CN102603230B - 一种高浓度胶粉改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高浓度胶粉改性沥青混合料及其制备方法，属于道路建设沥青混合料领域。针对现有胶粉改性沥青技术胶粉用量不够高，以及湿法改性中存在的二次污染和高能耗问题，采用胶粉预处理的方法，制备改性胶粉，将改性胶粉和补强剂与沥青及石料拌合制备高浓度胶粉改性沥青混合料，改性胶粉填充量达50份以上。该改性沥青混合料的制备工艺简单，胶粉使用量大，性能优异，性价比高，具有重要的社会意义和环保价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高浓度胶粉改性沥青混合料及其制备方法，以其用于公路建设。
背景技术
汽车工业和交通运输业已经逐渐成为我国的支柱产业，因此也产生了大量废旧轮胎。轮胎中的橡胶材料内部的复杂的立体网状结构，并且添加了大量的填料和软化油等物质，这些都极大限制了其回收利用，而使用废轮胎来生产胶粉是人们公认的十分合理有效的途径之一。我国高速公路铺设速度稳居世界第一，总里程也跃居世界第二，公路行业的快速发展极大的促进了路面材料的发展，人们对沥青混凝土性能的要求也越来越高。废橡胶粉改性沥青技术因其在环保和对沥青高低温性能的提高上的双重优势，已逐步成为一种理想的路面材料。
废胶粉改性沥青混合料具有环保、经济等优点是显而易见的，但是当前废胶粉改性沥青技术的废橡胶粉添加量为15％～25％左右，并且加工过程周期较长，一般需几个小时，其优势受到了一定的限制。而废橡胶粉是通过化学键合而形成了三维立体网络结构，在加工期间对沥青的溶胀十分有限，如机械的提高胶粉用量而不考虑增加用量后，对胶粉改性沥青混合料产生的影响是不科学的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高浓度胶粉改性沥青混合料及其制备方法。
一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于其组成包括改性胶粉、补强剂、矿料和基质沥青，所述改性胶粉由填充阻隔剂和胶粉组成，所述填充阻隔剂为亚麻油酸、脂肪酸、环烷油、白矿油、硅油、油酸、废机油、废塑料裂解油、成品脱质沥青中的一种或几种。
所述改性胶粉、补强剂及基质沥青的重量比为45～70∶0.5～5∶100，所述改性胶粉中填充阻隔剂和胶粉的质量比为100∶50～110。
所述填充阻隔剂和胶粉的质量比为100∶70～100。
所述的补强剂其组成为接枝化超高分子量聚乙烯。
所述胶粉为废轮胎制得的橡胶粉，粒径为20～120目。
上述的改性胶粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
首先将部分调和好的所述填充阻隔剂喷洒至胶粉上，通过高速搅拌进行预混，搅拌后风冷，放置40-60小时得到预溶胀胶粉；而后使用双辊开炼机将预混得到的预溶胀胶粉与剩余填充阻隔剂进行剪切共混，充分溶胀后使用高速搅拌将其搅拌至分散，并室温下放置40-60h充分发育，制得所述改性胶粉。
所述填充阻隔剂喷洒时加热至50℃～60℃，填充阻隔剂与废胶粉的搅拌温度为50℃～70℃，风冷后温度为30℃～40℃，风冷后放置48h，分散后室温放置48小时。
所述高速搅拌的速度为800～1500r/min，时间为5～30min。
所述双辊开炼机的参数设置为，辊间距为0.2mm，温度为40℃，转速比为1.15，所述混炼后胶粉的搅拌速度为600r/min，时间3～10min。
上述一种高浓度胶粉改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括干法与湿法两种工艺，所述湿法制备工艺为将高浓度胶粉改性沥青加热至160-180℃、矿料加热至180℃，拌合楼中石料干拌2～5s，高浓度胶粉改性沥青与矿料的湿拌20～40s，出料温度为170～180℃；所述干法制备工艺为首先将补强剂加入拌合楼中与石料干拌2～5s，而后将改性胶粉投入拌合楼中拌合5～10s，最后将沥青喷入拌合楼与石料湿拌20～40s，石料加热温度为180℃～190℃，沥青加热温度为160～180℃。
