CN103059587B - 沥青路面用抗车辙改性剂及含抗车辙改性剂的沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗车辙改性剂，包括：（a）高密度低压聚乙烯；（b）橡胶粉；和（c）岩沥青。所述抗车辙改性剂具有良好的低温抗裂性能，粘结强度高、抗水损能力强、抗变形能力好，且成本低、制备工艺简单、操作方便，便于在沥青混合料中添加。

Description

沥青路面用抗车辙改性剂及含抗车辙改性剂的沥青混合料

技术领域

本发明涉及一种公路沥青路面用抗车辙改性剂及含有抗车辙改性剂的沥青混合料，属于道桥工程技术领域。

背景技术

沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点，在我国各级公路建设中被广泛应用。然而，随着交通运输的发展，重载车辆和高压轮胎增多，沥青路面车辙病害越来越严重，具体表现为：(1)路面过量变形，影响路面的平整度；(2)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，易于诱发其它病害；(3)雨后车辙内积水，易导致车辆出现漂滑，影响行车安全；(4)在冬季车辙槽内聚冰，降低了路面的抗滑能力，行车易产生打滑现象；(5)车辆在超车或变换车道时，容易引发方向失控，影响车辆操纵稳定性。

目前，我国沥青改性多采用SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)改性技术，加工难度高，耗能大，存储难，成本高，制成的改性沥青产品高温稳定性偏低，与石料裹覆性差，抗车辙变形能力差，导致SBS改性沥青应用存在一定程度制约。

现有的抗车辙改性剂还有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、SBR(丁苯橡胶)、橡胶粉、岩沥青，以及其它如RA、PR等改性添加剂等。但单一改性剂或两种改性剂的简单组合，无法解决沥青混合料遇到的复杂问题。

中国专利文献申请公告号CN101906224A公开了一种用于交通抗车辙的沥青改性剂及制备方法，包括：聚烯烃、橡胶粉、抗氧剂。

中国专利文献申请公告号CN101857393A公开了一种用于交通抗车辙的沥青改性剂及制备方法，包括：热塑性弹性体、聚烯烃、橡胶粉。

中国专利文献申请公告号CN102061100A公开了一种复合改性剂改性道路沥青及其制备方法，所述道路沥青是通过硫化橡胶粉协同热塑性丁苯橡胶(SBS)复合改性得到。

综上所述，上述专利提供的改性剂仅仅重点解决抗车辙问题，而对其它性能，例如对低温抗裂性能，粘结力、抗水损能力改善不明显。

发明内容

针对现有技术上的不足，本发明的目的之一在于提供一种抗车辙改性剂，所述抗车辙改性剂不仅具有良好的抗车辙能力，同时还具有良好的低温抗裂性能，而且粘结力高、抗水损能力强，且制备工艺简单、操作方便，便于在沥青混合料中添加。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种抗车辙改性剂包括：

(a)高密度低压聚乙烯；

(b)橡胶粉；和

(c)岩沥青。

高密度聚乙烯(HDPE，HighDensityPolyethylene)，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂，但密度是决定HDPE特性的主要变量。本发明所述高密度低压聚乙烯的密度为0.94-0.98g/cm³，例如0.945g/cm、0.948g/cm、0.953g/cm、0.961g/cm、0.968g/cm、0.975g/cm、0.979g/cm等，优选0.941-0.976g/cm。

聚乙烯是通过乙烯(CH₂=CH)的加成聚合而成的。在低压(15-30大气压)下，有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)，这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万，称为高密度低压聚乙烯。在本发明中，所述的“高密度低压聚乙烯”和“高密度聚乙烯”的概念可以等价替换。

优选地，所述高密度低压聚乙烯分子量为40000-300000，例如43000、49000、53000、85000、105000、128000、169000、230000、259000、368000、385000、395000、398000等，优选为45000-250000；所述高密度低压聚乙烯的软化点为120-140℃，例如122℃、129℃、135℃、143℃、145℃等，优选125-135℃。

按照高密度聚乙烯的使用不同，高密度聚乙烯有拉丝级、中空级、挤出级、注塑级、薄膜级、吹塑级、注射级、管材级等多种型号。优选地，本发明所述高密度低压聚乙烯为挤出级高密度低压聚乙烯。

本发明所述的高密度低压聚乙烯可以通过商购获得，例如燕山石化的HDPE5000S、陶氏化学的挤出级HDPEDGDD-2480NT、大韩油化的HDPEPE-100等。

优选地，抗车辙改性剂中高密度低压聚乙烯的含量为75-92wt%，例如76wt%、77wt%、81wt%、85wt%、89wt%、91wt%等，优选76.5-90.6wt%。

橡胶粉是橡胶粉末的简称，一般用废旧轮胎加工而成，常采用的加工方法有：常温粉碎法、冷冻法、常温化学法。橡胶粉广泛用于体育塑胶运动场、游乐场、橡胶地砖、防水卷材、防水涂料、公路改性沥青、橡胶制品等领域。

优选地，本发明所述橡胶粉的目数为30-80目，例如30目、35目、40目、45目、50目、60目、70目、80目等，优选40-60目；所述橡胶粉由废轮胎粉碎得到，优选由货车900以上型号的轮胎胎面胶粉碎得到；

本发明所述的橡胶粉可以通过商购获得。

优选地，抗车辙改性剂中橡胶粉的含量为4-12wt%，例如4.2wt%、4.8wt%、5.5wt%、6.7wt%、8.1wt%、8.8wt%、9.6wt%、10.5wt%、11.2wt%、11.8wt%等，优选4.3-11.6wt%。

优选地，所述岩沥青的目数为50-130目，例如30目、35目、40目、50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目等，优选60-100目，进一步优选80目；所述岩沥青优选自北美岩沥青、青川岩沥青、新疆岩沥青和伊朗岩沥青中的任意1种或至少2种的组合，所述组合例如北美岩沥青\新疆岩沥青、青川岩沥青\北美岩沥青、新疆岩沥青\伊朗岩沥青等；优选北美岩沥青\新疆岩沥青；优选所述岩沥青中沥青质≥85.0wt%，例如所述岩沥青中沥青质的含量为86.0wt%、88.0wt%、90.0wt%、92.0wt%、94.0wt%等；所述岩沥青在四氯乙烯中的溶解度≥85.0%。

优选地，抗车辙改性剂中岩沥青的含量为4-13wt%，例如4.3wt%、4.5wt%、5.2wt%、6wt%、6.8wt%、7.8wt%、8.5wt%、9.6wt%、11wt%、12.2wt%、12.8wt%等，优选5.1-11.9wt%。

作为优选技术方案，所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯75-92wt%

橡胶粉4-12wt%

岩沥青4-13wt%

所述抗车辙改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt%；

优选地，所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯76.5-90.6wt%

橡胶粉4.3-11.6wt％

岩沥青5.1-11.9wt%

所述抗车辙改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt%。

优选地，所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯80wt%

橡胶粉8wt%

岩沥青12wt%；

优选地，所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯85wt%

橡胶粉9wt%

岩沥青6wt%。

本发明所述抗车辙改性剂成颗粒状黑色固体，粒径为1.8-4.8mm，例如1.8-2.4mm、2.4-3.0mm、3.0-3.6mm、3.6-4.2mm、4.2-4.8mm等，优选为2.0-3.0mm。

本发明采用的原材料为工业、生活中的废料，高密度低压聚乙烯可以选用工业废料颗粒，橡胶粉来源于汽车旧轮胎，岩沥青为用处不大的天然沥青矿，将之组合制成的改性剂不仅解决了沥青路面的技术难题，而且处理“白色”、“黑色”垃圾污染，实现了资源重复再生利用。

本发明的目的之二在于提供一种如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂的制备方法，包括如下步骤：

将高密度低压聚乙烯加热到160-200℃，例如160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等，加入橡胶粉和岩沥青，经剪切、搅拌、挤压、切粒，制得粒径为1.8-4.8mm的颗粒状混合物，降温至室温，即得抗车辙改性剂；

优选地，所述剪切、搅拌、挤压、切粒步骤在塑料挤压机，或高速剪切机中进行。

本发明的目的之三在于提供一种沥青混合料，所述沥青混合料中添加有0.2-1.0%如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂，优选添加有0.4-0.6%如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂，最优选添加有0.6%如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂。

