CN103205040A

CN103205040A - 一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103205040A
Application number: CN2013101475677A
Authority: CN
Inventors: 温学钧; 郑晓光; 麻旭荣; 白彦峰
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明属于道路材料领域，具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法，该改性剂包括下列重量份数的组分：橡胶粉100份、聚乙烯蜡10～30份、丁苯橡胶5～10份、润滑性表面活性剂2～6份以及稳定剂0.1～1份；其制备方法是将橡胶粉、聚乙烯蜡、丁苯橡胶、润滑性表面活性剂以及稳定剂在130～160℃下加热融化、混合均匀，经过螺杆挤出机挤出，常温下冷却，切割成粒。本发明的优点是，对环境友好，节能减排，实现废旧轮胎的再生利用，能有效降低橡胶沥青混合料的拌和温度20～40℃，降低沥青高温粘度，保证施工和易性，提高沥青胶结料与集料间的粘附性能，改善橡胶沥青混合料的抗水损害性能，增强橡胶沥青混合料的抗车辙、耐低温性能。

Description

一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路材料领域，具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法，该改性剂能够实现废旧橡胶轮胎再生利用，提高沥青混合料路用性能，降低沥青混合料的施工温度。

背景技术

随着世界经济的持续增长和汽车工业的迅猛发展，废旧轮胎数量剧增。据统计，目前全世界每年产生15亿条废旧轮胎。废旧轮胎具有很强的耐热、抗机械和抗降解性，数十年都不会自然降解。废旧轮胎被称为“黑色污染”，属于国际上公认的工业有害固体废物，是恶化自然环境、破坏植被生长、影响人类健康、危及生态环境的最有害垃圾之一。

将废旧轮胎磨细成橡胶粉应用于道路工程建设得到了广泛的关注，这也是大量处理废旧轮胎、使其资源化循环利用的较佳途径之一。

依据废橡胶粉的加入方法，橡胶沥青混合料的生产可分为湿法工艺和干法工艺两大类。

湿法工艺是指将废轮胎橡胶粉加入传统的沥青中，拌和成具有改性沥青特性的橡胶沥青，再与石料拌和，形成橡胶沥青混合料。其中橡胶沥青是由一般道路沥青和废旧轮胎橡胶粉，在高温下（180-190℃）均匀拌和而成橡胶沥青粘结料。此种粘结料中的橡胶粉末，与热融的高温沥青充分接触混和，橡胶颗粒的体积得以充分膨胀，并在一定程度上裂解脱硫。干法工艺是指将相对颗粒较粗废轮胎橡胶粉加入集料中，然后喷入热沥青拌制成橡胶沥青混凝土。

湿法工艺生产的橡胶沥青可对基质沥青起到改性作用，可较为明显地提高沥青混合料路用性能，而干法拌制的沥青混凝土其路用性能改善不明显，因此目前较多应用湿法工艺生产橡胶沥青，然后拌制沥青混合料。但是湿法工艺拌制的橡胶沥青混合料高温粘度较大，拌和温度要超过180℃，通常要在190℃，能耗较高，对拌和设备影响较大，同时施工碾压困难，施工和易性较差，为解决橡胶沥青混合料高温施工难题，保证施工和易性，并实现节能减排，同时改善路用性能，开发一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法，该改性剂通过选用废旧轮胎粉碎的橡胶粉为改性剂的主体原料，配以废旧聚乙烯塑料催化裂解的聚乙烯蜡，降低橡胶沥青高温粘度，提高低温粘度；添加丁苯橡胶，提高橡胶沥青低温柔韧性；添加适当比例的起润滑和抗剥离作用的表面活性剂，在明显提高橡胶沥青的压实性能、显著提高其抗车辙性能的同时，解决聚乙烯蜡存在的橡胶沥青水损害、低温开裂风险增加以及容易出现沥青剥落的问题；添加稳定剂，改善橡胶粉改性沥青的稳定性，保证橡胶粉与基质沥青的相容。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述改性剂至少包括下列重量份数的组分：橡胶粉100份、聚乙烯蜡10～30份、丁苯橡胶5～10份。

所述改性剂还包括下列重量份数的组份：润滑性表面活性剂2～6份以及稳定剂0.1～1份。

所述聚乙烯蜡的熔点在90℃～110℃，平均分子质量在1000～3000之间。

所述丁苯橡胶的相对分子质量在10×10⁴～30×10⁴之间。

所述润滑性表面活性剂为阳离子表面活性剂，具体可以是烷基铵、烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、咪唑啉型铵盐中的一种或几种。

所述稳定剂为硫磺。

一种涉及上述权利要求所述的中温型橡胶沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于至少包括如下步骤：将废旧橡胶轮胎粉碎磨细制得所述橡胶粉；将废旧聚乙烯塑料催化裂解制得所述聚乙烯蜡；根据重量份数进行配比，将所述橡胶粉、聚乙烯蜡、丁苯橡胶、润滑性表面活性剂以及稳定剂在130～160℃下加热融化、混合均匀，经过螺杆挤出机挤出，常温下冷却，最后切割成粒。

