CN1400245A - 一种沥青添加剂、含有该添加剂的混合物及该混合物的制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种沥青添加剂，包括轮胎橡胶粉末和石油树脂，其用于配制改性沥青及路面材料，可以降低车辆运行时产生的噪音，还可防止路面在夏季出现塑性变形，并可使路面在冬季的收缩裂缝最小化，也可防止雨天路滑引起交通事故、防止水滑及溅水，而且从保护水资源的角度来看，它的排水效果还有治水的效果。另外，本发明还提供使用上述沥青添加剂的沥青混合物及该沥青混合物的制造方法和应用。
Description
技术领域
本发明涉及沥青的制造及其作为路面材料的应用，具体的说，本发明涉及一种沥青添加剂及其应用。
背景技术
对于道路，与早期的物品流动或人员流动比较，在21世纪更倾向于舒适性、高质量性、耐久性、环境亲和性，逐渐要求取代现有的传统路面。
作为广泛使用的路面材料，现有沥青混合物是KSF 2349(韩国标准规格)规定的加热混合、加热铺设沥青路面用混合物，大多数的路面材料都使用它。该混合物是150～170℃下按照配比基准将沥青的碎石基料、砂、矿物性粉末在机械强迫混合设施(沥青混合厂)中制造，然后用自卸货车等运输工具运到施工现场，在现场以高于125℃的施工温度通过修整机、路碾等进行铺设，再经过压实，根据车辆或其它交通工具的等级要求进行施工。
作为结合剂使用的沥青材料AP-3(沥青基准等级)主要在韩国使用，根据KSM 2201(道路铺路用沥青规格)的规定，有如下要求：
| 实验值 | 条件 | 基准值 |
| 针入度(penetration degree) | 25℃，100g，5sec | 85～100 |
| 闪火点(ignition temperature) | COC，℃ | 230以上 |
| 伸度 | (25℃，5cm/min)cm | 100以上 |
| 薄膜加热后针入度比率(对原针入度的比率) | ％ | 47以上 |
| 薄膜加热后伸度 | (25℃，5cm/min)cm | 75以上 |
| 可用的三氯己烷 | ％ | 99以上 |
但是，使用现有的沥青混合物铺设道路存在一个问题，即0℃以下不能进行施工，目前交通***的铺路用道路施工规则中也明确规定-5℃以下不准施工。
另外，在夏季反复出现道路路面的车辙现象(Rutting)、纵断面的凹凸现象、塑性变形引起的松散现象(Ravelling)、道路荷重增加引起沥青液流动的泛油现象(Bleeding)等，导致道路出现裂变、坑洞(Pothole)、基料剥离等现象，降低了道路的耐久性，平均4～5年就需要重新铺路(覆盖)和进行维护，这也是道路维护预算反而比国家道路新建预算逐年增多的原因。
另外，目前为止，对于现有道路只能用噪音遮蔽墙隔离车辆运行时产生的噪音，如果还不能充分减少噪音，也只能将噪音防止窗设置到建筑物上来遮蔽噪音。但是安装噪音遮蔽墙或噪音防止窗需要昂贵的材料和安装费用，从而产生经济问题。另外，尽管安装噪音遮蔽墙或噪音防止窗，效果却不明显时，只能通过限制车速或交通流量来减少噪音。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青添加剂，用于配制改性沥青及路面材料，可以降低车辆运行时产生的噪音，还可防止路面在夏季出现塑性变形，并可使路面在冬季的收缩裂缝最小化。
另外，本发明的目的还在于提供使用上述沥青添加剂的沥青混合物。
另外，本发明的目的还在于提供上述沥青混合物的制造方法和应用。发明详述
本发明的沥青添加剂，包括轮胎橡胶粉末和石油树脂。其中，轮胎橡胶粉末的粒度约为30～40目，石油树脂是软化点为95～160℃、比重为1.05～1.1的热塑性粉末树脂。
本发明的沥青混合物中含有2.5～7.5％的上述沥青添加剂，可以由5～10％纯沥青、2～7％轮胎橡胶粉末、3～8％石油树脂和余量的沥青路面基料配制而成。
上述纯沥青的针入度为43～72，软化点在47以上，伸度在50以上。
上述基料可以是不同粒度的颗粒混合物，优选地，粒度最大为13mm时，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：13mm为92～100％、9.5mm为62～81％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％；最大为19mm时，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：19mm为95～100％、13.2mm为53～78％、9.5mm为35～62％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％。
