CN104403333B - 改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用,所述改性沥青胶结颗粒包含重量百分比为5‑20%的废旧塑料、3‑30%的废旧橡胶、60‑90%的基质沥青和2‑10%的填料，将上述材料经捏合混炼设备在100‑150℃下捏合混炼，然后经螺旋输送排至螺杆挤出机，再经水中造粒设备，得到改性沥青胶结颗粒。该改性沥青胶结颗粒能够部分或全部取代普通沥青，投放到沥青混合料拌合锅中直接制备沥青混合料，制备的沥青混合料可用于新建高等级沥青道路或旧路面的养护升级。本发明相比传统沥青混合料的生产方式，解决了沥青运输困难、反复加热浪费能源、易老化和普通橡塑改性沥青难稳定化加工等问题。

Description

改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及改性沥青制备技术领域，特别是涉及一种改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

沥青路面作为一种连续式无缝路面，具有减震舒适和易维修的特点，是高等级路面的首选路面形式。作为一种防水胶结料，沥青是路面中最重要的粘结材料，与石矿料有良好的粘结作用，使沥青路面具有良好的承载能力。随着交通量和交通载荷的增加，人们对道路铺筑沥青材料提出了更加苛刻的要求，但是普通沥青高温时易产生车辙，低温易开裂，已经不能完全满足实际需要。将聚合物添加到沥青中，可有效改善沥青的高低温性能。

在改性沥青所用的聚合物中，最常用的为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)。然而,SBS相对较贵，且由于分子主链结构不饱和容易发生老化，有必要选择性价比更高的材料。随着我国国民经济的发展，每年产生大量的废旧塑料和废旧橡胶，并且产量逐年增加，造成固体废弃物的污染。如果将废旧塑料和废旧橡胶用于改性沥青，可以解决固体废弃物的处理问题，具有显著经济效益和环保效益。但是目前废橡塑来源复杂，用其制备的改性沥青的热储存稳定性不足，在储存运输过程中易产生离析分层现象，是制约该沥青广泛应用的瓶颈。更为重要的是，沥青是一种半固态物质，在高于室温下容易粘连，致使其运输使用困难。运输时需要特殊的沥青专用车，使用时必须加热成液体流动状态，一直保持加热状态浪费能源。特别是在我国西部广袤地区，运输和加热使用问题非常突出。

CN201310733854、CN201310736778、CN200820028855等提出了橡塑改性沥 青工艺，工艺较为繁琐，要使用好的回收料，且难以规模化稳定化生产，只能现场法加工使用，致使加工使用成本较高。与对比文件201310733854来说，公开了聚乙烯、橡胶粉和交联剂改性沥青，但该改性沥青原材料的选择范围窄，加工工艺不但繁琐，而且制备的改性沥青性能难以稳定，致使成本升高。

CN201310736778提出了橡塑改性沥青工艺，要使用改性剂、增韧剂、温拌剂和稳定剂等多种添加剂，且废旧橡胶粉使用较好的回收材料，成本较高，同时制作工艺较为繁琐，拌合温度较高，容易使沥青发生老化现象。

CN200820028856.X、CN201310603066中废橡经胶高温加工研磨制备改性沥青，制造设备复杂且施工过程中产生有害气体，造成环境污染，影响施工环境。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用。本发明中的改性胶结颗粒可部分或全部取代普通沥青，直接投放到沥青混合料拌合锅中和热集料一起拌合，利用热集料在拌合过程中产生的剪切力，短时间内便可以制出改性沥青混合料，该改性沥青混合料可以直接用于新建高等级沥青道路或旧路面的养护升级。制得的沥青混合料具备高低温性能好、结构稳定、不易离析，制备方法简单、成本低，运输和使用方便等优点。

本发明采用的技术方案为：一种改性沥青胶结颗粒，其特征在于：所述沥青胶结颗粒包含组分和重量百分数为5-20％的废旧塑料、3-30％的废旧橡胶、60-90％的基质沥青和2-10％的填料。

一般废旧橡塑在改性沥青中含量为5-30％,如果废橡塑含量太少，则改性沥青难以造粒，并且该粒子在使用过程中容易粘连结团。如果废橡塑含量太高，则改性沥青的粘度太大，造成分散困难。同样道理，填料的含量为2-10％为宜，多时成本高难分散，少时则颗粒易粘连。将废旧塑料和废旧橡胶进行粉碎后与 沥青混合，吸收沥青的轻质组分发生溶胀混合，一方面显著减少了沥青中易流动的轻质组分，使沥青容易造粒使用，另一方面强化了沥青与废旧橡塑的结合。

