CN113150566A - 一种高熔指高模量沥青混合料添加剂及其制法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高熔指高模量沥青混合料添加剂，包括高分子聚合物、沥青、润滑剂和催化剂，还包括抗车辙母粒，所述高分子聚合物包括高溶指聚烯烃和高密度聚乙烯；所述沥青为天然岩沥青。各组分经过高速混料机混合后，进入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出后经过水下切粒机造粒后得到高熔指高模量沥青混合料添加剂。本发明添加剂熔融指数大(140℃，2.16kg)＞80g/10min，可降低沥青混合料的空隙率，使得制备的沥青混合料具有优异的高低温性能和耐疲劳性，可提高路面的使用耐久性。

Description

一种高熔指高模量沥青混合料添加剂及其制法和应用

技术领域

本发明涉及一种混合料添加剂，尤其涉及一种高熔指高模量沥青混合料添加剂及其制法和应用。

背景技术

高模量沥青混凝土(High Modulus Asphalt Concrete，法国简写EME)的理念起源于法国。在高模量沥青混凝土技术应用上旨在提高解决沥青路面在使用过程中出现的面层抗车辙能力不足及基层刚度不够的问题，并在法国成功使用已超过30年。法国EME 的密实度、耐久性、抗车辙能力及抗疲劳能力均明显比传统的密级配沥青混合料要好。其原理是通过提高沥青混凝土的模量，降低车辆载荷作用下沥青混凝土产生的变形，减少沥青混凝土的不可恢复的残余变形，提高路面的高温抗车辙性能，改善路面的疲劳性能，延长路面使用寿命。高模量沥青混凝土的制备主要二种途径：第一种，使用低标号的硬质沥青；第二种直投式的高模量剂。由于我国生产低标号硬质沥青工艺不成熟、质量稳定差，因此，我国高模量沥青混凝土基本上采用添加高模量添加剂形式。

目前关于高模量改性剂报道很多，其中法国产品PR PLASTS与德国产品Domix能提高沥青路面的抗车辙性能，但是价格偏贵，应用成本较高。国内有一些以废旧PE、 PP塑料为主要原料的高模量剂产品，价格较为便宜，但是原材料来源不稳定，产品性能稳定性差。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种具有优异高低温性能、熔融分散性以及抗疲劳性的高熔指高模量沥青混合料添加剂；本发明的第二目的在于提供这种添加剂的制备方法；本发明的第三目的在于提供这种添加剂的应用方法。

技术方案：本发明的高熔指高模量沥青混合料添加剂，包括高分子聚合物、沥青、润滑剂和催化剂，还包括抗车辙母粒，所述高分子聚合物包括高溶指聚烯烃和高密度聚乙烯；所述沥青为天然岩沥青。

进一步地，按重量份包括抗车辙母粒100-200份、高溶指聚烯烃10-20份、高密度聚乙烯10-20份、天然岩沥青10-20份、润滑剂0.1-0.2份和催化剂1-6份。

进一步地，所述抗车辙母粒为软化点大于120℃硬质沥青颗粒，天然岩沥青为沥青含量大于95％的北美岩沥青或新疆岩沥青，沥青含量高有利于提高沥青混合料的抗疲劳性能，沥青含量低，灰分多，有效成分少，降低了抗疲劳改性效果。

进一步地，所述的高熔指聚烯烃为熔融指数＞30g/10min的聚烯烃弹性体；熔融指数低，粘度大，分散困难。

进一步地，所述高溶指聚烯烃为埃克森美孚的VM8380、VM8780和VM8880中的一种或几种。

进一步地，所述润滑剂为油酸酰胺和芥酸酰胺中的一种或两种。润滑剂可以降低物料与螺杆筒壁的摩擦，降低熔体的粘度，提高可加工性能和生产效果。

进一步地，所述催化剂为2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷。2，5-二甲基-2， 5二叔丁基过氧化己烷作为PP熔喷料的降解母粒，对结构相似的HDPE也具有优异的降解效果，可大幅度的降低HDPE的分子量，提高熔融指数，加入沥青中可降低沥青的高温粘度，降低沥青混合料的拌合和成型温度，提高压实度，降低空隙率。

本发明的高熔指高模量沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将各组份物料加入搅拌机中搅拌；

(2)搅拌后的物料输送到双螺杆挤出机中进行熔融挤出；

(3)经水下切粒机造粒成型，制得最终产物。

进一步地，所述双螺杆挤出机的进料口温度为50-80℃，熔融段温度温160-200℃；所述造粒口模温度为130-160℃，切粒转速为1500-2500r/min，主螺杆转速为 200-400r/min。双螺杆挤出机的进料口温度为50-80℃，温度过高，部分物料过早融化，易在进料口粘结，阻塞物料的输送，不能顺利进料；熔融段温度200-260℃，温度过低， HDPE降解率产量低，溶指达不到要求，温度过高，熔体粘度太小，难以成型；造粒口模温度为120-140℃，温度过低，造成机头压力和主机电流大，生产效果低，且对设备损害大，温度过高，切粒时过热易产生粘粒团聚或者不能成型切粒；切粒转速为 1500-2500r/min，切粒速度低，粒子粒径大，融化慢，切粒速度过快，粒子容易被打碎，粉末含量增大；主螺杆转速为200-400r/min，主机螺杆转速慢，生产效率低，主机螺杆转速过快，物料在螺杆中停留时间短，塑化效果差。

本发明的高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用方法，包括以下步骤：

(1)分别加热基质沥青或SBS改性沥青、石料、矿粉；

(2)将所述石料、矿粉与所述高熔指高模量沥青混合料添加剂先干拌使添加剂完全融化并裹覆在集料表面；

(3)加入所需基质沥青，搅拌混合并成型，制得EME-14高模量沥青混合料。

进一步地，基质沥青的拌合温度为150-160℃，成型温度为140-150℃；SBS改性沥青的拌合温度为160-170℃，成型温度为150-160℃；

进一步地，所述高熔指高模量沥青混合料添加剂占所述沥青混合料质量的1-1.5％。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明的高熔指高模量沥青混合料添加剂采用岩沥青和高软化点的抗车辙母粒为主要原料，可以提高沥青混合料的模量和抗车辙性能。

(2)本发明的添加剂的制备方法采用双螺杆挤出工艺，将HDPE降解成高熔指的低分子量PE，提高HDPE在沥青混合料中的融解和分散性能，同时，低分子量的PE高温粘度低，可以降低沥青的高温粘度，降低沥青混合料的拌合和成型温度，使得沥青混合料更易压实，降低了沥青混合料的空隙率，提高了路面耐久性。

(3)选用的高熔指聚烯烃弹性体具有优异的熔融分散性的同时，可以提高沥青混合料的低温性能，使得制备的高模量沥青混合料高低温性能都能兼顾。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作进一步说明。

申请人研究发现，国内关于高模量改性剂的专利均存在一些问题，中国专利CN200710178915.1公开了一种沥青混合料抗车辙添加剂及其制备方法和使用方法，是聚乙烯树脂与聚丙烯树脂混合物，熔融指数低，不易分散，低温性能差，老化严重，在正常拌合温度下，该改性剂很难在沥青混合料中熔融，因此容易降低路面的耐久性。中国专利CN201110141313采用低密度聚乙烯、软化剂、高密度聚乙烯和聚碳酸酯制备高模量改性剂，熔融指数低，但是该改性剂不能降低拌合和成型温度，很难用于冬季低温环境，且混合料低温性能不足。中国专利CN102199360A采用聚乙烯和聚碳酸酯、有机膨润土、高岭土、软化剂、促进剂制备高模量高弹性沥青添加剂，可改善混合料的高温抗车辙性能和低温抗裂性能。但是所用的聚合物熔融指数低(0.1-10g/10min)，不易分散。此外上述报道制备的高模量改性剂熔融指数低，主要是对沥青混合料高温抗车辙性能进行提升，制备沥青混凝土孔隙率较大＞4％，致使沥青混凝土防水性能差，从而影响沥青路面耐久性。中国专利CN110684365A公开了一种超密实高模量沥青混合料铺装专用添加剂及其制备方法，由烯烃衍生物通过自由基聚合的主剂和热塑性丁苯橡胶弹性体、废旧塑料、抗车辙母粒、抗氧剂等材料混合而成，可制备孔隙率在1.5％-4％的超密实高模量防水混凝土，具有低空隙率、高抗车辙性能和耐久性。但是，该方法主剂的制备是采用烯烃聚合合成过程，工艺复杂，设备要求高，制备材料成本高。

有鉴于上述现有的高模量改性剂应用中存在的熔融指数低，难以分散，拌合和成型温度高，制备的高模量沥青混合料孔隙率大，防水性能差，影响耐久性的问题以及采用聚烯烃聚合合成工艺复杂，设备要求高等问题。本发明基于从事此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，并配合机理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种高熔指高模量沥青添加剂的制备方法及应用，使其更具有实用性。

实施例1

(1)先分别称取1000g抗车辙母粒、新疆岩沥青100g、高熔指POE VM8380 100g、高密度聚乙烯HDPE 100g，润滑剂油酸酰胺1g、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷 1g，放入高速搅拌机中进行快速搅拌混合料，搅拌5min后放出。

(2)将步骤(1)混合好的物料加入到双螺杆挤出机喂料漏斗中，进行挤出造粒，进料口温度为80℃，熔融温度为200℃，口模温度为140℃，主机转速为200r/min，切粒速度为1500r/min，经过水下造粒后得到高熔指高模量沥青混合料添加剂1。

高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用：

S1.将基质沥青加热至140℃，按照EME-14级配，称取一定质量的集料放热烘箱到将集料加热到160℃，集料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～5mm)：4#(0～ 3mm)：矿粉为32：28：9：28：3；

S2.将加热后集料加入到160℃拌和锅中，再将上述制备高熔指高模量沥青混合料添加剂1加入到拌锅中，加入量混合料的1％，开始干拌20s，然后将加热的基质沥青加入拌锅中，沥青加入量按照油石比4.1％计算，加入沥青后进行搅拌180s即可制备高模量沥青混合料；

S3.将制备好的高模量沥青混合料放入烘箱中进行保温10-20mmin后，在140℃下成型相关测试试件，测试性能；

对比例1：采用进口的法国PR高模量剂制备高模量沥青混合料：将基质沥青加热至150℃，将石料加热到170℃，集料料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～ 5mm)：4#(0～3mm)：矿粉为32：28：9：28：3，将加热后石料加入到175℃拌锅中，再将制备一定质量法国PR高模量改性剂加入到拌锅中，搅拌40s，然后将改性沥青中加入拌锅中，搅拌180s即可制备高模量改性沥青混合料；最后将制备的高模量混合物料在165℃下成型，测试性能。

表1本发明制备的高模量添加剂及高模量沥青混合料技术指标

从表1可看出，实施例1制备的高模量沥青混合料与常规方法制备的PR高模量沥青混合料性能相比，在高温动稳度、动态模量和低温抗裂性能以及抗水损相关的残留稳定度和冻融疲劳比指标均优异进口的PR高模量。其中实施例1制备的高模量沥青混合料在230με下，疲劳寿命＞100万次，优异进口产品法国PR。

实施例2

(1)先分别称取1000g抗车辙母粒、新疆岩沥青150g、高熔指POE VM8780 200g、高密度聚乙烯HDPE 200g，润滑剂油酸酰胺2g、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷 3g，放入高速搅拌机中进行快速搅拌混合料，搅拌5min后放出。

(2)将步骤(1)混合好的物料加入到双螺杆挤出机喂料漏斗中，进行挤出造粒，进口口温度为50℃，熔融温度为260℃，口模温度为130℃，主机转速为300r/min，切粒速度为2000r/min，经过水下造粒后得到高熔指高模量沥青混合料添加剂2。

高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用：

S1.将基质沥青加热至150℃，按照EME-14级配，称取一定质量的集料放热烘箱到将集料加热到170℃，集料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～5mm)：4#(0～ 3mm)：矿粉为32：28：9：28：3；

S2.将加热后集料加入到160℃拌和锅中，再将上述制备高熔指高模量沥青混合料添加剂2加入到拌锅中，加入量混合料的1％，开始干拌20s，然后将加热的基质沥青加入拌锅中，沥青加入量按照油石比4.1％计算，加入沥青后进行搅拌180s即可制备高模量沥青混合料；

S3.将制备好的高模量沥青混合料放入烘箱中进行保温10-20mmin后，在150℃下成型相关测试试件，测试性能；

表2本发明制备的高模量添加剂及高模量沥青混合料技术指标

从表2可看出，实施例2制备的高模量沥青混合料与常规方法制备的PR高模量沥青混合料性能相比，在高温动稳度、动态模量和低温抗裂性能以及抗水损相关的残留稳定度和冻融疲劳比指标均优异进口的PR高模量。其中实施例2制备的高模量沥青混合料在230με下，疲劳寿命＞100万次，优异进口产品法国PR。

实施例3

(1)先分别称取1000g抗车辙母粒、北美岩沥青200g、高熔指POE VM8880 150g、高密度聚乙烯HDPE 150g，润滑剂芥酸酰胺2g、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷 2g，放入高速搅拌机中进行快速搅拌混合料，搅拌5min后放出。

(2)将步骤(1)混合好的物料加入到双螺杆挤出机喂料漏斗中，进行挤出造粒，进口口温度为70℃，熔融温度为240℃，口模温度为120℃，主机转速为300r/min，切粒速度为2500r/min，经过水下造粒后得到高熔指高模量沥青混合料添加剂3。

高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用：

S1.将SBS改性沥青加热至150℃，按照EME-14级配，称取一定质量的集料放热烘箱到将集料加热到170℃，集料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～5mm)： 4#(0～3mm)：矿粉为32：28：9：28：3；

S2.将加热后集料加入到170℃拌和锅中，再将上述制备高熔指高模量沥青混合料添加剂3加入到拌锅中，加入量混合料的1％，开始干拌20s，然后将加热的基质沥青加入拌锅中，沥青加入量按照油石比4.2％计算，加入沥青后进行搅拌180s即可制备高模量沥青混合料；

S3.将制备好的高模量沥青混合料放入烘箱中进行保温10-20mmin后，在150℃下成型相关测试试件，测试性能；

对比例2：采用进口的法国PR高模量剂制备高模量沥青混合料：将SBS沥青加热至160℃，将石料加热到180℃，集料料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～ 5mm)：4#(0～3mm)：矿粉为32：28：9：28：3，将加热后石料加入到175℃拌锅中，再将制备一定质量法国PR高模量改性剂加入到拌锅中，搅拌40s，然后将改性沥青中加入拌锅中，搅拌180s即可制备高模量改性沥青混合料；最后将制备的高模量混合物料在175℃下成型，测试性能。

表3本发明制备的高模量添加剂及高模量沥青混合料技术指标

从表3可看出，实施例3制备的高模量沥青混合料与常规方法制备的PR高模量沥青混合料性能相比，在高温动稳度、动态模量和低温抗裂性能以及抗水损相关的残留稳定度和冻融疲劳比指标均优异进口的PR高模量。

实施例4

(1)先分别称取1000g抗车辙母粒、新疆岩沥青200g、高熔指POE VM8880 100g、高密度聚乙烯HDPE 200g，润滑剂芥酸酰胺1.5g、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷3g，放入高速搅拌机中进行快速搅拌混合料，搅拌5min后放出。

(2)将步骤(1)混合好的物料加入到双螺杆挤出机喂料漏斗中，进行挤出造粒，进口口温度为70℃，熔融温度为250℃，口模温度为130℃，主机转速为350r/min，切粒速度为2200r/min，经过水下造粒后得到高熔指高模量沥青混合料添加剂4。

高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用：

S1.将基质沥青加热至160℃，按照EME-14级配，称取一定质量的集料放热烘箱到将集料加热到170℃，集料配比为：1#(10～15mm)：2#(5～14mm)：3#(3～5mm)：4#(0～ 3mm)：矿粉为32：28：9：28：3；

S2.将加热后集料加入到170℃拌和锅中，再将上述制备高熔指高模量沥青混合料添加剂4加入到拌锅中，加入量混合料的1％，开始干拌20s，然后将加热的基质沥青加入拌锅中，沥青加入量按照油石比4.2％计算，加入沥青后进行搅拌180s即可制备高模量沥青混合料；

S3.将制备好的高模量沥青混合料放入烘箱中进行保温10-20mmin后，在160℃下成型相关测试试件，测试性能；

表4本发明制备的高模量添加剂及高模量沥青混合料技术指标

从表4可看出，实施例4制备的高模量沥青混合料与常规方法制备的PR高模量沥青混合料性能相比，在高温动稳度、动态模量和低温抗裂性能以及抗水损相关的残留稳定度和冻融疲劳比指标均优异进口的PR高模量。

从表1-表4可看出，本发明实施例1-4制备的高熔指高模量沥青混合料添加剂熔融指数大＞80g/10min，比具有优异的熔融分散性能，拌合时间和拌合温度均低于市场上的进口法国PR产品，且制备的沥青混合料空隙率更低，具有更好的抗水损害能力和低温抗裂性能。

Claims (10)

1.一种高熔指高模量沥青混合料添加剂，包括高分子聚合物、沥青、润滑剂和催化剂，其特征在于，还包括抗车辙母粒，所述高分子聚合物包括高溶指聚烯烃和高密度聚乙烯；所述沥青为天然岩沥青。

2.根据权利要求1所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，按重量份包括抗车辙母粒100-200份、高溶指聚烯烃10-20份、高密度聚乙烯10-20份、天然岩沥青10-20份、润滑剂0.1-0.2份和催化剂1-6份。

3.根据权利要求1或2所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，所述抗车辙母粒为软化点大于120℃硬质沥青颗粒，天然岩沥青为沥青含量大于95％的北美岩沥青或新疆岩沥青。

4.根据权利要求1或2所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，所述高溶指聚烯烃为埃克森美孚的VM8380、VM8780和VM8880中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，所述润滑剂为油酸酰胺和芥酸酰胺中的一种或两种。

6.根据权利要求1或2所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，所述催化剂为2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷。

7.一种权利要求1所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将各组份物料加入搅拌机中搅拌；

(2)搅拌后的物料输送到双螺杆挤出机中进行熔融挤出；

(3)经水下切粒机造粒成型，制得最终产物。

8.根据权利要求7所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的进料口温度为50-80℃，熔融段温度温160-200℃；所述造粒口模温度为130-160℃，切粒转速为1500-2500r/min，主螺杆转速为200-400r/min。

9.一种权利要求1所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别加热基质沥青或SBS改性沥青、石料、矿粉；

(2)将所述石料、矿粉与所述高熔指高模量沥青混合料添加剂先干拌使添加剂完全融化并裹覆在集料表面；

(3)加入所需基质沥青，搅拌混合并成型，制得EME-14高模量沥青混合料。

10.根据权利要求9所述的高熔指高模量沥青混合料添加剂的应用方法，其特征在于，所述高熔指高模量沥青混合料添加剂占所述沥青混合料质量的1-1.5％。