CN101451016A - 一种沥青混合料抗车辙添加剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗车辙沥青添加剂及其制备方法和使用方法。采用聚乙烯树脂和聚丙烯树脂并用，通过在高温下进行熔解、剪切混合的挤出造粒技术的使用，提高物质之间的相容性，进而在使用时提高沥青面层的高温稳定性。为降低材料的成本，还可使用废弃的聚乙烯树脂和聚丙烯树脂，同时达到降低成本、实现废弃物再利用、减少环境污染的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及一种抗车辙沥青添加剂及其制备方法和使用方法。
背景技术：
在我国大部分地区，夏季的最高气温能达到35-40℃，路面的最高温度可达到60-65℃，再加上高温持续的时间长，在行车荷载特别是重载交通工具的反复碾压作用下，沥青作为一种粘弹性材料会由弹性体向塑性体转化，劲度模量大幅度降低，由于沥青抗剪切强度不足导致压密磨耗和流动失稳发生侧向变形，路面在车轮通过的地方容易产生向下的凹陷，而车轮两侧容易向上隆起，进而产生带状的平行凹槽，这就是人们通常所说的车辙。车辙的出现，不仅影响行车舒适性，也会大大降低路面的使用寿命和服务质量。
车辙是沥青路面的主要病害之一。在我国，随着交通量、车辆轴载的不断增加，交通渠化程度的不断提高，车辙问题日益严重。虽然SBS改性沥青、纤维沥青、改性沥青SMA、改性沥青Superpave等的应用大幅度增加，但路面车辙现在的产生并没有得到有效的抑制。
抗车辙剂的开发成功地解决了沥青路面高温抗变形的问题，同时抗车辙剂沥青混合料也具有较好的抗开裂和抗水损害能力。目前在国际上成功的抗车辙产品有法国生产的PR PLAST.S系列添加剂产品，德国生产Duroflex和路孚8000沥青混合料添加剂，美国壳牌生产的SEAM硫磺沥青改性剂。这些沥青混合料抗车辙添加剂产品共同的特点是：能够显著提高沥青路面的抗车辙性能，并施工方便，但价格昂贵，造成路面成本提高，使其推广应用受到一定的限制。
我国近几年也开发研制了PE抗车辙添加剂，如CN1887951，1052740，1110693，1847318，深圳海川公司的Rad Spunrie车辙王抗车辙剂产品等。在专利CN1757663中提到选用聚乙烯或聚丙烯作为单一的沥青化学改性剂。但简单选用某一塑料作为改性剂，虽然在预防车辙上有所提高，但在改善高温稳定性上仍有一定的限制。如果只用聚乙烯树脂作改性剂，虽然与沥青混合料拌和时能形成一个良好的界面形态，但其熔点低，限制了抗车辙能力的改善。而单一的选用聚丙烯树脂作改性剂，虽然熔点提高，但其混合搅拌困难，由于相容性差而在沥青中不容易分散均匀。
从资源利用和节约成本的角度出发，也出现了很多用回收或再生聚乙烯树脂来制造抗车辙剂，如CN101054469，CN1164548。但由于再生树脂为大块状物，难溶于沥青中，需采用具有高强剪切能力的粉碎机剪碎，再利用真空吸附泵吹入沥青中与沥青拌合，从而增加了施工的难度和费用。
CN101041744中公开了一种沥青改性剂，由聚丙烯20-30重量％，聚乙烯8-10重量％和其它的一些物质在常温下简单搅拌混合而成。由于聚丙烯树脂本身就难搅拌，且其用量是聚乙烯树脂用量的2-3倍，所以混合搅拌时存在严重的分散不均匀的问题，在应用时直接影响与沥青的相容性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种沥青混合料抗车辙添加剂及其制备方法和使用方法，采用聚乙烯树脂和聚丙烯树脂并用，通过在熔融状态下剪切混合处理技术的使用，提高相容性，进而在使用时可提高沥青面层的高温稳定性。为降低材料的成本，还可使用废弃的聚乙烯树脂和聚丙烯树脂，同时达到降低成本、实现废弃物再利用、减少环境污染的目的。
