CN103804938B - 沥青路面抗车辙改性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了沥青路面抗车辙改性剂及其制备方法和应用。该改性剂按重量百分比计包括：硫磺60%～93%，LDPE5%～20%，硬沥青1%～20%。制备方法包括如下内容：将硫磺、低密度线型聚乙烯和硬沥青混合均匀，把混合物输送到挤出机中进行挤出、造粒，得到本发明改性剂。本发明改性剂在制备过程中刺激性气味小。本发明改性剂加入到沥青混合料中，能有效改善沥青路面抗车辙性能，与沥青的相容性好。

Description

沥青路面抗车辙改性剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种沥青路面抗车辙改性剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于我国车辆的日益增加以及运输的重载化等原因，沥青路面发生车辙、拥包等现象日趋严重，在我国南方炎热地区尤为突出。该现象已成为我国目前沥青公路主要的破坏形式之一，严重影响了沥青路面行车安全、服务水平及使用寿命。
早在1900年，人们就已开始用硫来改性沥青，提高沥青混合料路面的抗车辙性能，但由于硫价格高涨，以及硫改沥青混合料在生产过程中释放H2S等含硫气体的问题，制约了硫改沥青技术发展。直到20世纪80年代初期，美国洛克邦得公司研究生产的硫磺基改性剂SEAM（sulphurextendedasphaltmodifier）较好地解决了生产过程中含硫气体排放问题，而且其价格低廉、使用方便，使硫改性沥青技术再次得到较广泛应用。我国对SEAM沥青路面的研究应用相对较晚，直到2000年才在天津修筑了SEAM改性沥青试验路，其后在黑龙江也修筑了试验路，并取得了良好的效果，但总体上应用规模较小，研究也不够系统、全面。
硫磺应用于沥青混合料中，一般是将其造粒，形成颗粒状，储存及使用时较为方便。CN1402958A将13%～30%的硫磺、3.0%～13%的分散剂、其余为水，混合制备成硫磺颗粒，其中的分散剂为白骨胶、树胶、硅酸钠、乳蛋白中的一种或几种。CN1639275A是把硫磺加热融化至液态，在液态硫中添加0.25%～5%的炭黑和至少约0.08%的乙酸戊酯，制备成塑化硫，然后在塑化硫中添加至少10%的沥青和10%的细矿粉等，经过筛网板进行造粒。CN1303359A介绍的是将93%～98%的硫磺与2%～7%的烯烃混合，在二氧化碳气体中加热至最高135℃，充分混合反应后，以不高于16℃/分钟的速度冷却至室温，结晶成型，其中的烯烃是与苯乙烯混合的环状二聚物和环状三聚物。上述专利在生产硫磺颗粒时，由于需要把硫磺加热熔融为液态，操作温度较高，会产生很浓的刺激性气味，不利于环境和人身健康。
CN101970348A是将硫块、板岩硫、含有杂质的硫等溶解于溶剂中，分离出杂质后，使溶有硫磺的溶液冷却，使其中的硫磺结晶析出并经过筛孔板造粒成型，溶剂蒸发回收利用。所用的溶剂有无水氨、含水氨、液态二氧化硫、二硫化碳、二甲基二硫醚等。该专利需要使用大量的溶剂，而且所用的溶剂都是具有刺激性气味的有害物质。
CN1690126A将50%～99.99%的硫磺与0%～49%的炭黑、0.01%～1%的烟雾抑制剂、0%～3%的增塑剂混合造粒，其中的烟雾抑制剂为烃基锡酸锌、增塑剂为正丁醇。CN1678704A将60%～98%的硫磺、0.2%～15%的炭黑、1%～30%沥青（或环状饱和烃、环状不饱和烃、多环饱和烃、多环不饱和烃、焦油等）、1%～33%的细矿粉（如飞灰、硅石材料、陶瓷粘土等）充分混合，冷却后形成锭、板状、块状、颗粒状、片状等形式的硫磺，可用于沥青混合料中。上述两个专利也需要把硫磺加热熔融为液态，操作温度较高，会产生很浓的刺激性气味，不利于环境和人身健康。只能改善沥青混合料的高温性能，混合料的低温抗开裂性能和抗水损害性能还有待于提高，而且形成的硫磺颗粒也比较脆，运输和装卸时容易破碎，由于颗粒之间的摩擦，还会产生较多的粉尘，不仅对环境造成污染，而且容易使工作人员吸入，危害健康。
发明内容
针对我国沥青路面发生的车辙现象以及现有技术的不足，本发明提供了一种沥青路面抗车辙改性剂及其制备方法和应用。该改性剂能有效提高沥青路面的抗车辙性能，并且兼顾低温性能，制备过程温度低、刺激性气味小。
本发明沥青路面抗车辙改性剂，以改性剂质量百分比计包括如下组分：
硫磺60%～93%，
低密度线型聚乙烯5%～20%，
硬沥青1%～20%。
本发明改性剂中优选加入废胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚乙烯蜡中的一种或几种，加入量为改性剂质量的1%~20%。
所用的硫磺为片状、粉末状、颗粒状，可以是市售硫磺，也可以是天然气处理或炼油厂加工石油时所产生的副产物硫磺，熔点为115～119℃。
所用的低密度线型聚乙烯（LLDPE）为颗粒状，软化点为80～110℃，熔融指数2～10克/10分钟。