本发明所述的沥青混合料中，添加0.6%的如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂，其车辙试验能够达到9,000次/mm以上，弯曲试验能够达到3,222με以上，冻融劈裂能达到95.0%以上。当然，在实际的路面铺设过程中，添加0.4%的如本发明目的之一所述的抗车辙改性剂，就可以达到实际的需求。

优选地，所述沥青混合料按如下方法制备得到：

(1)将集料(又称骨料)加热至185℃以上；

(2)将本发明目的之一所述的抗车辙改性剂投入到加热的集料中，干拌3-20s，例如3s、7s、11s、17s、18s等，优选5-10s；

(3)加入矿粉，干拌3-7s，例如4s、5s、6s等，优选5s；

(4)喷入温度为150-160℃的热沥青，继续拌和20s-1min，例如22s、27s、34s、37s、42s、46s、51s、58s等，得到沥青混合料。

所述沥青混合料制备完成后，可直接进行摊铺道路，即将165℃沥青混合料摊铺压实。

本发明所提供的抗车辙改性剂可用于高速公路和一级公路的中、上面层，城市道路及二级以上公路的上面层、中面层。

所述抗车辙改性剂具有良好的低温抗裂性能，粘结力高、抗水损能力强、抗变形能力好，且成本低、制备工艺简单、操作方便，便于在沥青混合料中添加。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)综合性能高：与现有技术相比，本发明除具有较高的抗车辙能力外，还具有较好的抗裂性能、抗水损能力和有效的防止路面车辙的产生、裂纹的形成和水损的破坏。

(2)拌和工艺简单：本发明提供的抗车辙改性剂能够直接将其投入加热后的骨料中，不需要其它的设备，只需适当的增加拌和时间和拌和温度。

(3)充分利用工业废料，制造成本低，环保性能好。

附图说明

图1是本发明所述的抗车辙改性剂制备工艺流程图；

图2是本发明所述的沥青混合料的拌和工艺流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1:

一种抗车辙改性剂，按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯80wt%

橡胶粉8wt%

岩沥青12wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到200℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为1.8-2.4mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例2:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯85wt%

橡胶粉9wt%

岩沥青6wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到190℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为2.4-3.0mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例3:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯92wt%

橡胶粉3wt%

岩沥青5wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到180℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为3.0-3.6mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例4:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯85wt%

橡胶粉12wt%

岩沥青3wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到160℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为2.4-3.0mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例5:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯75wt%

橡胶粉12wt%

岩沥青13wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到175℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为3.0-3.6mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例6:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯79.5wt%

橡胶粉11.6wt%

岩沥青8.9wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到165℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为3.6-4.2mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例7:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯90.6wt%

橡胶粉4.3wt%

岩沥青5.1wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到195℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为4.2-4.8mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

实施例8:

所述抗车辙改性剂按质量百分含量包括：

高密度低压聚乙烯91.4wt%

橡胶粉4.3wt%

岩沥青4.3wt%；

制备方法为：

将高密度低压聚乙烯加热到185℃，加入橡胶粉和岩沥青，经塑料挤压机剪切、搅拌、挤压、切粒作用，制得粒径为3.0-3.6mm的颗粒状混合物，即抗车辙改性剂。

对比例1

以中国专利文献申请公告号CN101857393A中公开的实施例1中的抗车辙改性剂为对比例1。

对比例2

以岩沥青单一组分作为抗车辙改性剂使用。

实施例9:

将实施例4提供的抗车辙改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：

(1)将948kg集料(又称骨料)加热至185℃以上；

(2)将3kg实施例1所述的抗车辙改性剂投入到加热的集料中，干拌3-20s，优选5-10s；

(3)加入4kg矿粉，干拌3-7s，优选5s；

(4)喷入温度为150-160℃的热沥青45kg，继续拌和20s-1min，得到沥青混合料1。

性能测试：

以实施例4为例，向沥青混合料中添加不同比例的抗车辙改性剂，对所述的沥青混合料进行车辙试验(60℃，0.7MPa)、弯曲试验(-10℃，50mm/min)和冻融劈裂试验(TSR)，实验结果如表1所示：

表1添加不同剂量抗车辙改性剂的沥青混合料的性能测试结果

由表1可以看出，添加有0.6%的实施例4的抗车辙改性剂的综合效果最好，且实施例1-3和实施例5-8的抗车辙改性剂在添加量为0.2-1.0%的沥青混合料中的性能也均表现优异，车辙试验结果均在2,800-19,000次/mm的范围内，弯曲试验的结果均在2,800-3,250με的范围内，冻融劈裂试验的结果均在86%以上。

而添加同样剂量的对比例1和对比例2的抗车辙改性剂，其结果如表2所示：

表2添加0.6%的抗车辙改性剂的沥青混合料的性能测试结果

由表1和表2给出的结果可以看出，本发明提供的抗车辙改性剂具有良好的低温抗裂性能，粘结力高、抗水损能力强、抗变形能力好，便于在沥青混合料中添加。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (17)

1.一种沥青路面用抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂按质量百分含量由如下组分组成：

高密度低压聚乙烯75-92wt％

橡胶粉5.5-12wt％

岩沥青4-13wt％

所述抗车辙改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％；

所述高密度低压聚乙烯分子量为40000-300000；所述高密度低压聚乙烯的软化点为120-140℃；所述高密度低压聚乙烯的密度为0.94-0.98g/cm³；

所述高密度低压聚乙烯为挤出级高密度低压聚乙烯；

所述橡胶粉的目数为30-80目，所述橡胶粉由货车900以上型号的轮胎胎面胶粉碎得到；

所述岩沥青的目数为50-130目；所述岩沥青选自北美岩沥青、青川岩沥青、新疆岩沥青和伊朗岩沥青中的任意1种或至少2种的组合；所述岩沥青中沥青质含量≥85.0％；所述岩沥青在四氯乙烯中的溶解度≥85.0％；

所述抗车辙改性剂的制备方法为：将高密度低压聚乙烯加热到160-200℃，加入橡胶粉和岩沥青，经剪切、搅拌、挤压、切粒，制得粒径为1.8-4.8mm的颗粒状混合物，降温至室温，即得抗车辙改性剂。

2.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述高密度低压聚乙烯分子量为45000-250000；所述高密度低压聚乙烯的软化点为125-135℃；所述高密度低压聚乙烯的密度为0.941-0.976g/cm³。

3.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述橡胶粉的目数为40-60目。

4.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述岩沥青的目数为60-100目。

5.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述岩沥青的目数为80目。

6.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述岩沥青为北美岩沥青和/或新疆岩沥青。

7.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂按质量百分含量由如下组分组成：

高密度低压聚乙烯76.5-90.6wt％

橡胶粉5.5-11.6wt％

岩沥青5.1-11.9wt％

所述抗车辙改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％。

8.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂按质量百分含量由如下组分组成：

高密度低压聚乙烯80wt％

橡胶粉8wt％

岩沥青12wt％。

9.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂按质量百分含量由如下组分组成：

高密度低压聚乙烯85wt％

橡胶粉9wt％

岩沥青6wt％。

10.如权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂制成颗粒状黑色固体，粒径为1.8-4.8mm。

11.如权利要求10所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述抗车辙改性剂粒径为2.0-3.0mm。

12.一种如权利要求1-11之一所述的抗车辙改性剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将高密度低压聚乙烯加热到160-200℃，加入橡胶粉和岩沥青，经剪切、搅拌、挤压、切粒，制得粒径为1.8-4.8mm的颗粒状混合物，降温至室温，即得抗车辙改性剂。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述剪切、搅拌、挤压步骤在塑料挤压机，或高速剪切机中进行。

14.一种沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料中添加有0.2-1.0％如权利要求1-11所述的抗车辙改性剂。

15.如权利要求14所述的沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料中添加有0.4-0.6％如权利要求1-11所述的抗车辙改性剂。

16.如权利要求15所述的沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料中添加有0.6％如权利要求1-11所述的抗车辙改性剂。

17.如权利要求14～16之一所述的沥青混合料，其特征在于，所述沥青混合料按如下方法制备得到：

(1)将集料加热至185℃以上；

(2)将权利要求1-7之一所述的抗车辙改性剂投入到加热的集料中，干拌3-20s；

(3)加入矿粉，干拌3-7s；

(4)喷入温度为150-160℃的热沥青，继续拌和20s-1min，得到沥青混合料。