CN105461260B - 一种聚合物改性沥青混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3～7份，聚合物0.2～2份，改善剂0.01～0.3份，稳定剂0.01～0.3份，偶联剂0.001～0.06份。本发明的沥青混凝土路用性能优良、制备工艺简单、原料无毒无害，同时在夏季高温季节可以降低路面温度、在寒冷季节蓄热提高路面温度，对延长沥青路面使用寿命具有重大意义。本发明聚合物改性沥青混凝土属于环保无毒无腐蚀类复合沥青，具有良好的路用性能。本发明原材料来源广泛，生产过程无污染且价格低廉。本发明制备工艺简单，成本低，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料领域，涉及沥青混凝土，具体涉及一种聚合物改性沥青混凝土。
背景技术
随着我国公路建设的迅速发展，沥青路面因其具有行车舒适、抗滑性能好、表面平整、噪声低、养护维修方便、交通安全性高等优点，在道路建设中得到了广泛的应用。然而，我国许多高速公路沥青路面在建成运营后，由于气候及环境温度的因素使路面产生不同程度的高低温病害，大大缩短了路面的使用年限，致使许多高速公路提前进入大修或改造期，造成了大量的经济损失。现今的沥青路面针对高低温的技术主要是高温的路表降温涂层等手段，但是不能同时兼顾高温、低温对路面造成的损害，不具有全面性。因此，开发一种新型改性沥青混凝土来解决路面高低温病害显得尤为关键。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种聚合物改性沥青混凝土，解决在保证沥青混凝土的路用性能的同时减少沥青混凝土路面的高低温病害的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种聚合物改性沥青混凝土，包括矿料、沥青、稳定剂和偶联剂，还包括聚合物和改善剂；
所述的聚合物为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯；
所述的改善剂为钛酸钡。
本发明还具有如下区别技术特征：
聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯的数均分子量都在10000～30000范围之内。
具体的，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3～7份，聚合物0.2～2份，改善剂0.01～0.3份，稳定剂0.01～0.3份，偶联剂0.001～0.06份。
优选的，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3～6份，聚合物0.2～1.2份，改善剂0.02～0.12份，稳定剂0.01～0.08份，偶联剂0.02～0.05份。
最优选的，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.8份，聚合物0.9份，改善剂0.1份，稳定剂0.06份，偶联剂0.03份。
所述的稳定剂为低苯基硅橡胶。
所述的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述的沥青为道路石油沥青、煤沥青、SBS改性沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或纤维类改性沥青。
所述的矿料的级配类型为AC-13型、AM-13型、SMA-13型或OGFC-13型。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的沥青混凝土路用性能优良、制备工艺简单、原料无毒无害，同时在夏季高温季节可以降低路面温度、在寒冷季节蓄热提高路面温度，对延长沥青路面使用寿命具有重大意义。
(Ⅱ)本发明的聚合物改性沥青混凝土，加入了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，通过联接有机与有机、无机与有机，使聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯中的一种、钛酸钡、低苯基硅橡胶与沥青在混合时通过γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂的偶联作用在沥青混合料内部联结形成网状联接结构，加强沥青混凝土的机械强度、抗冲击性和稳定性。同时γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷可以提高沥青混凝土的耐老化和耐水性能。钛酸钡具有优秀的高低温性能。低苯基硅橡胶，具有良好的耐寒、耐热性能，能够显著提高沥青混凝土的高温性能和低温性能。
(Ⅲ)本发明的聚合物改性沥青混凝土，基于聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯的优良性能，在高温条件下，路面内部自上而下温度降低，在温差驱动下热能向路面内部聚合物处移动，聚合物吸热产生电荷，达到降温效果；在低温条件下，聚合物会吸收路面内部游离电荷产生热量提高温度达到储热效果，从而降低高低温对路面的损害。
(Ⅳ)本发明聚合物改性沥青混凝土属于环保无毒无腐蚀类复合沥青，具有良好的路用性能。本发明原材料来源广泛，生产过程无污染且价格低廉。本发明制备工艺简单，成本低，具有良好的经济效益。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3份，聚合物0.2份，改善剂0.01份，稳定剂0.01份，偶联剂0.001份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为SBS沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例2:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.5份，聚合物0.8份，改善剂0.08份，稳定剂0.08份，偶联剂0.02份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为煤沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例3:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青5.5份，聚合物1.2份，改善剂0.15份，稳定剂0.15份，偶联剂0.05份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为道路石油沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例4:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青7份，聚合物2份，改善剂0.3份，稳定剂0.3份，偶联剂0.06份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为PE改性沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例5:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3份，聚合物0.2份，改善剂0.02份，稳定剂0.01份，偶联剂0.02份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为SBR改性沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例6:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.3份，聚合物0.63份，改善剂0.06份，稳定剂0.33份，偶联剂0.023份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为纤维类改性沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例7:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.8份，聚合物0.9份，改善剂0.1份，稳定剂0.06份，偶联剂0.03份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为道路石油沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
实施例8:
本实施例给出一种聚合物改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青6份，聚合物1.2份，改善剂0.12份，稳定剂0.08份，偶联剂0.05份；本实施例所采用的矿料为AC-13型矿料，所采用的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所采用的沥青为SBS改性沥青。
本实施例聚合物改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备改性剂：称取聚合物、改善剂、偶联剂混合均匀，得到改性剂；具体制备过程中，可先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将聚合物和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良；
步骤二、制备聚合物改性沥青：将基础沥青在温度为140℃的条件下加热熔融，然后将步骤一中所述改性剂和稳定剂加入熔融后的基础沥青中，搅拌均匀后升温至160℃，最后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，自然冷却后得到聚合物改性沥青；所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3500rpm的条件下高速剪切40min。
步骤三、制备聚合物改性沥青混凝土：将加热至160℃的矿料和步骤二中所述聚合物改性沥青按照常规方法拌和均匀，即可得到聚合物改性沥青混凝土。
一、路用性能试验:
对本发明实施例1至8聚合物改性沥青混凝土均进行车辙试验、低温小梁弯曲试验(-10℃)、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验，用以测试聚合物改性沥青混凝土的路用性能，并与不添加聚合物和改善剂的普通沥青混凝土进行对比分析，试验结果见表1。
表1本发明聚合物改性沥青混凝土的路用性能试验数据
从表1可知，本发明聚合物改性沥青混凝土满足交通部部颁标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求，其高温性能、低温性能、水稳定性能等指标明显高于普通沥青混凝土，表明本发明沥青混凝土的路用性能优越。
二、控温效果试验:
采用本发明实施例1至8聚合物改性沥青混凝土分别制备尺寸为30cm×30cm×5cm的车辙板，选取夏季一天中温度最高的某时段，将车辙板在室外放置48h后，测试车辙板表面和内部的温度，模拟沥青混凝土路面的温度变化，并与普通沥青混凝土进行性能对比，测试结果见表2；选取冬季一天中温度最高的某时段，将车辙板在室外放置24h后，对车辙板表面和内部温度，并与普通沥青混凝土进行性能对比，测试结果见表3。
表2高温环境车辙板表面、内部温度与大气温度
表3低温环境车辙板表面、内部温度与大气温度
从表2和表3可以看出，在夏季，本发明聚合物改性沥青混凝土制备的车辙板表面和内部温度明显低于普通沥青混凝土车辙板的表面和内部温度，表明在路面铺筑本发明聚合物改性沥青混凝土可显著降低沥青路面温度，有效阻止路面高温车辙等病害形成；在冬季，本发明聚合物改性沥青混凝土制备的车辙板表面和内部温度明显高于普通沥青混凝土车辙板的表面和内部温度，表明在路面铺筑本发明聚合物改性沥青混凝土可显著保持沥青路面表面温度，有效阻止路面低温病害形成。
Claims (3)
1.一种聚合物改性沥青混凝土，包括矿料、沥青、稳定剂和偶联剂，其特征在于：还包括聚合物和改善剂；
所述的聚合物为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯；
所述的改善剂为钛酸钡；
所述的稳定剂为低苯基硅橡胶；
所述的偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3～6份，聚合物0.2～1.2份，改善剂0.02～0.12份，稳定剂0.01～0.08份，偶联剂0.02～0.05份。
2.如权利要求1所述的聚合物改性沥青混凝土，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.8份，聚合物0.9份，改善剂0.1份，稳定剂0.06份，偶联剂0.03份。
3.如权利要求1或2任一权利要求所述的聚合物改性沥青混凝土，其特征在于：所述的沥青为道路石油沥青、煤沥青、SBS改性沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或纤维类改性沥青。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Chaohui Inventor after: Wen Penghui Inventor after: Yang Xue Inventor after: Gao Zhiwei Inventor after: Wang Hailiang Inventor after: Chen Yuanzhao Inventor after: Li Zhenxia Inventor after: Feng Wei Inventor after: Wang Xinqi Inventor before: Wang Chaohui Inventor before: Wang Hailiang Inventor before: Gao Zhiwei Inventor before: Li Yanwei Inventor before: Guo Tengteng Inventor before: Chen Yuanzhao Inventor before: Li Zhenxia Inventor before: Feng Wei Inventor before: Wang Xinqi |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |