CN104311943A - 一种橡胶改性剂、橡胶改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶改性剂、橡胶改性沥青混合料及其制备方法。所述橡胶改性剂各原料及所占质量百分比为：橡胶粉65～75％，基质沥青15～25％，石灰5～10％，外加剂1～5％。所述橡胶改性剂的制备方法简单，只需将制备橡胶改性剂的各组分进行简单加热、混合和造粒即可，涉及的加热温度较低，降低了制备过程中的能耗和基质沥青加热到较高温度时对环境造成污染的问题。将其应用于沥青混合料，制得的橡胶改性沥青混合料具有良好的道路使用性能。与现有的基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料相比，橡胶改性沥青混合料的性能远优于基质沥青混合料，并与SBS改性沥青混合料基本一致，但成本远低于SBS改性沥青混合料。

Description

一种橡胶改性剂、橡胶改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种橡胶改性剂、橡胶改性沥青混合料及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土因其良好的行车安全性、舒适性等优势在高等级公路中的比例越来越大，尤其是在高速公路中，我国高速公路中沥青路面的比例已经超过95％。为适应我国高等级路面运输大型化、重载化的需要，改性沥青取代基质沥青已经成为必然趋势。研究表明，针对地域特点和荷载要求使用合适的改性沥青，不仅可以减少路面的早期病害，同时也可以显著地改善路面的综合路用性能和延长路面的使用寿命。目前，路面使用的改性沥青的改性剂种类繁多，主要可以分为无机改性剂(如石墨)和有机改性剂(如聚合物改性剂)。以SBS(聚合物改性剂)为例，SBS能明显改善沥青的性能，在我国高等级路面中得到了广泛应用。但是SBS改性剂存在成本高和不可再生等问题，一定程度上影响其在改性沥青混合料中的进一步推广应用。因此，需要寻找其他成本低，使用方法简单，应用于沥青混合料可表现出接近SBS改性沥青混合料性能的改性剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶改性剂、橡胶改性沥青混合料及其制备方法，所述橡胶改性剂成本低，制备工艺和使用方法简单，应用于沥青混合料可有效提高所得橡胶改性沥青混合料的使用性能，使其达到接近SBS改性沥青混合料的性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种橡胶改性剂，它由基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂为原料制备而成，各原料所占质量百分比为：橡胶粉65～75％，基质沥青15～25％，石灰5～10％，外加剂1～5％。

根据上述方案，基质沥青为70#路用重交沥青或90#路用重交沥青。

根据上述方案，所述的橡胶粉是由废旧轮胎粉磨所得的胶粉，其细度为30～100目。

根据上述方案，所述的石灰为由熟石灰、氧化钙组成，熟石灰和氧化钙所占质量百分比为：熟石灰45～65％，氧化钙35～55％。

根据上述方案，所述的外加剂由湖沥青、磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物、聚丙烯马来酸酐共聚物组成，各原料所占质量百分比为湖沥青45～65％、磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物20～35％、聚丙烯马来酸酐共聚物组成10～25％。

所述的磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物以甲苯为溶剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂进行溶液聚合，并沉淀析出得到；所述的聚丙烯马来酸酐共聚物由化苯甲酰、苯乙烯、马来酸酐混合均匀后，在低速搅拌下进行溶胀，使单体和引发剂均匀扩散、吸附，从而形成聚丙烯马来酸酐共聚物。

所述的磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物可以改善橡胶改性剂的粘度稳定性以防止橡胶改性剂板结，将橡胶改性剂应用于沥青混合料，可有效降低沥青混合料的粘度以降低拌合与成型温度；所述的聚丙烯马来酸酐共聚物主要起到提高沥青混合料模量和改善沥青混合料的低温抗裂性能的作用。

上述一种橡胶改性剂的制备方法，包括如下步骤：

1)各原料的称量，称取基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂，各原料所占质量百分比为：橡胶粉65～75％，基质沥青15～25％，石灰5～10％，外加剂1～5％；

2)原料混合、造粒，先将称取的基质沥青加热至135～145℃，加入橡胶改性剂混合均匀，再加入外加剂和石灰，混合均匀，利用挤出法进行造粒，得所述橡胶改性剂，橡胶改性剂呈颗粒状，粒径为0～20mm。

一种橡胶改性沥青混合料，它由粗细集料、根据上述方案所述的或制得的橡胶改性剂、基质沥青和矿粉制备而成，各组分所占质量百分比为：粗细集料88～92％、橡胶改性剂1～2％、基质沥青4～5％、矿粉3～5％，所述粗细集料和矿粉可为目前沥青混合料设计、施工中的任何类型或材质。