由于混合物的基料主要由19mm～2.36mm的硬质基料组成，占全体混合物重量的80～90％，且粗基料符合KSF 2357(道路路面用沥青规格)要求的质量条件，从而实现了铺设路面的多孔性。
具体的粒度组合如表1所示。
表1本发明沥青混合物的粒度分布 通过率(％)
| 粒径尺寸(mm) | 最大尺寸13mm(％) | 最大尺寸19mm(％) |
| 19 | 100 | 95～100 |
| 13.2 | 92～100 | 53～78 |
| 9.5 | 62～81 | 35～62 |
| 4.75 | 10～31 | 10～31 |
| 2.36 | 10～21 | 10～21 |
| 0.6 | 4～17 | 4～17 |
| 0.3 | 3～12 | 3～12 |
| 0.15 | 3～8 | 3～8 |
| 0.75 | 2～7 | 2～7 |
| 沥青含量 | 4.5～5.5％ |
为了使用磨损系数高、扁平率在1/3以下的基料，优选在粒度为4.75mm的基料中含有5～10％的表面磨损率在2.8以下、硬度在3以上的炼铁熔渣，不仅具有良好的防滑效果，而且在受到强大冲击时也不破碎。混合物的空隙率可以达到15～25％。
使用本发明的沥青添加剂和沥青混合物，由于基料的最大粒径、空隙率、道路铺设厚度的吸音特性，从而能够降低车辆行驶时产生的噪音，其原因在于：
(1)轮胎的抽气作用(Air pumping)
当轮胎与道路表面接触时，道路表面的空隙可消除轮胎与道路表面之间空气的压缩膨胀，抽气作用与空气共鸣可减低噪音；
(2)吸音作用
道路空隙在轮胎凹槽与平坦道路表面之间的空间作为吸音体，能够减少噪音的反射和传播，该特性不仅可以吸收轮胎与道路的噪音，还可以吸收周围的其它噪音。
为了增加沥青混合物的耐久性、稳定性和结合力，本发明的结合剂没有使用现有的AP-3沥青，而是混合纯沥青、废轮胎橡胶粉末与石油树脂作为结合剂使用。由于可以使用废轮胎橡胶为原料，所以选择的材料是容易得到、廉价、不必进口的。适当配比纯沥青与废轮胎橡胶碎片、石油树脂，可得到满足要求的结合剂，即改性沥青。
该沥青结合剂在下列条件下，能够满足车道强度要求值-马歇尔稳定度500kg以上的值，并是一种合适的多孔性混合物。
| 针入度 | 43～72 |
| 软化点 | 70以上 |
| 伸度 | 50以上 |
| 韧度(toughness)(kgf.cm) | 100以上 |
| 粘韧性(toughness)(kgf.cm) | 100以上 |
| 140℃粘度 | 800以上 |
该结合剂与规定粒度的基料在高于现有沥青混凝土混合温度约15～25℃时，基料覆盖最好，并可增加结合力，以防止流动的热塑性石油树脂熔融使结合变容易，其特性是比重1.05～1.1(ASTM D71～72a)，软化点95～160℃(ASTM E28～58)。
另外，添加有2～7％低温冷却粉碎的30～40mesh废轮胎粉末的沥青混合物与没有添加废轮胎粉末的沥青混合物比较，前者具有在0℃以下使收缩裂缝最少化的低温伸缩效果，并且不会发生裂缝。
另外，由于轮胎橡胶在最初制造时包含防紫外线剂、耐流动剂、碳等物质，混合防紫外线氧化物与防老化剂可防止耐久性结合降低，并可承受冬季的收缩，因而可避免现有沥青路面材料的最大缺点，即夏季塑性变形引起的松散现象、荷重增加引起的泛油、下凹等现象，而且低温时路面材料本身的收缩可防止整体道路的裂缝、破裂、坑洞等影响道路寿命的因素。
本发明沥青混合物的制造方法是将5～10％纯沥青、2～7轮胎橡胶粉末、3～8％石油树脂和余量的沥青路面基料在175-195℃的温度下进行热混合。可以先将沥青、轮胎橡胶粉末和石油树脂混合制成改性沥青，再与余量的基料热混合得到；也可以将纯沥青、沥青添加剂和基料直接通过热混合得到。
本发明还提供了该沥青混合物在低噪音沥青路面的铺设中的应用，即将热混合得到的低噪音沥青混合物保持150℃以上铺设于施工路面的防水体上。
本发明沥青混合物的铺路技术是在现有沥青混凝土铺路技术基础上发展的，在铺路技术中属于最高级的技术。本发明沥青混合物应用于沥青路面铺设的过程时，通常在进行铺设施工过程中可以包括以下步骤：