一种涉及上述权利要求所述的中温型橡胶沥青混合料改性剂的使用方法，其特征在于所述改性剂的掺量为基质沥青质量的10～20%。

本发明的优点是，①在基质沥青中加入本改性剂，形成橡胶沥青后，拌制混合料，提高橡胶沥青混合料的压实性能，使橡胶沥青混合料的拌和、摊铺和压实温度降低20～40℃，并且能够节约沥青加热拌和时的能源和减少有害气体的排放；

②本改性剂中添加的聚乙烯蜡，由废旧聚乙烯塑料通过催化裂解制得，不仅可以降低改性剂的成本，而且可以解决废旧聚乙烯塑料的环境污染问题，达到再生利用、循环经济的目的；

③本改性剂中添加的丁苯橡胶，可以改善沥青的低温性能，提高低温延度，保证沥青混合料的低温抗裂性能；

④本改性剂中添加的聚乙烯蜡可降低沥青的高温粘度，提高沥青的软化点和60℃低温粘度，从而改善橡胶沥青混合料的施工和易性，提高其高温稳定性；添加的表面活性剂可以降低沥青界面的表面张力，使沥青在较低温度下与石料表面的浸润性好，在沥青内部形成润滑结构从而降低沥青裹覆石料时所需要的能量，显著增加沥青混合料在较低温度时的拌和和易性；

⑤本改性剂不仅有助于降低橡胶沥青混合料的生产和压实温度，而且改善沥青混合料的抗水损坏性能；作为添加剂，它降低粘度并改善沥青的流动性能以及它在集料表面的涂覆性能，由此使压实混合料所需的温度与常规的橡胶沥青混合料相比降低20～40℃；作为粘附和内聚改进剂，它改善橡胶沥青混合料的抗水损害性能。

附图说明

图1为本发明中不同橡胶沥青的技术指标表；

图2为本发明中不同温度下的橡胶沥青混合料空隙率对比表；

图3为本发明中不同橡胶沥青混合料的性能对比表。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂及其制备方法，该改性剂的重量份数配比为：40目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶5份、烷基三甲基季铵盐4份、硫磺0.5份。

上述橡胶粉为常温粉碎磨细的废旧轮胎橡胶粉，为40目～60目的黑色均质粉末，相对密度为1.10～1.30，含水量小于0.5%，金属含量小于0.05%，纤维含量小于0.5%，灰分小于7%，天然橡胶含量大于25%。

上述聚乙烯蜡由废旧聚乙烯塑料通过催化裂解制得，其熔点在90～110℃，平均分子量在1000～3000之间，可降低沥青粘度与沥青混合料的施工温度，改善施工和易性，增强压实度，同时提高橡胶沥青混合料的高温稳定性；聚乙烯蜡的制备方法为现有技术，在此不再赘述；通过利用废旧塑料制备聚乙烯蜡，可达到再生利用、节约资源和环境友好的目的。

上述丁苯橡胶为丁二烯与苯乙烯单体无共聚的产物，其相对分子质量为10×10⁴～30×10⁴之间，可显著提高沥青胶结料的低温性能。

上述硫磺为淡黄色粉末，熔点为110～120℃。

该中温型橡胶沥青混合料改性剂的制备方法具体为：将橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶5份、烷基三甲基季铵盐4份、硫磺0.5份，在130～160℃下加热融化、混合均匀，经螺杆挤出机挤出，常温下冷却，并切割成3～5mm的颗粒。

实施例2：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，该改性剂的优选重量份数配比为：40目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡15份、丁苯橡胶8份、咪唑啉型铵盐5份、硫磺0.8份。该改性剂的制备方法与实施例1中的相同。

实施例3：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，该改性剂的优选重量份数配比为：40目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡25份、丁苯橡胶6份、咪唑啉型铵盐6份、硫磺0.5份。该改性剂的制备方法与实施例1中的相同。

实施例4：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，该改性剂的优选重量份数配比为：60目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶6份、烷基二甲基苄基季铵盐4份、硫磺0.3份。该改性剂的制备方法与实施例1中的相同。

实施例5：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，该改性剂的优选重量份数配比为：60目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡23份、丁苯橡胶7份、烷基三甲基季铵盐3份、硫磺1份。该改性剂的制备方法与实施例1中的相同。

实施例6：本实施例具体涉及一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，该改性剂的优选重量份数配比为：60目的橡胶粉100份、聚乙烯蜡28份、丁苯橡胶10份、烷基三甲基季铵盐6份、硫磺0.5份。该改性剂的制备方法与实施例1中的相同。

