CN104193229A - 一种抗车辙剂、断级配橡胶沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗车辙剂，由下述质量百分比的原材料组成：聚合物 65%～80%，纤维素5%～15%，树脂：2%～5%，柔性胶20%～28%，功能剂 1%～3%，防老剂RD0.2%～0.5%。本发明还公开了一种断级配橡胶沥青混合料，包含的抗车辙剂占断级配橡胶沥青混合料总质量的0.2%～0.6%。本发明还公开了一种抗车辙剂和断级配橡胶沥青混合料的制备方法。本发明的抗车辙剂性能优异，性价比高；通过将抗车辙剂投放到橡胶沥青混合料中，可明显提高橡胶沥青混合料的高温性能，从而克服了橡胶沥青混合料高温性能略差的缺陷，使其各项性能均优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗车辙剂、断级配橡胶沥青混合料及其制备方法，属于沥青混合料技术领域。
背景技术
橡胶沥青是将适量的橡胶粉加入到沥青形成，橡胶粉来自于废旧轮胎，即可节约成本，又降低了废旧轮胎对环境的破坏程度。目前，橡胶沥青主要应用于橡胶沥青应力吸收层(AR-SAMI)、断级配橡胶沥青混合料及开级配磨耗层(OGFC)中。
断级配橡胶沥青混合料各项路用性能优良，其低温性能与疲劳性能最为突出；此外，它能减缓基层反射裂缝的发展，具有良好的降噪、抗滑功能，并且由于轮胎中的炭黑材料使得沥青路面更黑、十分美观，因此被广泛应用于高速公路及城市道路中。断级配橡胶沥青混合料沥青用量一般在6.5％～8.5％(油石比为7.0％～9.3％)，高沥青含量是断级配橡胶沥青混合料低温性能及疲劳性能优异的保证，但是，这也会影响其高温性能，使其在交通量大的地方使用受限。
当前，提高沥青混合料高温性能的方法很多，如改善级配、选取高温性能优异的沥青胶结料、加强施工管理等，而使用较为广泛的便是添加改性剂，即抗车辙剂。抗车辙剂的加入能使沥青混合料高温性能比不加之前提高2—3倍，然而目前市场上应用较多、效果较好的抗车辙剂都是国外的产品，如法国PR PLAST.S、德国路孚8000、德国Duroflex。
国外的抗车辙剂虽然性能优异，但是在我国大量的使用并不现实，一是价格高，它们均价在20000元/T左右；二是运作周期较长。所以研究并生产出性能同国外抗车辙剂相当的国内自主抗车辙剂十分必要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种抗车辙剂及高温性能优异的断级配橡胶沥青混合料，采用的抗车辙剂性能优异，成本较低，本发明将抗车辙剂添加到橡胶沥青混合料中，形成各项性能均优异的断级配橡胶沥青混合料。
本发明的技术方案为：一种抗车辙剂，其特征是，由下述质量百分比的原材料组成：
所述聚合物为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一种；
所述纤维素为木质纤维素，是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，无毒、无味、无污染、无放射性；
所述树脂为乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚苯烯中的至少一种；
所述柔性胶为聚乙烯、树脂按质量比1:1混合而成的改性树脂，产品为白色粉末，无毒、无味，无放射性；
所述功能剂为马来酸酐，可用于有机合成，也用作合成纤维中间体；
优选地，其中各原材料的重量百分比是：
本发明还提供一种断级配橡胶沥青混合料，该断级配橡胶沥青混合料包含上述的抗车辙剂，所述抗车辙剂占所述断级配橡胶沥青混合料总质量的0.2％～0.6％。
优选地，所述抗车辙剂占所述断级配橡胶沥青混合料总质量的0.4％。
优选地，所述橡胶沥青混合料合成级配严格控制细集料的含量，对筛孔2.36mm及1.18mm做了限制，即2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％。
本发明还提供一种基于上述的抗车辙剂的制备方法，包括以下步骤：将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照上述比例进行融合，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥,并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
本发明还提供一种上述的断级配橡胶沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：将玄武岩或石灰岩集料预热45min，将其放入拌和锅内，加入抗车辙剂，抗车辙剂占橡胶沥青混合料总质量的0.2％～0.6％，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃，形成断级配橡胶沥青混合料。
优选地，所述抗车辙剂占橡胶沥青混合料总质量的0.4％。
本发明所达到的有益效果：
1.抗车辙剂中纤维素的添加将在集料与集料搭桥交联而形成纤维加筋作用；树脂和柔性胶的添加可提高混合物的粘弹性，增加混合料的强度及耐久性能；功能剂可使各部分更加紧密连接，使纤维素同集料之间拉伸强度提高；防老剂RD可防止抗车辙剂本身的老化，进而提高沥青混合料的抗老化能力。
2.本发明的抗车辙剂性能优异，造价却远低于目前已有的抗车辙剂，性价比高；通过将抗车辙剂投放到橡胶沥青混合料中，可明显提高橡胶沥青混合料的高温性能，从而克服了橡胶沥青混合料高温性能略差的缺陷，使其各项性能均优异。
