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CN105153511A - 改性沥青混合料改性剂及其制备方法 - Google Patents

改性沥青混合料改性剂及其制备方法 Download PDF

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CN105153511A
CN105153511A CN201510438516.9A CN201510438516A CN105153511A CN 105153511 A CN105153511 A CN 105153511A CN 201510438516 A CN201510438516 A CN 201510438516A CN 105153511 A CN105153511 A CN 105153511A
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powder
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商博明
徐玮
蔡乾东
贾晓放
徐培华
童卫红
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SHANXI CHAGNDA BOYUAN HIGHWAY MAINTENANCE TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种改性沥青混合料改性剂及其制备方法，其中沥青混合料改性剂，由下列组分组成：A组分60～100份，B组分15～25份，C组分15～25份；其中A组分由以下重量份的组分组成：回收聚乙烯60～100份，聚乙烯20～40份，助剂10～20份，色母料5～10份；B组分由以下重量份的组分组成：回收橡胶粉60～100份，胶粉末20～40份，胶乳3～5份；C组分由以下重量份的组分组成：无机粉料60～100份，沥青材料20～40份。本发明能够提高沥青混合料综合性能，通过将改性剂直接投入到拌和楼的拌缸中，实现拌和与改性同步实施，生产的改性沥青混合料性能优于传统改性沥青混合料。

Description

改性沥青混合料改性剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青混合料改性剂及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是将一定级配的粗细集料与适量的沥青结合料，在适当的条件下经过充分拌和而成的一种混合物。随着路面交通量的增大、交通荷载的增加、气候环境的恶化，公路建设、养护维修及改扩建工程对路面材料的要求越来越高，普通的路面材料已无法满足现行交通状况的需求，改性沥青混合料以其优越的路用性能，应用较为广泛。
传统改性沥青混合料基于改性沥青技术，是将一定级配的粗细集料与适量的改性沥青结合料在适当的条件下经过充分拌和而成的一种混合物。改性沥青是指掺加橡胶、树脂高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善而制成的沥青结合料。目前改性沥青有两种生产方法：一是现场制作，与沥青混合料拌和楼对接，这种方式不用考虑改性沥青的储存稳定性，生产过程便于监控，但其产量小，一台拌和机需要一台改性沥青现场生产设备，性价比低；第二种方法是成品改性沥青，优点是质量稳定，但受到了运输罐车、储存设备等条件的制约。先生产改性沥青再生产改性沥青混合料的传统技术方案，存在着一些技术、环境、经济方面的瓶颈与不足：(1)沥青老化。在制备改性沥青过程中，需要先将沥青加热到一定的温度与改性剂进行混合、溶胀、剪切、发育、储存等工序，加热温度高、持续时间长，沥青易老化，影响沥青路面的耐久性能；(2)改性剂与沥青离析。基质沥青是复杂的化学体系，不同的基质沥青四组分不同，与改性剂具有配伍性。此外，生产工艺、设备及参数的影响，使改性沥青在储存过程中极易发生离析现象，即改性剂与沥青分层，严重影响改性沥青的使用性能；(3)质量不稳定。改性沥青是一个热力学体系，随着储存时间的延长，改性沥青的性能指标也发生了不同程度的衰减，以至于达不到工程要求；(4)成本高。改性沥青生产需要专门的生产系统，其中包括价格昂贵的剪切机或胶体磨，占地面积大，需要建设生产车间等基础设施；(5)能耗大。改性沥青生产、储存、运输都需要在较高温度下实现，这需要大量的热能来维持；(6)有害气体排放。改性沥青生产过程中加热温度一般为180～190℃，甚至超过200℃，高温下沥青及改性剂会排放出一定的有害气体，对施工环境及操作人员造成不利影响。