优选地，所述改性沥青胶结颗粒包含组分和重量百分数为5-18％的废旧塑料、17-21％的废旧橡胶、66-82％的基质沥青和2-9％的填料。

优选地，所述基质沥青为重交沥青，重交沥青的标号范围为70-110号。沥青的标号体现的是沥青的针入度，重交沥青分为50号、70号、90号、100号、110号。沥青标号的选取，一般综合考虑公路等级、气候条件、交通条件、路面类型等，50号沥青的软化点和70-110号沥青的软化点相差不多，但是相同温度条件下其延度远小于70-110号沥青，因此优选70-110号重交沥青。

优选地，所述废旧塑料的熔融温度低于180℃，高于此温度，不但加工困难，而且沥青易分解老化。

优选地，所述废旧塑料包括聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。三种塑料均为热塑性通用塑料，其软化点和熔融温度低于180℃，来源广泛、价格低廉、成型性能好，能够大幅降低生产成本，实现资源回收循环利用，保护环境。

优选地，所述废旧橡胶是一种利用废橡胶粉碎磨制的粉末，细度为商业化大量使用的20-100目。胶粉细度太粗捏炼熔混困难,胶粉与沥青相互作用慢，胶粉太细则成本太高。

优选地，所述填料是一种矿粉，主要成分为沥青混合料工业中常用的碳酸钙和消石灰，因其为碱性，能增加与沥青的结合。本发明中加入填料起到两个明显效果，第一，减少了橡塑改性沥青颗粒的流变学特性，增加了挺性，防止颗粒再使用过程的粘连，使用方便；第二，沥青混合料中本身就需要加入5％左右的矿粉，该矿粉预先分散到橡塑改性沥青母体中，可以增强矿粉与沥青、橡塑改性剂的结合，有利于提高性能。

优选地，所述碳酸钙和消石灰的粒径小于75微米，满足工业上复合沥青混合料对填料的要求。

本发明还提供了一种上述改性沥青胶结颗粒的制备方法，包括如下工艺步骤：步骤A、将重量百分数为前述限定的废旧塑料、废旧橡胶、基质沥青和填料送入捏合混炼设备，捏合混炼设备中的温度范围为100-150℃，充分混炼捏合后经螺旋输送排至螺杆挤出机，挤出熔融混合物；

步骤B、将步骤A中得到的熔融混合物送入水中造粒设备，冷却和造粒后得到改性沥青胶结颗粒。

本发明还提供了一种上述改性沥青胶结颗粒的应用，即用于制备改性沥青混合料，所述改性沥青混合料的制备方法为将改性沥青胶结颗粒部分或全部取代普通沥青，投放到沥青混合料拌合锅中直接制备改性沥青混合料。

本发明中的改性沥青胶结颗粒不结团，方便运输，能够部分或全部代替沥青，可直接投放到沥青混合料拌合锅中，快速熔融分散于沥青混合料，因含有大量易流动的沥青，橡塑材料又被充分的溶胀和混合，在较短时间内就能制造出所需的改性沥青混合料。

本发明制得的改性沥青胶结颗粒及其制备方法和应用，与现有技术相比，沥青混合料的各项物理性能符合我国规定的路用沥青混合料性能指标，适合大规模的生产应用，同时本发明还具有如下技术效果：

(1)、实现了沥青的废橡塑改性，因直接与沥青混合料进行拌合，不用考虑改性沥青的反复热储存问题，减少了废橡塑改性沥青的离析问题，减少了与沥青配伍性选择问题。

(2)、本发明制备的改性沥青胶结颗粒，制备方法简单易实现，不需要额外的改性沥青设备不需专门存放沥青罐及输送管道等装备，运输使用方便，不 必担心施工过程中沥青的存放问题。

(3)、本发明中改性沥青胶结颗粒和沥青混合料的制备，减少了沥青反复多次加热、老化，也降低了能源消耗，减少了废橡塑材料改性沥青过程中的二次污染。

(4)、本发明中将废旧塑料、橡胶粉与沥青等共炼，制备橡塑改性沥青胶结颗粒，直接在沥青混合料拌合锅中拌合，使用方便，不但克服了沥青难运输的难题，而且解决了废旧橡塑材料改性沥青不稳定的瓶颈问题。

附图说明

图1是本发明中改性沥青胶结颗粒及沥青混合料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示为本明中改性沥青胶结颗粒的制备方法及其用于制备改性沥青混合料的制备工艺流程图，包括如下工艺步骤：

步骤A、将重量百分数为5-20％的废旧塑料、3-30％的废旧橡胶、60-90％的基质沥青和2-10％的填料送入捏合混炼设备，混炼捏合后挤出熔融混合物，将得到的熔融混合物送入水中造粒设备，冷却和造粒后得到改性沥青胶结颗粒；

步骤B、将步骤A中得到是改性沥青胶结颗粒部分或全部取代普通沥青，投放到沥青混合料拌合锅中直接制备改性沥青混合料。

本发明在改性沥青胶结颗粒的制备过程中，采用捏合机共混和水中造粒的方法，其中，捏合混炼设备可以是由混炼室和一对转子组成的设备，具有加热控温装置，其下部具有螺杆挤出机和水冷却装置。水中造粒设备由经单螺杆稳定输送物料，机头为埋在水中的切粒装置构成。

本发明将通过实施例并结合表格来说明该改性沥青胶结颗粒用于制备改性沥青混合料的特点和优势。

实施例1至5：

表1.实施例1-5中不同改性沥青胶结颗粒的配方

注：转速为30r/min，混合时间为12min。

实施例1

步骤A：以质量份数计，将55kg的重交70号沥青，30kg的轮胎胶粉(30目)，10kg的废旧聚乙烯塑料，在200L捏合密炼机中共混制备废橡塑沥青胶结颗粒，反应温度为140℃，转速为30r/min，时间为12min。共混后通过螺旋排料，单螺杆挤出，水中切粒机造粒得到改性沥青胶结颗粒，性能见表2。

步骤B：以质量百分比计，将5％的改性沥青胶结颗粒，加入到95％的沥青 混合料AC-13中，在190℃条件下室内拌合3min，然后制备橡塑改性沥青混合料的试件，经过室温48h养护好后进行混合料性能的测试。制得的橡塑改性沥青混合料性能编号为1，性能见表3。

实施例2

步骤A：以质量份数计，将65kg的重交70号沥青，20kg的轮胎胶粉(30目)，10kg的废旧聚乙烯塑料，在200L捏合密炼机中共混制备废橡塑沥青胶结颗粒，反应温度为150℃，转速为30r/min，时间为12min。共混后通过螺旋排料，单螺杆挤出，水中切粒机造粒得到改性沥青胶结颗粒。性能见表2。

步骤B：以质量百分比计，将5％的改性沥青胶结颗粒，加入到95％的沥青混合料AC-13中，在190℃条件下拌合3min，然后制备橡塑改性沥青混合料的试件，养护好后进行混合料性能的测试。制得的橡塑改性沥青混合料编号为2，性能见表3。

实施例3

步骤A：以质量份数计，将65kg的重交70号沥青，10kg的轮胎胶粉(30目)，20kg的废旧聚乙烯塑料，在200L捏合密炼机中共混制备废橡塑沥青胶结颗粒，反应温度为130℃，转速为30r/min，时间为12min。共混后通过螺旋排料，单螺杆挤出，水中切粒机造粒得到改性沥青胶结颗粒。性能见表2。

步骤B：以质量百分比计，将5％的改性沥青胶结颗粒，加入到95％的沥青混合料AC-13中，在190℃条件下拌合3min，然后制备橡塑改性沥青混合料的试件，养护好后进行混合料性能的测试。制得的改性沥青编号为4，性能见表3。

实施例4

步骤A：以质量份数计，将75kg的重交70号沥青，10kg的轮胎胶粉(30 目)，10kg的废旧聚乙烯塑料，在200L捏合密炼机中共混制备废橡塑沥青胶结颗粒，反应温度为120℃，转速为30r/min，时间为12min。共混后通过螺旋排料，单螺杆挤出，水中切粒机造粒得到改性沥青胶结颗粒。性能见表2。

步骤B：以质量百分比计，将5％的改性沥青胶结颗粒，加入到95％的沥青混合料AC-13中，在190℃条件下拌合3min，然后制备橡塑改性沥青混合料的试件，养护好后进行混合料性能的测试。制得的改性沥青编号为4，性能见表3。