所用的硬沥青为石油沥青、天然沥青、煤沥青中的一种或两种，针入度为5～301/10mm，软化点70～110℃，粒度为20～50目。
所用的废胶粉为回收的废旧轮胎经粉碎研磨后得到的废旧橡胶粉末，粒度为30～80目。
所用的乙烯-醋酸乙烯共聚物的软化点为80～110℃，共聚物中醋酸乙烯含量为40wt%～70wt%。
所用的聚乙烯蜡为片状或颗粒状，平均分子量为2000～10000，软化点为100～110℃。
本发明一种沥青路面抗车辙改性剂的制备方法，包括如下内容：将硫磺、低密度线型聚乙烯和硬沥青混合均匀，把混合物输送到挤出机中进行挤出、造粒，得到本发明改性剂。
本发明方法中，优选加入废胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚乙烯蜡中的一种或几种。
其中挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，优选双螺杆挤出机。挤出机喂料口温度为60~90℃、出料口温度为105~130℃，中间温度控制点在60～130℃之间。
本发明沥青路面抗车辙改性剂在沥青混合料中的应用，包括如下内容：把熔融状态的沥青、石料和改性剂颗粒一起添加到搅拌釜中，搅拌均匀，得到沥青混合料。其中搅拌釜和石料加热到125～160℃备用，其中改性剂:沥青的质量比为1:9～3:7。
本发明改性剂也可以先与熔融状态的沥青混合均匀，然后再加入到搅拌釜。
本发明改性剂与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明改性剂，由于同时添加了硫磺、LLDPE、硬沥青颗粒，当拌制混合料时，在三者协同作用下，可明显改善沥青路面抗车辙性能。
2、本发明改性剂中，由于添加了硬沥青，在混合料拌制过程中增进了改性剂颗粒与沥青的相容性，有利于改性剂在沥青混合料中均匀分散并裹覆在石料表面。添加硬沥青还能降低材料成本。
3、本发明改性剂中，可以添加废胶粉，协同改善混合料的高温性能，还使废物得到利用，降低材料成本，有利于环保。
4、本发明添加剂中，添加EVA能很好地将硫磺等组分粘结在一起，使添加剂颗粒具有一定的柔韧性，避免运输和搬运过程中发生破碎或粉尘的产生。
5、本发明添加剂中，由于添加了聚乙烯蜡，可以降低挤出机操作温度、混合料拌合及成型温度，能有效地减少生产和使用过程中有害气体的产生。
6、本发明利用螺杆挤出机，将各种组分在其软化点或熔点温度附近进行混炼，操作温度低，挥发性气体少，挤出成型后材质混合均匀，有利于应用。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但本发明不限于以下实施例。其中的低密度线型聚乙烯（LLDPE）为颗粒状，熔融指数2～10克/10分钟；硬沥青粒度为20~50目，软化点70～110℃；废胶粉粒度为30～80目；EVA为颗粒状，粒径1～5mm；聚乙烯蜡为颗粒状，平均分子量为2000～10000。为了对比，在制备沥青混合料时，取油石比均为5.8%，实施例中的油石比是指（沥青+改性剂）:石料的质量比。
实施例1
分别称取硫磺70公斤、LLDPE（软化点为80℃）15公斤、硬沥青颗粒（针入度为61/10mm的天然沥青）15公斤，用混合设备混合均匀，然后利用挤出机和切割机进行挤出和造粒，形成直径3mm、长度5～10mm的颗粒，得到本发明改性剂。挤出机喂料口温度为80℃、出料口温度为120℃，中间温度控制点在80～120℃之间。挤出机为单螺杆挤出机。原料配比及改性剂性质见表1。
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到130℃恒温；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到130℃备用；预先称取70号沥青（东海牌）5.22kg，加热到130℃备用；按照改性剂:沥青的质量比为1:9的比例，称取0.58kg的改性剂颗粒备用。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。对沥青混合料改性效果见表2。
实施例2
分别称取硫磺93公斤、LLDPE（软化点为110℃）5.5公斤、硬沥青颗粒（针入度为301/10mm的石油沥青）1.5公斤，用混合设备混合均匀，然后利用挤出机和切割机进行挤出和造粒，形成直径3mm、长度5～10mm的颗粒，得到本发明改性剂。挤出机喂料口温度为70℃、出料口温度为130℃，中间温度控制点在70～130℃之间。挤出机为双螺杆挤出机。原料配比及改性剂性质见表1。
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到160℃恒温；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到160℃备用；预先称取70号沥青（东海牌）4.06kg，加热到160℃备用；按照改性剂:沥青的质量比为3:7的比例，称取1.74kg的改性剂颗粒备用。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。对沥青混合料改性效果见表2。
实施例3
分别称取硫磺82公斤、LLDPE（软化点为110℃）10公斤、硬沥青颗粒（针入度为181/10mm煤沥青）8公斤，用混合设备混合均匀，然后把混合物输送到挤出机上进行挤出、造粒，形成直径3mm、长度3～8mm的颗粒，得到本发明改性剂。挤出机喂料口温度为90℃、出料口温度为110℃，中间温度控制点在90～110℃之间。挤出机为单螺杆挤出机。原料配比及改性剂性质见表1。
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到145℃恒温；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到145℃备用；预先称取70号沥青（东海牌）4.64kg，加热到145℃备用；按照改性剂:沥青的质量比为1:4的比例，称取1.16kg的改性剂颗粒备用。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。对沥青混合料改性效果见表2。
实施例4
分别称取硫磺60公斤、EVA（醋酸乙烯含量为68%，软化点为105℃）10公斤、聚乙烯蜡10公斤、LLDPE（软化点为80℃）15公斤和天然沥青（针入度51/10mm）5公斤，用混合设备混合均匀，然后把混合物输送到挤出机上进行挤出、造粒，形成直径3mm、长度3～8mm的颗粒，得到本发明改性剂。挤出机喂料口温度为60℃、出料口温度为120℃，中间温度控制点在60～120℃之间。挤出机为单螺杆挤出机。原料配比及添加剂性质见表1。
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到125℃恒温；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到125℃备用；预先称取70号沥青（东海牌）5.22kg，加热到125℃备用；按照添加剂:沥青的质量比为1:9的比例，称取0.58kg的添加剂颗粒备用。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。对沥青混合料改性效果见表2。
实施例5
分别称取硫磺82公斤、LLDPE（软化点为110℃）6公斤、废胶粉6公斤和硬沥青颗粒（针入度为181/10mm的煤沥青）6公斤，用混合设备混合均匀，然后把混合物输送到挤出机上进行挤出、造粒，形成直径3mm、长度3～8mm的颗粒，得到本发明改性剂。挤出机喂料口温度为90℃、出料口温度为110℃，中间温度控制点在90～110℃之间。挤出机为单螺杆挤出机。原料配比及改性剂性质见表1。
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到135℃恒温；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到135℃备用；预先称取70号沥青（东海牌）4.64kg，加热到135℃备用；按照改性剂:沥青的质量比为1:4的比例，称取1.16kg的改性剂颗粒备用。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。对沥青混合料改性效果见表2。
比较例1
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到145℃恒温备用；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到145℃恒温备用；预先按照沥青:石料的质量比为5.8%的比例称取70号沥青（东海牌）5.8kg，加热到145℃恒温备用；待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述沥青与石料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。沥青混合料性质见表2。
比较例2
预先把专用的沥青混合料搅拌釜加热到145℃恒温备用；预先把抚顺玄武岩石料配制做成级配为AC-13石料，总重量为100kg，加热到145℃恒温备用；预先称取70号沥青（东海牌）4.64kg，加热到145℃恒温备用；按照硫磺:沥青的质量比为1:4的比例，称取1.16kg的硫磺粉备用。即油石比为5.8%，这里所说的油石比是指（沥青+硫磺）:石料的比值。待搅拌釜、石料、沥青温度恒定后，将上述物料一起添加到搅拌釜中，搅拌2～3分钟，放出混合料。然后制备成各种沥青混合料试件，进行混合料性能评价实验。沥青混合料性质见表2。
表1沥青混合料改性剂配比及性质。
原料及配比 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
