CN105174788A - 一种沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法，所述抗车辙剂化学组成为：均聚聚丙烯，共聚聚丙烯，滑石粉，抗氧剂，偶联剂和废旧聚乙烯材料。制备方法如下：（1）将均聚聚丙烯和共聚聚丙烯加热干燥；（2）按照质量配比将均聚聚丙烯，共聚聚丙烯，滑石粉，抗氧剂和偶联剂，室温下进行混合得到高分子相容剂；（3）将高分子相容剂与废旧聚乙烯材料共混挤出，挤出料造粒即得。本发明的抗车辙剂具有优异的抗冲击性能，较高的强度和韧性，还具有较高的熔点，将其应用于沥青混凝土中，不但可以提高沥青混凝土的模量，改善沥青混凝土的高温抗车辙能力，还能改善沥青混凝土的低温开裂性能和水稳定性能。

Description

一种沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法。

背景技术

目前，我国高等级公路上普遍采用半刚性基层与沥青面层结合的路面结构形式，这种结构组合由于基层承载能力强，对沥青材料的需求量相对较少，而得到了广泛的推广。但是随着公路运输交通量的急剧增加，超载、重载现象屡禁不止，这种沥青路面往往在使用前期就发生车辙、开裂等病害，无法在设计寿命年限内持续提供通行条件。这是因为沥青面层作为柔性结构，位于路面结构的最上部，直接承受车辆轮胎的压实和冲击作用，在使用一段时期后，沥青混合料内部损伤逐渐地发展迅速，致使沥青面层力学性能衰退，在反复载荷作用下开始出现变形和开裂等病害。为提高沥青面层的整体强度，沥青面层的厚度一再提高，在石油资源日益紧张的今天，作为石油衍生品的沥青材料的需求量也随之增加，道路的造价也将有所提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法。本发明的技术方案如下：

一种沥青混凝土抗车辙剂，化学组成为：均聚聚丙烯3.4~4.9wt%，共聚聚丙烯2.5~4.5wt%，滑石粉1~1.5wt%，抗氧剂0.0003~0.0004wt%，偶联剂0.0004~0.0005wt%，废旧聚乙烯材料80~94wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.5~1:1。

所述均聚聚丙烯为：型号022、5004、2401、S1003、T30S、163中的一种。

所述共聚聚丙烯为：型号1647、1947、K8303、K7726、K1003、K9935、K9920、EPS30R、EPF30R、1340、1400、1700、1300中的一种。

所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、[三(1，4-二叔丁基苯基)亚磷酸]、[双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇酯二磷酸酯]或[双(十八烷基)季戊四醇酯二亚磷酸酯]。

所述偶联剂为：型号KH550、KH560、KH570、KH792、DL602的硅烷偶联剂中的一种。

所述废旧聚乙烯材料为废旧聚乙烯树脂、高密度聚乙烯树脂、线型低密度聚乙烯树脂、线型聚乙烯、低压低密度聚乙烯、低分子量聚乙烯树脂、低密度聚乙烯中一种或多种的混合。

所述沥青混凝土抗车辙剂的制备方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）将均聚聚丙烯和共聚聚丙烯在50~70°C干燥24h，备用；

（2）按照质量百分比为：均聚聚丙烯3.4~4.9wt%，共聚聚丙烯2.5~4.5wt%，滑石粉1~1.5wt%，抗氧剂0.0003~0.0004wt%，偶联剂0.0004~0.0005wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的总质量在抗车辙剂中占6~20%，两者的质量比为0.5~1:1的配比选配原料，室温下在高速搅拌机中进行混合，其中搅拌速度为3000~4000r/min，搅拌时间为10~15min，得到高分子相容剂；

（3）采用双螺杆挤出机将步骤（2）的高分子相容剂与废旧聚乙烯材料共混挤出，其中废旧聚乙烯材料在抗车辙剂中占80~94wt%，共混挤出的工艺参数为：一区温度为170~180°C，二区温度为180~190°C，三区温度为180~200°C，四区温度为180~200°C，五区温度为200~220°C，六区温度为200~220°C，七区温度为185~200°C，八区温度为180~200°C，九区温度为180~190°C，机头温度为180~190°C，挤出料采用造粒机造粒，得到圆柱状颗粒的沥青混凝土抗车辙剂。