实施例5

步骤A：以质量份数计，将80kg的重交70号沥青，8kg的轮胎胶粉(30目)，7kg的废旧聚乙烯塑料，在200L捏合密炼机中共混制备废橡塑沥青胶结颗粒，反应温度为110℃，转速为30r/min，时间为12min。共混后通过螺旋排料，单螺杆挤出，水中切粒机造粒得到改性沥青胶结颗粒，然后用碳酸钙矿粉隔离。性能见表2。

步骤B：以质量百分比计，将5％的改性沥青胶结颗粒，加入到95％的沥青混合料AC-13中，在190℃条件下拌合3min，制备橡塑改性沥青混合料的试件，养护好后进行混合料性能的测试。制得的改性沥青编号为5，性能见表3。

表2：实施例1—5得到的改性沥青胶结颗粒的性能

表3.实施例1-5不同改性沥青胶结颗粒制备的沥青混合料性能

实施例6-8：

实施例6

实施例6与实施例1中的改性沥青胶结颗粒的配方和制备方法完全一致，区别仅在于采用重量百分数为4％的改性沥青胶结颗粒和1％的普通沥青投放到沥青混合料拌合锅中直接制备改性沥青混合料，制得的沥青混合料编号为6，的性能见表4。

实施例7

实施例7与实施例2中的改性沥青胶结颗粒的配方和制备方法完全一致，区别仅在于采用重量百分数为4％的改性沥青胶结颗粒和1％的普通沥青投放到沥青混合料拌合锅中直接制备改性沥青混合料，制得的沥青混合料编号为7，性能见表4。

实施例8

实施例8与实施例3中的改性沥青胶结颗粒的配方和制备方法完全一致，区别仅在于采用重量百分数为4％的改性沥青胶结颗粒和1％的普通沥青投放到 沥青混合料拌合锅中直接制备改性沥青混合料，制得的沥青混合料编号为8，性能见表4。

本发明中，混合料性能测试包括常规的沥青马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验、小梁低温弯曲破坏试验和车辙试验等。马歇尔稳定度试验用于测定沥青混合料的热稳定性和抗塑性变形的能力，即稳定度、流值、孔隙率、矿料间隙率、饱和度等，为沥青混合料的组成配比设计提供准确依据。冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳性，小梁低温弯曲破坏试验可以评价沥青混合料的低温性能，车辙试验可以评价沥青混合料的高温性能。测试得出的各种参数能够说明沥青混合料用于道路路面时的使用质量和使用寿命。

表4.实施例6-8不同改性沥青胶结颗粒制备的沥青混合料性能

由表1至4中的数据可见，本发明中的改性沥青胶结颗粒具有良好的性能，可部分或全部取代普通沥青用于制备沥青混合料，制得的沥青混合料具有优良的高、低温性能。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种改性沥青胶结颗粒的制备方法，其特征在于：所述改性沥青胶结颗粒包含组分和重量百分数为5-18%的废旧塑料、17-21%的废旧橡胶、66-75%的基质沥青和2-9%的填料，所述基质沥青为重交沥青，重交沥青的标号范围为70-110号，所述废旧塑料由一种或多种熔融温度低于180℃的废旧塑料组成，所述制备方法包括如下工艺步骤：

步骤A、将重量百分数为前述限定的废旧塑料、废旧橡胶、基质沥青和填料送入捏合混炼设备，捏合混炼设备中的温度范围为100-150℃，充分混炼捏合后经螺旋输送排至螺杆挤出机，挤出熔融混合物；

步骤B、将步骤A中得到的熔融混合物送入水中造粒设备，冷却和造粒后得到改性沥青胶结颗粒。

2.根据权利要求1所述的改性沥青胶结颗粒的制备方法，其特征在于：所述熔融温度低于180℃的废旧塑料为聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的改性沥青胶结颗粒的制备方法，其特征在于：所述废旧橡胶是一种将废旧橡胶粉碎磨制的粉末，细度为20-100目。

4.根据权利要求1所述的改性沥青胶结颗粒的制备方法，其特征在于：所述填料是一种矿粉，主要成分为碳酸钙和消石灰。

5.根据权利要求4所述的改性沥青胶结颗粒的制备方法，其特征在于：所述碳酸钙和消石灰的粒径小于75微米。

6.一种根据权利要求1-5中任一所述的改性沥青胶结颗粒的制备方法制备出的改性沥青胶结颗粒的应用，其特征在于：用于制备沥青混合料，所述沥青混合料的制备方法为将改性沥青胶结颗粒部分或全部取代普通沥青，投放到沥青混合料拌合锅中直接制备沥青混合料。