将上述实施例1～6中制备出的中温型橡胶沥青混合料改性剂，以15%的掺量（基于沥青的质量百分比）添加到70号基质沥青中，在170℃温度下制成橡胶沥青，测得橡胶沥青的技术指标，同时对比只添加15%橡胶粉的改性沥青（制备温度为180℃）以及添加15%对比配方①和②的改性沥青。试验结果如图1所示。

其中对比配方①和②主要用于同实施例1来作对比。对比配方①的重量份数配比为：橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶4份、烷基三甲基季铵盐4份、硫磺0.5份。

对比配方②的重量份数配比为：橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶11份、烷基三甲基季铵盐4份、硫磺0.5份。

由图1可见，相对于普通橡胶粉改性沥青，添加了不同实施例的橡胶沥青性能有了明显提升，其中60℃低温粘度、软化点有了较大提高，这说明橡胶沥青高温性能改善；5℃延度也有较大增长，这说明橡胶沥青低温性能也提高了；180℃高温粘度减少，说明施工和易性提高，压实容易保证。对比配方①和②的改性沥青，当丁苯橡胶小于5份时，其低温延度较小，而当丁苯橡胶大于10份时，其低温延度的变化相对于实施例1中的5份时变化不大，说明丁苯橡胶取5～10份时低温延度性能较佳，且最经济。

采用实施例1-6的橡胶沥青拌制沥青混合料，混合料采用SMA-13级配，在不同温度下成型马歇尔试件，通过压实空隙率测试来评价橡胶沥青混合料的压实效果，同时对比只添加15%橡胶粉的改性橡胶沥青混合料。试验结果如图2所示。

由图2可见，在低于热拌橡胶沥青混合料压实温度40℃，添加不同实施例的橡胶沥青混合料仍能达到要求的空隙率，说明本发明的改性剂温拌效果明显，能实现橡胶沥青混合料中温拌和。

采用实施例1-6的橡胶沥青拌制沥青混合料，混合料采用SMA-13级配，再成型试件，其中采用70号沥青+15%橡胶粉的混合料成型温度为180℃，添加本发明改性剂的橡胶沥青混合料成型温度为160℃。混合料的路用性能结果如图3所示。

其中对比配方③和④主要用于同实施例1作对比。对比配方③的重量份数配比为：橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶5份、烷基三甲基季铵盐1份、硫磺0.5份。

对比配方④的重量份数配比为：橡胶粉100份、聚乙烯蜡20份、丁苯橡胶5份、烷基三甲基季铵盐7份、硫磺0.5份。

由图3可见，试验结果表明，相对于普通橡胶粉改性沥青，添加不同实施例的橡胶沥青混合料动稳定度、冻融劈裂强度比与弯拉破坏应变都有增长，这说明，橡胶沥青混合料的高温稳定性、水稳定性与低温抗裂性都提高了，路用性能显著改善。对比配方③和④中，当润滑性表面活性剂小于2份时，其橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比没有提高；而当润滑性表面活性剂大于6份时，其橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比相对于实施例1中的6份时变化不大。说明润滑性表面活性剂在2～6份时，沥青混合料的水稳定性能最佳，且最经济。

因此，实施例1-6中的改性剂对环境友好，节能减排，能有效降低沥青混合料的拌和温度20～40℃，提高施工和易性，保证压实度，同时不同程度的提高沥青混合料的各项路用性能。

Claims

1.一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述改性剂至少包括下列重量份数的组分：橡胶粉100份、聚乙烯蜡10～30份、丁苯橡胶5～10份。

2.根据权利要求1所述的一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述改性剂还包括下列重量份数的组份：润滑性表面活性剂2～6份以及稳定剂0.1～1份。

3.根据权利要求1所述的一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述聚乙烯蜡的熔点在90℃～110℃，平均分子质量在1000～3000之间。

4.根据权利要求1所述的一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述丁苯橡胶的相对分子质量在10×10⁴～30×10⁴之间。

5.根据权利要求1所述的一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述润滑性表面活性剂为阳离子表面活性剂，具体可以是烷基铵、烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、咪唑啉型铵盐中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种中温型橡胶沥青混合料改性剂，其特征在于所述稳定剂为硫磺。

7.一种涉及权利要求1-6所述的中温型橡胶沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于至少包括如下步骤：将废旧橡胶轮胎粉碎磨细制得所述橡胶粉；将废旧聚乙烯塑料催化裂解制得所述聚乙烯蜡；根据重量份数进行配比，将所述橡胶粉、聚乙烯蜡、丁苯橡胶、润滑性表面活性剂以及稳定剂在130～160℃下加热融化、混合均匀，经过螺杆挤出机挤出，常温下冷却，最后切割成粒。

8.一种涉及权利要求1-6所述的中温型橡胶沥青混合料改性剂的使用方法，其特征在于所述改性剂的掺量为基质沥青质量的10～20%。