采用注塑机将所述沥青混凝土抗车辙剂注塑成被测试样，注塑工艺参数为：一区温度为200~220℃，二区温度为210~230℃，三区温度为220~240℃，四区温度为220~240℃，五区温度为210~230℃，机头温度为200~220℃，开模压力为90~110MPa，锁模压力为120~140MPa，测定试样的维卡软化点为100~130℃，测试过程符合GB/T1633-2000标准；冲击强度为9~11J/㎡，测试过程符合GB-T14153-1993标准；拉伸强度为15~20MPa，测试过程符合GB-T1040-1992标准；断裂伸长率为100~200%，测试过程符合GB-T16419-1996标准；密度为0.8~0.9g.cm^-3。

常规沥青混凝土中所用的集料可采用本发明的沥青混凝土抗车辙剂，集料的级配适用于《沥青路面施工技术规范》中规定的各种级配，例如AC-20，AC-25等。在确定了抗车辙剂、沥青和矿粉的用量后，选择集料的级配和确定其用量。选择集料的级配和确定其用量是本领域普通技术人员已经掌握的技术，他们可以根据具体情况进行选择，因此不再详述。进一步说明沥青混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：首先将本发明的抗车辙剂加入至180~190℃的集料中，干拌2~3min，抗车辙剂的加入量占沥青混凝土总量的0.08%；然后立即加入热的液态沥青，在175℃~180℃搅拌3~5min，得到高温性能优异的沥青混凝土。将所述沥青混凝土按照《沥青混合料性能测试规范》的要求制备出沥青混凝土待测试样。制备得到的沥青混凝土待测试样的性能测试结果为：动稳定度为不小于5000次/mm，测试过程符合T0719-1993标准；车辙深度不大于2.5mm，测试过程符合T0719-1993标准；测试过程破坏应变为不小于2300με，测试过程符合T0715-1993标准，较普通沥青混凝土的动稳定度提高了近4000次/mm，车辙深度降低了近4mm，破坏应变提高了近2300με。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的沥青抗车辙剂中添加废旧聚乙烯材料作为改性剂，使沥青混凝土的高温模量更高，低温韧性更强，较SBS改性沥青混凝土拥有更好的长期使用性能与使用寿命，故全寿命周期成本更低。并且将废塑料、废橡胶等的回收利用，可减少废塑料、废橡胶等对环境的污染，具有显著的环境效益。

2、本发明制备的沥青混凝土抗车辙剂的维卡软化点为100~130℃，冲击强度为9~11J/㎡，拉伸强度为15~20MPa，断裂伸长率为100~200%，密度为0.8~0.9g.cm^-3，具有优异的抗冲击性能，较高的强度和韧性，还具有较高的熔点，阻燃性提高，将其应用于沥青混凝土中，不但可以提高沥青混凝土的模量，改善沥青混凝土的高温抗车辙能力，还能改善沥青混凝土的低温开裂性能和水稳定性能，和普通沥青混凝土的性能相比，添加本发明沥青混凝土抗车辙剂的沥青混凝土其动稳定度提高了近312%，车辙深度降低了近70%，破坏应变提高了近143%。

3、本发明方法工艺简单、易于操作，适于工业化大规模生产。

具体实施方式

本发明实施例中采用的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、滑石粉、抗氧剂、偶联剂均为市售产品。

本发明实施例中采用的废旧聚乙烯来源于农用薄膜、包装薄膜、电缆绝缘层等回收料。

本发明实施例中采用的高速搅拌机为ZGH—50型立式高速混合机。

本发明实施例中采用的双螺杆挤出机为SHJ—20型双螺杆挤出机。

本发明实施例中采用的注塑机为NG120—A型注塑机。

实施例1

一种沥青混凝土抗车辙剂，化学组成为：均聚聚丙烯（T30S）3.5wt%，共聚聚丙烯（EPS30R）3.5wt%，滑石粉1wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0003wt%，偶联剂KH5500.0004wt%，废旧聚乙烯树脂92wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为1:1。制备方法如下：