上述一种橡胶改性沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)拌合，将粗细集料加热到185～195℃，然后加入橡胶改性剂进行干拌，再加入基质沥青，最后加入矿粉，拌和均匀，得橡胶改性沥青混合物；2)成型，将得到的橡胶改性沥青混合物在155～165℃温度下，采用马歇尔击实法成型，或采用轮碾法成型，或采用旋转压实法成型。

根据上述方案，所述拌合的优选步骤为：将集料加热至185～195℃，然后加入橡胶改性剂混合干拌10～15s，再加入基质沥青拌和80～90s，最后加入矿粉拌合80～90s，得橡胶改性沥青混凝土混合物。

根据上述方案，所述成型的优选步骤为：采用马歇尔击实法，将橡胶改性沥青混合物在155～165℃温度下，两面各击实70～80次；或采用轮碾法成型，先沿一个方向往返预压4次，然后调转180°往返碾压12次；或采用旋转压实成型法，在155～165℃温度下，压实205次，得所述的橡胶改性沥青混合料。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)所述橡胶改性剂制备方法简单，将制备橡胶改性剂的各组分进行简单加热、混合和造粒即可，涉及的加热温度较低，降低了制备过程中的能耗和沥青在较高温度下对环境造成污染的问题，且产量大，满足实际应用需求。

2)所述的磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物可以改善橡胶改性剂的粘度稳定性以防止橡胶改性剂板结，将橡胶改性剂应用于沥青混合料，可有效降低沥青混合料的粘度以降低拌合与成型温度；所述的聚丙烯马来酸酐共聚物主要起到提高沥青混合料模量和改善沥青混合料的低温抗裂性能的作用。

3)所述橡胶改性剂可改善橡胶改性沥青混合料的使用性能，涉及到的橡胶粉可以改善沥青混合料的高温稳定性，石灰可改善沥青混合料的水稳性，外加剂可以改善沥青混合料的低温抗裂性和抗疲劳性能。

4)所述橡胶改性剂具有较高的稳定性，与基质沥青的相容性较好，且使用方法简单，应用于沥青混合料，将橡胶改性剂与沥青混合料进行简单拌合和成型即可。

5)本发明所述的橡胶改性沥青混合料在与SBS改性沥青混合料性能基本一致的前提下，成本降低了5～10％。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例4中粗细集料和矿粉的级配曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下的实施例中，所述的基质沥青选用70#路用基质沥青。

所述的橡胶粉是由废旧轮胎粉磨所得的胶粉，其细度为30～200目。

所述的石灰为由熟石灰、氧化钙组成，熟石灰和氧化钙的质量百分比为62％:48％。

所述的外加剂中各组分所占质量百分比为：湖沥青50％、磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物25％、聚丙烯马来酸酐共聚物25％。

所述的粗细集料选用玄武岩，矿粉选用石灰石矿粉。

实施例1

一种橡胶改性剂，各组分所占质量百分比为：橡胶粉65％，基质沥青25％，石灰5％，外加剂5％，其制备方法包括以下步骤：

1)各原料的称量，按上述配比称取基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂；

2)原料的混合、造粒，先将称取的基质沥青加热至140℃，加入橡胶改性剂混合均匀，再加入外加剂和石灰，混合均匀，采用挤出法进行造粒，得颗粒状的橡胶改性剂。

实施例2：

一种橡胶改性剂，各组分所占质量百分比为：橡胶粉75％，基质沥青15％，石灰8％，外加剂2％，其制备方法包括以下步骤：

1)各原料的称量，按上述配比称取基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂；

2)原料的混合、造粒，先将称取的基质沥青加热至135℃，加入橡胶改性剂混合均匀，再加入外加剂和石灰，混合均匀，采用挤出法进行造粒，得颗粒状的橡胶改性剂。

实施例3：

一种橡胶改性剂，各组分所占质量百分比为：橡胶粉70％，基质沥青15％，石灰10％，外加剂5％，其制备方法包括以下步骤：

1)各原料的称量，按上述配比称取基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂；

2)原料的混合、造粒，先将称取的基质沥青加热至145℃，加入橡胶改性剂混合均匀，再加入外加剂和石灰，混合均匀，采用挤出法进行造粒，得颗粒状的橡胶改性剂。

实施例4

一种橡胶改性沥青混合料，取实施例1中制得的橡胶改性剂应用于制备橡胶改性沥青混合料，各组分所占质量百分比为：粗细集料90.5％、橡胶改性剂1％、矿粉3.8％、盘锦70#沥青4.7％，其制备方法包括以下步骤：

