CN101717586A - 废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法。本发明浓缩组合物由废旧轮胎橡胶粉、石油沥青、天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、溶胀剂和助剂组成，按工序制备成浓缩组合物。在使用过程中，产品可在施工现场与基质沥青按比例混合，制备成废旧橡胶复合改性沥青，进行喷洒施工；也可在沥青混合料拌和站，与基质沥青混合拌制橡胶沥青混合料，进行摊铺施工。

Description

废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法。

背景技术

废旧橡胶复合改性沥青是将适量的废旧橡胶粉、添加剂掺入到基质沥青中，在适宜的温度和时间下，经过搅拌、均化、剪切、磨细、溶胀、发育等工艺，制备成橡胶沥青多相分散体系。废旧橡胶粉按来源不同可分为废旧轮胎橡胶粉、废旧鞋胶粉和边角料胶粉等。

随着汽车工业的飞速发展，废旧轮胎的堆积量日益增多，已经发展成为危害环境的“黑色固体废弃物”。废旧轮胎中含有大量的高分子橡胶材料，可改善基质沥青的路用性能，而废旧轮胎中的炭黑、硫磺等添加剂，可增强基质沥青路用性能。因此，废旧橡胶复合改性沥青，特别是废旧轮胎橡胶粉改性沥青具有两大优势：一是解决了大量的废旧轮胎堆积处理问题，减轻了环境负担，节省了环境保护所需的成本；二是改善了基质沥青的性能，提高了公路特别是高速公路的使用寿命和服务质量。可见，废旧橡胶复合改性沥青是一种节能环保型的道路材料，符合国家提倡的节能、减排、发展循环经济、走可持续发展道路的政策。

废旧橡胶复合改性沥青技术已经相对较为成熟，随着环境和能源压力的不断增大，在道路工程中的应用也日益增多。中国专利文献CN101205387A公开了一种改性橡胶沥青的生产方法，步骤为：将沥青加入搅拌罐内，在200℃下加入轮胎橡胶粉，充分搅拌混合均匀，在温度降为150℃时，加入石油树脂和极性活化剂，继续搅拌，升温到220℃继续搅拌1小时。改性橡胶沥青各组分按重量份为：沥青100重量份；轮胎橡胶粉25～35重量份；石油树脂1～40重量份，极性活化剂0.5～3重量份。中国另一专利文献CN 101362860A公开了一种废橡胶改性沥青及其生产工艺，该废橡胶改性沥青组成为(按重量计)：沥青80～84％、废橡胶粉16～20％、硫化剂0～0.1％、渗透剂0～0.1％，该生产工艺先将沥青于190～210℃温度下加热熔化；再按配比将硫化剂、渗透剂和废橡胶粉加入上述热沥青中搅拌溶胀20～45分钟；将上述步骤所得混合物在190～210℃温度下在高速剪切机里高速剪切15～60分钟，即得废橡胶改性沥青。

随着研究力度的加大，废旧橡胶复合改性沥青技术不断得到完善和提高，但仍存在一些缺陷和不足。分析和总结现有废旧橡胶复合改性沥青技术，存在的主要问题有：

一、贮存、运输稳定性差。废旧橡胶复合改性沥青在贮存和运输过程中，废旧橡胶粉、添加剂与基质沥青易产生离析、分层和局部团聚，使废旧胶粉和添加剂在基质沥青中分散不均匀，影响改性沥青的应用性能。

二、能耗较高。废旧橡胶复合改性沥青贮存、运输过程中，需要在较高的温度下进行，在某些情况下，还需对其进行机械搅拌，能源消耗较高。

三、前期投入较大，不利于推广。废旧橡胶复合改性沥青生产线投入较高，由于贮存稳定性和运输稳定性较差，不宜长时间贮存和远距离运输，生产场所相对较密集时增加了产品的生产成本。

四、产品质量控制难度大。影响废旧橡胶复合改性沥青产品质量的因素较多，如生产场所、设备、工艺流程、参数和原材料等，现行废旧橡胶复合改性沥青零散式生产模式很难从源头上控制产品的质量。

