CN104559257B - 一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法。其按质量份计，包括40‑80份的改性沥青和20‑60份的填料；所述改性沥青另以原料质量份计，包括10‑20份聚合物、0.1‑5份抗老化剂、2‑4份增粘剂、2‑5份改性剂、1‑3份交联剂和50‑90份基质沥青；所述基质沥青为壳牌70#、壳牌90#、SK70#和SK90#中的一种。与现有技术相比，本发明工艺简单，成本低，实现废物利用，适合工业化生产，所制的沥青颗粒能显著提高沥青混凝土的抗车辙性能、低温抗裂性能、抗水损害性能和耐老化性能，延长了沥青路面的使用寿命，而且储存运输极其安全方便、节能环保，经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明属于沥青制备技术领域，具体来说，涉及到一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法。
背景技术
随着国家经济的不断发展，我国道路建设发展十分迅速，人们对道路建设的要求也不断提高。道路的建设和维护已成为政府及百姓密切关注的问题之一。交通是制约国民经济发展的重要环节。我国绝大部分公路仍是等级低、质量差的中低级路面，因此每年投入到道路建设的资金可谓十分庞大。
沥青作为沥青路面施工中一种重要成份，是一种原油蒸馏的副产品，由不同的C-H化合物组成，包括原油中较高极性的，芳香族的以及高分子量的成份。沥青在高温或者低加载速率下作为一种低黏性液体存在，同时在低温或者高加载速率下作为一种易碎的坚硬固体存在。沥青的这种特性使得沥青路面易受到不同的气候环境下交通荷载引起的有害变化。
沥青改性是改善沥青结合料物理性能的一种常用手段，如加入橡胶、塑料或化学试剂等其它聚合物可以改善沥青的性能，但不会改变沥青传统的储存和运输方式。对于大多数场合，如在制备用于铺筑路面、房屋施工及应用于工业中的沥青组合物时，无论是基质沥青还是改性沥青，都是由工厂以液体的形式供应，并需高温存储和运输。通常道路沥青离开生产装置进入贮罐贮存或经保温罐车运输都是保持在140-160℃的高温下，因此，主要的运输方式是散装热运，运送工具有铁路罐车、汽车罐车和沥青船。这不仅耗费大量的人力、物力和财力，而且存在极大的安全隐患。此外液体沥青在储存、运输和添加等环节中的成本较高，容易造成环境污染和能源浪费。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单，成本低的筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述沥青颗粒按质量份计，包括40-80份的改性沥青和20-60份的填料；所述改性沥青另以原料质量份计，包括10-20份聚合物、0.1-5份抗老化剂、2-4份增粘剂、2-5份改性剂、1-3份交联剂和50-90份基质沥青；所述基质沥青为壳牌70#、壳牌90#、SK70#和SK90#中的一种。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述聚合物为SBS、EVA、再生聚乙烯、再生聚丙烯中的一种或几种。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述抗老化剂为酚类或亚磷酸酯类。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述增粘剂为松香树脂或石油树脂。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述交联剂为硫磺、氧化锌、酚醛树脂、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物的一种或几种。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述填料为纳米碳酸钙或/和高岭土。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述改性剂为C2-8羧酸酐的一种或几种。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒的制备方法，所述制备方法具体步骤为：1)常压下，在175-185℃下，通过高速剪切设备将聚合物，抗老化剂，增粘剂与基质沥青以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入改性剂和交联剂，在165-175℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，制得熔融的改性沥青；2)将制得改性沥青和填料通过单/双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒，所述沥青颗粒按质量份计，还包括1-2份的4-(4-氯甲烷氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮。
本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法具有以下特点：
1)高模量沥青颗粒性能可控；不同掺量的改性剂对高模量沥青颗粒体系进行化学改性，不同的配方组成赋予高模量沥青颗粒优异的路用性能和工艺性能；交联剂赋予混合物适宜的活性，便于其被改性；增粘剂增强沥青与混凝土之间的粘结力，提高沥青混凝土的耐久性；
2)通过与石料拌和，高模量沥青颗粒改性剂中活性改性基团与骨料表面易于产生较强作用力，提高了沥青与骨料的粘附力，通过在沥青及矿料之间形成聚合物搭桥，从而显著增强沥青混合料抵抗外力变形的能力，提高沥青混合料的模量，解决了沥青路面的车辙问题；
3)高模量沥青颗粒能改变沥青的储存和运输方式，由原来的高温液体储存/运输改变成固体颗粒储存/运输，减少储存罐的费用，避免高温下沥青的老化和有毒物质的挥发；减少拌和楼基质沥青/改性沥青加热、搅拌及运输等设备费用，并降低加热过程产生的成本。改变传统的上料方式，将颗粒沥青直接添加在拌和楼，减少加工工序，降低成本，达到安全、节能、环保低碳的作用。
因此，与现有技术相比，本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法具有以下有益效果：
1)、能显著提高沥青混凝土的模量，降低车辆荷载作用下沥青混凝土产生的变形，减少沥青混凝土的不可恢复的残余变形，提高路面抗高温变形能力、低温抗裂性能和抗水损害性能，延缓车辙的产生，降低车辙深度，改善路面的疲劳性能，不仅延长了沥青路面的使用寿命，而且能够减小路面厚度，产生良好的经济效益和社会效益；
2)、本方法工艺减少了很多加工程序，流程简单，可操作性强；设备及原料成本低廉；操作工艺条件缓和，大大降低了生产中的安全隐患。整个工艺低碳、节能、环保、安全，适合工业化生产，经济效益显著；
3)适用范围广泛；我国地域辽阔、气候多样，本发明的高模量沥青颗粒由于具有良好的抗高温变形性能和低温抗裂性能，能够适用于不同气候的不同地区，且产品适用领域广泛，路面及桥面等各种道路环境均可起到良好效果。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
1)将再生聚乙烯5份、再生聚丙烯10份，SBS 2份、EVA 3份，2,6-二叔丁基-4-甲酚2份，石油树脂2份，松香树脂1份与壳牌90#沥青75份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入MAH 3份，过氧化二异丙苯0.5份，氧化锌0.5份和硫磺0.5份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
2)将制得改性沥青50份和纳米碳酸钙50份通过双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
实施例2
1)将再生聚乙烯10份、再生聚丙烯5份，二苯基异癸基亚磷酸酯1.5份，松香树脂3.5份与壳牌90#沥青80份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入MAH2.5份和过氧化二甲苯酰1份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
2)将制得改性沥青60份和纳米碳酸钙40份通过双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
实施例3
1)将SBS 15份，AO-80抗老化剂1份，松香树脂2份，石油树脂2份与壳牌90#沥青80份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入MAH 2份，硫磺1份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
2)将制得改性沥青60份和纳米碳酸钙40份通过双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
实施例4
1)将EVA 15份，聚4,4,异丙叉二酚C12-15醇亚磷酸酯1.5份，石油树脂3份与壳牌90#沥青80份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入MAH 2份，氧化锌0.5份和二叔丁基过氧化物0.5份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
2)将制得改性沥青50份和纳米碳酸钙50份通过双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
实施例5
1)将再生聚乙烯2份、再生聚丙烯2份，SBS 1份、EVA 1份，2,6-二叔丁基-4-甲酚2份，石油树脂2份与壳牌90#沥青90份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入丁二酸酐3份，氧化锌0.5份和硫磺0.5份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
2)将制得改性沥青80份和纳米碳酸钙10份、高岭土15份通过双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
实施例6
1)将再生聚乙烯20份，二苯基异癸基亚磷酸酯1份，松香树脂4份、4-(4-氯甲烷氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮2份与壳牌90#沥青75份在175℃下以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入MAH 2份和过氧化二甲苯酰1份，在165℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，得到改性沥青。
4-(4-氯甲烷氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮制备方法：在100mL圆底烧瓶中加入对乙酰氨基酚2.27g(15.0mmol)和乙醇45mL，搅拌溶解后加入氢氧化钾0.42g(7.5mmol)和碳酸钾2.07g(15.0mmol)，继续搅拌30min后加入二氯甲烷20mmol，回流反应6h；将反应液减压蒸干乙醇后得到白色固体，水洗，干燥得到粗品，经乙酸乙酯重结品得到纯品化合物N-(4-氯甲烷氧基苯基)乙酰胺；将N-(4-氯甲烷氧基苯基)乙酰胺(12.0mmol)加入到40m L氢氧化钾水溶液((0.9mol·L-1)中，同时加入乙醇10mL，回流反应36h；反应完后，减压蒸除乙醇，二氯甲烷(30mL×3)萃取，无水硫酸镁干燥，回收二氯甲烷后得到油状产物4-氯甲烷氧基苯胺；在100m L圆底烧瓶中加入肼羧酸甲酯1.62g(18mmol)和原丙酸三乙酯3.17g(18mmol)，于90℃反应30h；放冷后加入4-氯甲烷氧基苯胺(15mmol)和无水乙醇30mL，回流反应20h；TLC检测完全反应后，加入甲醇钠(22.5mmol)，继续反应5h；待反应完全后，减压蒸馏反应液，所得残渣加入100m L水搅拌30min，抽滤得到灰白色固体，干燥，用石油醚、二氯甲烷(体积比5:1)重结晶，得到4-(4-氯甲烷氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮。
2)将制得改性沥青70份和纳米碳酸钙30份通过单螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
采用实施例1-6所得的筑路用高模量沥青颗粒，按沥青掺量为沥青混凝土质量5％的配比制备沥青混凝土试件，所得沥青混凝土试件的高温性能和水损害性能参照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)标准进行测定，所得结果具体见表1。
表1：沥青混凝土试件的高温性能和水损害性能结果
从表1可以看出，本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法具有以下特点：
1)高模量沥青颗粒性能可控；不同掺量的改性剂对高模量沥青颗粒体系进行化学改性，不同的配方组成赋予高模量沥青颗粒优异的路用性能和工艺性能；交联剂赋予混合物适宜的活性，便于其被改性；增粘剂增强沥青与混凝土之间的粘结力，提高沥青混凝土的耐久性；
2)通过与石料拌和，高模量沥青颗粒改性剂中活性改性基团与骨料表面易于产生较强作用力，提高了沥青与骨料的粘附力，通过在沥青及矿料之间形成聚合物搭桥，从而显著增强沥青混合料抵抗外力变形的能力，提高沥青混合料的模量，解决了沥青路面的车辙问题；
3)高模量沥青颗粒能改变沥青的储存和运输方式，由原来的高温液体储存/运输改变成固体颗粒储存/运输，减少储存罐的费用，避免高温下沥青的老化和有毒物质的挥发；减少拌和楼基质沥青/改性沥青加热、搅拌及运输等设备费用，并降低加热过程产生的成本。改变传统的上料方式，将颗粒沥青直接添加在拌和楼，减少加工工序，降低成本，达到安全、节能、环保低碳的作用。
因此，与现有技术相比，本发明所述的一种筑路用高模量沥青颗粒及其制备方法具有以下有益效果：
1)、能显著提高沥青混凝土的模量，降低车辆荷载作用下沥青混凝土产生的变形，减少沥青混凝土的不可恢复的残余变形，提高路面抗高温变形能力、低温抗裂性能和抗水损害性能，延缓车辙的产生，降低车辙深度，改善路面的疲劳性能，不仅延长了沥青路面的使用寿命，而且能够减小路面厚度，产生良好的经济效益和社会效益；
2)、本方法工艺减少了很多加工程序，流程简单，可操作性强；设备及原料成本低廉；操作工艺条件缓和，大大降低了生产中的安全隐患。整个工艺低碳、节能、环保、安全，适合工业化生产，经济效益显著；
3)适用范围广泛；我国地域辽阔、气候多样，本发明的高模量沥青颗粒由于具有良好的抗高温变形性能和低温抗裂性能，能够适用于不同气候的不同地区，且产品适用领域广泛，路面及桥面等各种道路环境均可起到良好效果。
Claims (1)
1.一种筑路用高模量沥青颗粒的制备方法，其特征在于，所述沥青颗粒按质量份计，包括40-80份的改性沥青和20-60份的填料；所述改性沥青另以质量份计，包括10-20份聚合物、0.1-5份抗老化剂、2-4份增粘剂、1-2份4-(4-氯甲氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮、2-5份改性剂、1-3份交联剂和50-90份基质沥青；所述基质沥青为壳牌70#、壳牌90#、SK70#和SK90#中的一种；
所述聚合物为SBS、EVA、再生聚乙烯、再生聚丙烯中的一种或几种；
所述抗老化剂为酚类或亚磷酸酯类；
所述增粘剂为松香树脂或石油树脂；
所述交联剂为硫磺、氧化锌、酚醛树脂、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物的一种或几种；
所述改性剂为C2-8羧酸酐的一种或几种；
所述填料为纳米碳酸钙或/和高岭土；
所述制备方法具体步骤为：1）常压下，在175-185℃下，通过高速剪切设备将聚合物，抗老化剂，增粘剂及4-(4-氯甲氧基苯基)-3-乙基-1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮与基质沥青以3500rpm转速剪切搅拌10-20min，然后加入改性剂和交联剂，在165-175℃下以2500rpm转速剪切搅拌10min，制得熔融的改性沥青；2）将制得改性沥青和填料通过单/双螺杆挤出机，制成改性沥青颗粒。
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