CN103773006A - 一种高模量沥青混合料添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高模量沥青混合料添加剂及其制备方法。所述高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：100：10-30：15-40：40-80：2-6：5-20。所述改性主剂为废旧PE、聚丙烯、EVA的一种或几种的混合物，其制备方法为：将改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡在160-190℃下混合均匀；将填料、抗老化组分、增塑组分等加入上述混合物中，在一定转速下搅拌、混合均匀，经过螺杆挤出机挤出，常温下冷却，切割成粒。本发明主要应用于高等级公路、重交通道路等的新建、改建及养护等路面工程，可提高沥青混合料的动稳定度、静态模量、动态模量和抗剪切性能，显著减少沥青路面的车辙、推移等病害。同时，可改善高模量沥青混合料的低温抗裂性能。

Description

一种高模量沥青混合料添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，主要用于提高沥青混合料的动稳定度、模量和抗剪强度，从而显著减少沥青路面的车辙、推移等病害。

背景技术

目前为止，车辙、推移等病害是困扰我国高等级公路沥青路面的主要病害形式，特别是在夏季炎热地区、超重交通、长大纵坡等路段。

我国沥青路面的车辙病害主要是由沥青面层的永久变形引起的。这种永久变形由两部分组成，一部分是沥青面层在行车荷载反复作用下进一步压密产生的，可称为压密变形；另一部分是因为沥青混合料在高温时，强度不足以抵抗车轮荷载的反复作用，沥青混合料产生高温剪切变形并逐渐被挤压到两侧而引起的侧向流动。

国内外的许多学者提出各种各样的解决方法，其中有一种方法就是通过提高沥青混合料的模量来提高沥青路面的抗车辙能力。《壳牌沥青手册》指出，要确定沥青混合料抵抗永久变形的能力，必须分析材料在低模量，也就是在高温和载荷作用时间较长情况下的力学反应，而在永久变形预测中采用的是混合料的模量概念。

NCAT试验路的结果表明，在相同的条件下，较高模量的改性沥青混合料的车辙比较低模量的普通沥青混合料大约低66%。同时，高温下模量对车辙的影响比中温时大。由此可以认为，提高混合料的模量已成为解决车辙难题的有效手段之一。

我国目前普遍采用的SBS改性沥青，各方面性能较全面，但高温性能的改善幅度不足以彻底解决炎热重载地区的车辙问题；而其他一些聚乙烯类添加剂在低温、抗疲劳等方面均存在一些缺陷。为此，开发适合中国气候特点和交通条件且较经济性的新型高模量沥青混合料添加剂迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，以解决现有高模量沥青改性剂存在的施工温度高、低温性能不佳的问题，同时提高沥青路面的抗车辙性能和抗剪切性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高模量沥青混合料添加剂，其特征在于它由包括改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分的原料制备而成，各原料的质量比为：100：10~30：15~40：40~80：2~6：5~20。根据本发明的优选实施例，改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分的质量比为：100:18~22:20~30:50~65:4~5:12~15。

所述的改性主剂为废旧PE（聚乙烯）、聚丙烯、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）的一种或至少两种的任意比例的混合的混合物。因回收材料性能不稳定，废旧PE需要通过极性助剂极性化。使用废旧PE后，可达到再生利用、节约资源和节能环保的目的。所述极性化的工艺为现有技术，在此不再赘述。

所述丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯单体无共聚的产物，其相对分子质量为10~30×10⁴，可显著提高沥青胶结料的低温性能，从而改善沥青混合料的低温抗裂性能。

所述聚乙烯石蜡是一种合成直链脂肪族碳氢化合物的混合物，是含有40~120个碳原子的长链脂肪烃。其熔点在100℃左右，可以降低沥青混合料的拌和及压实温度，提高路面在使用温度范围内的抗车辙性能。

所述填料为硅藻土、滑石粉、有机膨润土、高岭土中的一种或至少两种的任意比例的混合物。填料的目数为200-600。

所述抗老化组分为活化胶粉或碳黑，碳黑的目数为400-800,活化胶粉的目数为80~120。

所述增塑成分为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。

一种高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a)将改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡在160~190℃下混合均匀，形成熔融体；

b)将填料、抗老化组分、增塑组分加入步骤a中产生的熔融体中搅拌，直至混合均匀，然后经过螺杆挤出机挤出，常温冷却，切割成粒。

将本发明的添加剂与集料、矿粉、沥青，采用《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的AC-20型级配，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ E20-2011）中的《沥青混合料车辙试验》方法，成型车辙板，评价其高温稳定性，添加剂的掺量为基质沥青质量的8-14%。所有实施例的动稳定度均大于8000次/mm，远远大于规范的要求，抗车辙性能显著提高。