本发明提供一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其组成包括改性胶粉、补强剂、矿料和沥青，其中改性胶粉的组成为废胶粉100份，填充阻隔剂51～110份，以70～100份为优选。所述废胶粉为废轮胎制得的橡胶粉，粒径为20～120目，以40-80目为优选。技术指标符合《硫化橡胶粉GB/T 19208-2008》；补强剂为接枝化超高分子量聚乙烯；填充阻隔剂为亚麻油酸、脂肪酸、环烷油、白矿油、硅油、油酸、废机油、废塑料裂解油、成品脱质沥青中的一种或多种。
通过将一定比例的沥青轻质组分及轻质组分类似物按照设定比例，采取2步法的工艺，均匀涂覆于胶粉表面，并让其向胶粉内部扩散，达到胶粉充分预溶胀的目的。同时，通过轻质组分及轻质组分类似物的填充，可以很好的保持胶粉的弹性、降低胶粉的密度并软化胶粉表面，从而提高废胶粉与沥青之间的相容性，使胶粉可快速稳定的分散于沥青之中，提高胶粉沥青的储存稳定性。胶粉的预溶胀会使其对沥青中相关组分的吸收大幅降低，从而保证改性沥青黏度适中，并提高胶粉改性沥青的低温性能。
通过补强剂的添加，可进一步提高改性沥青的高温性能，制得性能优异的高浓度胶粉改性沥青混合料。
与现有技术相比，本发明创新点如下：
(1)优选沥青轻质组分及轻质组分类似物，按照沥青溶胀过程中对两种轻质组分吸收的比例不同为依据，进行填充阻隔剂的调配，对胶粉进行预溶胀处理。
(2)通过填充阻隔剂对胶粉的预溶胀，减少了胶粉加入沥青中后对沥青中轻质组分的吸收，从而降低了胶粉沥青的黏度，从而可大幅提高胶粉在沥青中的添加使用量。实际胶粉掺量达到50份以上。
(3)通过填充阻隔剂对胶粉的预溶胀，降低了胶粉的密度，软化了胶粉表面硬度，提高了胶粉与沥青的相容性，大幅改善了胶粉改性沥青的抗离析性能。
(4)通过喷涂高速搅拌工艺制备的改性胶粉，保持了胶粉的粉体形态，与现有母料技术通过双螺杆等方法造粒相比，保持了胶粉的弹性以及力学性能，并节约了能耗及成本。
(5)通过选用接枝化超高分子量聚乙烯作为补强剂，利用极性相近原理解决了聚乙烯的离析问题，同时采用超高分子量聚乙烯可大幅提高沥青的高温性能，继而提高沥青混合料性能。
本发明开发了一种填充量大，可提高生产效率，并且路用性能优异的胶粉改性沥青混合料，具有重大的社会意义和行业价值。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
沥青与石料的油石比为6.0％；石料级配类型为ARAC-13；对实施例进行沥青混合料性能检测，依据中华人民共和国交通运输部颁布的如下行业标准进行：
1、《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004
2、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000
主要检测沥青混合料的马歇尔性能、水稳性能、高低温性能。检测指标包括：孔隙率、稳定度、流值、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比、车辙实验动稳定度。
实施例1
按质量份数，将100份废胶粉在反应釜(具有高速搅拌、排气、喷洒及加热功能的市售产品)内，首先以400r/min低速搅拌3min，而后以600r/min高速搅拌1min，并升温至45℃，排出附着于胶粉表面的水汽及灰尘等杂质，将45份预热至50℃的填充阻隔剂(硅油∶亚麻油酸＝2∶1)喷入到上述废胶粉中，在55℃的温度下，以1200r/min高速搅拌5min，采用从底部吹入空气的方法，风冷2min，温度降到40℃时，存储48h，然后使用双辊开炼机将预混胶粉与10份填充阻隔剂进行剪切共混处理，加快改性剂扩散速度，其中辊间距为0.2mm，温度为40℃，多次过辊直至填充阻隔剂被完全吸收，转速比为1.15，而后打散，常温存储48h后，即得高性能高填充量沥青用改性胶粉。将45份胶粉(通过改性胶粉的组分类似物含量换算得到的纯胶粉，下述实施例中所述胶粉用量均为换算后用量)与1份补强剂和100份基质沥青(所述基质沥青为道路石油沥青，符合中华人民共和国交通运输部对道路用沥青的技术要求)在170℃下搅拌15min，速度为800r/min，10000r/min下高速剪切45min，得到废胶粉改性沥青胶结料。
将上述胶粉改性沥青胶结料加热至170℃、矿料加热至180℃。将石料在混合料搅拌器中干拌3s后将胶粉改性沥青加入矿料，与矿料湿拌30s，而后出料，出料温度为170～180℃，得到高浓度胶粉改性沥青混合料。
实施例2
