CN115572576B - 一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料及其制备方法，属于道路施工工程技术领域。该单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料按重量份计包括以下原料组分：沥青组分60~80份，乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物10~20份，改性丁苯橡胶10~20份，抗氧化剂1~5份，复合增强纤维0.5~5份；其中，抗氧化剂为亚磷酸酯型抗氧化剂，复合增强纤维由玄武岩纤维与聚酯纤维组成。本发明不仅显著提高了路面材料对碎石矿料的粘结能力，同时可以大幅度提高材料的强度和韧性，对单粒径碎石抗滑磨耗层的路用性能有显著改善。
Description
技术领域：
本发明涉及一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料及其制备方法，属于道路施工工程技术领域。
背景技术：
沥青路面的抗滑性能关乎道路行车安全和使用寿命，是近年来国内外道路工作者重点关注的议题。沥青混合料的材料选择和级配组成设计是影响路面抗滑性能的主要因素。相较于连续级配矿料而言，使用单粒径级配矿料制备的沥青混凝土，用作路表抗滑磨耗层具有更大的表面不平整度，从而具有更好的抗滑性能。与此同时，单粒径碎石组成的沥青混合料存在密实度低、作为路表材料集料易飞散等不足。
CN102061099A公开了一种强粘结性乳化改性沥青及其制备方法，该强粘结性乳化改性沥青按质量组成百分比为：SBS改性沥青62~70%，调和剂0.5~1.5%，稳定剂1~2%，增稠剂0.3~0.5%，余量为水。该强粘结性乳化沥青原料易得且制备工艺简单，对超薄磨耗层用粘层油的粘结性能有较为显著的提高，但粘层油的高温性能、弹性以及抗老化性能不足，影响实际的路表抗滑磨耗层使用性能。
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综上，现有技术对抗滑磨耗层用粘层材料的粘结能力有一定程度的改善，但粘层材料的高温性能、弹性、强度以及稳定性和抗老化性能存在或多或少的不足，粘层材料的综合路用性能普遍不高，亟需提出一种新的抗滑磨耗层用粘层材料。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料及其制备方法，所得材料不仅提高了粘层材料对碎石矿料的粘结能力，而且提升了材料的高、低温性能，抗疲劳性能，稳定性与抗老化性能。
为了实现上述发明目的，发明人采用了以下技术方案：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，按重量份计，所述单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料包括以下原料组分：
沥青组分：60~80份；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物：10~20份；
改性丁苯橡胶：10~20份；
抗氧化剂：1~5份；
复合增强纤维：0.5~5份；
较佳地，沥青组分：66~75份；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物：10~20份；
改性丁苯橡胶：10~20份；
抗氧化剂：2~5份；
复合增强纤维：2~5份。
所述的沥青组分按质量百分比计，岩沥青含量10~15%，地沟油含量20~40%，剩余部分为石油沥青。所述岩沥青的针入度为1~3mm，软化点大于200℃，灰分含量为4~5%。所述地沟油的制备方法为将食品地沟油与水混合，加热，经静置沉淀后去除水相所得。所述石油沥青为针入度在60~70mm间的基质沥青。
所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其中乙酸乙烯酯的含量为32~68%。乙酸乙烯酯含量低于32%视为低密度聚乙烯改性，主要影响材料的软化点和粘度，即改善材料高温性能，对低温性能的影响并不明显；乙酸乙烯酯含量高于68%时，材料熔融后具有较大粘度，可以获得较好的改性效果，但会加大沥青的分散加工的难度，影响工程质量。
所述的改性丁苯橡胶，其分子量为10-45万。当分子量不足10万时，分子将相互作用力小，材料粘度不足，粘结效果无法满足要求；当分子量大于45万时，丁苯无法与沥青很好地相容，易发生分离。丁苯橡胶采用乳液聚合法制备而成，且丁二烯含量为25~70%。丁二烯含量低于25%，苯乙烯含量过高，至其在沥青中溶解困难，聚合物对沥青的改性效果较差；丁二烯含量大于70%，苯乙烯含量过低，沥青的粘度和弹性不能得到明显改善，用作路表材料后期可能导致多种病害。
所述的抗氧化剂，为亚磷酸酯型抗氧化剂，为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、三（壬基酚）亚磷酸酯、双（2，4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、双（2，4，6-三叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种。较佳地，为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯的混合物，其中双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯含量比例按重量计为5：5。
所述的复合增强纤维，最佳添加量为5份，是由玄武岩纤维与聚酯纤维组合而成，玄武岩纤维素与聚酯纤维素的体积比为6：4。
上述单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将沥青组分加热至熔点以上（145℃），使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为1.5~2.5cm，按6：4的体积比，混合均匀，得到复合增强纤维，备用；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、抗氧化剂原料依照对应比例混合均匀，加入至第一步所得液态沥青中，剪切40~55min，转速为4500-7000r/min，剪切时保持温度在165-185℃区间；
第四步，向第三步得到的混合物中加入第二步所得混合复合增强纤维，保持温度在150-185℃区间，搅拌50~60min，转速为700-1000r/min，即得目标产物。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1. 通过乙烯-乙酸乙烯酯共聚物以及改性丁苯橡胶的加入，其中乙烯-乙酸乙烯酯共聚物作为粘度增稠剂，改性丁苯橡胶作为弹性增强剂，提高了粘层材料对碎石矿料的粘结能力，同时全面提升了材料的高温性能和低温性能，用作路表铺筑材料可以有效减少集料飞散、车辙等路面病害。
2. 通过无机物-有机物复合增强纤维的加入，对材料的强度有明显的改善，大大提高了单粒径碎石抗滑磨耗层的抗疲劳性能，对沥青路面的抗拉、抗剪、抗冲击强度以及防止反射裂缝的能力都有显著的提升。
3. 通过亚磷酸酯型抗氧化剂的加入，对目标产物制备过程中化学反应生成的氢过氧化物进行分解，并转化为无自由基的、稳定的产物，从而避免氢过氧化物生成的自由基进一步引发的自由基链的反应，从而大幅提高稳定性与抗老化性能。
具体实施方式：
下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案，但不局限于以下实施例：
实施例1：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，该粘层材料使用以下重量份的原料制备而成：75份的沥青组分，10份的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，10份的改性丁苯橡胶，3份的双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，2份的复合增强纤维。
制备方法如下：
第一步，将沥青组分加热至145℃，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为2cm，混合均匀；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯依照对应比例混合均匀，加入液态沥青中剪切50min，转速为7000r/min，剪切时保持温度在170℃；
第四步，向第三步中得到的混合物中加入第二步中得到的混合复合增强纤维，保持温度在170℃，搅拌50min，转速为900r/min，即得目标产物。
实施例2：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，该粘层材料使用以下重量份计的原料制备而成：65份的沥青组分，20份的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，10份的改性丁苯橡胶，3份的双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，2份的复合增强纤维。
制备方法如下：
第一步，将沥青组分加热至145℃，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为2cm，混合均匀；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯依照对应比例混合均匀，加入液态沥青中剪切50min，转速为7000r/min，剪切时保持温度在170℃；
第四步，向第三步中得到的混合物中加入第二步中得到的混合复合增强纤维，保持温度在170℃，搅拌50min，转速为900r/min，即得目标产物。
实施例3：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，该粘层材料使用以下重量分计的原料制备而成：65份的沥青组分，10份的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，20份的改性丁苯橡胶，3份的双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，2份的复合增强纤维。
制备方法如下：
第一步，将沥青组分加热至145℃，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为2cm，混合均匀；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯依照对应比例混合均匀，加入液态沥青中剪切50min，转速为7000r/min，剪切时保持温度在170℃；
第四步，向第三步中得到的混合物中加入第二步中得到的混合复合增强纤维，保持温度在170℃，搅拌50min，转速为900r/min，即得目标产物。
实施例4：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，该粘层材料使用以下重量份计的原料制备而成：75份的沥青组分，10份的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，10份的改性丁苯橡胶，3份的双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯混合物(两者重量比为5：5)，2份的复合增强纤维。
制备方法如下：
第一步，将沥青组分加热至145℃，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为2cm，混合均匀；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、双（2，4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯混合物依照对应的比例混合均匀，加入液态沥青中剪切50min，转速为7000r/min，剪切时保持温度在170℃左右；
第四步，向第三步中得到的混合物中加入第二步中得到的混合复合增强纤维，保持温度在170℃，搅拌50min，转速为900r/min，即得目标产物。
实施例5：
一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，该粘层材料使用以下重量份计的原料制备而成：72份的沥青组分，10份的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，10份的改性丁苯橡胶，3份的双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，5份的复合增强纤维。
制备方法如下：
第一步，将沥青组分加热至145℃，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为2cm，混合均匀；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯依照对应的比例混合均匀，加入液态沥青中剪切50min，转速为7000r/min，剪切时保持温度在170℃左右；
第四步，向第三步中得到的混合物中加入第二步中得到的混合复合增强纤维，保持温度在170℃，搅拌50min，转速为900r/min，即得目标产物。
实施例1-5所采用原料及组分如表1所示：
表1
实施例1-5所得材料的性能检测如表2所示：
表2
由上表2可知，本发明提供的单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，通过沥青组分与其他成分的良好配伍性，充分发挥各成分的有效作用，由本发明提供方法配置获得的单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料粘结性能有显著提高，同时具有更加优异的综合路用性能，实用性较高。
由实施例1与实施例2对比可见，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物含量增加，粘层材料的针入度减小、运动粘度增大，软化点也增大，可知乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的加入在粘层材料中对粘度的提高和高温性能的改善有显著影响。
由实施例1与实施例3对比可见，改性丁苯橡胶含量增加，粘层材料的弹性回复率增大、相位角减小，可见改性丁苯橡胶的加入在粘层材料中对弹性的增强有显著影响。
由实施例1与实施例4对比可见，采用双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯组合而成的抗氧化剂，粘层材料的薄膜烘箱试验后残留延度比增大，可知双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯组合而成的抗氧化剂在粘层材料中对抗老化性能的提高作用更为显著。
由实施例1与实施例5对比可见，玄武岩纤维与聚酯纤维复合增强纤维含量增加，粘层材料的复数剪切模量增大，可知玄武岩纤维与聚酯纤维复合增强纤维在粘层材料中对强度的提高有显著影响。
以上述本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域的技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的更改、替换和变化等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
沥青组分：60~80份；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物：10~20份；
改性丁苯橡胶：10~20份；
抗氧化剂：1~5份；
复合增强纤维：0.5~5份；
所述的沥青组分按质量百分比计，岩沥青含量10~15%，地沟油含量20~40%，剩余部分为石油沥青；所述岩沥青的针入度为1~3mm，软化点大于200℃，灰分含量为4~5%；所述地沟油的制备方法为将食品地沟油与水混合，加热，经静置沉淀后去除水相所得，所述石油沥青为针入度在60~70mm间的基质沥青；
所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其中乙酸乙烯酯的含量为32~68%；
所述的改性丁苯橡胶，其分子量为10-45万；
所述的抗氧化剂，为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯的混合物，其中双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯和三（壬基酚）亚磷酸酯含量比例按重量计为5：5；
所述的复合增强纤维，由玄武岩纤维与聚酯纤维组合而成，其中玄武岩纤维素与聚酯纤维素含量比例按重量计为6：4。
2.根据权利要求1所述的单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
沥青组分：66~75份；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物：10~20份；
改性丁苯橡胶：10~20份；
抗氧化剂：2~5份；
复合增强纤维：2~5份。
3.权利要求1或2所述的单粒径碎石抗滑磨耗层用粘层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将沥青组分加热至熔点至145℃或以上，使其转化为液态；
第二步，将玄武岩纤维与聚酯纤维剪切长度为1.5~2.5cm，按6：4的体积比，混合均匀，得到复合增强纤维，备用；
第三步，将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性丁苯橡胶、抗氧化剂原料依照对应比例混合均匀，加入至第一步所得液态沥青中，剪切40~55min，转速为4500-7000r/min，剪切时保持温度在165-185℃区间；
第四步，向第三步得到的混合物中加入第二步所得混合复合增强纤维，保持温度在150-185℃区间，搅拌50~60min，转速为700-1000r/min，即得目标产物。
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|---|
| 复合改性沥青的抗老化性能研究;李宁利;赵新坡;李铁虎;裴建中;;河北工业大学学报(06);108-112 * |
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