本发明沥青混合料抗车辙添加剂为聚乙烯树脂与聚丙烯树脂的均一混合物，两者的质量比例在99：1—60：40之间，优选在95：5—85：15之间。
上述抗车辙添加剂的制备方法为：
将聚乙烯树脂和聚丙烯树脂按照上述质量比混合，并搅拌均匀，放入挤出机中，加温至熔融状态(最好为180-200℃)、经剪切混合处理，制成均一物质，经造粒、风干制得。
为了降低成本，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂均可以采用经过清洗和破碎的废弃材料或再生料。
本发明抗车辙添加剂的制备方法，采用挤出机实现物料的高温熔融、剪切混合处理，也可以采用其他设备、方法，如捏合，混炼等，只要能够实现聚乙烯树脂和聚丙烯树脂在高温条件下的熔融、剪切和混合，并制成均一物质均可适用。
上述抗车辙添加剂的使用方法简单，以2‰—15‰的质量比例(添加的比例根据公路等级而定，等级高，添加的比例大)将所述添加剂在170—195℃的温度下与沥青混合料进行热混合，适用于任何热混合料配方。同时也可以在拌制沥青混合料时直接将其加入拌和机内，通过拌和过程达到改性沥青混合料的目的。
在使用本发明的抗车辙添加剂时无需对搅拌设备进行改造，适用于任何沥青搅拌设备。在热力、机械力的作用下，聚合物以粒状、微丝状分散在沥青中，形成部分交联的弹性网络结构，限制了沥青胶体的流动性，同时沥青中的蜡分溶胀于聚合物结构中，其相对含量降低，提高了沥青的粘度，降低了温度敏感性。
本发明的抗车辙添加剂作为一种环保材料的聚合物产品，适用于机场、工厂、高速公路、一般路面等的新建工程铺设，也可用于路面的养护维修。
下面通过实验例进一步详细说明本发明的效果，将所制备的添加剂用于路面性能测试。沥青路面性能是否优越，取决于沥青混凝土路面的稳定性和耐久性。目前最能反映路面情况的测试是车辙实验，按GB/T0719-2000测定。
本发明的抗车辙添加剂，其组成为聚乙烯树脂和聚丙烯树脂。所用的聚乙烯树脂的熔点在90—140℃之间，优选在110—140℃之间；聚丙烯树脂的熔点在140—180℃之间，优选在150—170℃之间。其中，聚乙烯树脂和聚丙烯树脂可采用废弃或再生料，形态可以为粉末、粒子、碎片、薄膜、薄片，凝块等，如选择废弃材料，需先进行清洗，破碎。
聚乙烯和聚丙烯作为通用塑料，产量很大，每年产生大量的废弃物，造成白色污染。通过选用回收的聚乙烯和聚丙烯树脂作为原料，不仅大大降低了原料的成本，而且有利于塑料的循环利用，保护了环境，制备的抗车辙添加剂成为一种环保的聚合物。这样不仅有效改善沥青混合料的性能，而且能够循环利用大量的废弃物达到环境保护的目的。
具体实施方式：
实施例1：所用聚乙烯树脂的熔点在120—130℃之间，聚丙烯树脂的熔点在160—170℃之间，聚乙烯树脂与聚丙烯树脂之间质量比为95：5，先搅拌均匀，放入TE-50型双螺杆挤出机中，在180-200℃下进行熔融、剪切混合处理，制成均一物质，然后通过喷嘴挤压，制成挤出物。经过冷却定型，挤出物在造粒机上进行造粒，后风干。所制备的添加剂样品性能如下：弹性模量103.8MPa，拉伸强度14.67MPa，断裂伸长率433.3％，冲击强度51.97×103J.m-2，熔融指数1.6513g/10min。将该添加剂以6‰的质量比在180℃与沥青混凝土密集料进行混合后，进行抗车辙测试为63000次/mm。
实施例2：所用聚乙烯树脂的熔点在120—130℃之间，聚丙烯树脂的熔点在160—170℃之间，聚乙烯树脂与聚丙烯树脂之间质量比为90：10，先搅拌均匀，将上述组合物放入TE-50型双螺杆挤出机中，在180-200℃下进行熔融、剪切混合处理，制成均一物质，然后通过喷嘴挤压，制成挤出物。经过冷却定型，挤出物在造粒机上进行造粒，后风干。所制备的添加剂样品性能如下：弹性模量154.7MPa，拉伸强度15.46MPa，断裂伸长率383.4％，冲击强度52.87×103J.m-2，熔融指数1.5876g/10min。将该添加剂以6‰的质量比在180℃与沥青混凝土密集料进行混合后，进行抗车辙测试在60min内没有产生明显的形变。