本发明的优点和效果如下：

1）本发明提高了沥青混合料的动稳定度、静态模量、动态模量和抗剪强度，从而提高了其抗车辙性能，显著减少沥青路面的车辙、推移等病害。

2）所使用的丁苯橡胶，解决了现有高模量添加剂存在的低温性能不佳的问题，有效改善了高模量沥青混合料的低温抗裂性能。

3）所使用的废旧聚乙烯经极性化处理，再生利用，节约资源，节能环保。使用其修建道路，可以消化利用再生化工材料，大大节约不可再生资源，同时可降低路用材料的成本。

4）所使用的聚乙烯石蜡，可以降低沥青混合料的拌和及压实温度，解决现有高模量沥青改性剂存在的施工温度高的问题。

5）本发明加工工艺简单，使用方便，省去了沥青改性的工艺环节。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。

一种高模量沥青混合料添加剂，其特征在于它由包括改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分的原料制备而成，各原料的质量比为：100：10~30：15~40：40~80：2~6：5~20。根据本发明的优选实施例，改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分的质量比为：100:18~22:20~30:50~65:4~5:12~15。

该高模量沥青混合料添加剂的制备方法，按下述步骤进行：

1）按比例称取改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡，在30~90r/m的条件下边搅拌边升温，快速升温至160~190℃，使其完全熔融，直至混合均匀；

2）在熔融体中加入填料、抗老化组分、增塑成分，在160~190℃下，采用150~300r/m的转速搅拌15~30分钟，使混合物均匀混合；

3）混合物经过螺杆挤出机，挤出圆柱条状半成品，再经过常温冷却，冷却后的半成品送入切割机切割，即可得到均匀的颗粒状成品。

实施例1

一种高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：改性主剂：丁苯橡胶：聚乙烯石蜡：填料：抗老化组分：增塑组分=100:15:20:50:5:12。

所述改性主剂为废旧PE和聚丙烯的混合物，混合比例为：80:20。所述填料为硅藻土，所述抗老化组分为活化橡胶粉，所述增塑成分为邻苯二甲酸二辛酯。

上述一种高模量沥青混合料添加剂的制备方法如下：首先将改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡在160-190℃下低速搅拌，混合均匀，形成熔融体；再将填料、抗老化组分、增塑组分加入熔融体中，温度保持在160-190℃，在150-300转/分的转速下，直至混合均匀，然后经过螺杆挤出机挤出，常温冷却，切割成粒。

实施例2

一种高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：改性主剂：丁苯橡胶：聚乙烯石蜡：填料：抗老化组分：增塑组分=100:20:25:55:4:12。

所述改性主剂为废旧PE和聚丙烯的混合物，混合比例为：75:25。所述填料为有机膨润土，所述抗老化组分为活化橡胶粉，所述增塑成分为邻苯二甲酸二辛酯。

高模量沥青混合料添加剂的制备方法同实施例1。

实施例3

一种高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：改性主剂：丁苯橡胶：聚乙烯石蜡：填料：抗老化组分：增塑组分=100:20:25:60:5:12。

所述改性主剂为废旧PE和EVA的混合物，混合比例为：75:25。所述填料为有机膨润土，所述抗老化组分为碳黑，所述增塑成分为邻苯二甲酸二丁酯。

高模量沥青混合料添加剂的制备方法同实施例1。

实施例4

一种高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：改性主剂：丁苯橡胶：聚乙烯石蜡：填料：抗老化组分：增塑组分=100:22:20:55:4:15。

所述改性主剂为废旧PE和EVA的混合物，混合比例为：75:25。所述填料为高岭土，所述抗老化组分为碳黑，所述增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯。

高模量沥青混合料添加剂的制备方法同实施例1。

实施例5

一种高模量沥青混合料添加剂，由改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分等组成，各原料的质量百分比为：改性主剂：丁苯橡胶：聚乙烯石蜡：填料：抗老化组分：增塑组分=100:18:30:65:5:15。

所述改性主剂为废旧PE、聚丙烯和EVA的混合物，混合比例为：70:15:15。所述填料为高岭土，所述抗老化组分为活化橡胶，所述增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯。

