CN101955335A

CN101955335A - 一种道路沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101955335A
Application number: CN2010102907602A
Authority: CN
Inventors: 解孝林; 周兴平; 曾繁涤
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-09-26
Filing date: 2010-09-26
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2030-09-26
Also published as: CN101955335B

Abstract

本发明提供了一种道路沥青混凝土抗车辙剂，它由10wt％～80wt％马来酸酐接枝改性聚烯烃、10wt％～80wt％聚烯烃、0～15wt％无机矿物填充料、0～10wt％天然沥青充分混合后，通过熔融挤出、切粒、干燥制得。本发明道路沥青混凝土抗车辙剂能显著提高沥青混凝土的抗车辙性能。

Description

一种道路沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路沥青混凝土添加剂技术领域，涉及沥青混凝土抗车辙剂及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土路面因具有行车平稳、舒适、噪音低、养护方便、易于回收再生沥青等优点，在国内外公路和城市道路中，作为高级路面的主要结构类型而被广泛应用。在高等级公路中，我国沥青混凝土路面比重在80％以上，美国的比例在93％以上，且我国新铺设的高速公路或高速公路路面的改造基本均采用沥青混凝土路面。然而国民经济高速发展而带来的交通量迅速增长、车辆大型化、超载严重，车辆渠道化等，使沥青混凝土路面面临严峻的考验。许多高速公路沥青路面建成不久就不能适应交通的需要，早期破坏的情况时有发生。其中车辙是沥青路面早期破坏的几个主要因素之一。且目前车辙病害越来越突出，特别是在长大纵坡的爬坡路段、收费站和服务区附近路段经常产生严重的车辙。沥青路面车辙的出现将严重影响路面结构的服务能力，不但直接影响到路面的平整度和行车安全性，而且由于轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，将会进一步诱发其它病害，影响沥青路面的使用品质和使用寿命。车辙病害已成为公路建设中一个急需解决的技术难题。

为了预防路面车辙的产生，目前常用的预防性技术措施主要有以下几种：(1)级配改良，采用更粗的矿料级配。但是，从某种意义上说，抗车辙性能和水稳定性之间存在矛盾，级配调粗可能提高抗车辙性能，但容易出现离析、剩余空隙率大导致渗水产生水损坏，级配改良是一把双刃剑；(2)采用改性沥青，沥青改性的效果比较好，但存在基质沥青与改性剂的相容性问题，在运输和储存过程中容易出现离析；(3)在混合料中掺加各种聚酯纤维、木质素纤维和矿物纤维等；(4)采用Superpave(高性能沥青路面)、SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)、LSAM(大碎石沥青混合料)、ATB(沥青稳定碎石混合料)等结构层。外掺各种纤维或采用Superpave、SMA等结构因成本大幅度提高而很少使用，特别是很少用于中面层。国内外部分机构研制出用于提高道路沥青路面抗车辙能力的沥青混合料的外添加剂，这种添加剂在道路沥青施工过程中，直接掺加到沥青混合料，施工方法简单。

目前国际市场上抗车辙剂产品主要有法国PRI公司的PR PLASTS颗粒、德国巴赛尔集团的DUROFLEX(多米克斯)颗粒、壳牌沥青公司的SEAM颗粒等。国内主要有深圳海川工程科技有限公司与欧洲大型筑路公司共同研发的RadSpunrie车辙王抗车辙剂。目前这些抗车辙剂的价格较昂贵，且产量有限，不能满足国内日益增长的需求。西安高远公路养护技术有限公司的徐培华等人将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、石油沥青、硅藻土等采用单螺杆挤出机共混制得抗车辙外加剂(中国专利公开号CN1887951A)，其专利说明书显示：添加0.4％的抗车辙外加剂，道路沥青混合料的动稳定度可达3000次/mm以上。四川省成绵(乐)高速公路建设指挥部、交通部公路科学研究院、武汉理工大学等单位也开展过沥青混凝土抗车辙剂相关的研究工作。总体来说，目前我国在该领域成熟产品较少，相关研究有待进一步深入。

发明内容

本发明的任务是提供一种道路沥青混凝土抗车辙剂，并提供该道路沥青混凝土抗车辙剂的制备方法。

实现本发明的技术方案是：

本发明提供的这种道路沥青混凝土抗车辙剂，是将马来酸酐接枝改性聚烯烃、聚烯烃、无机矿物填充料、天然沥青混合物充分混合后，通过熔融挤出、切粒、干燥而制备得到的道路沥青混凝土抗车辙剂，作为原料的马来酸酐接枝改性聚烯烃、聚烯烃、无机矿物填充料、天然沥青的质量配比为：

