CN100393659C - 沥青路面增强材料 - Google Patents

Abstract

沥青路面增强材料，涉及一种沥青混凝土改性剂，具体为一种后掺型改性剂。它由挤塑型PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、POE(乙丙橡胶和聚烯烃树脂)、抗氧剂1010、稳定剂AT-168、碳黑混合而成。本增强材料原材料来源广，加工工艺简单、易行，能够用常规的沥青混合料拌和及施工设备进行施工，不需要另设设备，使用时可直接配合重交沥青进行使用，使用方便；本增强材料在混合料质量0.3%～0.7%较低掺量下，大幅度提高沥青混合料的路用性能，包括：强度、高温抵抗永久变形的能力、抗水损能力、低温抗裂性能、疲劳性能等；掺本增强材料的沥青混凝土可应用于特殊的沥青路面铺装，如钢桥面的铺装，本增强材料能使普通沥青路面的使用寿命延长2倍以上。

Description

沥青路面增强材料

技术领域

本发明涉及一种沥青混凝土改性剂，具体为一种后掺型改性剂。

背景技术

沥青路面因其行车舒适性、噪音低、养护方便等优点，近年来在我国高速公路、机场跑道、城市道路和乡村公路道路上得到了广泛的应用。然而，我国许多高速公路和城市道路在建成通车后不久就出现了车辙、开裂、水损坏等早期破坏现象，大大缩短了沥青路面的使用寿命，增加了养护成本，这引起了交通部门的普遍重视和社会的广泛关注，究其原因主要是超载普遍存在，而普通的沥青路面难以适应超量、超重交通的需要。

为了延长沥青路面的使用寿命，公路建设部门采取了许多措施，如采用改性沥青、添加纤维、增加沥青路面厚度、采用价格高昂的SMA沥青路面结构等，这些措施起到了一定的作用，但是建设成本却大幅增加。如何提高沥青路面的使用寿命，研究沥青混合料的改性材料及工艺，节约工程建设成本，提高沥青路面的使用寿命，一直是国内外研究工作的热点问题。

现有《一种废塑料、废橡胶复合改性沥青》(专利申请号99112656)，包括废胶粉、煤焦油、活化剂、聚乙烯、聚丙烯、沥青。为制造增强沥青混合料，大多是加纤维，如《一种纤维增强沥青混合料》(专利申请号02128722)，其添加化学腈纶纤维。《一种沥青混凝土和水泥混凝土结构专用增强纤维》(专利申请号00136581)，加入专用增强纤维可增加制品的耐久力、抗折强度、高温稳定性、低温柔韧性和抗磨耐磨性。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种在低掺量下能大幅度的提高沥青混合料的路用性能，延长沥青路面使用寿命的沥青路面增强材料。

本发明目的的实现方式为，沥青路面增强材料，由以下重量比％的原料混合而成：

挤塑型PE、PP(聚乙烯、聚丙烯)    85％～95％

POE(乙丙橡胶和聚烯烃树脂)       3％～10％

抗氧剂1010                      0.5％～1％

稳定剂AT-168                    0.5％～1％

碳黑                            0.2％～0.5％。

本增强材料的物理特性见表1：

表1

指标	单位	数值
			密度	(g/cm3)	0.840～0.845
软化点	(℃)	140～160
			粒径	mm	3～4

本增强材料有以下优点：

1、以PE、PP热塑性数脂材料为基础料，添加一定的外加材料加工制成，加工工艺简单易行，同时这些材料都可以从市场上可直接购买，亦可以利用回收的废旧塑料，将其经过再生处理后作为基础原料，因此有相当好的环保功能和经济效益；

2、施工方便，能够配合常规的沥青混合料拌和及施工设备进行施工，不需要另设设备，只需适当延长拌合时间和碾压时间就能达到理想的施工效果；

3、能够在较低掺量，混合料质量0.3％～0.7％的情况下，大幅度提高沥青混合料的路用性能，包括：强度、高温抵抗永久变形的能力、抗水损能力、低温抗裂性能、疲劳性能等；

