CN109777134A - 一种高模量温拌沥青添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交通工程外加剂领域,涉及一种高模量温拌沥青添加剂的制备及其应用。所述添加剂以高模量温拌主剂、热塑性弹性体、植物油、交联剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂和增粘树脂为主要原料,通过单螺杆低温挤出造粒制备而成。本发明制备的高模量温拌添加剂可直接外投于混合料中,适用于对环保要求较高的高模量沥青路面工程及冬季低温施工环境;利用该高模量温拌沥青添加剂制备的沥青混合料具有高温性能突出、动态模量高、低温韧性好、抗水损害性能优异等特点,并可降低混合料拌合及摊铺碾压等施工温度20‑30℃,实现温拌效果,适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于交通工程外加剂领域,具体涉及一种高模量温拌沥青添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来,随着国民经济的飞速发展以及公路建设规模的不断扩大,随之而来出现的车辆超载、重载车的增加问题,使沥青路面损害日益严重。高模量沥青路面技术区别于传统的添加抗车辙剂提高路面抗车辙能力,是从路面整体结构设计出发,通过提升材料综合要求并减薄路面厚度以达到良好的工程和经济效益。
高模量沥青路面技术起源于上世纪的法国,对沥青混合料的15℃,10Hz动态模量提出了明确的要求。我国从2001年引入高模量技术,经过不断的摸索研究,在材料、施工工艺和技术指标方面也得到了不断的技术进步,且根据我国的气候特点提出了45℃,10Hz的高温动态模量大于2000MPa的要求,其中高温模量既能反应路面使用温度,又体现模量提高对路面结构的贡献。高模量沥青路面除了优异的抗车辙性能、抗水损、抗疲劳等综合性能也表现突出,在高速公路、长大纵坡、道路交叉口、桥面铺装等特殊路段具有广阔的应用前景。然而,随着工程环境的复杂,在市政、隧道等对环保安全要求高的区域,沥青发烟问题亟待解决;在冬季低温施工环境,正常的高模量沥青路面难以摊铺压实,因此特殊的工程应用环境都对高模量温拌技术提出了更高的要求。
目前,高模量沥青路面及温拌沥青技术主要都是通过沥青改性剂加以实现。中国专利CN103102707B公开了一种高模量沥青改性剂,由废旧塑料共混造粒制备而成,虽然成本较低、制备方法简单;但缺乏沥青混合料的相关实验及应用性能评价。CN104194366B公开了一种耐低温型高模量沥青改性剂及其制备方法,通过冷加工工艺克服了废塑料和橡胶共混加工工艺差异明显的难题,制备的改性剂高低温性能优异;但应用场合有限,难以适应低温施工环境。CN102976649B公开了一种废胶粉改性沥青用温拌剂及其制备方法,制备的温拌剂可明显降低胶粉改性沥青的粘度,降低施工温度;但对改性沥青的高温性能提升不大。CN107383907A公开了一种温拌高模量沥青改性剂、制备方法及其应用,通过聚合物颗粒裂解制备温拌高模量主剂,制备的改性剂在降低成型温度30℃的前提下仍然具有优异的综合性能;但是该专利中温拌高模量主剂的制备对设备的要求较高,且反应温度很高,反应难以控制。综上,虽然上述改性技术可在一定程度上解决沥青高模量或降低施工温度等问题,但难以同时满足高模量、温拌及综合的使用性能要求。
发明内容
本发明的主要目的在于,针对现有技术存在的不足,提供一种高模量温拌沥青添加剂,利用其改性所得沥青混合料高温性能突出、动态模量高、低温韧性好、抗水损害性能优,可表现出优异的综合性能,且设计的制备方法简单,适合推广应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种高模量温拌沥青添加剂,各组分及其所占重量份数包括:
优选的,所述高模量温拌主剂由聚乙烯粉剂与聚乙烯蜡、费托蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、油酸酰胺、硬脂酸单甘油酯中的至少三种混合制得,其中聚乙烯粉剂占高模量温拌主剂总质量的40-60%。
优选的,所述热塑性弹性体为线型SBS和星型SBS的混合物,其中线型SBS所占质量百分比为70-80%。
优选的,所述增粘树脂为松香树脂、石油树脂、萜烯树脂中的至少一种。
优选的,所述植物油为环氧植物油,可选用环氧大豆油、环氧玉米油、环氧菜籽油、环氧花生油中的至少一种。
优选的,所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂,可选用单氨基硅烷偶联剂、双氨基硅烷偶联剂或三氨基硅烷偶联剂中的至少一种。
优选的,所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯。
优选的,所述抗老剂为蒙脱土、纳米二氧化硅、硅藻土中的至少一种。
优选的,所述交联剂为硫磺。
上述一种高模量温拌沥青添加剂的制备方法,包括如下步骤:
1)按配比称取各原料;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌进行充油处理,静置得到充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、增粘树脂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在搅拌机中进行混料;
4)将充油热塑性弹性体加入步骤3)所得混合粉料中,在搅拌机中进行拌合,然后加入单螺杆挤出机进行挤出造粒得所述高模量温拌沥青添加剂。
上述方案中,步骤2)中所述充油处理时间为1-3h;静置时间为4-8h。
上述方案中,所述挤出造粒采用的温度为40~100℃之间。
本发明还提供了一种高模量温拌沥青添加剂的应用,利用上述高模量温拌沥青添加剂制备改性沥青混合料,它包括高模量温拌沥青添加剂、SBS沥青、集料和矿粉,其中高模量温拌沥青添加剂所占质量百分比为0.2~0.4%。
上述一种改性沥青混合料的制备方法,它包括如下步骤:
将高模量温拌沥青添加剂、集料先在160~180℃拌锅中拌合,加入SBS沥青继续拌合,最后加入矿粉搅拌即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比固定,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.2-0.4%;集料、矿粉加热温度160~180℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右。
而对于不加添加剂的基准混合料(将集料先在拌锅中拌合,加入SBS沥青继续拌合,最后加入矿粉搅拌得基准沥青混合料;其中所采用的AC20沥青混合料的油石比固定),其集料、矿粉的加热温度为180℃,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为160℃左右。
