合过程中的分离效果有显著影响，在确定相关实验参数后，对不同粒径RAP颗粒的分离效果进行了细化。选择不同粒径(13.2~16mm、9.5~13.2mm、4.75~9.5mm、2.36~4.75mm)的预处理RAP结团进行乳化分散实验，如图2所示，为不同粒径的废旧沥青混合料结团的制作过程。[0028]如图5(a)和(b)所示，当乳化分散不同粒径的RAP结团时。计算乳化分散级配曲线与抽提级配曲线之间的积分面积。9.5mmRAP的处理效果最佳，其面积为50.31,沥青含量降低了60%以上，PL仅为3.85,2.36mmRAP的面积为139.21,沥青含量降低了20%,PL为[0029]本发明所提供的机械剪切协同表面活性剂的废旧混合料结团分散方法的具体实施例4:本实施例中，将RAP与一次处理后的上层透明乳液混合，并将水加入残留乳液中，使每次实验的乳液与RAP的比例为1:2.以下实验步骤与乳化分散实验相同，然后再次收集残留乳液进行下一次回收实验，并重复乳液回收实验六次。[0030]如图6所示，随着乳化循环次数的增加，骨料的沥青含量约为1.7%,变化不大。这表乳液可以在系统中重复使用，实现零排放。非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、