新型改性沥青混合料技术是在普通沥青混合料生产工艺技术的基础上，将改性沥青混合料添加剂直接加到拌和楼的拌缸中，不增加更多的机械设备，不改变传统的生产工艺，实现改善沥青混合料性能的目的。与传统改性沥青混合料技术相比，新型改性沥青混合料技术具有节能、环保、施工方便、质量易于控制的特点，具有良好的市场推广应用前景，是低碳材料应用技术的新趋势。在新型改性沥青混合料技术中，改性剂是这项技术的核心，对其性能具有很高的要求。目前市场已经投入使用的抗车辙剂是新型改性沥青混合料改性剂的一种类型，主要侧重于改善和预防沥青路面车辙病害，提高沥青混合料的高温抗车辙性能。新型改性沥青混合料不仅要求改善沥青混合料的高温性能，同时兼顾沥青混合料低温性能，需要对性能全面的沥青混合料改性剂产品及其应用方法进行系统研发，从而实现新型改性沥青混合料技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性沥青混合料改性剂，能够提高沥青混合料综合性能，通过将改性剂直接投入到拌和楼的拌缸中，实现拌和与改性同步实施，生产的改性沥青混合料性能优于传统改性沥青混合料；本发明的另一目的在于提供一种改性沥青混合料改性剂的制备方法；本发明的第三个目的是提供一种改性沥青混合料改性剂的应用方法。为了实现上述目的，
一种改性沥青混合料改性剂，其不同之处在于，由下列重量比的组分组成：A组分60～100份，B组分15～25份，C组分15～25份；
其中A组分由以下重量份的组分组成：回收聚乙烯60～100份，聚乙烯20～40份，助剂10～20份，色母料5～10份；
B组分由以下重量份的组分组成：回收橡胶粉60～100份，胶粉末20～40份，胶乳3～5份；
C组分由以下重量份的组分组成：无机粉料60～100份，沥青材料20～40份。
回收聚乙烯是指密度小于1g/cm3的回收聚乙烯，回收聚乙烯的粒径小于等于5mm；
A组分：聚乙烯(PE)是指低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)中的至少一种或多种的混合；
助剂是指聚乙烯蜡(PE-WAX)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种或多种的混合。
色母料是指聚乙烯色母料。
B组分：回收橡胶粉是指回收轮胎胶粉、回收鞋胶粉、回收边角料胶粉中的至少一种或多种的混合，所述回收轮胎胶粉的细度范围为30～80目；
胶粉末是指丁苯胶粉(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的至少一种或多种的混合；
胶乳是指天然胶乳、丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁晴胶乳中的至少一种或多种的混合，所述胶乳的胶乳固含量大于等于40％。
C组分：无机粉料是指纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、粉煤灰、炭黑粉、硅灰石、硅藻土、沸石粉中的至少一种或多种的混合；所述沥青材料是指石油沥青、建筑沥青、湖沥青、岩沥青中的至少一种或多种的混合。
一种改性沥青混合料改性剂的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】将A组分、B组分、C组分按照重量份比例加入到螺杆挤出机中，经过混料、熔融、挤出、拉条、切粒工序制备成改性沥青混合料改性剂颗粒；粉碎成≤2.36mm粉粒料。A组分、B组分、C组分所占的重量比为：A组分60～100份，B组分15～25份，C组分15～25份；
其中A组分制备方法为：
先将回收聚乙烯粉磨或挤出造粒成小于等于5mm的粉粒；
再按照重量份将回收聚乙烯粉粒、聚乙烯、助剂、色母料在混料机中混合均匀即为A组分，回收聚乙烯0～100份，聚乙烯20～40份，助剂10～20份，色母料5～10份；
B组分制备方法：
按照重量份比例，先将回收橡胶粉与胶粉末混合均匀；
将胶乳以雾状均匀喷洒到混合颗粒表面，混合颗粒烘干即为B组分，其中重量份为：回收橡胶粉60～100份，胶粉末20～40份，胶乳3～5份；
C组分制备方法：
按照重量份比例，将单一组分的无机粉料直接加入团料机中；或将多种组分的无机粉料先加入到混料机中混合均匀再将混合后无机粉料加入到团料机中；
将沥青热融至流动状态，滴加到团料机中的无机粉料中，团成小颗粒即为C组分；其中C组分的重量份为：无机粉料60～100份，沥青材料20～40份；
2】根据需要，将改性沥青混合料改性剂颗粒加入到破碎机中进行粉碎。
回收聚乙烯是指密度小于1g/cm3的回收聚乙烯，所述回收聚乙烯的粒径小于等于5mm；
聚乙烯(PE)是指低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)中的至少一种或多种的混合；