五、产品性能单一。废旧橡胶复合改性沥青可改善沥青的弹性恢复性能，而对沥青的其他性能改善不明显，特别是沥青的延度，尽管有一定的改善作用，但仍达不到优良改性沥青的标准，限制了产品的应用范围。

此外，现有废旧橡胶复合改性沥青技术还存在着胶粉掺量不能过高的缺陷。由于废旧橡胶粉对沥青具有明显的增粘作用，当胶粉掺量较高时，产品粘度急剧增大，搅拌设备和剪切设备不能满足产品生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述废旧橡胶复合改性沥青的缺点和不足，提供一种稳定性能好、能耗小、成本低、质量易于控制、综合性能高、废旧橡胶粉掺量大的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(1)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，包括以下重量份组分：废旧轮胎橡胶粉30～50份、石油沥青30～50份、天然沥青1～10份、合成橡胶1～10份、聚烯烃1～10份、溶胀剂1～10份、助剂1～8份。

a)本技术方案的进一步优化，各组分的重量份为：废旧轮胎橡胶粉30～45份、石油沥青35～50份、天然沥青2～6份、合成橡胶2～6份、聚烯烃2～6份、溶胀剂1～6份、助剂1～4份。

b)本技术方案的具体特点和具体组分为：

所述废旧轮胎橡胶粉的细度为20～100目。

所述石油沥青的标号为50～110；所述天然沥青为岩沥青、湖沥青中的一种或至少一种。

所述合成橡胶为丁苯橡胶(SBR)、聚丁烯橡胶(BR)、集成橡胶(SIBR)、丁基橡胶(IIR)、氯丁橡胶(CR)中的一种或至少一种。

所述聚烯烃为聚乙烯(PE)、聚烯烃蜡、聚氯乙烯(PVC)中的一种或至少一种；其中：所述聚乙烯的密度为0.91g/cm³～0.93g/cm³，或所述聚乙烯(PE)为废旧聚乙烯。

所述溶胀剂为芳烃油、糠醛抽出油中的一种或至少一种。

所述助剂为硫磺粉、炭黑粉中的一种或至少一种；也可以在加入硫磺粉的基础上，同时加入粉煤灰、硅藻土或膨润土。

(2)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，按照技术方案(1)称取各组分；

然后，将石油沥青加热至120～160℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、溶胀剂加入到混合釜中搅拌20～60分钟后，加入到搅拌机中；

最后，将天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、助剂也加入到搅拌机中，混合搅拌均匀，即得废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

(3)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物优化的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，按照技术方案(1)称取各组分；

然后，将石油沥青加热到120～160℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、溶胀剂加入到混合釜中，混合成均匀的混合物，再通入剪切机或胶体磨中，经过剪切或粉磨后，进入溶胀罐中，溶胀发育20～60分钟后，加入到搅拌机中；

最后，将溶胀后的混合物、天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、助剂加入到搅拌机中，混合搅拌均匀，即得废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

(4)由技术方案(2)或(3)制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的使用方法，其特征在于，将基质沥青加热到130～160℃，再将废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物加入到基质沥青中，在搅拌机中混合搅拌均匀，即得废旧橡胶复合改性沥青。

本技术方案的进一步特点在于：所述废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青的重量份比例为1∶1～1∶4。

本发明的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其组分中的废旧轮胎橡胶粉一方面可提高产品的柔韧性，使产品具有降低路面行车噪音、增加抗滑、提高行车舒适安全的路用性能，而且可降低产品的成本，消耗环境固体废弃物，形成循环经济产业链；组分中的天然沥青软化点高，可增加产品的高温性能；组分中的合成橡胶可改善产品的低温性能，增加产品的低温抗裂路用性能；组分中的聚烯烃可改善产品的高温性能，增加产品的高温抗车辙路用性能；组分中的溶胀剂，可增加产品组分中的废旧轮胎橡胶粉与石油沥青间的溶胀作用，使产品具有良好的稳定性；组分中的助剂一方面可增加废旧轮胎橡胶粉的交联作用，另一方面可改善产品的形态，使产品成为稳定的粒粉状固体。此外，组分中的聚烯烃和助剂可在生产过程中，降低产品粘度，增加了废旧橡胶粉的掺量，解决了现有废旧橡胶复合改性沥青胶粉掺量受限制的问题。