（1）将均聚聚丙烯（T30S）和共聚聚丙烯（EPS30R）在50°C干燥24h，备用；

（2）按照质量百分比为：均聚聚丙烯（T30S）3.5wt%，共聚聚丙烯（EPS30R）3.5wt%，滑石粉1wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0003wt%，偶联剂KH5500.0004wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为1:1的配比选配原料，室温下在高速搅拌机中进行混合，其中搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为10~15min，得到高分子相容剂；

（3）采用双螺杆挤出机将高分子相容剂与废旧聚乙烯树脂共混挤出，其中废旧聚乙烯树脂在抗车辙剂中占92wt%，共混挤出的工艺参数为：一区温度为170℃，二区温度为180℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为200℃，六区温度为200℃，七区温度为185℃，八区温度为180℃，九区温度为180℃，机头温度为180℃，挤出料采用造粒机造粒，得到圆柱状颗粒的沥青混凝土抗车辙剂。

采用注塑机将本实施例的沥青混凝土抗车辙剂注塑成被测试样，注塑工艺参数为：一区温度为220℃，二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为230℃，机头温度为220℃，开模压力为90MPa，锁模压力为128MPa。沥青混凝土抗车辙剂试样的材料性能测定结果如表1所示：维卡软化点为122.3℃，测试过程符合GB/T1633-2000标准；冲击强度为9.624J/㎡，测试过程符合GB-T14153-1993标准；拉伸强度为17.4MPa，测试过程符合GB-T1040-1992标准；断裂伸长率为128%，测试过程符合GB-T16419-1996标准；密度为0.858g.cm^-3。

采用本实施例的沥青混凝土抗车辙剂制备高温性能优异的沥青混凝土的方法，按照以下步骤进行：首先将本发明的抗车辙剂加入至180~190℃的集料中，干拌2~3min，抗车辙剂的加入量占沥青混凝土总量的0.08%；然后立即加入热的液态沥青，在175℃~180℃搅拌3~5min，得到高温性能优异的沥青混凝土。将制备的沥青混凝土按照《沥青混合料性能测试规范》的要求制备出沥青混凝土待测试样。沥青混凝土待测试样的性能测试结果如表2所示：动稳定度为7241次/mm，测试过程符合T0719-1993标准；车辙深度为1.64mm，测试过程符合T0719-1993标准；测试过程破坏应变为2326με，测试过程符合T0715-1993标准；标准冻融劈裂强度比为81.3%，测试过程符合T0729-2000标准。

实施例2

一种沥青混凝土抗车辙剂，化学组成为：均聚聚丙烯（S1003）4.05wt%，共聚聚丙烯（K9935）4.5wt%，滑石粉1.5wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0004wt%，偶联剂KH5700.0005wt%，废旧低密度聚乙烯和线形低密度聚乙烯复合材料89wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.9:1。制备方法如下：

（1）将均聚聚丙烯（S1003）和共聚聚丙烯（K9935）在50°C干燥24h，备用；

（2）按照质量百分比为：均聚聚丙烯（S1003）4.05wt%，共聚聚丙烯（K9935）4.5wt%，滑石粉1.5wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0004wt%，偶联剂KH5700.0005wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.9:1的配比选配原料，室温下在高速搅拌机中进行混合，其中搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为10~15min，得到高分子相容剂；

（3）采用双螺杆挤出机将高分子相容剂与废旧低密度聚乙烯和线形低密度聚乙烯复合材料共混挤出，其中废旧低密度聚乙烯和线形低密度聚乙烯复合材料在抗车辙剂中占89wt%，且两者在复合材料中按1:1配比，共混挤出的工艺参数为：一区温度为170℃，二区温度为180℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为200℃，六区温度为200℃，七区温度为185℃，八区温度为180℃，九区温度为180℃，机头温度为180℃，挤出料采用造粒机造粒，得到圆柱状颗粒的沥青混凝土抗车辙剂。

采用注塑机将本实施例的沥青混凝土抗车辙剂注塑成被测试样，注塑工艺参数为：一区温度为220℃，二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为230℃，机头温度为220℃，开模压力为90MPa，锁模压力为128MPa。沥青混凝土抗车辙剂试样的材料性能测定结果如表1所示：维卡软化点为118.5℃，测试过程符合GB/T1633-2000标准；冲击强度为10.232J/㎡，测试过程符合GB-T14153-1993标准；拉伸强度为16.8MPa，测试过程符合GB-T1040-1992标准；断裂伸长率为107.5%，测试过程符合GB-T16419-1996标准；密度为0.878g.cm^-3。

采用本实施例的沥青混凝土抗车辙剂制备高温性能优异的沥青混凝土的方法，按照以下步骤进行：首先将本发明的抗车辙剂加入至180~190℃的集料中，干拌2~3min，抗车辙剂的加入量占沥青混凝土总量的0.08%；然后立即加入热的液态沥青，在175℃~180℃搅拌3~5min，得到高温性能优异的沥青混凝土。将制备的沥青混凝土按照《沥青混合料性能测试规范》的要求制备出沥青混凝土待测试样。沥青混凝土待测试样的性能测试结果如表2所示：动稳定度为5250次/mm，测试过程符合T0719-1993标准；车辙深度为1.73mm，测试过程符合T0719-1993标准；测试过程破坏应变为3618με，测试过程符合T0715-1993标准；标准冻融劈裂强度比为86.5%，测试过程符合T0729-2000标准。

实施例3

一种沥青混凝土抗车辙剂，化学组成为：均聚聚丙烯（T30S）3.5wt%，共聚聚丙烯（EPF30R）4.5wt%，滑石粉1.5wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0004wt%，偶联剂KH5500.0005wt%，废旧聚乙烯树脂90.5wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.8:1。制备方法如下：

（1）将均聚聚丙烯（T30S）和共聚聚丙烯（EPF30R）在70°C干燥24h，备用；

（2）按照质量百分比为：均聚聚丙烯（T30S）3.5wt%，共聚聚丙烯（EPF30R）4.5wt%，滑石粉1.5wt%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.0004wt%，偶联剂KH5500.0005wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.8:1的配比选配原料，室温下在高速搅拌机中进行混合，其中搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为10~15min，得到高分子相容剂；

（3）采用双螺杆挤出机将高分子相容剂与废旧聚乙烯树脂共混挤出，其中废旧聚乙烯树脂在抗车辙剂中占90.5wt%，共混挤出的工艺参数为：一区温度为170℃，二区温度为180℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为200℃，六区温度为200℃，七区温度为185℃，八区温度为180℃，九区温度为180℃，机头温度为180℃，挤出料采用造粒机造粒，得到圆柱状颗粒的沥青混凝土抗车辙剂。

采用注塑机将本实施例的沥青混凝土抗车辙剂注塑成被测试样，注塑工艺参数为：一区温度为220℃，二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为230℃，机头温度为220℃，开模压力为90MPa，锁模压力为128MPa。沥青混凝土抗车辙剂试样的材料性能测定结果如表1所示：维卡软化点为116.2℃，测试过程符合GB/T1633-2000标准；冲击强度为10.312J/㎡，测试过程符合GB-T14153-1993标准；拉伸强度为15.9MPa，测试过程符合GB-T1040-1992标准；断裂伸长率为123.9%，测试过程符合GB-T16419-1996标准；密度为0.803g.cm^-3。