助剂是指聚乙烯蜡(PE-WAX)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种或多种的混合；
色母料是指聚乙烯色母料。
回收橡胶粉是指回收轮胎胶粉、回收鞋胶粉、回收边角料胶粉中的至少一种或多种的混合，所述回收轮胎胶粉的细度范围为30～80目；
胶粉末是指丁苯胶粉(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的至少一种或多种的混合；
胶乳是指天然胶乳、丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁晴胶乳中的至少一种或多种的混合，所述胶乳的胶乳固含量大于等于40％。
无机粉料是指纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、粉煤灰、炭黑粉、硅灰石、硅藻土、沸石粉中的至少一种或多种的混合；所述沥青材料是指石油沥青、建筑沥青、湖沥青、岩沥青中的至少一种或多种的混合。
改性沥青混合料改性剂的改性沥青混合料的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】将集料加热到175～185℃，按照设计级配比例将加热后的集料加入到拌和楼的拌缸中，同时人工或投料机加入改性沥青混合料改性剂，改性沥青混合料改性剂的添加量占沥青混合料质量的0.4％～1.0％；沥青混合料包括集料、改性沥青混合料改性剂和石油沥青；
2】拌和20～30秒钟，再加入温度为150～160℃的石油沥青；
3】拌和10～20秒钟，然后加入矿粉拌和10～20秒钟即可制备成改性沥青混合料；改性沥青混合料出料温度范围160～180℃。
改性沥青混合料改性剂的改性沥青混合料的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】将破碎后的再生沥青混合料加热到180～190℃，按照设计级配比例将加热后的再生沥青混合料加入到拌和楼的拌缸中，同时人工或投料机加入改性沥青混合料改性剂，改性沥青混合料改性剂的添加量占沥青混合料质量的0.4％～1.0％；所述沥青混合料包括再生沥青混合料、改性沥青混合料改性剂和石油沥青；
2】拌和20～30秒钟，再加入温度为150～160℃的石油沥青；
3】拌和10～20秒钟，加入矿粉拌和10～20秒钟即可制备成改性再生沥青混合料，改性再生沥青混合料出料温度范围165～185℃。
改性沥青混合料改性剂的技术指标要求：
(1)物理技术指标要求
(2)改性混合料技术指标要求
改性沥青混合料改性剂添加量占沥青混合料质量的0.4％～1.0％，在级配设计合理、集料、沥青指标满足相应规范要求的条件下：
改性沥青混合料车辙试验动稳定度≥4000次/mm
改性沥青混合料低温弯曲试验破坏应变≥2800με
本发明所具有的优点：
1、本发明沥青混合料改性剂由A、B、C三个组分组成，A组分以聚乙烯为主要成分。聚乙烯属于热塑性树脂材料，在超过其维卡温度条件下，可熔融成可变形体，通过与沥青混合料的相互改性作用达到改善沥青混合料的高温抗车辙性能，但聚乙烯对沥青混合料低温性能及其他性能无提高作用。B组分是经表面改性的胶类组分，可显著提高沥青混合料的低温抗裂性能。C组分是由沥青和填料组成，沥青组分可通过物理化学作用将A组分、B组分有效的连接在一起，形成橡塑复合材料，而改性剂在应用过程需要添加到沥青混合料中，由于本发明的沥青混合料改性剂中含有沥青组分，因此极大的促进了改性剂与沥青混合料的相容性，更好的发挥其改性性能。
2、本发明沥青混合料改性剂直接添加到沥青混合料拌和楼的拌缸中，制备的改性沥青混合料性能优异，达到或超过现行相关改性沥青混合料技术规范要求。本发明改性沥青混合料改性剂应用方便，节能环保，是一种低碳、经济的绿色道路材料，具有广阔的市场推广应用前景。
3、与传统改性沥青混合料相比，制备一吨改性沥青混合料可节省煤39.4kg，减少二氧化碳排放144.6kg，减少二氧化硫排放4.728kg，减少氮化物排放0.591kg。铺筑1km沥青路面，改性沥青混合料比传统改性沥青混合料节省煤314吨，减少二氧化碳排放1151吨，减少二氧化硫排放38吨，减少氮化物排放5吨(路面厚度按15cm计算，宽度按22m计(双向4车道)，混合料平均密度2.54g/cm3，平均空隙率5％)。由此可见，改性沥青混合料的节能减排效果显著。
4、本发明改性沥青混合料改性剂，添加到沥青混合料中，通过软化、熔融、增粘、改性等作用机理来改善沥青混合料的综合性能。改性剂添加到高温集料中进行干拌，改性剂遇热迅速软化，进而达到熔融状态，集料拌和过程中产生强大的剪切力，使熔融的改性剂以更细微、更均匀的状态存在于集料中。当加入热沥青进行拌和时，熔融状态的改性剂迅速与沥青相容，达到均匀改性，同时由于改性剂的吸油、溶胀作用，达到对沥青胶浆增粘的作用，从而增加集料表面沥青膜的厚度，减少集料间自由沥青的量，进而增加沥青混合料综合性能。