采用本发明所述高模量温拌沥青添加剂可降低混合料拌合及摊铺碾压等施工温度20-30℃;适用于对环保要求高的市政、隧道等施工项目及冬季低温施工环境。
本发明的原理为:
成分设计:本发明以高模量温拌主剂、热塑性弹性体、环氧植物油和混合反应助剂等为主要原料,通过单螺杆低温挤出造粒制备高模量温拌沥青添加剂:其中采用的聚乙烯、聚乙烯蜡等材料软化点高,组成的高模量温拌主剂有利于提高混合料高温性能和动态模量;季戊四醇硬脂酸酯、费托蜡等低熔点物质可明显降低沥青粘度,使拌合及摊铺碾压温度低于正常温度20-30℃;通过调节高熔点和低熔点组分的比例,可有效兼顾高温性能和温拌效果;采用的热塑性弹性体和环氧植物油具有优异的低温性,可发挥协同作用显著提升改性沥青的低温性能,并与高模量温拌主剂配合作用,兼顾高温性能和低温性能;此外环氧植物油上的部分环氧基可以与氨基硅烷偶联剂上的氨基在沥青拌合的高温条件下发生化学反应,实现沥青、改性剂与集料的高效粘附,进一步提升改性沥青的抗水损性能;蒙脱土、纳米二氧化硅等抗老剂的加入,可对沥青形成插层复合结构或纳米改性,可明显改善沥青的抗老化性能;交联剂的引入可进一步改善改性剂与沥青的相容性并提升改性沥青的高低温综合性能。
工艺改进:本发明所述添加剂通过对热塑性弹性体絮状及粉体颗粒提前充油处理,可以充分吸油溶胀,提高与沥青的相容性;采用低温挤出造粒工艺在原料体系中引入交联体系,进而保证在造粒加工过程不交联而在沥青改性阶段交联;同时控制交联剂的含量较低且不能加入交联促进剂,防止在沥青拌合过程中引起沥青粘度的增加,进一步实现在沥青运输及摊铺后的缓慢交联;此外,挤出设备采用单螺杆挤出造粒而非双螺杆挤出机,有效克服双螺杆挤出机在低温条件下加工时,材料塑化不充分,双螺杆之间的阻力比较大,难以保证正常挤出等问题。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)本发明所得高模量温拌沥青添加剂有利于提升沥青混合料的综合性能,其高温性能突出、动态模量高、低温韧性好、抗水损性能优异;并可降低沥青发烟并扩展路面施工季节,实现温拌目的,有效兼顾高模量、温拌及综合使用性能要求。
2)本发明采用低温挤出造粒工艺,可有效实现沥青运输及摊铺后的缓慢交联,进一步改善所得沥青混合料的使用性能;且涉及的反应条件温和,具有显著的能耗效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中,沥青混合料试验中添加或不添加高模量温拌沥青添加剂不影响油石比,因此固定级配和油石比,变化高模量温拌沥青添加剂材料组成、掺量及拌合条件;其中,油石比定义为SBS沥青与集料和矿粉三者总质量的百分比,采用的SBS沥青由韩国SK提供,集料为玄武岩石料;矿粉为石灰石矿粉;油石比固定为4.6,具体级配信息见表1。
表1级配信息
不加添加剂的基准混合料的制备方法具体包括如下步骤:将集料先在拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得基准沥青混合料。其中,采用的油石比为4.6;集料、矿粉加热温度为180℃,SBS沥青加热温度为160℃,并保证拌合出料温度为160℃左右。
实施例1
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(其中聚乙烯粉剂50份、聚乙烯蜡10份、乙撑双硬脂酰胺15份、季戊四醇硬脂酸酯25份)、热塑性弹性体40份(线型SBS 28份、星型SBS12份)、环氧大豆油60份、萜烯树脂10份、单氨基硅烷偶联剂3份、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯抗氧剂1份、蒙脱土2份、硫磺0.5份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油2h,然后静置6h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌5min,然后加入单螺杆挤出机在60℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为20:1,螺杆转速为100rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在180℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.25%(集料、矿粉加热温度180℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表2。
表2实施例1所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.409 | 2.404 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 16.6 | 14.9 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 87.2 | 84.9 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 84.5 | 80.3 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 10000 | 8000 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2390 | 2100 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2500 | 2250 |
实施例2
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(其中聚乙烯粉剂50份、乙撑双硬脂酰胺15份、油酸酰胺20份、硬脂酸单甘油酯15份)、热塑性弹性体80份(线型SBS 64份、星型SBS16份)、环氧花生油60份、石油树脂8份、双氨基硅烷偶联剂5份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2份、纳米二氧化硅3份、硫磺1.0份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油3h,然后静置5h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌3min,然后加入单螺杆挤出机在80℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为28:1,螺杆转速为50rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在170℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.3%(集料、矿粉加热温度170℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表3。
