CN105504840B - 一种道路用低温改性沥青的制备方法 - Google Patents

一种道路用低温改性沥青的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种道路用低温改性沥青的制备方法，将5～20份化学助剂，80～95份胶粉混合搅拌，然后将混合胶粉加入至超声聚能反应器中，将辐射活化装置的功率设定为1000～1500W，频率为10～30KHz，经活化处理15～25s，即得活化胶粉；接着按照活化胶粉∶基质沥青∶SBS的质量比3∶6∶1，将SBS加入到熔融的石油沥青中，在搅拌过程中加入活化胶粉，维持温度在165～175℃，并在3000～4000rpm/min转速下，高速剪切30～50min，使其共混均匀即成。本发明工艺步骤简单，生产投资少，废胶粉活化改性的效率高，可制备得到质量均一、稳定性优越的高等级道路改性沥青，可有效解决沥青的低温改性，高温流动性的问题。

Description

一种道路用低温改性沥青的制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青的制备方法，具体涉及一种道路用低温改性沥青的制备方法。
背景技术
随着我国公路建设的高速发展，高等级公路对改性沥青材料的要求也越来越高。鉴于胶粉资源丰富、价格低廉、加工工艺简单，采用胶粉改性道路沥青，不但可以提高沥青的弹性，改善沥青的高低温性能；同时既能够处理掉大量废旧橡胶，又不污染环境，还能实现废旧橡胶的资源化。因此，胶粉改性沥青越来越受到公路系统的广泛应用。
目前，由于胶粉与沥青的相容性问题严重制约了胶粉改性沥青发展。在胶粉改性沥青过程中，胶粉会通过吸收沥青中的轻质组分而与沥青结合，但是胶粉仍以微小颗粒分散在沥青体系中，不能形成网络结构，形成的改性沥青属于非均相体系；而且胶粉改性沥青基于掺配工艺的问题，进行简单地拌和混融在长途运输使用中，受时间的限制较为明显，易发生分层、离析等现象而影响使用效果，难以保证工程建设的需要，这一局限使胶粉改性沥青的推广使用受到限制。此外，由于长期高温(185～200℃)搅拌，胶粉改性沥青在加工过程中容易产生大量烟气，并且发生火灾的风险隐患也很高。现有技术在高等级道路改性沥青加工过程中，采用特殊工艺对胶粉进行活化改性，提高胶粉与基质沥青之间的界面粘合力，改善胶粉与基质沥青的相容性，例如，采用化学助剂喷洒至胶粉表面，然后通过开炼机反复辊压制备活化胶粉，但是活化胶粉比表面积增大的不均一，而且也难以破坏橡胶的网络结构，使得后续活性胶粉掺杂入基质沥青中易发生分层、离析，质量不均一，稳定性也较差。
因此，解决胶粉改性沥青过程中对胶粉、胶粉掺量的要求及对加工温度、加工时间的有效控制问题，才可制得性能优良的道路改性沥青，并且降低安全风险隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种质量均一、稳定性优越的道路用低温改性沥青的制备方法，有效解决了沥青的低温改性，高温流动性的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种道路用低温改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化胶粉的制备：将5～20份化学助剂，80～95份胶粉混合搅拌，然后将混合胶粉加入至超声聚能反应器中，将辐射活化装置的功率设定为1000～1500W，频率为10～30KHz，经活化处理15～25s，即得“爆米花”状的活化胶粉颗粒；其中，所述化学助剂为1－二乙氧基丙烷、2，2－二甲氧基丙烷、对叔丁基苯酚甲醛树脂、甲基四氢呋喃和石油醚中的一种或多种的混合物；所述胶粉为900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的10～120目粉末状橡胶材料；