4、直接配合重交沥青同时使用时，生产出的沥青混合料的性能高于改性沥青混合料，成本比改性沥青混合料低11～17％；

5、配合改性沥青混合料同时使用时，使得改性沥青混合料路用性能进一步提高，以应用于特殊的沥青路面，如钢桥面铺装。

本增强材料掺入沥青结合料中，大大提高了沥青混合料的强度、抗车辙变形能力、低温抗裂能力、抗水损能力以及疲劳性能等，从而延长沥青路面的使用寿命，使沥青路面的使用寿命延长2倍以上。

附图说明

图1为本增强材料粒状示意图

图2a、b、c、d为本增强材料不同掺量下沥青混合料路面最终变形图

具体实施方式

本增强材料由挤塑型PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、POE(乙丙橡胶和聚烯烃树脂)、抗氧剂1010、稳定剂AT-168、碳黑混合而成。其中挤塑型聚乙烯PE或PP聚丙烯为主要基料。挤塑型PE(聚乙烯)混合量为50％-60％，挤塑型PP(聚丙烯)混合量为34％-37.5％。POE(乙丙橡胶和聚烯烃树脂)有很好的耐候性及弹性，能有效的提高合成物的弹性回复能力，以及降低软化点，POE为7％时，合成物软化点降低到135℃，可使本增强材料与沥青和集料胶结牢固。抗氧剂1010能有效的抑制和延缓高分子物质的降解作用。稳定剂AT-168能有效的提高改性剂的耐热性能，它与抗氧剂结合一起使用。碳黑作为抗老化剂，使材料能有效地防止紫外线辐射引起的老化。

本增强材料在沥青混合料的拌和、碾压过程中软化，与沥青和石料紧密结合，同时填充了骨架中的空隙，形成交联、加筋作用，从而降低了沥青混合料的渗透性，提高了沥青混合料内部粘聚力，进而提高了混合料的强度；同时，材料的弹性成分在较高温度时仍起作用，使路面的变形能回弹、复原，显著地减少了沥青混合料的永久性变形。

下面举出本发明配方实施例：

                              1              2              3

PE(聚乙烯)                    60％           55.8％         50％

PP(聚丙烯)                    34％           35％           37.5％

POE(乙丙橡胶和聚烯烃树脂)     3.8％          7％            10％

抗氧剂1010                    0.5％          1％            0.5％

稳定剂AT-168                  0.5％          1％            0.5％

碳黑                          0.2％          0.2％          0.5％

AC-16+7‰各实施例的本增强材料铺装的沥青混凝土性能指标如下：

                              1               2              3

动稳定度(次/mm)               12600           11300          9828

劈裂强度(15℃、Mpa)           3.18            3.01           2.88

TSR(％)                       93.7            91.8           92.4

拉应变(με)                  1246.6          1276.3         1331.6

劲度模量(Mpa)                 13722.5         14322.5        13992.5

实施例1用于特重交通沥青路面的中面层或上面层，实施例2用于特重交通沥青路面的中面层或下面层，实施例3用于重交通沥青路面的各个层位。

本增强材料直接用机械或人工从拌和楼窗口按比例添加入沥青混合料，掺入后，可直接采用普通沥青混合料拌和、摊铺和碾压设备施工。

按照交通部规程《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000的试验方法对掺本增强材料的沥青混合料进行系统的路用性能试验，包括高温车辙试验、冻融劈裂试验、低温小梁极限弯曲试验、疲劳试验，试验采用普通重交AH-70沥青进行试验，根据试验需要加入不同比例的本增强材料以进行性能的对比，同时部分技术指标与某预加型PG 76-22SBS改性沥青混合料进行对比分析。

各种试验项目的试验温度及采用的试验方法与所需试件数量见表2。

表2试验项目、条件、方法及试件数量

试验项目	试验温度	试验方法	试件数量
				马歇尔试验	60℃	T0709-2000	4个×2组
冻融劈裂试验	25℃	T0729-2000	8个×3组
				车辙试验	60℃	T0719-1993	3块×3组
低温极限弯曲试验	-10℃	T0715-1993	6根×3组
				劈裂疲劳试验	15℃	-	12个×2组

沥青混合料的抗水损性能，指的是沥青路面抵抗水破坏的性能，利用冻融劈裂试验可以有效的评价沥青混合料的抗水损害的能力。冻融劈裂试验均按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)进行，采用马歇尔试件成型方法，击实次数为双面50次，目标空隙率为6％～7％之间。冻融试件进行劈裂试验的温度为25℃，试验加载速率为50mm/min。沥青混合料的冻融劈裂试验结果见表3，