采用本实施例的沥青混凝土抗车辙剂制备高温性能优异的沥青混凝土的方法，按照以下步骤进行：首先将本发明的抗车辙剂加入至180~190℃的集料中，干拌2~3min，抗车辙剂的加入量占沥青混凝土总量的0.08%；然后立即加入热的液态沥青，在175℃~180℃搅拌3~5min，得到高温性能优异的沥青混凝土。将制备的沥青混凝土按照《沥青混合料性能测试规范》的要求制备出沥青混凝土待测试样。沥青混凝土待测试样的性能测试结果如表2所示：动稳定度为5250次/mm，测试过程符合T0719-1993标准；车辙深度为1.84mm，测试过程符合T0719-1993标准；测试过程破坏应变为2390με，测试过程符合T0715-1993；标准冻融劈裂强度比为86.2%，测试过程符合T0729-2000标准。

表1：实施例1-3的抗车辙剂试样的材料性能测定结果

表2：实施例1-3的沥青混凝土与辽河90#基质沥青混凝土性能测试结果比较

Claims (10)

1.一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于化学组成为：均聚聚丙烯3.4~4.9wt%，共聚聚丙烯2.5~4.5wt%，滑石粉1~1.5wt%，抗氧剂0.0003~0.0004wt%，偶联剂0.0004~0.0005wt%，废旧聚乙烯材料80~94wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.5~1:1。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述均聚聚丙烯为：型号022、5004、2401、S1003、T30S、163中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述共聚聚丙烯为：型号1647、1947、K8303、K7726、K1003、K9935、K9920、EPS30R、EPF30R、1340、1400、1700、1300中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、[三(1，4-二叔丁基苯基)亚磷酸]、[双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇酯二磷酸酯]或[双(十八烷基)季戊四醇酯二亚磷酸酯]。

5.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述偶联剂为：型号KH550、KH560、KH570、KH792、DL602的硅烷偶联剂中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述废旧聚乙烯材料为废旧聚乙烯树脂、高密度聚乙烯树脂、线型低密度聚乙烯树脂、线型聚乙烯、低压低密度聚乙烯、低分子量聚乙烯树脂、低密度聚乙烯中一种或多种的混合。

7.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于所述沥青混凝土抗车辙剂的维卡软化点为100~130℃，冲击强度为9~11J/㎡，拉伸强度为15~20MPa，断裂伸长率为100~200%，密度为0.8~0.9g.cm^-3。

8.权利要求1所述的一种沥青混凝土抗车辙剂的制备方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：

（1）将均聚聚丙烯和共聚聚丙烯在50~70℃干燥24h，备用；

（2）按照质量百分比为：均聚聚丙烯3.4~4.9wt%，共聚聚丙烯2.5~4.5wt%，滑石粉1~1.5wt%，抗氧剂0.0003~0.0004wt%，偶联剂0.0004~0.0005wt%，且均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为0.5~1:1的配比选配原料，室温下在高速搅拌机中进行混合，其中搅拌速度为3000~4000r/min，搅拌时间为10~15min，得到高分子相容剂；

（3）采用双螺杆挤出机将步骤（2）的高分子相容剂与废旧聚乙烯材料共混挤出，其中废旧聚乙烯材料在抗车辙剂中占80~94wt%，共混挤出的工艺参数为：一区温度为170~180℃，二区温度为180~190℃，三区温度为180~200℃，四区温度为180~200℃，五区温度为200~220℃，六区温度为200~220℃，七区温度为185~200℃，八区温度为180~200℃，九区温度为180~190℃，机头温度为180~190℃，挤出料采用造粒机造粒，得到圆柱状颗粒的沥青混凝土抗车辙剂。

9.采用权利要求1所述的沥青混凝土抗车辙剂制备高温性能优异的沥青混凝土的方法，其特征在于按照以下步骤进行：首先将本发明的抗车辙剂加入至180~190℃的集料中，干拌2~3min，抗车辙剂的加入量占沥青混凝土总量的0.08%；然后立即加入热的液态沥青，在175℃~180℃搅拌3~5min，即得。

10.根据权利要求9所述的制备高温性能优异的沥青混凝土的方法，其特征在于所述沥青混凝土的动稳定度为不小于5000次/mm，车辙深度不大于2.5mm，测试过程破坏应变为不小于2300με。