本发明废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，具有以下有益效果：

(1)产品呈粒粉状，稳定性能好，可长时间贮存、可远距离运输；产品中各组分相容性好，不离析、不分层，解决了现有废旧橡胶复合改性沥青贮存、运输稳定性差的问题。

(2)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物在常温下贮存、运输，不需要加热或搅拌，解决了现有废旧橡胶复合改性沥青的贮存、运输能耗高的问题。

(3)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物运输稳定性好，可远距离运输，不必设置过多的生产场所，可以规模化集中生产，解决了现有废旧橡胶复合改性沥青生产成本高的问题。

(4)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的使用可采用集约模式，废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物成为废旧橡胶复合改性沥青的生产和应用平台。在使用过程中，废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物可在施工现场与基质沥青按比例混合，制备成废旧橡胶复合改性沥青，进行喷洒施工；也可在沥青混合料拌和站，与基质沥青混合拌制橡胶沥青混合料，进行摊铺施工。从源头上确保了产品的质量，解决了现有废旧橡胶复合改性沥青质量控制难度大的问题。

(5)废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物在使用过程中，简化了现有废旧橡胶复合改性沥青的生产工序，不需要增加新设备的投资。废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青的混合工序，可在现有改性沥青设备中或搅拌机中完成。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，其中：废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的原材料组成见表1，使用性质见表2。

实施例1：

按照重量份，取80目废旧轮胎橡胶粉40份，标号为90的韩国SK石油沥青40份，岩沥青5份，SBR为5份，密度为0.92g/cm³的PE为5份，芳烃油5份，硫磺粉4份。

将上述石油沥青加热到150℃后，加入到混合釜中，将废旧轮胎橡胶粉、芳烃油也加入到混合釜中，混合成均匀的混合物，再将混合物通入剪切机中，经过剪切，进入溶胀罐中，溶胀发育40分钟；将溶胀后的混合物、岩沥青、SBR、密度为0.92g/cm³的低密度PE、硫磺加入到搅拌设备中，即制备得到废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

将基质沥青加热到145℃，将制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青按1∶2.5的重量比例，加入到搅拌机中混合均匀，即制备得到废旧橡胶复合改性沥青。

实施例2

按照重量份，取20目废旧轮胎橡胶粉50份，标号为110的兰炼石油沥青50份，湖沥青10份，CR为10份，废旧聚乙烯10份，芳烃油10份，炭黑8份。

将上述道路石油沥青加热到160℃后，加入到混合釜中，将废旧轮胎橡胶粉、芳烃油也加入到混合釜中，混合成均匀的混合物，再将混合物通入剪切机中，经过剪切，进入溶胀罐中，溶胀发育60分钟；将溶胀后的混合物、湖沥青、CR、废旧聚乙烯、炭黑粉加入到搅拌机中，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

将基质沥青加热到160℃，将制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青按1∶4的重量比例，加入到搅拌机中混合均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

实施例3

按照重量份，取100目废旧轮胎橡胶粉30份，标号为50的克拉玛依石油沥青30份，岩沥青1份，SBR为1份，聚烯烃蜡1份，糠醛抽出油1份，硫磺粉1份。

将上述道路石油沥青加热到120℃后，加入到混合釜中，将废旧轮胎橡胶粉、糠醛抽出油也加入到混合釜中，混合成均匀的混合物，再将混合物通入剪切机中，经过剪切，进入溶胀罐中，溶胀发育20分钟；将溶胀后的混合物、岩沥青、SBR、聚烯烃蜡、硫磺粉加入到搅拌机中，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

将基质沥青加热到130℃，将制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青按1∶1的重量比例，加入到改性沥青生产设备中混合均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