实施例3：所用聚乙烯树脂的熔点在120—130℃之间，聚丙烯树脂的熔点在160—170℃之间，聚乙烯树脂与聚丙烯树脂之间质量比为80：20，先搅拌均匀，将上述组合物放入TE-50型双螺杆挤出机中，在180-200℃下进行熔融、剪切混合处理，制成均一物质，然后通过喷嘴挤压，制成挤出物。经过冷却定型，挤出物在造粒机上进行造粒，后风干。所制备的添加剂样品性能如下：弹性模量215.7MPa，拉伸强度18.36MPa，断裂伸长率434.4％，冲击强度53.67×103J.m-2，熔融指数1.6465g/10min。将该添加剂以6‰的质量比在180℃与沥青混凝土密集料进行混合后，进行抗车辙测试为3706次/mm。
实施例4：所用聚乙烯树脂的熔点在130—140℃之间，聚丙烯树脂的熔点在160—170℃之间，聚乙烯树脂与聚丙烯树脂之间质量比为90：10，先搅拌均匀，将上述组合物放入TE-50型双螺杆挤出机中，在180-200℃下进行熔融、剪切混合处理，制成均一物质，然后通过喷嘴挤压，制成挤出物。经过冷却定型，挤出物在造粒机上进行造粒，后风干。所制备的添加剂样品性能如下：弹性模量753.3MPa，拉伸强度21.18MPa，断裂伸长率55.2％，冲击强度9.29×103J.m-2，熔融指数0.6923g/10min。将该添加剂以6‰的质量比在180℃与沥青混凝土密集料进行混合后，进行抗车辙测试为3938次/mm。
实施例5：所用回收聚乙烯树脂的熔点在110—120℃之间，回收聚丙烯树脂的熔点在150—160℃之间，回收聚乙烯树脂与回收聚丙烯树脂之间质量比为95：5，先搅拌均匀，将上述组合物放入TE-50型双螺杆挤出机中，在180-200℃下进行熔融、剪切混合处理，制成均一物质，然后通过喷嘴挤压，制成挤出物。经过冷却定型，挤出物在造粒机上进行造粒，后风干。所制备的添加剂样品性能如下：弹性模量73.9MPa，拉伸强度1182MPa，断裂伸长率527.7％，冲击强度82.33×103J.m-2，熔融指数2.0725g/10min。将该添加剂以6‰的质量比在180℃与沥青混凝土密集料进行混合后，进行抗车辙测试在60min内没有产生明显的形变。
一般路面采用的AC-131型基质沥青混合料的抗车辙性能为1280次/mm，而加入本发明的抗车辙添加剂后沥青混合料的抗车辙因子产生大幅度提高。可以全面提高和改善沥青的质量，具有卓越的高温抗车辙能力和低温抗裂能力，从而提高沥青混凝土的整体耐久性能。
Claims (8)
1.一种沥青混合料抗车辙添加剂，为聚乙烯树脂与聚丙烯树脂的均一混合物，两者的质量比为99：1—60：40。
2.根据权利要求1所述的抗车辙添加剂，其特征是：聚乙烯树脂与聚丙烯树脂的质量比为99：1—85：15。
3.一种沥青混合料抗车辙添加剂的制备方法，将聚乙烯树脂和聚丙烯树脂按照权利要求1或2所述的质量比混合，搅拌均匀，加温至熔融状态、经剪切混合处理，制成均一物质，经造粒、风干制得。
4.根据权利要求3的制备方法，其特征是：熔融状态下的剪切混合处理在挤出机中进行。
5.根据权利要求3的制备方法，其特征是：所用聚乙烯树脂的熔点在90—140℃之间，聚丙烯树脂的熔点在140—180℃之间。
6.根据权利要求5的制备方法，其特征是：所用聚乙烯树脂的熔点在110—140℃之间，聚丙烯树脂的熔点在150—170℃之间。
7.根据权利要求3—6的任何一种制备方法，其特征是：所用的聚乙烯树脂、聚丙烯树脂均为经过清洗和破碎的废弃材料或再生料。
8.一种沥青混合料抗车辙添加剂的使用方法，将权利要求1或2的抗车辙添加剂，按照2‰—15‰的质量比在170—195℃的温度下与沥青混合料进行热混合。
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