1)级配曲线的设计，选用AC-13级配结构类型，运用马歇尔设计方法进行级配设计，矿料(包括粗细集料和矿粉)的级配曲线图见图1；

2)原料的称量，按各组分所占质量百分比称取粗细集料、橡胶改性剂、矿粉和70#路用基质沥青；

3)将粗细集料加热至190℃，然后加入橡胶改性剂进行10～15s干拌，再加入基质沥青拌和90s，最后加入矿粉拌合90s，得到橡胶改性沥青混合物；

4)采用马歇尔击实法将橡胶改性沥青混合物击实成型，将橡胶改性沥青混合物在163℃左右温度下，两面各击实70～80次，得所述的橡胶改性沥青混合料。

为研究橡胶改性剂对沥青混合料的性能的影响，对基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及橡胶改性沥青混合料的性能进行对比试验。性能对比试验包括水稳定性、低温抗裂性和高温稳定性试验。

采用冻融劈裂试验检测所述基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及橡胶改性沥青混合料的水稳定性，结果见表1。

冻融劈裂试验结果表明，橡胶改性沥青混合料的冻融劈裂强度比明显强于基质沥青混合料，与SBS改性沥青混合料基本持平。由此可知，橡胶改性沥青混合料的水稳性能远优于基质沥青混合料，与SBS改性沥青混合料基本持平。

表1冻融劈裂试验结果

采用三点弯曲试验检测所述基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及橡胶改性沥青混合料的低温抗裂性能，结果见表2。

由三点弯曲试验结果可知，橡胶改性沥青混合料的最大弯拉应变远大于基质沥青混合料，略小于SBS改性沥青混合料。说明橡胶改性剂对沥青混合料的低温抗裂性能有明显的改善作用，橡胶改性沥青混合料的低温抗裂性能与SBS改性沥青混合料基本一致。

表2三点弯曲试验结果

采用高温车辙试验检测所述基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及橡胶改性沥青混合料的高温稳定性，结果见表3。

由试验结果可知，SBS改性沥青混合料的动稳定度远大于其他两种沥青混合料，但橡胶改性沥青混合料的变形量远小于SBS改性沥青混合料和基质沥青混合料。结合动稳定度和变形量结果可知，橡胶改性剂能明显改善沥青混合料的高温稳定性能，橡胶改性沥青混合料的高温稳定性能比SBS改性沥青混合料更好。

表3高温车辙试验结果

由上述结果可知，所述橡胶改性剂应用于沥青混合料，可有效提高沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性和高温稳定性能，并表现出接近SBS改性沥青混合料的性能。

发明涉及的各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温、时间等)的下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (9)

1.一种橡胶改性剂，其特征在于，它由基质沥青、橡胶粉、石灰和外加剂为原料制备而成，各原料所占质量百分比为：橡胶粉65～75％、基质沥青15～25％、石灰5～10％、外加剂1～5％。

2.根据权利要求1所述的橡胶改性剂，其特征在于，所述的基质沥青为70#路用重交沥青或90#路用重交沥青。

3.根据权利要求1所述的橡胶改性剂，其特征在于，所述的橡胶粉为由废旧轮胎粉磨所得的胶粉，其细度为30～100目。

4.根据权利要求1所述的橡胶改性剂，其特征在于，所述的石灰为由熟石灰和氧化钙组成，熟石灰和氧化钙所占质量百分比为：熟石灰45～65％，氧化钙35～55％。

5.根据权利要求1所述的橡胶改性剂，其特征在于，所述的外加剂由湖沥青、磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物和聚丙烯马来酸酐共聚物组成，各组分所占质量百分比为：湖沥青45～65％、磺化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物20～35％、聚丙烯马来酸酐共聚物10～25％。

6.根据权利要求1所述的橡胶改性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)各原料的称量，各原料及所占质量百分比为：橡胶粉65～75％，基质沥青15～25％，石灰5～10％，外加剂1～5％；

2)原料混合、造粒，先将称取的基质沥青加热至135～145℃，加入橡胶改性剂混合均匀，再加入外加剂和石灰，混合均匀，采用挤出法进行造粒，得所述橡胶改性剂。

7.一种橡胶改性沥青混合料，其特征在于，它由粗细集料、橡胶改性剂、基质沥青和矿粉制备而成，各组分所占质量百分比为：粗细集料88～92％、橡胶改性剂1～2％、基质沥青4～5％、矿粉3～5％。

8.根据权利要求7所述的橡胶改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)拌合，将粗细集料加热到185～195℃，加入橡胶改性剂进行干拌，再加入基质沥青，最后加入矿粉，拌和均匀，得橡胶改性沥青混合物；2)成型，将得到的橡胶改性沥青混合物在155～165℃温度下进行击实或压实成型。

9.根据权利要求8所述的橡胶改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述的拌合步骤为：将集料加热至185～195℃，加入橡胶改性剂混合干拌10～15s，再加入基质沥青拌和80～90s，最后加入矿粉拌合80～90s，得橡胶改性沥青混合物。