马来酸酐接枝改性聚烯烃：10wt％～80wt％，优选20wt％～70wt％；

聚烯烃：10wt％～80wt％，优选20wt％～70wt％；

无机矿物填充料：0～15wt％，优选5～10wt％；

天然沥青：0～10wt％，优选5～10wt％。

所述的马来酸酐接枝改性聚烯烃是马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物。

所述的聚烯烃是聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物。

所述的无机矿物填充料是微米级碳酸钙、纳米级碳酸钙、滑石粉、石英砂、玻璃微珠、高岭土中的一种或两种以上的混合物。

所述的天然沥青是岩沥青或湖沥青。

上述马来酸酐接枝改性聚烯烃的马来酸酐接枝率为0.1％～2.0％。

本发明提供的这种道路沥青混凝土抗车辙剂的制备方法是：将10wt％～80wt％的马来酸酐接枝改性聚烯烃、10wt％～80wt％的聚烯烃、0～15wt％的无机矿物填充料、0～10wt％的天然沥青在常温常压下充分混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在180～230℃、30～100rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥即得。本发明制备方法中各原料的配比可以是：20wt％～70wt％的马来酸酐接枝改性聚烯烃、20wt％～70wt％的聚烯烃、5～10wt％的无机矿物填充料、5～10wt％的天然沥青。

本发明提供的道路沥青混凝土抗车辙剂，能显著提高沥青混凝土的抗车辙性能。

将本发明提供的道路沥青混凝土抗车辙剂与沥青、集料和矿料，采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的AC-13型级配，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)标准中的《沥青混合料试件制作方法》(T0703-1993)标准，采用轮碾法制成长300mm、宽300mm、厚50mm的沥青混合料试件，本发明道路沥青混凝土抗车辙剂的添加量为0.4％(占沥青混合料的质量分率)，油石比为5.3％。沥青混合料试件按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)标准中的《沥青混合料车辙试验》(T0719-1993)标准，进行动稳定度(产生1mm变形的行走次数)测定，用于衡量上述沥青混合料试件的抗车辙性能。试验温度60℃、轮压0.7MPa、试验轮往返碾压速率42次/min，试验开始后在45min～60min时间范围内按照下列公式计算动稳定度。同一沥青混合料至少平行试验3个试件，当3个试件动稳定度变异系数小于20％时，取平均值作为试验结果，当变异系数大于20％时，追加试验次数。

DS = \frac{(t_{2} - t_{1}) * N}{d_{2} - d_{1}}

式中：

DS表示沥青混合料的动稳定度(次/mm)；

t₂表示试验开始后60min，或试件变形达到25mm的时间；

t₁表示试验开始后45min，或t₂前15min；

d₁表示对应于时间t₁的变形量(mm)；

d₂表示对应于时间t₂的变形量(mm)；

N表示试验轮往返碾压速度(次/mm)。

表1为制备不同类型的道路沥青混凝土抗车辙剂的组分质量配比，及添加由相应组分制得的道路沥青混凝土抗车辙剂后沥青混合料试件的动稳定度结果。为考察道路沥青混凝土抗车辙剂对沥青混合料试件动稳定度的影响，制备了未添加道路沥青混凝土抗车辙剂的沥青混合料试件对比样，并测得对比样的动稳定度为＞1600次/mm。对比样除了未添加道路沥青混凝土抗车辙剂外，其制备方法与条件、试件的动稳定度检测方法与条件均与添加道路沥青混凝土抗车辙剂的沥青混合料试件相同。

表1：道路沥青混凝土抗车辙剂组分配比及添加相应组分制得的抗车辙剂后沥青混合料试件的动稳定度

表1中的1～8组实验使用的道路沥青混凝土抗车辙剂为本发明实施例1～8所述的道路沥青混凝土抗车辙剂。

从表1可用看出，未添加道路沥青混凝土抗车辙剂的沥青混凝土的动稳定度仅为＞1600次/mm，而添加本发明的道路沥青混凝土抗车辙剂后，沥青混凝土的动稳定度可达到＞11200次/mm，其抗车辙性能显著提高。对比各组别实验的动稳定度性能，可以看出：道路沥青混凝土抗车辙剂组分中马来酸酐接枝改性聚烯烃及聚烯烃的种类、组分配比对沥青混凝土的抗车辙性能影响较大。

具体实施方式

实施例1

以生产100kg本发明道路沥青混凝土抗车辙剂为例，所用原料及其质量配比为：

马来酸酐接枝改性聚丙烯 63kg

聚丙烯 27kg

微米碳酸钙 5kg

岩沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性聚丙烯的接枝率为1.5％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性聚丙烯 63％

聚丙烯 27％

微米碳酸钙 5％

岩沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为1.5％的马来酸酐接枝改性聚丙烯、聚丙烯、微米碳酸钙、岩沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在190～230℃的筒体温度、30rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例2

马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯 60kg

高密度聚乙烯 25kg

纳米碳酸钙 10kg

湖沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯的接枝率为0.1％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯 60％

高密度聚乙烯 25％

纳米碳酸钙 10％

湖沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.1％的马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、纳米碳酸钙粉末、湖沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例3

马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯 67kg

高密度聚乙烯 28kg

岩沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯的接枝率为0.9％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯 67％

高密度聚乙烯 28％

岩沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.9％的马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、岩沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、100rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例4

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 58kg

低密度聚乙烯 22kg

纳米碳酸钙 5kg

岩沥青 15kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯的接枝率为0.9％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 58％

低密度聚乙烯 22％

纳米碳酸钙 5％

岩沥青 15％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.9％的马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、纳米碳酸钙粉末、岩沥青在常温常压下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例5

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 80kg

低密度聚乙烯 10kg

滑石粉 10kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯的接枝率为2.0％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 80％

低密度聚乙烯 10％

滑石粉 10％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为2.0％的马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、5000目的滑石粉在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例6

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 10kg

低密度聚乙烯 80kg

玻璃微珠 5kg

湖沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯的接枝率为0.8％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 10％

低密度聚乙烯 80％

玻璃微珠 5％

湖沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.8％的马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、玻璃微珠、湖沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例7

马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯 63kg

线性低密度聚乙烯 27kg

纳米碳酸钙 5kg

岩沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯的接枝率为0.9％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯 63％

线性低密度聚乙烯 27％

纳米碳酸钙 5％

岩沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.9％的马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、纳米碳酸钙粉末、岩沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例8

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 63kg

线性低密度聚乙烯 27kg

纳米碳酸钙 5kg

岩沥青 5kg

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 63％

线性低密度聚乙烯 27％

纳米碳酸钙 5％

岩沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.9％的马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、纳米碳酸钙粉末、岩沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、50rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例9：

马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯 10kg

线性低密度聚乙烯 80kg

石英砂 5kg

岩沥青 3kg

湖沥青 2kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯的接枝率为0.6％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯 10％

线性低密度聚乙烯 80％

石英砂 5％

岩沥青 3％

湖沥青 2％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为0.6％的马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、石英砂、岩沥青、湖沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、30rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

实施例10：

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 50kg

低密度聚乙烯 30kg

滑石粉 5kg

高岭土 10kg

岩沥青 5kg

本实施例的配比中，马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯的接枝率为1.2％；所用原料的各组分质量分率为：

马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯 50％

低密度聚乙烯 30％

滑石粉 5％

高岭土 10％

岩沥青 5％

其制备方法为：按实施例中的配比将接枝率为1.2％的马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、5000目的滑石粉、高岭土、岩沥青在25℃、1atm环境下均匀混合，混合料加入到双螺杆挤出机中，在180～220℃筒体温度、80rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥，得到2～6mm长的本发明产品。

Claims

1.一种道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，它是由下述质量配比的原料充分混合后，通过熔融挤出、切粒、干燥制备得到的道路沥青混凝土抗车辙剂：

马来酸酐接枝改性聚烯烃 10wt％～80wt％；

聚烯烃 10wt％～80wt％；

无机矿物填充料 0～15wt％；

天然沥青 0～10wt％。

2.根据权利要求1所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，原料的质量配比为：20wt％～70wt％的马来酸酐接枝改性聚烯烃、20wt％～70wt％的聚烯烃、5～10wt％的无机矿物填充料、5～10wt％的天然沥青。

3.权利要求1所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，所述的马来酸酐接枝改性聚烯烃是马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物。

4.权利要求1所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，所述的聚烯烃是聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物。

5.权利要求1所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，所述的无机矿物填充料是微米级碳酸钙、纳米级碳酸钙、滑石粉、石英砂、玻璃微珠、高岭土中的一种或两种以上的混合物。

6.权利要求1所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，所述的天然沥青是岩沥青或湖沥青。

7.权利要求1至6中任一项所述的道路沥青混凝土抗车辙剂，其特征在于，马来酸酐接枝改性聚烯烃的马来酸酐接枝率为0.1％～2.0％。

8.一种道路沥青混凝土抗车辙剂的制备方法，其特征在于：将10wt％～80wt％的马来酸酐接枝改性聚烯烃、10wt％～80wt％的聚烯烃、0～15wt％的无机矿物填充料、0～10wt％的天然沥青在常温常压下充分混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在180～230℃、30～100rpm螺杆转速下熔融挤出、切粒、干燥即得。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，各原料的配比为：20wt％～70wt％的马来酸酐接枝改性聚烯烃、20wt％～70wt％的聚烯烃、5～10wt％的无机矿物填充料、5～10wt％的天然沥青。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的马来酸酐接枝改性聚烯烃是马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物；所述的马来酸酐接枝改性聚烯烃的马来酸酐接枝率为0.1％～2.0％；所述的聚烯烃是聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物；所述的无机矿物填充料是微米级碳酸钙、纳米级碳酸钙、滑石粉、石英砂、玻璃微珠、高岭土中的一种或两种以上的混合物；所述的天然沥青是岩沥青或湖沥青。