3.本发明对断级配橡胶沥青混合料的级配进行了规定，即2.36mm、1.18mm的筛孔有明确的要求，限制了最高的通过量，级配主要目的为控制细集料的含量，进而提升橡胶沥青混合料高温性能。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到，抗车辙剂通过下面步骤(2)进行生产。
(2)将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照一定的比例进行融合，比例为66.8％：7％：2％：22％：2％：0.2％，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥,并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
(3)按照表1推荐的合成级配确定每档集料的比例，预热45min，将其放入拌和锅内，加入0.4％(占橡胶沥青混合料总质量)抗车辙剂，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
表1 推荐的AR-AC13的级配范围
上表推荐的级配可以看出，混合料级配呈现“两头少、中间多”的趋势，尤其是细集料较少，严格控制低筛孔的通过率，这样有利于提高橡胶沥青混合料的高温性能。
(4)本实施产品的性能见表2。
实施例2：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到，抗车辙剂通过下面步骤(2)进行生产。(2)将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照一定的比例进行融合，比例为66.8％：7％：2％：22％：2％：0.2％，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥，并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
(3)按照表1推荐的合成级配确定每档集料的比例，预热45min，将其放入拌和锅内，加入0.2％(占橡胶沥青混合料总质量)抗车辙剂，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
(4)本实施产品的性能见表2。
实施例3：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到，抗车辙剂通过下面步骤(2)进行生产。
(2)将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照一定的比例进行融合，比例为66.8％：7％：2％：22％：2％：0.2％，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥，并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
(3)按照表1推荐的合成级配确定每档集料的比例，预热45min，将其放入拌和锅内，加入0.6％(占橡胶沥青混合料总质量)抗车辙剂，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
(4)本实施产品的性能见表2。
实施例4：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到。
(2)按照表1推荐的合成级配确定每档集料的比例，预热45min，将其放入拌和锅内，干拌5s，加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
(3)本实施产品的性能见表2。
实施例5：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到，抗车辙剂通过下面步骤(2)进行生产。
(2)将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照一定的比例进行融合，比例为67.6％：6％：3％：21％：2％：0.4％，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥,并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
(3)按照表1推荐的合成级配确定每档集料的比例，预热45min，将其放入拌和锅内，加入0.4％(占橡胶沥青混合料总质量)抗车辙剂，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
(4)本实施产品的性能见表2。
实施例6：
(1)准备原材料，包括橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉、抗车辙剂，其中橡胶沥青、玄武岩或石灰岩集料、矿粉可以在市场上买到，抗车辙剂通过下面步骤(2)进行生产。
(2)将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照一定的比例进行融合，比例为66.8％：7％：2％：22％：2％：0.2％，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥,并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
(3)每档集料的比例与实施例1有所不同，合成级配较细，其中2.36mm筛孔的通过率为24％，1.18mm筛孔的通过率为18％。预热45min，将其放入拌和锅内，加入0.4％(占橡胶沥青混合料总质量)抗车辙剂，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃为宜，形成断级配橡胶沥青混合料。