高模量沥青混合料添加剂的制备方法同实施例1。

本发明中的所有原料均为市售产品，在此不再赘述。

将上述实施例1~5制备出的粒子，以10~12%的掺量（基于基质沥青的质量）加入到160℃的中国石油化工股份有限公司生产的齐鲁70A中，通过高速剪切机在4500rpm/min的转速下剪切30min，直至混合均匀。然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的要求，进行沥青胶结料性能的测试，测试结果见表1。由表1可见，掺加添加剂的沥青胶结料的60℃动力粘度大幅度提高，按SHRP规范，PG性能达到76-16，由此说明了掺加本发明的产品的沥青胶结料高温性能优越。

表1 掺加不同实施例添加剂的沥青胶结料性能比较

试验项目	单位	基质沥青	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
								针入度	0.1mm	68.0	41.2	39.3	37.8	38.4	40.2
软化点	℃	48.2	84.8	80.9	82.3	78.7	81.4
								60℃动力粘度	Pa.S	197	10210	9703	9984	9547	9826
135℃运动粘度	Pa.S	0.53	0.64	0.58	0.61	0.68	0.57
								PG	-	64-22	76-16	76-16	76-16	76-16	76-16

备注：实施例1、2、5的掺量为基质沥青质量的12%，实施例3、4的掺量为基质沥青质量的10%。

将制备出的高模量沥青混合料添加剂掺入沥青混合料中制备高模量沥青混合料HMAC-20。沥青混合料配合比为：集料:矿粉:基质沥青=96:4:4.4，集料和矿粉由上海建设机场道路有限公司提供，基质沥青为中国石油化工股份有限公司生产的70A。高模量沥青混合料添加剂的掺量为基质沥青质量的10-12%。高模量沥青混合料HMAC-20的制备工艺为：将一定掺量的高模量沥青混合料添加剂掺入集料中一起加入搅拌锅中，集料加热温度控制为185℃，搅拌90s，加入基质

沥青，再搅拌90s，加入矿粉，继续搅拌45s，即得高模量沥青混合料。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的要求，本发明采用车辙试验评价高模量沥青混合料的高温性能，采用单轴贯入试验评价高模量沥青混合料的抗剪切性能，采用低温弯曲试验评价其低温抗裂性能，采用冻融劈裂试验评价其水稳定性，测试结果见表2。

由表2可见，所有实施例的动稳定度均大于8000次/mm，远远大于规范的要求，抗车辙性能显著提高。在15℃的条件下，高模量沥青混合料的静态模量为普通沥青混合料的1.5倍左右，动态模量较普通沥青混合料大很多。由此说明，本发明的产品有效提高了沥青混合料的力学性能，从而提高其高温稳定性。

由表2可见，所有实施例的破坏应变略好于普通沥青混合料的破坏应变，高模量沥青混合料的低温抗裂性能得到了一定程度的改善。

表2 掺加不同实施例添加剂的高模量沥青混合料性能比较

Claims (7)

1.一种高模量沥青混合料添加剂，其特征在于，该添加剂包括以下原料：改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡、填料、抗老化组分、增塑组分，所述原料的质量百分比为，100：10-30：15-40：40-80：2-6：5-20。

2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述改性主剂为废旧PE、聚丙烯、EVA的一种或至少两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述填料为硅藻土、滑石粉、有机膨润土、高岭土中的一种或至少两种的混合物，填料的目数为200-600。

4.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述抗老化组分为活化橡胶粉或碳黑，碳黑的目数为400-800；所述增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。

5.一种高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a)将改性主剂、丁苯橡胶、聚乙烯石蜡在160~190℃下混合均匀，形成熔融体；

b)将填料、抗老化组分、增塑组分加入步骤a中产生的熔融体中搅拌，直至混合均匀，然后经过螺杆挤出机挤出，常温冷却，切割成粒。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述改性主剂为废旧PE、聚丙烯、EVA的一种或至少两种的混合物；所述填料为硅藻土、滑石粉、有机膨润土、高岭土中的一种或至少两种的混合物；所述抗老化组分为活化橡胶粉或碳黑；所述增塑组分为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。

7.权利要求1至4任一项所述的高模量沥青混合料添加剂的应用，其特征在于用于高等级公路的中下面层、城市道路交叉路口或山区长大纵坡路段时，其掺量为沥青质量的8~14%。