CN100372891C - 利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属道路工程材料技术领域，具体涉及一种利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法。本发明将废旧轮胎磨制成细胶粉，该细胶粉与基质沥青混合、搅拌，得到橡胶沥青；采用断级配集料，将集料进行筛分，得到细、粗集料；橡胶颗粒与粗、细集料混合、拌制，然后加入橡胶沥青拌制，最后加入矿粉拌和，得到所需产品。本发明将干、湿两种工艺方法相结合，以充分发挥各自的优势，达到大量消耗废旧轮胎和改善路用性能的双重目的。本发明能够大幅度的改善沥青与沥青混合料的高、低温性能，延长路面使用寿命，并且可以大量处理废旧轮胎，减轻环境污染。采用此混合料铺筑的路面还具有降低道路交通噪声的功效。成果的推广应用具有经济、社会、环保和工程效益。
Description
技术领域
本发明属道路工程材料技术领域，具体涉及一种利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法。
背景技术
随着我国汽车工业的飞速发展和人民生活水平的提高，汽车保有量逐年迅速增加，我国将面临着大量废旧轮胎的处理问题。据统计，我国2002年的废旧轮胎达到8000万条，并以每年12％的速度增加，到2005年将达到1.2亿条，预计到2010年将达到2亿条。如此大规模的废旧轮胎将给社会带来巨大的环境压力。因此，为废旧轮胎寻找出路迫在眉睫。
目前，世界上处置废旧轮胎的主要途径有堆放(或填埋)、燃烧和再生利用等。其中，废橡胶粉在道路建设中的应用已成为世界各国研究和应用的重点，这也是大量处理废旧轮胎的较佳选择。废橡胶粉应用于沥青路面的技术主要分为湿法和干法两大类，两种工艺各有优缺点。尽管干法工艺在橡胶颗粒尺寸、橡胶用量和拌制设备上具有明显优势，但世界上绝大多数研究集中在湿法工艺上，其主要原因在于采用干法工艺铺筑的试验路性能不稳定，而湿法工艺则获得了较为满意的性能。
根据专利查新证明，目前在国内外还没有关于利用废旧轮胎橡胶采用干、湿混合法制备沥青混合料的方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够大量处置废旧轮胎橡胶、改善路用性能以及降低道路交通噪声的利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法。
本发明提出的利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其具体步骤如下：
(1)制备橡胶沥青：
将废旧轮胎在常温下粉碎磨制，得到60-80目的细胶粉，该细胶粉与基质沥青混合、搅拌，得到橡胶沥青；拌制时间为45-75分钟，温度控制在185-195℃，细胶粉的加入量为基质沥青质量的10-20％；
(2)集料的筛选：
采用断级配集料，将集料进行筛分，当筛孔的孔径为0.075-2.36mm时，得到细集料；当筛孔的孔径为4.75-16mm时，得到粗集料；
(3)橡胶颗粒与集料混合物拌制：
在施工现场拌制时，将1-3mm的橡胶颗粒与步骤(2)中得到的粗集料、细集料混合，干拌时间为8-12秒钟，温度控制在175-185℃，橡胶颗粒的加入量为粗、细集料总质量的2.0-2.5％；
在实验室拌制时，将1-3mm的橡胶颗粒与步骤(2)中得到的粗集料、细集料混合，干拌时间为8-12秒钟，温度控制在170-180℃，橡胶颗粒的加入量为粗、细集料总质量的2.0-2.5％；
(4)橡胶改性沥青混合料的制备：
将步骤(3)中得到的施工现场产物中加入步骤(1)中得到的橡胶沥青进行拌制，拌制时间为15-20秒，拌制温度为170-180℃，然后加入矿粉拌和，拌和时间为20-25秒钟，拌和温度为170-180℃，得到所需产品；
将步骤(3)中得到的实验室产物中加入步骤(1)中得到的橡胶沥青进行拌制，拌制时间为50-75秒钟，拌制温度为160-170℃，然后加入矿粉拌和，拌和时间为50-75秒钟，拌和温度为160-170℃，得到所需产品；