1、将5～10％纯沥青、2～7轮胎橡胶粉末、3～8％石油树脂和余量的沥青路面基料在沥青混合厂进行混合，混合温度优选175～195℃；
2、将上述步骤制造的沥青混合物用15吨(tun)货车，优选以40km/h的速度(因为它的多孔性结构)运输到施工现场，为防止运输途中温度降低，必须考虑保温措施，例如盖上盖子；
3、在150℃以上，优选165℃以上的温度，将运输的沥青混合物铺设在防水体上，该沥青混合物路面优选制成5cm，在下面1.5cm的不透水层(即防水体)之上进行，其中，防水体是用80～84％的针入度为35～50的沥青材料与16～20％的聚丙烯聚合物、热塑性树脂、pertland树脂、沥青精在180℃以上制造的混合物，申请人在韩国的在先专利98-1205号、98-5192号对此有公开，在此全部引入作为参考；
4、利用震动轮胎式压路机连续不间断地压实3次，其中第一次压实用5吨以下的压路机在165℃以上迅速无震动地进行，这是因为如果压路机的荷重过大，无法压实并有可能引起材料推挤而损害道路的平坦性，第二次压实由无震动压路机在高于110℃的温度下进行，第三次压实由无震动橡胶轮胎压路机在高于60℃的温度下进行。
由于本发明沥青混合物显示多孔性，用其铺设的路面为透水性沥青路面(Water penetration asphalt pavement)，也称浸透性沥青路面。
现有的透水性沥青路面是指表层沥青路面的多孔性结构使雨水通过多孔性的沥青层，再继续通过下面的基料层、砂层，然后浸入到下层的泥土中，如主要用于广场、自行车道路、人行道等步行道路。其使用现有的沥青材料AS-P(沥青基准等级，针入度85～100，闪火点230℃，软化点45℃，伸度25℃在100以上等)作为结合剂。
使用本发明沥青混合物铺设的道路，其表层路面材料与使用现有步行道路的透水性沥青路面一样形成多孔结构，但是粒子的组成完全不同，结合剂也比现有的AS-P的结合力高、闪火点高、低温伸缩性好，雨水在表层浸透后，集合在下部的防水层(不透水层)上，然后再经由下坡或排水管进入排水结构。其中，用于防水层(不透水层)的沥青混凝土在本申请人申请的专利第98-1205号、第98-5192号中已经公开。这样，使用本发明沥青混合物铺设的路面具有雨天防止路滑、防止水滑及溅水现象的效果，而且从保护水资源的角度出发，还有治水的效果。
本发明的沥青混合物适用于机场、工厂、高速公路、一般路面等的铺设，可有效增加刹车磨擦力，降低行车噪音，并且路面寿命可长达10年以上。
下面通过实验例进一步详细说明本发明的有益效果。
实验例1 车辙实验
使用本发明沥青混合物铺设的道路，下面的路面材料是防水层，在进行道路行驶试验前，针对上部表层结构体的动态变化率和耐磨损性，由韩国道路工程道路研究所进行了车撤(Wheel tracking)实验。
试验结果如下：
| 现有沥青混凝土 | 低噪音铺路材料 | ||
| 强度 | 动态变化率 | 11.8～16 | 0.014～0.0064 |
| 马歇尔强度 | 500 | 1513～1869 | |
| 磨耗 | 车辙指数 | 600～800 | 2870～6650 |
| 软化点 | 40～50 | 75～80 | |
| 变形率 | 1 | 25～100 |
根据上述试验结果，在改善多孔性混合结构体的缺点后，得到比现有混合物好约25倍以上的试验结果。
实验例2 车辆行驶时的噪音吸收效果试验
在交通噪音方面，表示噪音强度的db有如下各种客观要素：每日交通量(通行量/日)、交通速度、交通种类、道路倾斜度、路面状态、路面材料的种类等。一般轿车在车道上产生的行驶噪音是74～84db。
行驶试验是利用发射(emission)噪音测定仪，以车速60km在车道外1m处行驶，分别在使用本发明沥青混合物铺设的路面与现有路面上进行测量。
试验在悠闲的京级道北部山路，晴天、27℃，湿度70％的环境下进行，司机一人以一定速度驾驶小型轿车。
在现有的传统路面得到的噪音为70～75db，在使用本发明沥青混合物铺设的路面得到的噪音为60～62db，结果大约有10～15db的噪音降低效果。把它换算成以吸压计算的频率变化，大约有40％左右的吸音效果。
这个结果与一般在道路的住宅区与学校、医院区安装隔音膜时的隔音效果3～5db相比，有两倍以上隔音效果的改观。另外，隔音膜将噪音转化成其它混响声，而本发明沥青混合物则实现在路面材料的内部消除噪音。
此外，以1998年、高度3.5m为基准，每1m隔音墙施工费假设大约为80万元(韩元)，在两侧道路安装100m需要2×100×80＝1600万元(韩元)，而使用本发明沥青混合物铺设的路面是每厚度1m2大约为3万元(韩元)，可见在经济方面也是非常有益的。
综上所述，本发明具有对道路使用者提供最好的服务、减少对接近道路人们的噪音的效果。也具有雨天防止路滑引起交通事故、防止水滑及溅水现象的效果，而且从保护水资源的角度来看，它的排水效果还有治水的效果。另外，比安装隔音墙有卓越的隔音效果和良好的施工经济性。
Claims (20)
1、一种沥青添加剂，包括轮胎橡胶粉末和石油树脂。
2、如权利要求1所述的沥青添加剂，其中所述的轮胎橡胶粉末的粒度为30-40目。
3、如权利要求1所述的沥青添加剂，其中所述的石油树脂是软化点为95～160℃、比重为1.05～1.1的热塑性粉末树脂。
4、一种低噪音沥青混合物，其中包括有2.5～7.5％的权利要求1、2或3的沥青添加剂。
5、如权利要求4所述的混合物，其中包括5～10％纯沥青、2～7轮胎橡胶粉末、3～8％石油树脂和余量的沥青路面基料。
6、如权利要求5所述的混合物，其中所述的纯沥青的针入度为43～72，软化点在47以上，伸度在50以上。
7、如权利要求4所述的混合物，其中所述的基料粒度最大为13mm，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：13mm为92～100％、9.5mm为62～81％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％。
8、如权利要求4所述的混合物，其中所述的基料粒度最大为19mm，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：19mm为95～100％、13.2mm为53～78％、9.5mm为35～62％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％。
9、如权利要求4-8所述的混合物，其中，在粒度为4.75mm的基料中包含有5-10％的表面磨损率在2.8以下、硬度在3以上的炼铁熔渣。
10、低噪音沥青混合物的制造方法，其包括将5～10％纯沥青、2～7轮胎橡胶粉末、3～8％石油树脂和余量的沥青路面基料在175-195℃的温度下进行热混合。
11、权利要求10所述的制造方法，其包括：先将沥青、轮胎橡胶粉末和石油树脂混合制成改性沥青，再与余量的基料热混合。
12、权利要求10所述的制造方法，其中，所述的轮胎橡胶粉末的粒度为30-40目。
13、权利要求10所述的制造方法，其中所述的石油树脂是软化点为95～160℃、比重为1.05～1.1的热塑性粉末树脂。
14、权利要求10所述的制造方法，其中所述纯沥青的针入度为43～72，软化点在47以上，伸度在50以上。
15、权利要求10所述的制造方法，其中所述的基料粒度最大为13mm，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：13mm为92～100％、9.5mm为62～81％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％。
16、权利要求10所述的制造方法，其中所述的基料粒度最大为19mm，以筛通过量为基准，该基料的粒度组成分布为：19mm为95～100％、13.2mm为53～78％、9.5mm为35～62％、4.75mm为10～31％、2.36mm为10～21％、0.6mm为4～17％、0.3mm为3～12％、0.15mm为3～8％、0.75mm为2～7％。
17、权利要求5～9中任意一种低噪音沥青混合物沥青路面铺设中的应用。
18、权利要求17所述的应用，包括将热混合得到的低噪音沥青混合物保持150℃以上铺设于施工路面的防水体上。
19、如权利要求17或18所述的应用，其中铺设混合物后，利用无震动轮胎式压路机连续不间断地进行3次。
20、如权利要求19所述的应用，其中第一次压实在165℃以上用压路机无震动地进行，第二次压实由无震动压路机在高于110℃的温度下进行，第三次压实由无震动橡胶轮胎压路机在高于60℃的温度下进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |