CN102558879A - 一种复合型沥青混合料温拌添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路材料领域，公开了一种复合型沥青混合料温拌添加剂及其制备方法，该添加剂能够降低热拌沥青混合料的生产及施工温度。该复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：20～50份的微晶蜡、20～50份的硬脂酸、10～20份的聚乙烯蜡、5～20份的EVA蜡、0～10份的增塑剂；其制备方案是，将聚乙烯蜡和EVA蜡、硬脂酸、增塑剂在机械搅拌作用下混合均匀，然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；最后将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，然后造粒、冷却、干燥，即可。该添加剂能够有效降低沥青混合料拌合温度约30℃，并能保证使用的路用性能良好。

Description

一种复合型沥青混合料温拌添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路材料领域，具体地说，涉及一种复合型沥青混合料温拌添加剂及其制备方法，该添加剂能够降低热拌沥青混合料的生产及施工温度。

背景技术

传统的热拌沥青混合料(HMA)是一种热拌热铺材料，在拌和、摊铺及碾压时需要较高的温度，因而，在生产和施工过程中，不仅要消耗大量的能源，沥青产生热老化，而且还会排放出大量的废气和粉尘，影响周围的环境质量和施工人员的身体健康。这些气体有害成分主要是CO、CO₂、SO₂以及NOx类等。冷拌沥青混合料尽管在环保、能耗等方面有一定的优势，但由于其路用性能不稳定，一般只用于路面养护。为了降低能源消耗和废气排放，人们开始研制一种新的高节能低排放型沥青混合料，即温拌沥青混合料(Warm MixAsphalt，WMA)。

所谓WMA是一类拌合温度介于热拌沥青混合料(150～180℃)和冷拌沥青混合料(10～40℃)之间，性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新的节能的沥青混合料。目前国外已经有了WMA在各种沥青混合料中的应用，包括密级配沥青混合料、沥青玛蹄脂和多孔沥青混合料等。就目前的技术水平而言，温拌沥青混合料的拌合温度一般保持在120～135℃，摊铺和压实温度为100～110℃，相对于热拌沥青混合料，温度降低了15～50℃。

环境污染和能源枯竭已得到全球范围的关注，为了保护生存环境，世界各国都对温室气体、有害气体以及固体粉尘等排放进行严格限制。沥青混合料的生产是道路工程中能量消耗与环境污染大户。温拌沥青混合料是响应国家节能减排政策的一项措施，它不仅具有与热拌沥青混合料相当的性能，而且具有节能、环保，沥青烟、CO₂排放少的特点，其拌合温度降低约30℃，减少了大量燃油消耗，对减少环境污染及全球大气温室效应有非常大的益处。同时降低了摊铺温度，可延长混合料的施工季节。德国研究数据表明，每生产1t热拌沥青混凝土需消耗8L燃料油。如拌和温度降低30℃，可节约燃料油2.4L，并可减少30％以上的CO₂等气体以及粉尘的排放量。

目前，世界上已开发应用的温拌沥青混合料技术可分为4大类：(1)沥青-矿物法Aspha-Min；(2)泡沫沥青温拌法Warm-Foam；(3)有机添加剂温拌法；(4)基于乳化平台的温拌法。中国的温拌沥青混合料技术研究起步于2005年，研究重点放在基于乳化平台的温拌法和有机添加剂温拌法这两种技术上。国内推广应用的温拌添加剂种类比较单一，主要以进口产品为主，其价格高，而且存在一些材料在实现温拌作用的同时反而不同程度地降低了沥青混合料的路用性能。

关于温拌添加剂的研究和应用仍处于探索阶段，涉及的材料和应用技术需要进一步研究。为了贯彻落实国家节能减排政策，实现温拌添加剂种类的多样化、国产化，并使其工程应用性能得到进一步提高，因此，研制一种复合型沥青温拌添加剂有着极其重要的现实意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种价廉物美的复合型沥青混合料温拌添加剂，能够有效降低沥青混合料拌合温度约30℃，保证使用该添加剂的温拌沥青混合料路用性能不会下降，抗老化性、低温抗裂性和抗水损坏等路用性能并得到加强。

本发明的另一个目的在于上述复合型沥青混合料温拌添加剂的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：

优选地，所述微晶蜡牌号为70号或80号。

优选地，所述聚乙烯蜡的平均分子量小于5000。

优选地，所述EVA蜡的熔融温度低于120℃，其中VA质量分数在25％～40％之间。

优选地，所述增塑剂为氯化石蜡类、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类。

更优选地，所述增塑剂为42号氯化石蜡、邻苯二甲酸辛酯、己二酸丁酯、环氧油酸丁酯。

上述复合型沥青混合料温拌添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将微晶蜡切碎成粒径为2cm以下的碎块，备用；

(2)将聚乙烯蜡和EVA蜡、硬脂酸、增塑剂在机械搅拌作用下混合均匀，然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，然后造粒、冷却、干燥，即可。

本发明的复合型沥青混合料温拌添加剂，其各种组分与沥青有极好的相容性，对沥青性能有一定改进作用，但对沥青的软化点、延度、针入度指标影响不大。该添加剂的作用机理是降低沥青在高温状态下的粘度，降粘组分有吸附分散沥青质的作用，高温下沥青粘度有较大下降；而低温下的粘度变化不大，EVA蜡的加入使沥青在低温下的柔韧性增加。使用该添加剂的温拌沥青混合料路用性能不会下降，抗老化性、低温抗裂性和抗水损坏等路用性能得到加强。添加剂组成配方比例具有可调整，容易实现不同技术性能要求的温拌沥青混合料，可用于各种道路等级和沥青路面的各种结构类型、结构层位中，进而达到温拌和节能减排效果。

本发明的复合型沥青混合料温拌添加剂，具有以下显著的有益效果：

(1)在热拌沥青混合料中或沥青中加入本发明添加剂，可以降低拌合温度，改善和易性，可以使混合料拌合温度及摊铺温度降低约30℃。

(2)节能环保，节能降耗，降低温室气体排放。拌和温度可下降30℃左右，燃油成本将会下降30％，拌和能耗和机械损耗也相应下降。生产与施工整个过程中有害气体、沥青烟雾的排放减少70％，降低环境污染，改善施工人员工人作业环境。

(3)使用添加剂后沥青混合料路用性能得到提高，不会出现实现了温拌而路用性能下降的情况。温拌沥青混合料高低温性能均有所改善，特有的增韧组分(EVA蜡)使混合料不会产生低温变脆的现象，混合料的抗水损坏性能基本不受影响。

(4)该添加剂使用方便，可以在混合料拌合过程中直接投入拌合缸，也可以先加入沥青中溶解，再与集料拌合，适当延长拌合时间5～10秒。温拌混合料配合比设计与普通混合料基本一致，添加剂量为沥青质量的3％～5％。

(5)该添加剂适用范围广泛，适用于各种类型的沥青混合料，在改性沥青中加入温拌添加剂可以有效降低拌合温度、改进沥青流动性。

(6)采用本发明添加剂，可以减轻拌合过程中沥青的老化，延长了沥青路面的使用寿命，也延长了施工季节。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的复合型沥青混合料温拌添加剂，包括以下重量份的组分：

其中，微晶蜡一般有70号和80号微晶蜡两种，80号微晶蜡更为常见，实施例选用80号微晶蜡。

硬脂酸产品根据纯度有三个等级，不特别限定品级，实施例选用普通市售的纯度不高的三级产品，价格便宜。

聚乙烯蜡的平均分子量应小于5000，分子量越小熔融的温度和粘度越低，实施例选用平均分子量为3000的产品，其融化温度为95～115℃。

EVA蜡的分子量一般在3000～10000，分子量越小熔融的温度和粘度越低，当分子量一定时，VA含量越高弹性、柔韧性增加，但粘度也增加。实施例选用融化温度为100～120℃，VA含量为28％的产品。

增塑剂的种类比较多，例如，氯化石蜡类、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类。一般增塑剂多是液态产品，不同增塑剂价格高低比较悬殊，可以选择廉价的产品，本实施例选用42号氯化石蜡、邻苯二甲酸辛酯两种；己二酸丁酯、环氧油酸丁酯等其它种类增塑剂也可。

表1为个实施例的组分及其含量。

表1  各实施例组分含量

实施例1

按照表1中实施例1各组分的重量份数，制备温拌添加剂产品，包括以下步骤：

(1)把40份块状的微晶蜡切碎成粒径2cm以下的碎块，备用；

(2)将粉末状的15份聚乙烯蜡、20份EVA蜡和20份硬脂酸加入螺带式混合机，启动后再加入5份氯化石蜡在机械搅拌作用下混合均匀；然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，通过回转带式冷凝设备造粒，粒径小于5mm，冷却、干燥，即可。

实施例2

按照表1中实施例2各组分的重量份数，制备温拌添加剂产品，包括以下步骤：

(1)把30份块状的微晶蜡切碎成粒径2cm以下的碎块，备用；

(2)将粉末状的20份聚乙烯蜡、20份EVA蜡和20份硬脂酸加入螺带式混合机，启动后再加入10份氯化石蜡在机械搅拌作用下混合均匀；然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，通过回转带式冷凝设备造粒，粒径小于5mm，冷却、干燥，即可。

实施例3

按照表1中实施例3各组分的重量份数，制备温拌添加剂产品，包括以下步骤：

(1)把40份块状的微晶蜡切碎成粒径2cm以下的碎块，备用；

(2)将粉末状的20份聚乙烯蜡、10份EVA蜡和30份硬脂酸加入螺带式混合机在机械搅拌作用下混合均匀；然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，通过回转带式冷凝设备造粒，粒径小于5mm，冷却、干燥，即可。

实施例4

按照表1中实施例4各组分的重量份数，制备温拌添加剂产品，包括以下步骤：

(1)把30份块状的微晶蜡切碎成粒径2cm以下的碎块，备用；

(2)将粉末状的15份聚乙烯蜡、20份EVA蜡和30份硬脂酸加入螺带式混合机，启动后再加入10份邻苯二甲酸辛酯在机械搅拌作用下混合均匀；然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，通过回转带式冷凝设备造粒，粒径小于5mm，冷却、干燥，即可。

上述实施例1～4制备的温拌添加剂产品，其外观为白色带浅黄色半球状颗粒，熔点85～105℃，120℃的粘度不大于0.03Pa·S。

下面以AC-13温拌沥青混合料室内试验说明本发明复合型沥青混合料温拌添加剂的应用效果。

以AC-13温拌沥青混合料室内试验为例，沥青混合料分别采用SK-90普通道路石油沥青，SBS改性沥青(SK-90沥青+4.5％SBS改性剂)作为粘结料，粗集料、细集料、矿粉选用玄武岩、石灰岩机制砂、石灰岩矿粉。将本发明各实施例添加剂按一定比例添加至普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料中，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定进行混合料配合比设计，混合料集料合成级配如表2所示，拌合成型条件如表3所示。

表2  AC-13矿料合成级配

表3  制备热拌、温拌沥青混合料的条件

按照交通运输部部颁标准JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的规定进行试验。沥青混合料拌合设备：ZJB-20C型自动混合料搅拌机；试件成型仪器：DZG-3型沥青混合料自动击实仪；试验仪器：AMS-C型全自动马歇尔试验仪；试件成型仪器：QCX-4型轻便组合式车辙试样成型机；试验仪器：QCZ-2型科研多用途全自动车辙试验仪。

基质沥青或改性沥青混合料的制备和试件成型方法：

(1)按一定量称取粗集料和细集料混合均匀，与矿粉一起放入烘箱，在对应的温度下放置至少2h。

(2)将沥青加热至设定温度，按油石比定量称取沥青。

(3)沥青混合料搅拌机在设定的温度下先加入粗细集料，再加入沥青，开始搅拌后再加入本发明复合型沥青混合料温拌添加剂，稍后加入矿粉，拌合120秒出料。

(4)称取沥青混合料在烘箱中加热至所需的成型温度，取出加入模具，按照试验规程制备马歇尔试件、车辙试件、劈裂试件。

(5)按照试验规程测定各项应用性能，数据如表4、表5所示。

表4  各个实施例添加剂的沥青混合料性能测试结果

表5  各个实施例添加剂的改性沥青混合料性能测试结果

通过各个实施例添加剂的试验结果来看，本发明复合型沥青混合料温拌添加剂使普通沥青混合料拌合和成型温度降低30℃的情况下，温拌混合料基本保持了热拌混合料相当的性能指标，均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。其中实施例1、实施例4的添加剂显然比较优良，对应的温拌沥青混合料某些性能，例如高温稳定性和抗水损坏性得到改善。

本发明复合型沥青混合料温拌添加剂使改性沥青混合料拌合和成型温度降低30℃的情况下，温拌混合料仍基本保持了热拌混合料相当的性能指标，均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。

本发明复合型沥青混合料温拌添加剂具有良好的技术特性，采用几种不同性质的材料复合而成，不但取得了较好的温拌效果，而且各项路用性能不低于热拌混合料，可以采用直接投放入混合料的方式拌合，工艺过程比较简单。

需要说明的是，以上是对本发明的实例描述，但是本发明的保护范围并不局限于此，本领域的普通人员对本发明的任何简单修改或者其他等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述微晶蜡牌号为70号或80号。

3.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述聚乙烯蜡的平均分子量小于5000。

4.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述EVA蜡的熔融温度低于120℃，其中VA质量分数在25％～40％之间。

5.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述增塑剂为氯化石蜡类、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类。

6.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述增塑剂为42号氯化石蜡、邻苯二甲酸辛酯、己二酸丁酯、环氧油酸丁酯。

7.根据权利要求1所述的复合型沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将微晶蜡切碎成粒径为2cm以下的碎块，备用；

(2)将聚乙烯蜡和EVA蜡、硬脂酸、增塑剂在机械搅拌作用下混合均匀，然后加入微晶蜡继续搅拌并混合均匀，得混合干料；

(3)将混合干料加入造粒机熔化釜内，加热120℃～130℃并融化，然后造粒、冷却、干燥，即可。