CN110256745A - 一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒及其制备方法，包括以下重量份的组分:30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂；通过本发明制备得到的产品呈颗粒状,稳定性能好,可长时间贮存、可远距离运输；同时，生产得到的产品中各组分相容性好,不离析、不分层,解决了现有废旧橡胶复合改性沥青贮存、运输稳定性差的问题。

Description

一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路沥青改性材料制备领域，特别是涉及一种基于废旧橡胶粉的路用沥青改性复合颗粒及其制备方法

背景技术

随着我国交通基础设施的大力发展，沥青路面广泛应用于高等级路面，由于重载交通，渠化交通和高温和沥青混合料的高温稳定性不足易造成沥青路面变形，路面变形的直接后果是产生路面车辙，影响了路面平整度，降级了路面的使用性能和服务质量。尤其在炎热和湿热地区，车辙问题更为突出，使得沥青路面的使用寿命缩减，维修养护成本大大增加。近年来，改性沥青技术快速发展，其中SBS聚合物改性沥青以其优异的高温性能，在高等级沥青路面中得到了广泛应用，但同时了大大增加了公路建设成本。基于我国国情，为建设资源节约型的公路建设，研究开发性价比高的改性沥青技术，具有-定的使用效益和经济效益。

随着汽车工业的飞速发展,废旧轮胎的堆积量日益增多,已经发展成为危害环境的“黑色固体废弃物”。废旧轮胎橡胶改性沥青可以改善基质沥青的性能，提高沥青路面的使用寿命和服务性能。并且解决了废旧轮胎的大量堆积造成的环境负担和环境维护成本。

SBS/废旧橡胶复合改性沥青能够改善沥青的高温稳定性。但是仍存在-些缺陷和问题，总结如下：

(1)贮存、运输稳定性差。SBS/废旧橡胶复合改性沥青在贮存和运输过程中,废旧橡胶粉、SBS与基质沥青易产生离析、分层和局部团聚,使废旧胶粉和SBS在基质沥青中分散不均匀,影响改性沥青的应用性能。

(2)能耗较高。SBS/废旧橡胶复合改性沥青贮存、运输过程中,需要在较高的温度下进行,在某些情况下,还需对其进行机械搅拌,能源消耗较高。

(3)前期投入较大,不利于推广。废旧橡胶复合改性沥青生产线投入较高,由于贮存稳定性和运输稳定性较差,不宜长时间贮存和远距离运输,生产场所相对较密集时增加了产品的生产成本。

(4)SBS成本较高，大量使用增加了建设成本。胶粉的掺量也不能过大，废旧橡胶粉对沥青具有明显的增粘作用,当胶粉掺量较高时,产品粘度急剧增大,搅拌设备和剪切设备不能满足产品生产的要求。

发明内容

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒及其制备方法，解决了上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，包括以下重量份的组分:30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂。

优选地，35～45份的废旧轮胎橡胶粉、35～50份的石油沥青、2～5份的天然沥青、5～12份的SBS、1～5份的多聚磷酸、1～6份的增溶剂和1～4份的助剂。

优选地，所述废旧轮胎橡胶粉的细度为20～80目。

优选地，所述石油沥青的标号为70-90。

优选地，所述多聚磷酸为磷酸含量为105％的PPA、磷酸含量为110％的PPA或磷酸含量为115％的PPA。

一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒的制备方法，基于所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，包括以下步骤：

S1，按照重量份计，称取以下组分：30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～5份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂；