(4)本实施产品的性能见表2。
表2 各实施例产品的性能对比
| 性能试验 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 空隙率(％) | 5.5 | 5.5 | 5.4 | 5.6 | 5.5 | 5.0 |
| 车辙试验(动稳定度，次/mm) | 7600 | 6300 | 8100 | 4400 | 7400 | 5400 |
| 低温弯曲(最大弯拉应变，με) | 4710 | 4900 | 4380 | 4600 | 4720 | 5000 |
| 冻融劈裂强度比(TSR，％) | 92 | 90 | 93 | 88 | 92 | 94 |
| 动态模量(MPa) | 15500 | 13200 | 16300 | 10800 | 15200 | 12300 |
| 疲劳寿命(四点梁，400με，次) | 158900 | 144200 | 161700 | 135000 | 159500 | 165000 |
从表2可以看出，实施例1～4仅仅是改变了抗车辙剂的掺量，实施例1掺量为0.4％，也即推荐的掺量，实施例2掺量为0.2％，实施例3掺量为0.6％，实施例4掺量为0，上表的各项性能结果均满足并优于现行规范(JTGF40-2004)对沥青混合料的要求。通过上表可以看出，抗车辙剂对橡胶沥青混合料的高温性能改善明显，同时能相应提高水稳定性、动态模量及疲劳性能；但是过高的掺量(实施例3)会导致低温性能的下降，因此建议的合理掺量为0.4％。
实施例5与实施例1的区别在于制备抗车辙剂的各种原材料成分比例不同，但采用的抗车辙剂比例均为0.4％。对比它们形成的断级配橡胶沥青混合料性能可知，它们的高低温、水稳定性及疲劳试验的结果相近，因此它们的各项性能几乎相当，优选的车辙剂原材料组成比例(聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照66.8％：7％：2％：22％：2％：0.2％的比例)形成的混合料高温性能略好(动稳定度7600次/mm>7400次/mm)。
实施例6与实施例1的区别在于橡胶沥青混合料的合成级配不同，抗车辙剂的组成成分比例及掺量均一致。实施例6的橡胶沥青混合料级配较细，细集料较多，其2.36mm筛孔与1.18mm筛孔的通过率不满足表1推荐的范围。对比它与实施例1混合料的性能可知，其动稳定度仅为5400次/mm，远小于实施例1的动稳定度7600次/mm，其高温性能不足。所以本发明对断级配橡胶沥青混合料的级配有限制，即对其细集料的最大含量有限制，对筛孔2.36mm及1.18mm做了限制，即2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％。
由实施例5可知，相应改变抗车辙剂原材料配比，即聚合物：纤维素：树脂：柔性胶：功能剂：防老剂RD的比重，相应的抗车辙剂性能仅略微不同，只要范围在表1推荐中即可。
此外，轻微调整抗车辙剂与集料、胶结料的拌和时间，会导致相关性能结果不尽相同，这也属于本发明内容范畴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种抗车辙剂，其特征是，由下述质量百分比的原材料组成：
所述聚合物为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一种；
所述纤维素为木质纤维素；
所述树脂为乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚苯烯中的至少一种；
所述柔性胶为聚乙烯、树脂按质量比1:1混合而成的改性树脂；
所述功能剂为马来酸酐。
2.根据权利要求1所述的一种抗车辙剂，其特征是，其中各原材料的重量百分比是：
3.一种断级配橡胶沥青混合料，其特征是，该断级配橡胶沥青混合料包含权利要求1或2所述的抗车辙剂，所述抗车辙剂占所述断级配橡胶沥青混合料总质量的0.2％～0.6％。
4.根据权利要求3所述的一种断级配橡胶沥青混合料，其特征是，所述抗车辙剂占所述断级配橡胶沥青混合料总质量的0.4％。
5.根据权利要求3所述的一种断级配橡胶沥青混合料，其特征是，所述橡胶沥青混合料的合成级配严格控制细集料的含量，对筛孔2.36mm及1.18mm做了限制，即2.36mm的通过率为15％～20％，筛孔1.18mm的通过率为10％～14％。
6.一种基于权利要求1所述的抗车辙剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将聚合物、纤维素、树脂、柔性胶、功能剂及防老剂RD按照上述比例进行融合，将它们加入到螺杆挤出机中，在180℃～240℃筒体温度、45～60r/min主机转速、45～60r/min喂料速率下熔融挤出、切粒、干燥,并在常温条件下鼓风干燥20min，得到抗车辙剂。
7.一种基于权利要求3所述的断级配橡胶沥青混合料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将玄武岩或石灰岩集料预热45min，将其放入拌和锅内，加入抗车辙剂，抗车辙剂占橡胶沥青混合料总质量的0.2％～0.6％，干拌15s，再加入橡胶沥青湿拌150s，再加入矿粉拌和30s，整个过程的拌和温度控制在170℃～180℃，形成断级配橡胶沥青混合料。
8.根据权利要求7所述的一种断级配橡胶沥青混合料的制备方法，其特征是，所述抗车辙剂占橡胶沥青混合料总质量的0.4％。
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