表3实施例2所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.411 | 2.406 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 17.1 | 15.6 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 88.2 | 85.1 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 84.7 | 80.6 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 11500 | 8500 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2460 | 2100 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2730 | 2370 |
实施例3
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(聚乙烯粉剂60份、费托蜡10份、乙撑双硬脂酰胺5份、季戊四醇硬脂酸酯10份、油酸酰胺15份)、热塑性弹性体60份(线型SBS 45份、星型SBS15份)、环氧玉米油30份、环氧菜籽油50份、萜烯树脂10份、三氨基硅烷偶联剂3份、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯抗氧剂5份、硅藻土3份、硫磺1.5份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油1h,然后静置7h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料4min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌5min,然后加入单螺杆挤出机在40℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为25:1,螺杆转速为200rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在160℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.2%(集料、矿粉加热温度160℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表4。
表4实施例3所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.407 | 2.403 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 16.1 | 14.5 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 86.7 | 84.5 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 83.6 | 80.5 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 8900 | 7300 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2300 | 1850 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2610 | 2230 |
实施例4
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(聚乙烯粉剂50份、聚乙烯蜡15份、乙撑双硬脂酰胺10份、季戊四醇硬脂酸酯25份)、热塑性弹性体50份(线型SBS 35份、星型SBS15份)、环氧大豆油50份、松香树脂5份、单氨基硅烷偶联剂3份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯3份、蒙脱土1份、硫磺0.8份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油2h,然后静置8h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌5min,然后加入单螺杆挤出机在65℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为30:1,螺杆转速为100rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在180℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.4%(集料、矿粉加热温度180℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表5。
表5实施例4所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.410 | 2.406 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 17.8 | 16.5 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 86.3 | 84.9 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 84.1 | 81.5 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 13000 | 10000 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2500 | 2250 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2490 | 2210 |
实施例5
