CN107987537A - 一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料及其制备方法。传统彩色沥青胶结料制备技术能耗高，污染环境。本发明由以下质量百分比的原料组成：50～64％芳烃油、32～40％C₉石油树脂、1～2％CPE橡胶、2.5～7％DOP、0.5～1％改性粉体TAIC。制备方法：芳烃油加入到反应釜中加热至150～160℃后加入CPE橡胶，剪切搅拌10～15min后进行发育，持续10～20min；所得材料加热至160～170℃后将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC加入到反应釜中，在160～170℃下剪切搅拌10～15min后进行发育，持续10～20min；自然冷却。本发明高、低温性能强，能耗低，污染少。

Description

一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路材料领域，具体涉及一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料及其制备方法。

背景技术

彩色沥青路面是将浅色沥青胶结料、集料、无机颜料等在拌合后经过摊铺、碾压而成，该类型路面具有丰富的色彩选择、优良的理化性能、亲善的环境协调功能，因而越来越受到青睐与重视，在公园、自行车道、公交汽车专线和景观道路等方面得到了广泛应用。应用于城市道路时的优点是：可以提高路面美观；使道路功能分区，便于诱导交通；提高驾驶员的警觉性和识别效果，增强道路通行能力和行车安全。

透水型路面是一种开级配、大空隙率的路面，其空隙率一般在15～25％左右，能够及时将路面积水渗入至其下方的不透水层后通过路肩处排水***，实现路面积水的快速排出，从而减轻道路积水对路面结构的损害。此外，开级配、大空隙率的路面还能够增强道路的抗滑性能，同时也可以吸收车辆运行时所产生的噪音，显著降低城市交通噪音，提高车辆驾驶者及周边居民的舒适性。因此，将彩色胶结料应用于铺筑透水型路面，则新建成的彩色透水型路面将同时具有彩色沥青路面和透水型路面的优点。同时，这也对彩色胶结料的性能提出更高的要求。

传统技术(CN106317758A)关于开级配、大空隙率路面的彩色胶结料的配比及其制备方法，所述特种彩色沥青胶结料由C9石油树脂(20～120份)、橡胶油(20～100份)、SBS热塑性弹性体(3～30份)、SBR橡胶类改性材料(1～10份)、高密度聚乙烯(1～10份)、热塑性树脂(1～13份)、高粘度剂(2～20份)、温拌剂(1～10份)、聚酰胺(4～40份)、硫化剂(0.2～1份)和分散剂(0.1～0.5份)共11种材料组成，其制备工艺为：将各原材料按一定比例混合后先在120～140℃条件下搅拌溶胀发育2～3h，随后在160～180℃条件下高速剪切或胶体研磨1～2h，然后在送进发育罐中，在170～185℃条件下发育2～3h后制得特种彩色胶结料。

由上述分析知，采用传统技术制备彩色沥青胶结料的局限和缺点在于：

1、制备温度条件较高(170～185℃)，耗费能源情况严重；

2、采用硫磺作为硫化剂，在生产过程中将产生大量的硫化物，威胁工作人员健康，严重污染环境；

3、传统彩色沥青胶结料由11种原材料组成，其中所选用的环烷基橡胶油、热塑性丁苯橡胶SBS、高粘度剂和聚酰胺PA66等原材料价格高，大幅增加了生产成本；

4、传统彩色胶结料(专利CN106317758A)的制备过程复杂，技术难以得到有效控制：

(1)传统彩色沥青胶结料的彩色胶结料由11种原材料组成，原材料种类多，增加施工控制难度、生产周期长；

(2)传统彩色胶结料其生产分三步工序(第一步搅拌、溶胀发育；第二步高速剪切或胶体研磨；第三步溶胀发育、制备)，且每一步所需时间和温度均不相同，大幅增加了生产工艺的复杂程度和有效控制的难度。

因此，研究开发一种组分简单、生产工艺简易、性能优良、环保且价格低廉的彩色透水型沥青路面用胶结料是迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高、低温性能强，粘附性好，抗水损害和耐久性能强的用于透水型路面的环保彩色胶结料及其制备方法。

本发明一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料，由以下质量百分比的原料组成：50～64％的芳烃油、32～40％的C₉石油树脂、1～2％的CPE橡胶、2.5～7％的DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、0.5～1％的改性粉体TAIC(三烯丙基异氰脲酸酯)；

优选地，所述改性粉体TAIC由SiO₂改性液体TAIC制得，且TAIC与SiO₂质量百分比为75％：25％，比常见的粉体TAIC中的TAIC含量(占70％)高。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照以下质量百分比称量各组分：50～64％的芳烃油、32～40％的C₉石油树脂、1～2％的CPE橡胶、2.5～7％的DOP、0.5～1％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

(2)将芳烃油加入到反应釜中，加热至150～160℃后加入CPE橡胶，在150～160℃条件下连续剪切搅拌10～15min后停止剪切搅拌，在150～160℃条件下进行一次发育，持续时间10～20min；

(3)将步骤(2)所得材料加热至160～170℃后将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入到反应釜中，在160～170℃条件下连续剪切搅拌10～15min后停止剪切搅拌，在160～170℃条件下进行二次发育，持续时间10～20min；

(4)自然冷却。

优选地，生产过程中的剪切搅拌速率控制在3000～5000rpm。

与已公开彩色胶结料及制备技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明彩色胶结料，是各组分按质量百分比在给定温度、剪切搅拌及规定时间下经一次发育、二次发育后得到的，选用材料合理、综合性能好：芳烃油与DOP、CPE橡胶均有很好的相容性；C₉石油树脂，具有色浅、价低、无毒环保、耐热性和耐酸碱性优良等特点，与其他组分适当比例共同使用能提高彩色胶结料的综合性能；DOP为一种增塑剂，能够改善彩色胶结料的低温抗裂性，增强彩色胶结料的低温韧性；更为重要的是，各组分材料间的综合作用，通过各组分材料间的相互作用，综合提高了彩色胶结料的整体性能，使其具有显著的储存稳定性、高温稳定性、耐老化性和抗水损害性等性能。

2、首次将CPE橡胶用于制备彩色胶结料，CPE橡胶具有良好的耐候性、耐老化性和着色性，与C₉石油树脂共同使用有效提高了彩色胶结料与集料的粘附性，同时也提高了彩色胶结料的高温稳定性和低温抗裂性。

3、本发明首次将粉体TAIC用于制备彩色胶结料：

(1)所用粉体TAIC经SiO₂改性制得，且相较常规的粉体TAIC中TAIC与SiO₂含量比为7：3，本发明所用粉体TAIC中TAIC与SiO₂含量比为3：1。粉体TAIC中TAIC含量的增加显著提高了CPE橡胶的增韧性、耐热性和机械强度。

(2)粉体TAIC在彩色胶结料中起到交联剂和改性剂作用，增强了彩色胶结料的耐久性和储存稳定性等性能。

(3)本发明未使用硫磺作为硫化剂，而是采用了具有硫化剂类似作用的粉体TAIC进行替代，缩短了各组分的硫化时间，一方面可有效保证彩色胶结料的材料性能，另一方面克服了传统技术采用硫磺等硫化物产生有害气体的技术缺陷。

4、本发明彩色胶结料由5种原材料组成，组成成分少，且所用芳烃油、CPE橡胶和DOP等原材料市场价格低，大幅降低了生产成本。

5、本发明生产工艺简单，制备时间为40～70min，传统技术制备时间为5～8h，节约了时间成本，减少能耗，大幅提高了生产效率。

6、本发明不需要很高的制备温度就能取得良好的效果，彩色胶结料制备温度为150～170℃，与传统制备技术相比，温度降低了10～20℃，大大减少了能源消耗。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细描述。

实施例1、

一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料，由以下质量百分比的原料组成：56.4％的芳烃油、38.4％的C₉石油树脂、1.4％的CPE橡胶、3.2％的DOP和0.6％的改性粉体TAIC。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照质量百分比称量各组分：56.4％的芳烃油、38.4％的C₉石油树脂、1.4％的CPE橡胶、3.2％的DOP和0.6％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将CPE橡胶加入反应釜中，在155℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，155℃条件下发育15min；

3)将步骤2)所得材料加热至165℃后，将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，165℃条件下发育15min；

4)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

实施例2、

一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料，由以下质量百分比的原料组成：50％的芳烃油、40％的C₉石油树脂、2％的CPE橡胶、7％的DOP和1％的改性粉体TAIC。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照质量百分比称量各组分：50％的芳烃油，40％的C₉石油树脂、2％的CPE橡胶、7％的DOP和1％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将CPE橡胶加入反应釜中，在155℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，155℃条件下发育15min；

3)将步骤2)所得材料加热至165℃后，将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，165℃条件下发育15min；

4)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

实施例3、

一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料由以下质量百分比的原料组成：64％的芳烃油，32％的C₉石油树脂、1％的CPE橡胶、2.5％的DOP和0.5％的改性粉体TAIC。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照质量百分比称量各组分：64％的芳烃油，32％的C₉石油树脂、1％的CPE橡胶、2.5％的DOP和0.5％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将CPE橡胶加入反应釜中，在155℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，155℃条件下发育15min；

3)将步骤2)所得材料加热至165℃后，将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，165℃条件下发育15min；

4)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

为了充分体现本发明的优势所在，设置了如下对比例：

对比例1-1、

将实施例1中的CPE橡胶改成聚乙烯(英文名PE，热塑性树脂类材料)，含量不变，其余成分均等同于实施例1。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照质量百分比称量各组分：56.4％的芳烃油、38.4％的C₉石油树脂、1.4％的聚乙烯、3.2％的DOP和0.6％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将聚乙烯加入反应釜中，在155℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，155℃条件下发育15min；

3)将步骤2)所得材料加热至165℃后，将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，165℃条件下发育15min；

4)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

对比例1-2、

将实施例1中的CPE橡胶改成EVA树脂(热塑性树脂类材料)，含量不变，其余成分均等同于实施例1。

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照质量百分比称量各组分：56.4％的芳烃油、38.4％的C₉石油树脂、1.4％的EVA树脂、3.2％的DOP和0.6％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将EVA树脂加入反应釜中，在155℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，155℃条件下发育15min；

3)将步骤2)所得材料加热至165℃后，将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切15min后停止，165℃条件下发育15min；

4)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

对比例2、

原料及配比同实施例1；

该透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备工艺：

1)按照以下质量百分比称量各组分：56.4％的芳烃油、38.4％的C₉石油树脂、1.4％的CPE橡胶、3.2％的DOP和0.6％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

2)将芳烃油放入反应釜中加热至155℃，随后将C₉石油树脂、CPE橡胶、DOP和改性粉体TAIC一起加入反应釜中，在165℃、4000rpm剪切速度条件下，连续剪切30min后停止，165℃条件下发育30min；

3)自然冷却后，即制得透水型路面铺筑用环保彩色胶结料。

依照上述各实施例和对比例要求制备相应的彩色胶结料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定进行相应的性能试验，彩色沥青混合料级配采用OGFC-13型，试验结果见表1和表2所列。

表1 彩色胶结料性能试验结果

表2 OGFC-13彩色沥青混合料性能试验结果

由表1和表2可以看出：

1)3种实施例彩色胶结料的各项性能均达到(或部分优于)《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对道路石油沥青的要求，并且实施例1和实施例3彩色胶结料性能符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对Ⅲ-B聚合物改性沥青的要求；3种实施例彩色胶结料的各项性能均满足了《彩色沥青混凝土》(GB/T32984-2016)对彩色胶结料的要求。

2)3种实施例彩色沥青混合料的路用性能均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)与《彩色沥青混凝土》(GB/T32984-2016)对沥青混合料的要求。

3)对比例1-1和1-2结果知，CPE橡胶比同类型热塑性树脂类材料制备的彩色胶结料性能更加优异。

4)对比例2结果知，采用“二次发育”技术使得彩色胶结料各组分充分反应，所制备的彩色胶结料性能优异。

本发明基于沥青胶结料组成成分分析，从材料特性和节约成本角度出发，摒弃已公开发明中所用的硫化剂、分散剂、温拌剂等材料，优选芳烃油、C₉石油树脂、CPE橡胶、DOP和改性粉体TAIC共5种原材料，采用“二次发育”技术，在150～170℃条件下制备得到粘附性、高温抗变形和低温增韧性等综合路用性能优良的彩色胶结料，具有良好的技术执行性，能够适用于市政景观道路和透水型路面。

Claims (3)

1.一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：50～64％的芳烃油、32～40％的C₉石油树脂、1～2％的CPE橡胶、2.5～7％的DOP、0.5～1％的改性粉体TAIC。

2.根据权利要求1所述的一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料，其特征在于：所述改性粉体TAIC由SiO₂改性液体TAIC制得，且TAIC与SiO₂质量百分比为75％：25％。

3.一种透水型路面铺筑用环保彩色胶结料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按照以下质量百分比称量各组分：50～64％的芳烃油、32～40％的C₉石油树脂、1～2％的CPE橡胶、2.5～7％的DOP、0.5～1％的改性粉体TAIC；分别放入容器中备用；

(2)将芳烃油加入到反应釜中，加热至150～160℃后加入CPE橡胶，在150～160℃条件下连续剪切搅拌10～15min后停止剪切搅拌，在150～160℃条件下进行一次发育，持续时间10～20min；

(3)将步骤(2)所得材料加热至160～170℃后将DOP、C₉石油树脂和改性粉体TAIC同时加入到反应釜中，在160～170℃条件下连续剪切搅拌10～15min后停止剪切搅拌，在160～170℃条件下进行二次发育，持续时间10～20min；

(4)自然冷却。