CN105385177A - 一种经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，包含如下质量分数的各组分：热塑性弹性体聚合物25～50份，废旧橡胶粉5～25份，偶联剂5～10份，无机填料5～15份，抗老化剂5～15份和沥青10～55份。通过本发明特定的配比和加工工艺，复合后得到的组合物能够大幅度提高沥青混合料的高温抗车辙性能，同时在一定程度上改善沥青混合料的低温性能和水稳定性能，与市场上流通性能优良的抗车辙剂相比，生产成本低廉，同时也解决了一部分生活垃圾回收料，可用于道路沥青混合料中并进行推广。

Description

一种经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料添加剂及其制备方法，尤其涉及一种提高路面抗车辙性能的经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法。
背景技术
近年来，国民经济快速发展，给人们生活和生产方式带来极大改善，但同时也给交通行业带来了极大的挑战，诸如交通量迅猛增加，超载现象严重，汽车轴载不断增加以及外界气候环境日益严峻等等，不仅极大的减少了已建成高速公路的服役寿命，而且使新建的道路更早的出现病害，诸如车辙，水损害、裂缝等等，这些病害不仅严重影响了路面行车舒适性，而且某一病害的产生更加速诱导了其它病害的产生和发展，与路面开裂、水损害等其他病害相比，车辙的危害性最大，而且维修困难、花费巨大，已成为高速公路养护工作的重中之重。
目前，诸如水损害、裂缝等病害已经基本解决，但是高速公路车辙病害一直没能得到很好的控制。这除了与我国的特殊国情有关，还与复杂的气候环境有关。综合考虑，在当前形势下要从根本上解决车辙病害是困难的，但是采取有力的措施大幅度提高抗车辙能力，延缓病害出现的时间和延长其服役龄期则是可行的。目前，市场上性能较好的高模量抗车辙剂产品价格昂贵，多在2万元左右。高昂的价格限制了其大规模的推广和应用。
为了降低生产成本，推动抗车辙剂产品在工程中的推广应用，研究人员往往使用废弃或回收的聚烯烃类和橡胶粉等其它物质复合来制备沥青混合料的抗车辙剂，如中国专利CN102964525A、CN101451016A，CN101805470A和CN103897411A均公开了抗车辙添加剂的组成，但是都存在着一些缺陷，如改性剂、矿料或沥青之间的相容性和均匀分散性差，高温下的改善效果不佳，或是虽然高温性能大幅度提高了，但是一定程度上削弱了沥青混合料的低温性能和水稳定性能。因此，综合各种影响因素，研究出能够大幅度提高沥青混合料的高温抗车辙性能，同时在一定程度上改善沥青混合料的低温性能和水稳定性能，真正适应市场化的经济型高模量沥青混合料抗车辙剂产品已经迫在眉睫。
有鉴于上述现有的沥青混合料添加剂存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的沥青混合料添加剂存在的缺陷，而提供一种经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的经济型高模量沥青混合料添加剂，包含如下质量分数的各组分：热塑性弹性体聚合物25～50份，废旧橡胶粉5～25份，偶联剂5～10份，无机填料5～15份，抗老化剂5～15份和沥青10～55份。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述热塑性弹性体聚合物为聚丙烯、聚碳酸酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯、低醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物或高醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物中的一种或任意两种及以上的混合物。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述废旧橡胶粉选自卡车轮胎或轿车轮胎磨细橡胶粉，粒度为30～80目，优选卡车轮胎磨细橡胶粉，粒度为30～50目之间。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种及以上的混合物；优选为γ—氨丙基三乙氧基硅烷(KH～550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH～560)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH～570)的一种硅烷偶联剂。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述无机填料为水泥、石灰、纳米碳酸钙中的一种或任意两种及以上的混合物；优选为水泥或纳米碳酸钙一种或两种的混合物。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述抗老化剂为对二苯胺、巴斯夫抗氧剂1010、双硫醚或巴斯夫抗氧剂HP136中的一种或任意两种的混合物；优选为对二苯胺、巴斯夫抗氧剂1010或巴斯夫抗氧剂HP136中一种或两种的混合物。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述沥青为天然沥青、石油沥青或硬质沥青中的一种或任意两种及以上的混合物，优选为硬质沥青。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，所述低醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物熔体质量流动速率为0.1～10g/10min，其中醋酸乙烯的含量为1～30wt％；所述高醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物熔体质量流动速率为0.1～35g/10min，其中醋酸乙烯的含量为20～60wt％；优选质量流动速率为2～8g/10min的低VA含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物，其中VA的含量为10～25wt％，和质量流动速率为2～15g/10min的高VA含量乙烯—醋酸乙烯聚合物，其中VA的含量为25～45wt％，高VA含量乙烯—醋酸乙烯聚合物与低VA含量乙烯—醋酸乙烯聚合物的质量比为(1～15)：(1～5)。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，聚丙烯熔体质量流动速率在0.1～20g/10min之间，优选质量流动速率在2～10g/10min聚丙烯回收料。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂，低密度聚乙烯(LDPE)熔体质量流动速率在0.1～10g/10min之间，高密度聚乙烯(HDPE)熔体质量流动速率在0.1～50g/10min之间；优选质量流动速率为0.3～5g/10min的低密度聚乙烯(LDPE)和质量流动速率为0.5～25g/10min高密度聚乙烯(HDPE)的混合物，其中高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的质量比为(1～5):(1～20)。
经济型高模量沥青混合料添加剂的制备方法，包括如下操作，利用料仓的辅助装置中的电子计量装置精确称重各组分含量；控制料仓中各组分下料速度以及引料槽的倾斜角度，将其按照组分比例，通过引料槽将各组分引入螺杆挤出机的进料漏斗，混合组分通过漏斗进入螺杆挤出机中进行混炼，由挤出机挤出成型，经过冷水槽冷却，牵引至造粒机中，设置剪切速度，剪短造粒，干燥，称重包装。
前述的经济型高模量沥青混合料添加剂的制备方法，所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机的一种，螺杆的长径比为30～50，螺杆的转速为30～150rpm，造粒温度为60℃～250℃；优选的螺杆的长径比为31～40，螺杆的转速为80rpm～120rpm，造粒温度为90℃～210℃。
借由上述技术方案，本发明经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法至少具有下列优点：
本发明的经济型高模量沥青混合料添加剂选取了不同的热塑性弹性体聚合物，加入废旧橡胶粉、偶联剂、无机填料、抗老化剂和沥青，通过本发明特定的配比和加工工艺，复合后得到的组合物能够大幅度提高沥青混合料的高温抗车辙性能，同时在一定程度上改善沥青混合料的低温性能和水稳定性能。本发明经济型高模量沥青混合料添加剂DSC曲线表明，组合物中相变温度敏感区间为115℃～130℃之间，在此区间由于相变会导致体积收缩，应力集中，而掺其添加剂的沥青混合料碾压温度范围为140℃～160℃之间，有效的避免了在温度敏感区由于碾压导致的沥青混合料的微裂缝和松散情况。同时高温下组合物中相变也提高了沥青混合料生产加工的便利性。
组合物中的聚丙烯成分能够提高沥青的高温性能；高密度聚乙烯与低密度聚乙烯混合，一方面降低了成本，另一方面在提高高温性能的同时兼顾了低温性能；加入不同醋酸乙烯(VA)含量的EVA能够提高沥青的低温性能，改善沥青与聚合物之间的相容性；废旧橡胶粉提高和改善了低温性能；硅烷偶联剂提高了聚合物、集料和沥青之间的粘结强度，无机添加剂的水泥能够提高集料和沥青之间的粘结力，提高沥青混合料的水稳定性，抗老化剂能够减少或阻止添加剂中聚合物在加热过程中氧化分解；与市场上流通的性能优良抗车辙剂相比，生产成本低廉，同时也解决了一部分生活垃圾回收料，可用于道路沥青领域中进行推广应用。
制备工艺采用料仓的辅助装置—电子计量装置精确称量各组分含量，然后调整料仓下方速度控制各自的比例，最后将各组分通过引料槽引入高速剪切螺杆挤出机的进料漏斗，此方法能够确保机械混合或因实验过程中的人为误差导致试验结果的不确定性，使组合物中各含量准确，保证混合时跟混合料混合均匀。本发明不仅提出了一种低成本高模量沥青混合料添加剂的制备思路，同时通过合理的配比和工艺加工条件，使沥青混合料获得优良的综合性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1所示为经济型高模量沥青混合料添加剂DSC曲线。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的经济型高模量沥青混合料添加剂及其制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