其中，橡胶沥青的加入量为粗、细集料总质量的6.2-6.8％，矿粉加入量为粗、细集料总质量的8-12％。
本发明中，步骤(1)中所述拌制方法可以采取高速剪切装置拌制或其他机械搅拌装置之一种。
本发明中，所述高速剪切装置指将基质沥青置于一釜中加热至185-195℃，将高速剪切装置插入沥青中并启动，转速控制在1000-3000转/分钟，将沥青质量10-20％细胶粉缓缓加入沥青中，必要时可加入适量添加剂，搅拌60分钟左右，橡胶沥青即制备完成。
本发明中，所述机械搅拌装置是一类似电风扇的搅拌头(叶片长20ccm左右)，由电动机带动，可正反两个方向旋转。将基质沥青置于一釜中加热至185-195℃，将机械搅拌装置插入沥青中并启动，转速控制在1000-2000转/分钟，将沥青质量10-20％细胶粉缓缓加入沥青中，必要时加入适量添加剂，搅拌60分钟左右，橡胶沥青即制备完成。
本发明中，所述集料中，其粗集料可以采用辉绿岩、玄武岩、安山岩等硬质岩石中某一种轧制而成，颗粒形状宜近立方形，针片状含量不超过10％；细集料可以采用碱性岩石，如石灰岩、白云岩轧制的碎石。
本发明中，所述矿粉采用石灰岩或白云岩磨细的石粉，其小于0.075mm颗粒含量应大于80％。
本发明中，在步骤(1)中可以加入添加剂。
本发明中，所述添加剂可以采用维他联接剂、硫、苯酚二硫化物等一种，加入剂量视品种而异，其中维他联接剂加入量为细胶粉质量的3-5％，硫、苯酚二硫化物加入量分别为细胶粉质量的0.8-1.2％。
本发明中所得的橡胶沥青混合料用于铺筑道路路面。
通过本发明方法制得的改性沥青混合料检验，可以采用马歇尔仪双面击实方法，即选取样品用马歇尔仪双面击实75次，击实温度控制在140～150℃。
本发明中，所述的沥青混合料采用特殊设计的断级配集料，根据粗、细废旧轮胎橡胶粉的掺量和沥青混合料的设计空隙率调整2.36mm和4.75mm筛孔的通过率。混合料的配合比设计采用马歇尔法，双面击实75次，油石比(OAC)主要按空隙率4％确定。
本发明提出了将两种工艺相结合的方法(称为混合法)，以充分发挥各自的优势，达到大量消耗废旧轮胎和改善路用性能的双重目的。
研究表明，本发明能够大幅度的改善沥青与沥青混合料的高、低温性能，延长路面使用寿命，并且可以大量处理废旧轮胎，减轻环境污染。采用此混合料铺筑的路面还具有降低道路交通噪声的功效。成果的推广应用具有经济、社会、环保和工程效益。
附图说明
图1为本发明废旧轮胎橡胶混合法改性沥青混合料示意图。
图2为橡胶沥青针入度与温度的关系曲线图。
图3为实施例1中集料级配曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：在施工现场制备橡胶改性沥青混合料
(1)橡胶沥青的制备
基质沥青采用AH-70沥青，其技术指标见表1。细胶粉由废旧轮胎常温粉碎磨制而成，得到80目的细胶粉，其相对密度为1.15。
表1AH-70沥青的技术指标
将AH-70沥青加热至190℃，细胶粉的掺量确定为基质沥青质量的15％，拌制温度控制在190℃C-195℃。采用高速剪切装置拌制15分钟，搅拌的转速为1500转/分钟，使细胶粉在基质沥青中分散均匀，然后继续搅拌45分钟，使细胶粉与基质沥青在高温下充分反应，达到所需的粘结料特性。表2是80目橡胶沥青的性能指标测试结果，
表2 80目橡胶沥青的性能指标测试结果
从表2中可以看出，橡胶沥青的软化点比基质沥青提高了10.5℃，说明细胶粉的加入使基质沥青的高温性能获得明显的改善。从图2中针入度P与温度T的关系曲线可以看出，橡胶沥青的斜率(即针入度敏感性系数A)比基质沥青小，表示橡胶沥青对温度的变化敏感性低，其温度稳定性好。
(2)集料筛分配置
混合料采用断级配骨架密实结构，为了避免橡胶颗粒对粗集料骨架的干涉，完全间断2.36～4.75mm集料，以便提供橡胶颗粒足够的空间。确定的集料合成级配曲线如图3所示。粗集料采用辉绿岩，石料的物理指标列在表3，均符合施工技术规范的要求。集料公称最大粒径尺寸为13.2mm。如以1000kg集料为基数，其中粗集料的粒径分别为16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm。粒径为13.2-16mm的粗集料为40公斤，粒径为9.5-13.2mm的粗集料为290公斤，粒径为4.75-9.5mm粗集料为410公斤，粒径为2.36-4.75mm粗集料为0公斤；细集料采用石灰岩，其中细集料的粒径分别为2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm，粒径为1.18-2.36mm细集料为70公斤，粒径为0.6-1.18mm细集料为20公斤，粒径为0.3-0.6mm细集料为20公斤，粒径为0.15-0.3mm细集料为20公斤，粒径为0.075-0.15mm细集料为20公斤；矿粉为石灰岩或白云岩经磨制而制成，矿粉的加入量为11％，计110公斤。
表3 矿料的物理指标
在干法工艺过程中，准备1～3mm橡胶颗粒，相对密度为1.13，橡胶颗粒的剂量为集料总质量2％。
(3)废旧橡胶混合法改性沥青混合料的制备
将1-3mm的橡胶颗粒加入拌缸与粗集料、细集料混合，干拌时间为8-12秒钟，温度控制在175-185℃。然后加入橡胶改性沥青，湿拌15-20秒，加入矿粉后继续拌和20-25秒。出料装车运送工地摊铺。
(4)取样在实验室，进行马歇尔法试验，双面击实75次，击实温度控制在140～150℃。成型试件进行马歇尔等相关试验。表4是实验室马歇尔试验结果。
表4马歇尔试验测试结果
废旧轮胎橡胶混合法改性沥青混合料的性能主要包括高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，分别采用车辙试验、低温劈裂试验和冻融劈裂试验进行评价，测试结果如表5。
表5橡胶沥青混合料性能测试结果
由表5可知，废旧轮胎橡胶混合法改性沥青混合料的动稳定度较高，说明其高温稳定性好。混合法的低温破坏劲度模量较小，因而沥青混合料的低温抗裂性能很好。混合法工艺的水稳性完全满足规范要求，说明废旧橡胶混合法改性沥青混合料的水稳定性能良好。
实施例2：在实验室制备橡胶改性沥青混合料
本实施例中采用的粗集料为玄武岩，橡胶沥青的制备过程中掺加5％(橡胶粉的质量数)的维他联接剂，其余原材料与实施例1相同，维他联接剂的加入促使橡胶粉与沥青化学结合，减少橡胶粉的沉淀。
(1)橡胶沥青的制备
细胶粉的掺量为沥青质量的15％，维他联接剂的掺量为胶粉质量的5％。拌制温度控制在185℃-190℃。先采用高速剪切装置拌制20分钟，搅拌的转速为3000转/分钟，使细胶粉、维他联接剂在基质沥青中分散均匀，然后继续搅拌40分钟，使它们在高温下充分反应，达到所需的粘结料特性。表6是80目橡胶沥青加入5％的维他联接剂后的性能指标测试结果。
表680目橡胶沥青加入维他联接剂后的性能指标
与实施例1中未加入维他联接剂的橡胶沥青相比，针入度变化不大，但软化点和粘度有相当大幅度的提高。
(2)废旧橡胶混合法改性沥青混合料的制备
混合法中橡胶颗粒的掺量仍为集料总质量的2％，集料公称最大粒径尺寸为13.2mm，采用的集料配合比例列于表7。
表7集料材料的配合比例
| 材料 | 9.75-13.2mm碎石 | 4.75-9.5mm碎石 | 0-2.36mm石屑 | 矿粉 |
| 比例(％) | 37 | 38 | 15 | 10 |
在实验室拌和温度控制在170-180℃，为使橡胶颗粒分散均匀，干拌时间为8～12秒钟，而后加入橡胶沥青进行湿拌1分钟，最后加入矿粉拌和1分钟。油石比(OAC)按空隙率4％确定。
(3)取样性能检验
采用马歇尔法确定混合料的体积参数，双面击实75次，表8是实验室试验结果。
表8马歇尔试验测试结果
与实施例1中未加入维他联接剂的橡胶沥青相比，马歇尔稳定度有所提高，流值略有下降，对OAC的影响不大。
废旧轮胎橡胶混合法改性沥青混合料的性能还包括高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，分别采用车辙试验、低温劈裂试验和冻融劈裂试验进行评价，测试结果如表9。
表9橡胶沥青混合料性能测试结果
由表9可知，加入维他联接剂的橡胶沥青混合料的动稳定度和TSR都有所提高，说明其高温稳定性和水稳性又进一步得到改善：混合料的低温破坏劲度模量变化很小，说明维他联接剂对橡胶沥青混合料的低温性能影响不大。
Claims (8)
1.利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)制备橡胶沥青：
将废旧轮胎在常温下粉碎磨制，得到60-80目的细胶粉，该细胶粉与基质沥青混合、搅拌，得到橡胶沥青；拌制时间为45-75分钟，温度控制在185-195℃，细胶粉的加入量为基质沥青质量的10-20％；
(2)集料的筛选：
采用断级配集料，将集料进行筛分，当筛孔的孔径为0.075-2.36mm时，得到细集料；当筛孔的孔径为4.75-16mm时，得到粗集料；
(3)橡胶颗粒与集料混合物拌制：
在施工现场拌制时，将1-3mm的橡胶颗粒与步骤(2)中得到的粗集料、细集料混合，干拌时间为8-12秒钟，温度控制在175-185℃，橡胶颗粒的加入量为粗、细集料总质量的2.0-2.5％；
在实验室拌制时，将1-3mm的橡胶颗粒与步骤(2)中得到的粗集料、细集料混合，干拌时间为8-12秒钟，温度控制在170-180℃，橡胶颗粒的加入量为粗、细集料总质量的2.0-2.5％；
(4)橡胶改性沥青混合料的制备：
将步骤(3)中得到的施工现场产物中加入步骤(1)中得到的橡胶沥青进行拌制，拌制时间为15-20秒，拌制温度为170-180℃，然后加入矿粉拌和，拌和时间为20-25秒钟，拌和温度为170-180℃，得到所需产品；
将步骤(3)中得到的实验室产物中加入步骤(1)中得到的橡胶沥青进行拌制，拌制时间为50-75秒钟，拌制温度为160-170℃，然后加入矿粉拌和，拌和时间为50-75秒钟，拌和温度为160-170℃，得到所需产品；
其中，橡胶沥青的加入量为粗、细集料总质量的6.2-6.8％，矿粉加入量为粗、细集料总质量的8-12％；粗集料采用辉绿岩、玄武岩、安山岩之一种，颗粒形状近似立方形，针片状含量低于10％；细集料采用石灰岩、白云岩之一种。
2.根据权利要求1所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于步骤(1)中所述拌制方法采取高速剪切装置拌制或机械搅拌装置之一种。
3.根据权利要求2所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于所述高速剪切装置指将基质沥青置于一釜中加热至185-195℃，将高速剪切装置插入沥青中并启动，转速控制在1000-3000转/分钟，将细胶粉加入沥青中。
4.根据权利要求2所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于所述机械搅拌装置指将基质沥青置于一釜中加热至185-195℃，将机械搅拌装置插入沥青中并启动，转速控制在1000-2000转/分钟，将细胶粉加入沥青中。
5.根据权利要求1所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于所述矿粉采用由石灰岩或白云岩磨成的石粉中的一种，其小于0.075mm颗粒含量大于80％。
6.根据权利要求1所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于在步骤(1)中加入添加剂。
7.根据权利要求6所述利用废旧轮胎采用混合法制备改性沥青混合料的方法，其特征在于所述添加剂为维他联接剂、硫、苯酚二硫化物之一种，维他联接剂加入量为细胶粉质量的3-5％，硫、苯酚二硫化物加入量分别为细胶粉质量的0.8-1.2％。
8.一种如权利要求1所述的方法制备得到的改性沥青混合料用于铺筑道路路面的用途。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080305 Termination date: 20110216 |