具体实施方式
实施例1：
称取80kg回收聚乙烯颗粒、30kg低密度聚乙烯、5kg聚乙烯蜡、10kg乙烯-乙酸乙烯共聚物、7kg聚乙烯色母，将上述物料加入混料机中，混合均匀即为A组分。
称取80kg30目回收轮胎橡胶粉、30kg丁苯胶粉加入到混料机中，在混合过程中将4kg固含量为50％的丁苯胶乳以雾状均匀喷洒到混合颗粒表面，再将混合颗粒烘干即为B组分。
称取30kg纳米碳酸钙、30kg纳米二氧化硅、20kg炭黑粉，将上述物料加入到混料机中，混合均匀，再将混合物料加入到团料机中，将30kg湖沥青加热到160℃热熔至流动状态，再将流态沥青滴加到团料机中的粉料中，团成小颗粒即为C组分。
称取上述A组分80kg、B组分20kg、C组分20kg分别加入到螺杆挤出机的料斗中，经过混料、熔融、挤出、拉条、切粒等工序制备成改性沥青混合料改性剂颗粒。实施例2～实施例4组成如表1所示，制备方法与实施例1相同。
表1为实施例2-实施例4对照表
表2为实施例1～实施例4制备改性沥青混合料改性剂物理技术指标检测结果对照表
改性剂技术指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
外观形态 固态圆柱体颗粒 固态圆柱体颗粒 固态圆柱体颗粒 固态圆柱体颗粒
颜色 黑色 黑色 黑色 黑色
粒径，mm ≤4.75 ≤4.75 ≤4.75 ≤4.75
含水量，％ 0.1 0.3 0.2 0.1
密度，g/cm3 0.93 0.94 0.97 0.95
软化温度，℃ 135℃ 145 140 135
实施例5：
将AC-20型级配的集料加热到175～185℃，按照设计级配比例将加热后的集料加入到拌和楼的拌缸中，同时人工或投料机加入实施例1制备的改性沥青混合料改性剂，改性剂的添加量占沥青混合料质量的0.5％，拌和25秒钟，再加入温度为155℃的90#石油沥青，拌和15秒钟，然后加入矿粉拌和15秒钟即可制备成改性沥青混合料。改性沥青混合料出料温度170℃，摊铺温度160℃，碾压温度140℃。
上述改性沥青混合料的性能指标检测结果：
改性沥青混合料车辙试验动稳定度6027次/mm
改性沥青混合料低温弯曲试验破坏应变3023με
实施例6～实施例8分别添加实施例2～实施例4所制备的改性剂，改性沥青混合料的性能指标检测结果如表3所示。
表3为实施例5～实施例8改性沥青混合料的性能指标检测结果对照表

Claims (10)

1.一种改性沥青混合料改性剂，其特征在于，由下列重量比的组分组成：A组分60～100份，B组分15～25份，C组分15～25份；
其中A组分由以下重量份的组分组成：回收聚乙烯60～100份，聚乙烯20～40份，助剂10～20份，色母料5～10份；
B组分由以下重量份的组分组成：回收橡胶粉60～100份，胶粉末20～40份，胶乳3～5份；
C组分由以下重量份的组分组成：无机粉料60～100份，沥青材料20～40份。
2.根据权利要求1所述的改性沥青混合料改性剂，其特征在于：所述回收聚乙烯是指密度小于1g/cm3的回收聚乙烯，所述回收聚乙烯的粒径小于等于5mm；
聚乙烯(PE)是指低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)中的至少一种或多种的混合；
助剂是指聚乙烯蜡(PE-WAX)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种或多种的混合；
色母料是指聚乙烯色母料。
3.根据权利要求1或2所述的改性沥青混合料改性剂，其特征在于：
所述回收橡胶粉是指回收轮胎胶粉、回收鞋胶粉、回收边角料胶粉中的至少一种或多种的混合，所述回收轮胎胶粉的细度范围为30～80目；
胶粉末是指丁苯胶粉(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的至少一种或多种的混合；
胶乳是指天然胶乳、丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁晴胶乳中的至少一种或多种的混合，所述胶乳的胶乳固含量大于等于40％。
4.根据权利要求3所述的改性沥青混合料改性剂，其特征在于：所述无机粉料是指纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、粉煤灰、炭黑粉、硅灰石、硅藻土、沸石粉中的至少一种或多种的混合；所述沥青材料是指石油沥青、建筑沥青、湖沥青、岩沥青中的至少一种或多种的混合。
5.一种改性沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】将A组分、B组分、C组分按照重量份比例加入到螺杆挤出机中，经过混料、熔融、挤出、拉条、切粒工序制备成改性沥青混合料改性剂颗粒；A组分、B组分、C组分所占的重量比为：A组分60～100份，B组分15～25份，C组分15～25份；
其中A组分制备方法为：
先将回收聚乙烯粉磨或挤出造粒成小于等于5mm的粉粒；
再按照重量份将回收聚乙烯粉粒、聚乙烯、助剂、色母料在混料机中混合均匀即为A组分，回收聚乙烯0～100份，聚乙烯20～40份，助剂10～20份，色母料5～10份；
B组分制备方法：
按照重量份比例，先将回收橡胶粉与胶粉末混合均匀；
将胶乳以雾状均匀喷洒到混合颗粒表面，混合颗粒烘干即为B组分，其中重量份为：回收橡胶粉60～100份，胶粉末20～40份，胶乳3～5份；
C组分制备方法：
按照重量份比例，将单一组分的无机粉料直接加入团料机中；或将多种组分的无机粉料先加入到混料机中混合均匀再将混合后无机粉料加入到团料机中；
将沥青热融至流动状态，滴加到团料机中的无机粉料中，团成小颗粒即为C组分；其中C组分的重量份为：无机粉料60～100份，沥青材料20～40份；
2】根据需要，将改性沥青混合料改性剂颗粒加入到破碎机中进行粉碎。
6.根据权利要求5所述的改性沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：所述回收聚乙烯是指密度小于1g/cm3的回收聚乙烯，所述回收聚乙烯的粒径小于等于5mm；
聚乙烯(PE)是指低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)中的至少一种或多种的混合；
助剂是指聚乙烯蜡(PE-WAX)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种或多种的混合；
色母料是指聚乙烯色母料。
7.根据权利要求5或6所述的改性沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：所述回收橡胶粉是指回收轮胎胶粉、回收鞋胶粉、回收边角料胶粉中的至少一种或多种的混合，所述回收轮胎胶粉的细度范围为30～80目；
胶粉末是指丁苯胶粉(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的至少一种或多种的混合；
胶乳是指天然胶乳、丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁晴胶乳中的至少一种或多种的混合，所述胶乳的胶乳固含量大于等于40％。
8.根据权利要求7所述的改性沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：所述无机粉料是指纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、粉煤灰、炭黑粉、硅灰石、硅藻土、沸石粉中的至少一种或多种的混合；所述沥青材料是指石油沥青、建筑沥青、湖沥青、岩沥青中的至少一种或多种的混合。
9.基于权利要求1-4所述的改性沥青混合料改性剂的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】将集料加热到175～185℃，按照设计级配比例将加热后的集料加入到拌和楼的拌缸中，同时人工或投料机加入改性沥青混合料改性剂，改性沥青混合料改性剂的添加量占沥青混合料质量的0.4％～1.0％；所述沥青混合料包括集料、改性沥青混合料改性剂和石油沥青；
2】拌和20～30秒钟，再加入温度为150～160℃的石油沥青；
3】拌和10～20秒钟，然后加入矿粉拌和10～20秒钟即可制备成改性沥青混合料；改性沥青混合料出料温度范围160～180℃。
10.基于权利要求1-4所述的改性沥青混合料改性剂的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】将破碎后的再生沥青混合料加热到180～190℃，按照设计级配比例将加热后的再生沥青混合料加入到拌和楼的拌缸中，同时人工或投料机加入改性沥青混合料改性剂，改性沥青混合料改性剂的添加量占沥青混合料质量的0.4％～1.0％；所述沥青混合料包括再生沥青混合料、改性沥青混合料改性剂和石油沥青；
2】拌和20～30秒钟，再加入温度为150～160℃的石油沥青；
3】拌和10～20秒钟，加入矿粉拌和10～20秒钟即可制备成改性再生沥青混合料，改性再生沥青混合料出料温度范围165～185℃。
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