经济型高模量沥青混合料添加剂按照重量数包括如下组分，热塑性弹性体聚合物聚丙烯25千克，废旧卡车轮胎橡胶粉5千克(30目)，KH～550硅烷偶联剂5千克，无机填料水泥5千克，抗老化剂对二苯胺7千克和硬质沥青40千克。
经济型高模量沥青混合料添加剂制备工艺如下：首先利用料仓的辅助装置，即电子计量装置精确称重各组分含量，然后将其按照组分的比例，控制料仓中各组分下料速度以及引料槽的倾斜角度，通过引料槽将各组分引入螺杆挤出机的进料漏斗，混合组分通过漏斗进入螺杆挤出机中进行混炼，由挤出机挤出成型，经过冷水槽冷却，牵引至造粒机中，设置剪切速度，剪短造粒，干燥后称重，装袋。
其中四个区的加热温度分别为，加料段：155℃；熔融混合段：165℃；均化段：190℃；挤出段：190℃；螺杆的转速为90。
沥青混合料的制备工艺如下：将制备好的经济型高模量沥青混合料添加剂与热矿料进行混合，使其混合均匀，然后加入称量的沥青，拌和80s，最后加入矿粉，拌和20s，制备沥青混合料，其中沥青的种类为韩国SK70#、韩国SK90#、中石化70#或中石化90#。采用的混合料中矿料为玄武岩、石灰岩、花岗岩的一种，其中1#料为10～20mm，2#料为5～15mm，3#料为3～5mm，4#料为0～3mm。级配范围：1#料通过率为27％，2#料通过率为34％，3#料通过率为13％，4#料通过率为23％，矿粉为通过率为3％，沥青用量为4.1％。沥青与石料的油石比为4.1％，级配类型为Sup20，本发明的经济型高模量沥青混合料添加剂添加量为矿料的0.4％，对沥青混合料进行检测，主要检测高温性能、低温性能和水稳定性，其中用动稳定度来评价高温性能，利用AASHOT283试验评价水稳定性能，利用低温弯曲破坏应变评价低温性能，检测结果如表1所示。本发明高模量沥青混合料添加剂DSC曲线如图1所示，组合物中相变温度敏感区间为115℃～130℃之间，在此区间由于相变会导致体积收缩，应力集中，而掺其添加剂的沥青混合料碾压温度范围为140℃～160℃之间，有效的避免了在温度敏感区由于碾压导致的沥青混合料的微裂缝和松散情况。
实施例2
经济型高模量沥青混合料添加剂按照重量数包括如下组分，热塑性弹性体聚合物低密度聚乙烯35千克，废旧卡车轮胎橡胶粉7千克(50目)，钛酸酯偶联剂5千克，无机填料水泥和纳米碳酸钙1:1的混合物5千克，抗老化剂双硫醚8千克和天然沥青45千克。
经济型高模量沥青混合料添加剂制备工艺如下：首先利用料仓的辅助装置，即电子计量装置精确称重各组分含量，然后将其按照组分的比例，控制料仓中各组分下料速度以及引料槽的倾斜角度，通过引料槽将各组分引入螺杆挤出机的进料漏斗，混合组分通过漏斗进入螺杆挤出机中进行混炼，由挤出机挤出成型，经过冷水槽冷却，牵引至造粒机中，设置剪切速度，剪短造粒，干燥后称重，装袋。
其中四个区的加热温度分别为，加料段：145℃；熔融混合段：170℃；均化段：190℃；挤出段：190℃；螺杆的转速为100rpm。
沥青混合料的制备工艺如下：将制备好的经济型高模量沥青混合料添加剂与热矿料进行混合，使其混合均匀，然后加入称量的沥青，拌和100s，最后加入矿粉，拌和40s，制备沥青混合料，其中沥青的种类为韩国SK70#、韩国SK90#、中石化70#或中石化90#。采用的混合料中矿料为玄武岩、石灰岩、花岗岩的一种，其中1#料为10～20mm，2#料为5～15mm，3#料为3～5mm，4#料为0～3mm。级配范围：1#料通过率为32％，2#料通过率为33％，3#料通过率为6％，4#料通过率为26％，矿粉为通过率为3％，沥青用量为4.1％。沥青与石料的油石比为4.1％，级配类型为Sup20，本发明经济型高模量沥青混合料添加剂添加量为矿料的0.4％，对沥青混合料进行检测，主要检测高温性能、低温性能和水稳定性，其中用动稳定度来评价高温性能，利用AASHOT283试验评价水稳定性能，利用低温弯曲破坏应变评价低温性能，检测结果如表1所示。
实施例3
经济型高模量沥青混合料添加剂按照重量数包括如下组分，热塑性弹性体聚合物聚苯乙烯45千克，废旧轿车轮胎橡胶粉5千克(40目)，铝酸酯偶联剂5千克，无机填料水泥和纳米碳酸钙2:1的混合物5千克，抗老化剂二苯胺9千克和硬质沥青50千克。
经济型高模量沥青混合料添加剂制备工艺如下：首先利用料仓的辅助装置，即电子计量装置精确称重各组分含量，然后将其按照组分的比例，控制料仓中各组分下料速度以及引料槽的倾斜角度，通过引料槽将各组分引入螺杆挤出机的进料漏斗，混合组分通过漏斗进入螺杆挤出机中进行混炼，由挤出机挤出成型，经过冷水槽冷却，牵引至造粒机中，设置剪切速度，剪短造粒，干燥后称重，装袋。
其中四个区的加热温度分别为，加料段：155℃；熔融混合段：180℃；均化段：200℃；挤出段：200℃；螺杆的转速为120rpm。
沥青混合料的制备工艺如下：将制备好的经济型高模量沥青混合料添加剂与热矿料进行混合，使其混合均匀，然后加入称量的沥青，拌和100s，最后加入矿粉，拌和20s，制备沥青混合料，其中沥青的种类为韩国SK70#、韩国SK90#、中石化70#或中石化90#。采用的混合料中矿料为玄武岩、石灰岩、花岗岩的一种，其中1#料为10～20mm，2#料为5～15mm，3#料为3～5mm，4#料为0～3mm。级配范围：为1#料通过率为22％，2#料通过率为35％，3#料通过率为11％，4#料通过率为29％，矿粉为通过率为3％，沥青用量为4.1％。沥青与石料的油石比为4.1％，级配类型为Sup20，本发明的经济型高模量沥青混合料添加剂添加量为矿料的0.4％，对沥青混合料进行检测，主要检测高温性能、低温性能和水稳定性，其中用动稳定度来评价高温性能，利用AASHOT283试验评价水稳定性能，利用低温弯曲破坏应变评价低温性能，检测结果如表1所示。
经济型高模量沥青混合料添加剂混合料实施例1～3中的拌和以及成型温度参数为矿料加热温度160℃～195℃，沥青加热温度145℃～165℃，沥青混合料的拌和温度150℃～180℃，压实或车辙成型温度为150℃～170℃。
下表1为含经济型高模量沥青混合料实施例1～3与对比例普通SBS改性沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能，其中经济型高模量添加剂的掺量为矿料质量的0.4％。
表1经济型高模量沥青混合料性能
从表1中可以看出，与对照例普通SBS改性沥青混合料相比，掺入本发明经济型高模量添加剂的沥青混合料其高温抗车辙性能大大提高，同时低温性能和水稳定性能有了明显的改善。与对照例相比，实施例2中其动稳定度提高了110％，劈裂强度比提高了13％，低温下的破坏应变提高了47％，结果表明，掺入高模量添加剂后沥青混合料不仅大大提高了其高温抗车辙性能，也在一定程度上改善了沥青混合料的水稳定性能和低温性能。
本发明经济型高模量添加剂还能在一定程度上改善沥青混合料的施工便利性。从经济成本角度来看，其成本是同类性能优良的抗车辙剂产品的40％～50％；综合来看，本经济型高模量添加剂大大的提高了和改善了沥青混合料的综合性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：包含如下质量分数的各组分：热塑性弹性体聚合物25～50份，废旧橡胶粉5～25份，偶联剂5～10份，无机填料5～15份，抗老化剂5～15份和沥青10～55份。
2.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述热塑性弹性体聚合物为聚丙烯、聚碳酸酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯、低醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物或高醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物中的一种或任意两种及以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述废旧橡胶粉粒度为30～80目。
4.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种及以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述无机填料为水泥、石灰、纳米碳酸钙中的一种或任意两种及以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述抗老化剂为对二苯胺、巴斯夫抗氧剂1010、双硫醚或巴斯夫抗氧剂HP136中的一种或任意两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述沥青为天然沥青、石油沥青或硬质沥青中的一种或任意两种及以上的混合物。
8.根据权利要求2所述的经济型高模量沥青混合料添加剂，其特征在于：所述低醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物熔体质量流动速率为0.1～10g/10min，其中醋酸乙烯的含量为1～30wt％；所述高醋酸乙烯含量的乙烯—醋酸乙烯聚合物熔体质量流动速率为0.1～35g/10min，其中醋酸乙烯的含量为20～60wt％。
9.经济型高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下操作，利用料仓的辅助装置中的电子计量装置精确称重各组分含量；控制料仓中各组分下料速度以及引料槽的倾斜角度，将其按照组分比例，通过引料槽将各组分引入螺杆挤出机的进料漏斗，混合组分通过漏斗进入螺杆挤出机中进行混炼，由挤出机挤出成型，经过冷水槽冷却，牵引至造粒机中，设置剪切速度，剪短造粒，干燥，称重包装。
10.根据权利要求9所述的经济型高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出机中螺杆的长径比为30～50，螺杆的转速为30～150rpm；造粒温度为60℃～250℃。
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