S2，将称取的石油沥青加热到150～160℃后,再加入废旧轮胎橡胶粉和增溶剂,混合成均匀的混合物；

S3，将S2中得到的混合物进行剪切或粉磨，之后进行溶胀发育，得到溶胀后的混合物；

S4，将S3中得到的溶胀后的混合物、SBS、多聚磷酸、天然沥青和助剂进行混合搅拌均匀，之后冷却、研磨细粉、造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒及其制备方法，通过废旧轮胎橡胶粉、石油沥青、天然沥青、SBS、多聚磷酸、增溶剂和助剂原料制备，其中，SBS、橡胶粉、岩沥青、多聚磷酸等都能够对基质沥青起到良好的改性作用，进而改善了沥青混合料的路用性能。SBS的改性作用主要是物理改性，SBS能够吸收基质沥青中的某些轻质成分而溶胀发育，增加沥青中胶质和沥青质的含量，使沥青从胶体结构转变为凝胶型结构，从而改善了沥青的路用性能。橡胶粉添加到基质沥青中，在高速剪切作用下部分橡胶颗粒表面出现降溶解并扩散到沥青中，这些高分子链吸收沥青中的轻质组分形成饱和状态，连接了橡胶粉与沥青构成作用力较强的界面，胶粉颗粒与沥青能够形成三维空间网格结构，橡胶颗粒体系和沥青颗粒体系共存，形成均匀共混状态，有效改善沥青的性能。多聚磷酸和天然沥青岩沥青的掺入，沥青质含量明显增加，胶质含量明显减少，芳香分、饱和分含量无明显变化。沥青质含量的增加，增强了胶团之间的作用力，有助于沥青胶体结构由溶胶结构转变为溶-凝胶结构，提高沥青的黏度。

通过以基质沥青为母液，和SBS、橡胶粉、岩沥青、多聚磷酸等这些优质改性剂混合后造粒，当用复合颗粒制备改性沥青混合料时，复合颗粒在加热搅拌作用下溶解变形，一部分溶解物发挥原有改性剂的特点，改善了基质沥青的性能；一部分未完全溶解的复合颗粒碾压过程中在集料的挤压作用下进一步变形成丝状、片状等多种可能的形状，混合料逐渐冷却后，这部分复合颗粒在集料骨架之间交联填隙，起到加筋补强的作用，牵制沥青和集料、集料和集料之间的相对移动。在高温和多雨地区，复合颗粒由于橡胶粉和SBS等弹性体的存在以及复合颗粒在沥青集料之间的牵制加筋作用，使得沥青混合料路面的高温性能和水稳性能得以提高。

具体实施方式

下面对本发明进一步详细说明。

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，包括以下重量份的组分:30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂。

其中，最优的组分包括：35～45份的废旧轮胎橡胶粉、35～50份的石油沥青、2～5份的天然沥青、5～12份的SBS、1～5份的多聚磷酸、1～6份的增溶剂和1～4份的助剂。

其中，所述废旧轮胎橡胶粉的细度为20～80目。

所述石油沥青的标号为70-90；

所述天然沥青为岩沥青和湖沥青中的一种或多种。

所述多聚磷酸(PPA)为磷酸含量为105％的PPA、110％的PPA或115％的PPA。

所述增溶剂为芳烃油中至少一种。

所述助剂为硫磺粉，或者在硫磺粉的基础上加入粉煤灰。

一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒的制备方法，包括以下步骤:

首先,按照重量份计，称取以下组分：30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂；

然后,将石油沥青加热到150～160℃后,加入到混合釜中,再将废旧轮胎橡胶粉、增溶剂加入到混合釜中,混合成均匀的混合物,再通入剪切机或胶体磨中,经过剪切或粉磨后,进入溶胀罐中,溶胀发育20～60分钟后,加入到搅拌机中；

最后,将溶胀后的混合物、SBS、多聚磷酸、天然沥青、助剂加入到搅拌机中,混合搅拌均匀,冷却，研磨细粉，造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。

实施例一：

按照重量份,取80目废旧轮胎橡胶粉40份,标号为90的韩国SK石油沥青40份,岩沥青1份,SBS为8份,磷酸含量为110％的PPA为1份,芳烃油1份,硫磺粉1份。将上述石油沥青加热到150℃后,加入到混合釜中,将废旧轮胎橡胶粉、芳烃油也加入到混合釜中,混合成均匀的混合物,再将混合物通入剪切机中,经过剪切,进入溶胀罐中,溶胀发育40分钟；将溶胀后的混合物、岩沥青、SBS、磷酸含量为110％的PPA、硫磺加入到搅拌设备中，混合搅拌均匀,冷却，研磨细粉，造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。

实施例二：

按照重量份,取40目废旧轮胎橡胶粉50份,标号为110的兰炼石油沥青50份,湖沥青10份,SBS为18份,磷酸含量为115％的PPA为8份，芳烃油10份,硫磺粉6份。

将上述道路石油沥青加热到160℃后,加入到混合釜中,将废旧轮胎橡胶粉、芳烃油也加入到混合釜中,混合成均匀的混合物,再将混合物通入剪切机中,经过剪切,进入溶胀罐中,溶胀发育60分钟；将溶胀后的混合物、湖沥青、SBS，多聚磷酸、硫磺粉加入到搅拌机中,混合搅拌均匀,冷却，研磨细粉，造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。

实施例三：

按照重量份,取60目废旧轮胎橡胶粉30份,标号为90的日本埃索道路石油沥青30份,岩沥青7份,SBS为12份,多聚磷酸为5份,芳烃油7份,硫磺粉和粉煤灰4份。

将上述道路石油沥青加热到150℃后,加入到混合釜中,将废旧轮胎橡胶粉、糠醛抽出油也加入到混合釜中,搅拌50分钟；将岩沥青、SBS、多聚磷酸、硫磺粉和粉煤灰、混合釜中的混合物加入到搅拌机中，混合搅拌均匀,冷却，研磨细粉，造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。

复合颗粒改性沥青：

选用针入度70-110(0.1mm)范围内石油沥青作为基质沥青，并在烘箱(165-170℃)中加热10分钟。将基质沥青和复合颗粒改性剂混合后，在烘箱(165-170℃)中继续加热10分钟，之后用剪切机高速剪切30分钟。待样品混合好后用于制备改性沥青混合料。其中，复合颗粒改性剂掺量分别为基质沥青质量的2％，4％，6％，8％，10％。

以实施例一得到的改性剂进行试验，基质沥青选用SK-90,复合颗粒的掺量为4％，制备得到复合颗粒改性沥青的技术性能指标见表1。

表1复合颗粒改性沥青的性能指标

由表1可见，该复合颗粒改性沥青的软化点达到65℃，延度远大于常规的橡胶沥青，因此该复合颗粒改性剂具有较佳的改性效果。

复合颗粒改性沥青混合料：

依照我国《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2017,以上述制备的复合颗粒改性沥青为胶结料、最大公称粒径13.2mm的碎石为粗集料、和1.18-2.36mm粒径的天然砂为细集料以及玄武岩矿粉，采用AC-13混合料类型，按马歇尔设计方法的规范要求设计矿料级配和油石比。制备混合时，先将粗集料和天然砂在160-170℃范围的烘箱中加热两小时后加入搅拌锅中，再依次加入矿粉和复合颗粒改性沥青混合搅拌45min后成型马歇尔试件，即完成利用复合颗粒改性沥青混合料的步骤。

表2复合颗粒改性沥青混合料(AC-13)性能指标

由表2可以看出车辙动稳定度6287次/mm，超过一般的改性沥青混合料(4000-4500次/mm),高温性能和水稳定度优于普通的橡胶沥青混合料和SBS改性沥青，但低温性能较差于SBS改性沥青(SBS的低温弯曲应变2700με)。

本发明提供的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒的制备方法，通过废旧轮胎橡胶粉、石油沥青、天然沥青、SBS、多聚磷酸、增溶剂和助剂原料制备，其中，SBS、橡胶粉、岩沥青、多聚磷酸等都能够对基质沥青起到良好的改性作用，进而改善了沥青混合料的路用性能。SBS的改性作用主要是物理改性，SBS能够吸收基质沥青中的某些轻质成分而溶胀发育，增加沥青中胶质和沥青质的含量，使沥青从胶体结构转变为凝胶型结构，从而改善了沥青的路用性能。橡胶粉添加到基质沥青中，在高速剪切作用下部分橡胶颗粒表面出现降溶解并扩散到沥青中，这些高分子链吸收沥青中的轻质组分形成饱和状态，连接了橡胶粉与沥青构成作用力较强的界面，胶粉颗粒与沥青能够形成三维空间网格结构，橡胶颗粒体系和沥青颗粒体系共存，形成均匀共混状态，有效改善沥青的性能。多聚磷酸和天然沥青岩沥青的掺入，沥青质含量明显增加，胶质含量明显减少，芳香分、饱和分含量无明显变化。沥青质含量的增加，增强了胶团之间的作用力，有助于沥青胶体结构由溶胶结构转变为溶-凝胶结构，提高沥青的黏度。

通过以基质沥青为母液，和SBS、橡胶粉、岩沥青、多聚磷酸等这些优质改性剂混合后造粒，当用复合颗粒制备改性沥青混合料时，复合颗粒在加热搅拌作用下溶解变形，一部分溶解物发挥原有改性剂的特点，改善了基质沥青的性能；一部分未完全溶解的复合颗粒碾压过程中在集料的挤压作用下进一步变形成丝状、片状等多种可能的形状，混合料逐渐冷却后，这部分复合颗粒在集料骨架之间交联填隙，起到加筋补强的作用，牵制沥青和集料、集料和集料之间的相对移动。在高温和多雨地区，复合颗粒由于橡胶粉和SBS等弹性体的存在以及复合颗粒在沥青集料之间的牵制加筋作用，使得沥青混合料路面的高温性能和水稳性能得以提高。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)所述改性复合颗粒制备方法简单，改善沥青混合料高温稳定性和水稳性能。

(2)多聚磷酸可以将沥青中的碱性基团进行交联，从而可以对SBS与沥青的分离起到阻碍作用。

(3)加入多聚磷酸后，在达到相同指标要求的情况下，可以减少SBS的使用量，降低成本。

(4)产品呈颗粒状,稳定性能好,可长时间贮存、可远距离运输；产品中各组分相容性好,不离析、不分层,解决了现有废旧橡胶复合改性沥青贮存、运输稳定性差的问题。

(5)产品可以规模化集中生产,解决了现有废旧橡胶复合改性沥青生产成本高的问题。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，其特征在于，包括以下重量份的组分:30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂。

2.根据权利要求1所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，其特征在于，35～45份的废旧轮胎橡胶粉、35～50份的石油沥青、2～5份的天然沥青、5～12份的SBS、1～5份的多聚磷酸、1～6份的增溶剂和1～4份的助剂。

3.根据权利要求1所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，其特征在于，所述废旧轮胎橡胶粉的细度为20～80目。

4.根据权利要求1所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，其特征在于，所述石油沥青的标号为70-90。

5.根据权利要求1所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，其特征在于，所述多聚磷酸为磷酸含量为105％的PPA、磷酸含量为110％的PPA或磷酸含量为115％的PPA。

6.一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒的制备方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种基于废旧橡胶粉的改性沥青复合颗粒，包括以下步骤：

S1，按照重量份计，称取以下组分：30～50份的废旧轮胎橡胶粉、30～50份的石油沥青、1～10份的天然沥青、8～18份的SBS、1～8份的多聚磷酸、1～10份的增溶剂和1～6份的助剂；

S2，将称取的石油沥青加热到150～160℃后,再加入废旧轮胎橡胶粉和增溶剂,混合成均匀的混合物；

S3，将S2中得到的混合物进行剪切或粉磨，之后进行溶胀发育，得到溶胀后的混合物；

S4，将S3中得到的溶胀后的混合物、SBS、多聚磷酸、天然沥青和助剂进行混合搅拌均匀，之后冷却、研磨细粉、造粒，即得一种基于废旧橡胶的路用沥青改性复合颗粒。