表3沥青混合料冻融劈裂试验计算结果

项目	冻融前劈裂强度(Mpa)	冻融后劈裂强度(Mpa)	TSR(％)
				AC-16(AH-70)	1.001	0.803	80.3％
AC-16+7‰本增强材料	1.501	1.407	93.7％
				AC-16(PG76-22SBS)	1.35	1.21	89.6％

从表中可见，掺本增强材料后，混合料的劈裂强度有很大的提高，幅度达50％，同时TSR强度比表明，混合料的抗水损能力也有很大提高，从原来的80.7％提高到91.3％(也优于SBS改性沥青混合料的89.6％)，因此本增强材料对沥青混合料的强度以及抗水损性能提高有很大的贡献。

车辙试验可以有效的评价沥青混合料的高温性能。车辙试验采用的温度为60℃、70℃两个温度，试验轮胎压力为0.70Mpa，车辙板试件尺寸为30cm×30cm×5cm，车辙试件成型碾压温度为150℃～155℃，同时与SBS(PG 76-22)改性沥青拌制的混合料进行对比。试验结果见表4，

表4沥青混合料车辙试验结果

从表4可见，掺本增强材料能显著提高沥青混合料的高温抗变形能力，随着增强材料掺量的增加，两个温度下，沥青混合料的动稳定度显著提高，最终变形显著的减少。采用AH-70的普通沥青混合料，在本增强材料掺量5‰～7‰时，其抗变形能力已接近SBS改性沥青拌制的混合料，并远远的超过规范(60℃、P＝0.7Mpa)中改性沥青混合料动稳定度(DS＞3000次/mm)的要求，同时本增强材料与SBS改性沥青同时使用，对改性沥青混合料的高温抗变形能力仍有增强。

图2a、b、c、d列出在不掺本增强材料，掺本增强材料0.3％、0.5％、0.7％沥青混合料的最终变形状态，试验工况为p＝0.7Mpa，T＝70℃，从图中可见，掺0.7％本增强材料的沥青混合料试件表面基本没变形。

以低温小梁极限弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性能。低温小梁弯曲试验的试件为250mm×30mm×35mm的棱柱体小梁，试件由车辙板块状试件切割而成，计算跨径为200mm，试验机加载速率为50mm/min，试验温度为-10℃。试验结果见表5，

表5沥青混合料弯曲试验结果

项目	最大荷载(KN)	弯拉强度(Mpa)	劲度模量(Mpa)	拉应变(με)
					AC-16(AH-70)	1.47	16.93	15519.9	1114.3
AC-16+7‰本增强材料	1.49	16.73	13722.5	1246.6
					AC-16(PG76-22SBS)	1.57	17.34	14879.5	1165.5

从表中可见，掺本增强材料的混合料，其低温破坏应变比原来增长了约10％左右，弯曲模量比原来约降低了11.6％，这说明本增强材料有效地改善了沥青混合料的低温脆性，提高了沥青混合料的低温抗裂性能。

以沥青混合料的劈裂疲劳试验来评价沥青路面的耐久性能。疲劳试验温度为15±1℃，加载波形为10Hz连续式半正矢荷载，设置最小荷载为最大荷载的2％。疲劳试验的应力比分别取0.3、0.4、0.5、0.6，采用不掺本增强材料情况下静态劈裂试验的劈裂强度值作为最大应力值，疲劳试验每种混合料每个应力比下至少采用三个试件。疲劳试验结果见表6。

表6沥青混合料的疲劳试验结果

从表中可见，在各个应力水平下，掺本增强材料的沥青混合料比不掺的疲劳寿命要高得多，可见掺本增强材料能够显著地提高沥青路面的耐久性能，延长沥青路面的使用寿命。

Claims (2)

1.沥青路面增强材料，其特征在于由以下重量比％的原料混合而成：

挤塑型聚乙烯和挤塑型聚丙烯          85％～95％

乙丙橡胶和聚烯烃树脂                3％～10％

抗氧剂1010                          0.5％～1％

稳定剂AT-168                        0.5％～1％

碳黑                                0.2％～0.5％。

2.根据权利要求1所述的沥青路面增强材料，其特征在于挤塑型聚乙烯混合量为50％-60％，挤塑型聚丙烯混合量为34％-37.5％。

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