CN103788667A - 一种用于改善沥青混合料模量的多元体系及其应用方法和改性沥青 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于改善沥青混合料模量的多元体系及其应用方法和改性沥青，多元体系由硫酸钙晶须1-2份、动植物油1-2份及废旧轮胎橡胶粉5-7份组成。所述应用方法如下：取部分动植物油置于密封罐中，将废旧轮胎胶粉覆盖于动植物油表面，将试验罐密封，于100-140℃下密闭加热1.5-3h；用剩余动植物油浸润硫酸钙晶须，搅拌使混合均匀；将试验罐中的混合物转移至130-140℃的热沥青中，持续搅拌40-90min，撤除加热源，继续搅拌，至温度降至110-120℃，加入硫酸钙晶须和动植物油的混合物，继续搅拌至温度降至95-100℃。本发明具有强度高、抗车辙能力强、低温柔韧性好、沥青相容性好、经济环保等诸多特点。

Description

一种用于改善沥青混合料模量的多元体系及其应用方法和改性沥青

技术领域

本发明属于道路、材料与环境保护的交叉领域，具体涉及一种用于改善沥青混合料模量的多元体系及该多元体系的应用方法。此外，本发明还涉及采用该多元体系和应用方法改性的改性沥青。

背景技术

目前我国高等级公路上普遍采用半刚性基层和沥青面层相结合的路面结构形式，然而超载、重载、重轴以及交通量倍增等矛盾的加剧和升级，给道路的性能和寿命带来了越来越沉重的压力。气温的连年升高、通行车辆的数量及荷载(特别超载)的增加等因素最容易导致车辙病害的产生，严重损坏了道路的使用性能、结构性能和使用寿命，车辙现象在沥青混凝土路面领域尤为突出，加大了汽车磨耗，影响行车安全，给行车人带来巨大的财产损失甚至危害生命安全。这对沥青路面的结构、材料及性能提出更高的要求，因此，如何合理而有效地解决路面车辙问题已经成为我国道路设计、研究和施工人员最关心也是最为实际的问题之一。

然而，目前国内外解决路面车辙问题主要通过使用低标号硬质沥青或PP、PE改性的外掺剂两类技术来提高沥青混合料路面的强度和模量。但这两类技术均存在明显缺陷，使用低标号硬质沥青能够提高提高混合料的模量，使混合料具有优良的高温性能，但是低温柔韧性无法得到保证。而硬质沥青在道路工程中的应用刚起步，对很多问题的认识尚不清楚，且受生产条件制约；外掺剂PP或PE与沥青的相容性较差，经其改性的沥青混凝土的低温柔韧性和抗裂性能不理想，易低温脆断。

因此，研究与开发出一种强度高、抗车辙能力强、低温柔韧性好、沥青相容性好、经济环保的高模量沥青混凝土技术势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题克服现有技术的不足，提供一种用于改善沥青混合料模量的多元体系及其应用方法，采取改多元体系改性后的沥青强度高、抗车辙能力强、低温柔韧性好。

本发明同时还提供一种强度高、抗车辙能力强、低温柔韧性好、经济环保的高模量的改性沥青。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种用于改善沥青混合料模量的多元体系，按重量份计，其由硫酸钙晶须或有机活化硫酸钙晶须或二者的组合1-2份、动植物油1-2份以及废旧轮胎橡胶粉5-7份组成，其中：有机活化硫酸钙晶须为表面经具有偶联作用的有机试剂改性的硫酸钙晶须。

根据本发明，所述多元体系优选采用有机活化硫酸钙晶须，其与硫酸钙晶须相比，具有与沥青更好的相容性。所述的具有偶联作用的有机试剂包括但不限于硼酸酯、硬脂酸及其盐等。所述有机活化硫酸钙晶须可商购获得或者通过已知的方法来制备。

优选的，所述的动植物油为劣质动植物油。动植物油可以为例如潲水油、变质动物油或二者的组合。

优选的，所述废旧轮胎橡胶粉的粒径在60-80目之间。

本发明采取的又一技术方案是：一种上述的用于改善沥青混合料模量的多元体系的应用方法，其包括如下步骤：

(1)取30%～70%配方量的动植物油，置于密封罐中，将废旧轮胎胶粉装入并覆盖于所述动植物油表面，之后，将试验罐密封，置于温度为100-140℃烘箱中，密闭加热1.5-3h；