按质量份数，将100份废胶粉在反应釜内，首先以500r/min低速搅拌1min，以800r/min高速搅拌3min，并升温至45℃，将55份预热至50℃的填充阻隔剂(环烷油∶工业油酸＝3∶1)喷入到上述废胶粉中，以800r/min高速搅拌2min，风冷3min，温度降低至40℃后存储48h，然后使用双辊开炼机将预混胶粉与15份填充阻隔剂进行剪切共混处理，而后打散，常温存储48h，即制得高性能高填充量沥青用改性胶粉。将60份胶粉与1份补强剂和100份基质沥青在170℃搅拌15min，速度为800r/min，10000r/min下高速剪切45min得到废胶粉改性沥青胶结料。
将上述胶粉改性沥青胶结料加热至170℃、矿料加热至180℃。将石料在混合料搅拌器中干拌3s后将胶粉改性沥青加入矿料，与矿料湿拌30s，而后出料，出料温度为170～180℃，得到高浓度胶粉改性沥青混合料。
实施例3
按质量份数，将100份废胶粉在反应釜内，首先以400r/min低速搅拌3min，然后改用800r/min高速搅拌3min，并升温至45℃，将70份预热至60℃的填充阻隔剂(废塑料裂解油∶脱质沥青＝4∶1)，以800r/min高速搅拌2min，风冷5min，存储48h，然后使用双辊开炼机将预混胶粉与20份填充阻隔剂进行剪切共混处理，而后打散，存储48h，制得高性能高填充量沥青用改性胶粉。将60份胶粉与1份补强剂和100份基质沥青在180℃下搅拌30min，速度为1200r/min，而后剪切45min，速度为12000r/min，得到废胶粉改性沥青胶结料。
将上述胶粉改性沥青胶结料加热至170℃、矿料加热至180℃。将石料在混合料搅拌器中干拌3s后将胶粉改性沥青加入矿料，与矿料湿拌30s，而后出料，出料温度为170～180℃，得到高浓度胶粉改性沥青混合料。
实施例4
首先将石料加热至180℃，而后将3份补强剂石料中与石料干拌5s，而后将35份改性胶粉投入混合料拌合器中拌合5s，将沥青加热至170℃后喷入拌合器中与石料湿拌30s，而后出料，出料温度为170～180℃，得到高浓度胶粉改性沥青混合料。
表1、2为实施例1～4所述胶粉改性沥青混合料样品的性能指标
*：按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004。
*：按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004。
从数据中可以看出，胶粉添加量增加的同时得到了性能优异的产品。
Claims (5)
1.一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于其组成包括改性胶粉、补强剂、矿料和基质沥青，所述改性胶粉由填充阻隔剂和胶粉组成，所述填充阻隔剂为亚麻油酸、脂肪酸、环烷油、白矿油、硅油、油酸、废机油、废塑料裂解油、成品脱质沥青中的一种或几种，所述改性胶粉、补强剂及基质沥青的重量比为45～70：0.5～5：100，所述改性胶粉中填充阻隔剂和胶粉的质量比为100:50～110，所述胶粉为废轮胎制得的橡胶粉，粒径为20～120目，所述补强剂其组成为接枝化超高分子量聚乙烯，所述改性胶粉的制备方法包括以下步骤：
首先将部分调和好的所述填充阻隔剂喷洒至胶粉上，通过高速搅拌进行预混，搅拌后风冷，放置40-60小时得到预溶胀胶粉；而后使用双辊开炼机将预混得到的预溶胀胶粉与剩余填充阻隔剂进行剪切共混，充分溶胀后使用高速搅拌将其搅拌至分散，并室温下放置40-60h充分发育，制得所述改性胶粉，所述填充阻隔剂喷洒时加热至50℃～60℃，填充阻隔剂与胶粉的搅拌温度为50℃～70℃。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于所述填充阻隔剂和胶粉的质量比为100:70～100。
3.根据权利要求1所述一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于所述风冷后温度为30℃～40℃，风冷后放置48h，分散后室温放置48小时。
4.根据权利要求1所述一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于所述高速搅拌的速度为800～1500r/min，时间为5～30min。
5.根据权利要求1所述一种高浓度胶粉改性沥青混合料，其特征在于所述双辊开炼机的参数设置为，辊间距为0.2mm，温度为40℃，转速比为1.15，所述混炼后胶粉的搅拌速度为600r/min，时间3～10min。
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