硫磺/kg 70 93 82 60 82
LLDPE/kg 15 5.5 10 15 6
硬沥青/kg 15 1.5 8 5 6
废胶粉/kg 6
EVA/kg 10
聚乙烯蜡/kg 10
性质
颜色 灰色 灰色 灰色 浅黄色 灰色
堆密度/g.cm-3 0.92 0.94 0.93 0.90 0.93
熔点/℃ 120 80 110 120 110
表2沥青混合料性质。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 比较例1 比较例2 规范要求值
石料级配 AC-13 AC-13 AC-13 AC-13 AC-13 AC-13 AC-13
石料用量/ kg 100 100 100 100 100 100 100
沥青牌号 70# 70# 70# 70# 70# 70# 70#
沥青用量/ kg 5.22 4.06 4.64 5.22 4.64 5.8 4.64
改性剂用量/ kg 0.58 1.74 1.16 0.58 1.16 0 0
硫磺用量/ kg 0 0 0 0 0 0 1.16
混合料性质
马歇尔稳定度/kN 9.5 12.0 11.8 9.3 12.5 8.3 8.8 不小于8
流值/mm 3.0 3.1 3.2 3.0 2.9 2.8 2.1 1.5～4.5
浸水马歇尔残留稳定度比，% 79.4 88.1 83.1 79.4 85.1 76.1 76.6 不小于75
车辙动稳定度，次/mm 1984 2121 1972 1843 1980 933 1353 不小于600（非改性）不小于1800（改性）
冻融劈裂残留强度比，% 71.5 72.5 72.0 72.5 73.0 72.1 65.3 不小于70
小梁低温弯曲破坏应变/με 2017 2025 2020 2033 2102 2045 1500 不小于2000
由表2可见，当在沥青混合料中加入本发明改性剂后，对混合料性质有明显改善，尤其是车辙动稳定度提高幅度很大，可以达到了改性沥青的技术指标要求。其它指标也符合技术规范要求。

Claims (14)

1.一种沥青路面抗车辙改性剂，以改性剂质量百分比计包括以下组分：
硫磺60%～93%，
低密度线型聚乙烯5%～20%，
硬沥青1%～20%。
2.按照权利要求1所述的改性剂，其特征在于：改性剂中加入废胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚乙烯蜡中的一种或几种，加入量为改性剂质量的1%~20%。
3.按照权利要求1所述的改性剂，其特征在于：所用的硫磺为片状、粉末状或颗粒状。
4.按照权利要求1所述的改性剂，其特征在于：所用的低密度线型聚乙烯为颗粒状，软化点为80～110℃，熔融指数2～10克/10分钟。
5.按照权利要求1所述的改性剂，其特征在于：所用的硬沥青为石油沥青、天然沥青、煤沥青中的一种或几种，针入度为5～301/10mm，软化点70～110℃，粒度为20~50目。
6.按照权利要求2所述的改性剂，其特征在于：所用的废胶粉的粒度为30～80目。
7.按照权利要求2所述的改性剂，其特征在于：所用的乙烯-醋酸乙烯共聚物的软化点为80～110℃，共聚物中醋酸乙烯含量为40wt%～70wt%。
8.按照权利要求2所述的改性剂，其特征在于：所用的聚乙烯蜡为片状或颗粒状，平均分子量为2000～10000，软化点为100～110℃。
9.一种权利要求1所述的改性剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：将硫磺、低密度线型聚乙烯和硬沥青混合均匀，把混合物输送到挤出机中进行挤出、造粒，得到改性剂。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：混合物中加入废胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚乙烯蜡中的一种或几种。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：其中挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，挤出机喂料口温度为60~90℃，出料口温度为105~130℃，中间温度控制点在60～130℃之间。
12.一种权利要求1所述的改性剂在沥青混合料中的应用，包括如下内容：把熔融状态的沥青、石料和改性剂颗粒添加到搅拌釜中，搅拌均匀，得到沥青混合料。
13.按照权利要求12所述的应用，其特征在于：其中搅拌釜和石料加热到125～160℃备用，改性剂与沥青的质量比为1:9～3:7。
14.按照权利要求12所述的应用，其特征在于：改性剂先与熔融状态的沥青混合均匀，然后再加入到搅拌釜。
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