（2）、用剩余的动植物油浸润硫酸钙晶须，同时搅拌以使硫酸钙晶须在所述动植物油中分散均匀；

（3）、待步骤（1）和（2）完成后，将步骤（1）所得试验罐中的混合物转移至已被加热至130-140℃的热沥青中，持续搅拌40-90min，搅拌完成后，撤除加热源，于室温条件下继续搅拌，直至热沥青温度降至110-120℃时，将步骤（2）得到的混合物加入，继续搅拌至沥青温度降至95-100℃。

进一步的，步骤（1）中，取45%～55%配方量的所述动植物油。

优选的，所述多元体系的用量为沥青的质量的2%-10%，更优选为3%-6%。

本发明还提供一种改性沥青，其包括上述的用于改善沥青混合料模量的多元体系和沥青。

进一步的，所述多元体系和沥青的质量比为0.02-0.1:1，优选为0.03-0.06:1。

本发明所提供的多元体系及其应用方法具有如下特点：

1、本发明提供的多元体系所使用的材料可以均是废弃资源的再利用，其中硫酸钙晶须由脱硫石膏加工而成；动植物油可以是劣质动植物油，该油是回收油的初级加工；废旧轮胎胶粉由废弃轮胎加工而来；

2、本发明提供的多元体系是在兼顾了彼此兼容性、强度、低温柔韧性以及高温稳定性等条件下提出，废旧轮胎胶粉可以改善沥青及沥青混凝土的高温稳定性；硫酸钙晶须与废旧轮胎胶粉是保障沥青混凝土高强度、高模量的基础；动植物油不仅能够改善沥青及沥青混凝土的低温柔韧性，还可以提高硫酸钙晶须在沥青中的分散效果与补充胶粉对沥青轻质组分的吸收损失，提高整体多元体系与沥青的兼容性；进一步增强体系的相容性，提出了采用有机活化硫酸钙晶须的方案；

3、本发明提供的应用方法中，将动植物油与废旧轮胎胶粉置于密封罐中且长时间高温保温，使胶粉充分吸收动植物油，减少其对沥青轻质组分的吸收而破坏沥青组分平衡；

4、本发明提供的应用方法中，是将将硫酸钙晶须与动植物油混合均匀后，再最后阶段、较低温度下加入，这不仅加强了硫酸钙晶须与沥青的相容性，还能减少其在高温与机械力作用下的破坏，最大限度保存硫酸钙晶须结构完整性，充分发挥其高模量高强度特点。

由于采取以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的用于改善沥青混合料模量的多元体系及其应用方法提供了强度高、抗车辙能力强、低温柔韧性好的高模量改性沥青。此外，本发明的实施可基于各种固体废弃物材料，经济环保，成本较低。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。以下实施例中，所指份数为重量份，所指百分含量或百分比为重量百分比。

实施例1：

本例提供一种用于改善沥青混合料模量的多元体系，其由有机活化硫酸钙晶须1份、废旧轮胎胶粉6份以及劣质动植物油1份组成，其中有机活化硫酸钙晶须为表面经硼酸酯改性的硫酸钙晶须。

将该多元体系应用于改性沥青的方法如下:

将0.5份劣质动植物油置于圆柱形密封罐中，将6份废旧轮胎胶粉覆盖于其表面，密封罐密封且置于烘箱中，烘箱温度为110℃，放置2h；将硫酸钙晶须倒入0.5份劣质动植物油中，搅拌均匀；待密封罐在烘箱中放置2h后，取出并倾倒劣质动植物油与废旧轮胎胶粉混合物于130℃的热沥青中，保温并持续搅拌50min；撤除保温装置，待热沥青在室温条件下降温至110℃，将硫酸钙晶须与劣质动植物油混合物加入，搅拌，直至沥青温度降至100℃。硫酸钙晶须、废旧轮胎胶粉和劣质动植物油的投料量之和为沥青质量的4%。

实施例2

本例提供一种用于改善沥青混合料模量的多元体系，其由有机活化硫酸钙晶须2份、废旧轮胎胶粉7份以及劣质动植物油2份组成，其中有机活化硫酸钙晶须为表面经硬脂酸改性的硫酸钙晶须。

将该多元体系应用于改性沥青的方法如下:

将1份劣质动植物油置于密封罐中，将7份废旧轮胎胶粉覆盖于其表面，密封罐密封且置于烘箱中，烘箱温度为130℃，放置3h；将硫酸钙晶须倒入1份劣质动植物油中，搅拌均匀；待密封罐在烘箱中放置3h后，取出并倾倒劣质动植物油与废旧轮胎胶粉混合物于120℃基质沥青中，保温并持续搅拌90min；撤除保温装置，待热沥青在室温条件下降温至110℃，将硫酸钙晶须与劣质动植物油混合物加入，搅拌，直至沥青温度降至95℃。硫酸钙晶须、废旧轮胎胶粉和劣质动植物油的投料量之和为沥青质量的4%。

实施例3

对本发明实施例1与普通胶粉改性沥青工艺对70#基质沥青的改性效果进行比较。结果表明本发明在完全满足国家规范《公路工程废轮胎胶粉橡胶改性沥青》JT/T798-2011前提下，不仅大幅提高了70#基质沥青高温稳定性能，且低温延展明显优于普通胶粉改性沥青工艺，与此同时，试验结果也说明多元体系与沥青相容性较好，具体实验参数见表1。

表1本发明与普通胶粉改性沥青工艺试验结果

注：表1引用的规范标准为气候分区-温区的要求

实施例4

对本发明实施1与普通胶粉改性沥青工艺对AC-13级配沥青混凝土的抗车辙性能（即强度）的影响效果进行比较。结果表明在沥青混凝土级配、用油量以及改性物质用量均相同的前提下，从表2可见本发明对沥青混凝土强度的改善性能优于普通胶粉改性沥青沥青混合料工艺。

表2不同工艺AC-13沥青混合料的动稳定度

混合料类型	动稳定度（60℃，次/mm）
		未改性AC-13	1219
普通胶粉改性AC-13	1903
		本发明改性AC-13	2311

实施例5

对比本发明实施例1与PE/PP改性沥青混凝土技术，在沥青混凝土级配、用油量以及改性物质用量均相同的前提下，以SMA-13为例，本发明对沥青混凝土强度改善水平与PE/PP相当，见表3。

表3不同工艺SMA-13沥青混合料的动稳定度

混合料类型	动稳定度（60℃，次/mm）
		未改性SMA-13	4015
PE/PP改性SMA-13	5793
		本发明改性SMA-13	5911

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于改善沥青混合料模量的多元体系，其特征在于：按重量份计，所述的多元体系由硫酸钙晶须或有机活化硫酸钙晶须或二者的组合1-2份、动植物油1-2份以及废旧轮胎橡胶粉5-7份组成，其中：所述的有机活化硫酸钙晶须为表面经具有偶联作用的有机试剂改性的硫酸钙晶须。

2.根据权利要求1所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系，其特征在于：所述的具有偶联作用的有机试剂为选自硼酸酯、硬脂酸及其盐中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系，其特征在于：所述的动植物油为劣质动植物油。

4.根据权利要求3所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系，其特征在于：所述的动植物油为潲水油、变质动物油或二者的组合。

5.根据权利要求1所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系，其特征在于：所述废旧轮胎橡胶粉的粒径在60-80目之间。

6.一种如权利要求1-5所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取30%～70%配方量的所述动植物油，置于密封罐中，将所述废旧轮胎胶粉装入并覆盖于所述动植物油表面，之后，将试验罐密封，置于温度为100-140℃烘箱中，密闭加热1.5-3h；

（2）、用剩余的所述动植物油浸润所述硫酸钙晶须，同时搅拌以使所述硫酸钙晶须在所述动植物油中分散均匀；

（3）、待步骤（1）和（2）完成后，将步骤（1）所得试验罐中的混合物转移至已被加热至130-140℃的热沥青中，持续搅拌40-90min，搅拌完成后，撤除加热源，于室温条件下继续搅拌，直至热沥青温度降至110-120℃时，将步骤（2）得到的混合物加入，继续搅拌至沥青温度降至95-100℃。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，步骤（1）中，取45%～55%配方量的所述动植物油。

8.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述多元体系的用量为沥青的质量的2%-10%。

9.一种改性沥青，其特征在于：包括权利要求1-5所述的用于改善沥青混合料模量的多元体系和沥青。

10.根据权利要求9所述的改性沥青，其特征在于：所述多元体系和沥青的质量比为0.02-0.1:1。