实施例4

按照重量份，取60目废旧轮胎橡胶粉45份，标号为90的日本埃索道路石油沥青45份，岩沥青7份，SBR为7份，聚烯烃蜡7份，糠醛抽出油7份，炭黑粉6份。

将上述道路石油沥青加热到150℃后，加入到混合釜中，将废旧轮胎橡胶粉、糠醛抽出油也加入到混合釜中，搅拌50分钟；将岩沥青、SBR、聚烯烃蜡、炭黑粉、混合釜中的混合物加入到搅拌机中混合搅拌均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

将基质沥青加热到150℃，将制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青按1∶3的重量比例，加入到搅拌机中混合均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青。

实施例5

按照重量份，取100目废旧轮胎橡胶粉35份，标号为70的韩国SK石油沥青35份，湖沥青3份，SBR为3份，废旧聚乙烯3份，芳烃油3份，硫磺粉2份。

将上述石油沥青加热到130℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、芳烃油也加入到混合釜中，搅拌30分钟；然后，将湖沥青、SBR、废旧聚乙烯、硫磺粉、混合釜中的混合物加入到搅拌机中混合搅拌均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

将基质沥青加热到140℃，将制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物与基质沥青按1∶2的重量比例，加入到搅拌机中混合均匀，制备成废旧橡胶复合改性沥青。

表1实施例1～5废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物组成

组分(重量份)	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						废旧轮胎橡胶粉	40	50	30	45	35
石油沥青	40	50	30	45	35
						天然沥青	5	10	1	7	3
合成橡胶	5	10	1	7	3
						聚烯烃	5	10	1	7	3
溶胀剂	5	10	1	7	3
						助剂	4	8	1	6	2

试验方法按中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000。

表2实施例1～5废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的使用性质

目前，尽管废旧橡胶复合改性沥青已经广泛应用于中国道路工程中，但还没有正式颁布产品的性能标准。根据废旧橡胶复合改性沥青的应用实践经验，并参考国外相关指标，企业自行制订了产品暂行技术要求，见表3所示。

表3废旧橡胶复合改性沥青暂行技术要求

注：(I)为推荐技术要求，(II)为行业最低技术要求。

结合表2和表3，说明按照本发明实施例1～5所制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的使用性质能够满足行业应用要求。

Claims (10)

1.一种废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，包括以下重量份组分：废旧轮胎橡胶粉30～50份、石油沥青30～50份、天然沥青1～10份、合成橡胶1～10份、聚烯烃1～10份、溶胀剂1～10份、助剂1～8份。

2.根据权利要求1所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，各组分的重量份为：废旧轮胎橡胶粉30～45份、石油沥青35～50份、天然沥青2～6份、合成橡胶2～6份、聚烯烃2～6份、溶胀剂1～6份、助剂1～4份。

3.根据权利要求1或2所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，所述石油沥青的标号为50～110；所述天然沥青为岩沥青、湖沥青中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，所述合成橡胶为丁苯橡胶、聚丁烯橡胶、集成橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，所述聚烯烃为聚乙烯、聚烯烃蜡、聚氯乙烯中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，所述溶胀剂为芳烃油、糠醛抽出油中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物，其特征在于，所述助剂为硫磺粉、炭黑粉中的至少一种。

8.一种废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的制备方法，基于权利要求1所述废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的组分，其特征在于，包括以下步骤：

首先，称取各组分；然后，将石油沥青加热至120～160℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、溶胀剂加入到混合釜中搅拌20～60分钟后，加入到搅拌机中；最后，将天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、助剂也加入到搅拌机中，混合搅拌均匀，即得废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

9.一种废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的优化制备方法，基于权利要求1所述废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的组分，其特征在于包括以下步骤：

首先，称取各组分；然后，将石油沥青加热到120～160℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、溶胀剂加入到混合釜中，混合成均匀的混合物，再通入剪切机或胶体磨中，经过剪切或粉磨后，进入溶胀罐中，溶胀发育20～60分钟后，加入到搅拌机中；最后，将溶胀后的混合物、天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、助剂加入到搅拌机中，混合搅拌均匀，即得废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。

10.根据权利要求8或9制备的废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物的使用方法，其特征在于，将基质沥青加热到130～160℃，将废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物加入到基质沥青中，在搅拌机或现有改性沥青设备中，混合搅拌均匀，得到废旧橡胶复合改性沥青。