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(聚乙烯粉剂45份、聚乙烯蜡10份、乙撑双硬脂酰胺10份、油酸酰胺35份)、热塑性弹性体60份(线型SBS 48份、星型SBS12份)、环氧菜籽油80份、松香树脂8份、三氨基硅烷偶联剂3份、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯抗氧剂3份、蒙脱土1份、硫磺0.5份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油1.5h,然后静置6.5h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料4min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌4min,然后加入单螺杆挤出机在50℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为25:1,螺杆转速为150rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在180℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.3%(集料、矿粉加热温度175℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表6。
表6实施例5所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.411 | 2.406 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 16.8 | 15.5 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 86.1 | 84.5 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 84.3 | 81.2 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 10500 | 8000 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2380 | 2190 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2790 | 2490 |
实施例6
一种高模量温拌沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(聚乙烯粉剂55份、聚乙烯蜡5份、乙撑双硬脂酰胺25份、季戊四醇硬脂酸酯15份)、热塑性弹性体60份(线型SBS 42份、星型SBS18份)、环氧大豆油50份、石油树脂8份、双氨基硅烷偶联剂5份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯4份、蒙脱土2份、硫磺1.5份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油3h,然后静置6h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌3min,然后加入单螺杆挤出机在70℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为28:1,螺杆转速为120rpm),得所述高模量温拌沥青添加剂。
应用例
将本实施例所得高模量温拌沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将高模量温拌沥青添加剂、集料先在180℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述高模量温拌沥青添加剂占混合料总质量的0.3%(集料、矿粉加热温度180℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将加高模量温拌沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加高模量温拌添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表7。
表7实施例6所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.408 | 2.402 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 17.2 | 16.8 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 87.1 | 85.2 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 84.2 | 81.8 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 11900 | 9000 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2450 | 2175 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2450 | 2180 |
上述测试结果表明:动稳定度、马歇尔稳定度、动态模量等数据分别说明所得改性沥青混合料具有良好的耐高温性能;低温弯曲破坏应变分别说明所得改性沥青混合料具有良好的低温韧性;浸水残留稳定度和冻融劈裂试验表明所得改性沥青混合料具有优异的抗水损性能;不同成型温度马歇尔试件的毛体积密度变化表明加入高模量温拌改性剂可降低成型温度20-30℃。
对比例1
一种沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:高模量温拌主剂100份(其中聚乙烯粉剂50份、乙撑双硬脂酰胺15份、油酸酰胺20份、硬脂酸单甘油酯15份)、石油树脂8份、双氨基硅烷偶联剂5份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2份、纳米二氧化硅3份、硫磺1.0份;
2)将称取的高模量温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min,然后加入单螺杆挤出机在80℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为28:1,螺杆转速为50rpm),即得所述沥青添加剂。
应用例
将本对比例所得沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将对比沥青添加剂、集料先在170℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述对比沥青添加剂占混合料总质量的0.3%(集料、矿粉加热温度170℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将添加本对比例所述沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加对比添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表3。
表8对比例1所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.412 | 2.407 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 16.5 | 14.6 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 83.2 | 81.2 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 79.7 | 78.6 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 10000 | 8000 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2310 | 2075 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 1930 | 1870 |
由表8可以看出,采用本对比例所得添加剂改性的沥青混合料虽可表现出一定的温拌效果,但高温性能、动态模量和抗水损性能存在一定程度的降低,且低温性能降低明显。
对比例2
一种沥青添加剂,其制备方法包括如下步骤:
1)按配比称取各原料,各原料及其所占重量份数包括:温拌主剂100份(乙撑双硬脂酰胺25份、季戊四醇硬脂酸酯75份)、热塑性弹性体50份(线型SBS 35份、星型SBS15份)、环氧大豆油50份、松香树脂5份、单氨基硅烷偶联剂3份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯3份、蒙脱土1份、硫磺0.8份;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌充油2h,然后静置8h,得充油热塑性弹性体;
3)将称取的温拌主剂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中混料5min;
4)将充油热塑性弹性体加入至第二步粉料中在低速搅拌机中搅拌5min,然后加入单螺杆挤出机在65℃低温条件下挤出造粒(挤出机螺杆长径比为30:1,螺杆转速为100rpm),得所述对比沥青添加剂。
应用例
将本对比实施例所得沥青添加剂应用于制备改性沥青混合料,具体包括如下步骤:将对比沥青添加剂、集料先在180℃拌锅中拌合30s,加入SBS沥青继续拌合90s,最后加入矿粉搅拌90s,即得改性沥青混合料。其中所采用的AC20沥青混合料的油石比为4.6,所述对比沥青添加剂占混合料总质量的0.4%(集料、矿粉加热温度180℃左右,SBS沥青加热温度160℃,保证拌合出料温度为130~140℃左右)。
将添加本对比例所得沥青添加剂的混合料分别在130℃和140℃压实制备马歇尔试件并测试毛体积密度,不加该添加剂的基准混合料在160℃击实制备马歇尔试件,对应的测试结果见表5。
表9对比例2所述添加剂改性沥青混合料的相关性能测试结果
测试项目 | 基准160℃成型 | 加添加剂140℃成型 | 加添加剂130℃成型 |
毛体积密度 | 2.405 | 2.412 | 2.406 |
马歇尔稳定度(KN) | 14.5 | 15.1 | 14.0 |
浸水残留稳定度(%) | 81.1 | 85.7 | 84 |
冻融劈裂(%) | 75.9 | 83.9 | 82.1 |
动稳定度(次/mm) | 4000 | 8100 | 6530 |
动态模量(45℃,10Hz,MPa) | 1400 | 2100 | 1750 |
低温弯曲破坏应变(με) | 1890 | 2195 | 2070 |
上述结果表明:采用本对比例所得添加剂改性的沥青混合料虽可表现出一定的温拌效果,但高温性能和动态模量有所下降。
综上,本发明所得高模量温拌沥青添加剂可兼顾沥青混合料的各方面性能,并可直接外投于混合料中,适用于对环保要求高的高模量沥青路面工程及冬季低温施工环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干改进和变换,都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高模量温拌沥青添加剂,各组分及其所占重量份数包括:
2.根据权利要求1所述的高模量温拌沥青添加剂,其特征在于,所述高模量温拌主剂由聚乙烯粉剂与聚乙烯蜡、费托蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、油酸酰胺、硬脂酸单甘油酯中的至少三种混合制得,其中聚乙烯粉剂占高模量温拌主剂总质量的40-60%。
3.根据权利要求1所述的高模量温拌沥青添加剂,其特征在于,所述热塑性弹性体为线型SBS和星型SBS的混合物,其中线型SBS所占质量百分比为70-80%。
4.根据权利要求1所述的高模量温拌沥青添加剂,其特征在于,所述增粘树脂为松香树脂、石油树脂、萜烯树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高模量温拌沥青添加剂,其特征在于,所述植物油为环氧植物油;所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的高模量温拌沥青添加剂,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]季戊四醇酯和/或三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯;所述抗老剂为蒙脱土、纳米二氧化硅、硅藻土中的至少一种;所述交联剂为硫磺。
7.权利要求1~6任一项所述高模量温拌沥青添加剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)按配比称取各原料;
2)将称取的热塑性弹性体和植物油,置于卧式弹性体拌料机中常温搅拌进行充油处理,静置得到充油热塑性弹性体;
3)将称取的高模量温拌主剂、增粘树脂、偶联剂、抗氧剂、抗老剂、交联剂在低速搅拌机中进行混料;
4)将充油热塑性弹性体加入步骤3)所得混合粉料中,在低速搅拌机中进行拌合,然后加入单螺杆挤出机进行挤出造粒得所述高模量温拌沥青添加剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述充油处理时间为1-3h。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述挤出造粒采用的温度为40~100℃之间。
10.权利要求1~6任一项所述的或权利要求7~9任一项所述制备方法制得高模量温拌沥青添加剂的应用,其特征在于,应用于制备改性沥青混合料中,其中高模量温拌沥青添加剂的添加量为改性沥青混合料总质量的0.2~0.4%。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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