(2)道路用低温改性沥青的制备：按照活化胶粉∶基质沥青∶SBS的质量比3∶6∶1，将SBS加入到熔融的石油沥青中，在搅拌过程中加入活化胶粉，维持温度在165～175℃，并在3000～4000rpm/min转速下，高速剪切30～50min，使其共混均匀即成。
进一步，步骤(1)中，所述化学助剂由1，1－二甲氧基甲烷和2，2－二甲氧基丙烷按质量比1：2比例混合而成；所述胶粉为900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的60目粉末状橡胶材料；所述辐射活化装置的功率为1200W，频率为20KHz，活化时间为15s。
进一步，步骤(2)中，所述石油沥青为标号70#或90#基质沥青。
本发明首创以化学助剂与轮胎胶粉预混，后经超声聚能反应器进行活化处理，增大了胶粉比表面积，显著提高了胶粉与基质沥青的相容性，从而制备得到性能优异的活化胶粉。将活化胶粉引入道路改性沥青体系，可大幅降低改性沥青加工温度，实现在165～175℃下沥青低温改性，制备得到的活化胶粉低温改性沥青的高温流动性优于普通胶粉改性沥青，改性沥青的泵送能力得到了显著提高；并且活化胶粉低温改性沥青质量均一，稳定性得到显著提升，有效防止改性沥青体系离析的发生，同时改性沥青的各项物理性能均也得到明显改善。
本发明工艺步骤简单，生产投资少，尤其是超声聚能反应器工艺准确、可靠、高效，废胶粉活化改性的效率高，制得的活化废胶粉能够用于高等级道路改性沥青，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为活化胶粉加工工艺示意图。
图2为胶粉活化前后对比(a-未活化胶粉，b-活化胶粉)。
图3为胶粉活化前后粒径变化分析。
图4为胶粉改性沥青荧光显微对比分析(a-未活化胶粉，b-活化胶粉)。
图5为普通胶粉改性沥青DMA分析(a-储能模量，b-损耗模能，c-损耗因子)。
图6活化胶粉低温改性沥青DMA分析(a-储能模量，b-损耗模能，c-损耗因子)。
图7普通胶粉改性沥青DSR分析(a-10％普通胶粉改性沥青，b-15％普通胶粉改性沥青，c-20％普通胶粉改性沥青)。
图8活化胶粉低温改性沥青DSR分析(a-10％普通胶粉改性沥青，b-15％普通胶粉改性沥青，c-20％普通胶粉改性沥青)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步加以说明。
实施例1
(1)活化胶粉的制备：将化学助剂(1，1－二甲氧基甲烷和2，2－二甲氧基丙烷按质量比1：2比例混合而成)，900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的60目粉末状橡胶材料，以质量为1∶20的比例将两者混合搅拌，然后将混合胶粉加入至超声聚能反应器中，将辐射活化装置的功率设定为1200W，频率为20KHz，经活化处理15s，即得“爆米花”状的活化胶粉颗粒。
(2)道路用低温改性沥青的制备：按照活化胶粉∶基质沥青∶SBS的质量比3∶6∶1，将SBS加入到熔融的90#基质沥青中，在搅拌过程中加入活化胶粉，维持温度在165℃，并在4000rpm/min转速下，高速剪切50min，使其共混均匀，即得高等级道路改性沥青混合料。
(3)结果分析
活化胶粉的制备是将定量的改性剂加入废胶粉混合，后经超声聚能辐射活化后(如图1所示)，表面光滑的废胶粉颗粒迅速膨胀成“爆米花状”的废胶粉颗粒(如图2所示)，比表面积明显增大，同时废胶粉中交联的硫化键大量断裂，废胶粉出现部分解聚脱硫。在超声聚能改性过程中，超声聚能反应器发出的高频振动具有很高的能量，能够导致橡胶链段的部分降解，打断橡胶结构中的C-S键和S-S键，从而破坏橡胶的网络结构，胶粉粒径也随之增大(如图3所示)，最终使活化胶粉具有部分生胶的效果，其与基质沥青的相容性也相应大幅提升(如图4所示)，有利于活化胶粉在较低的温度下(165～175℃)也能实现沥青改性，同时表现出优异的路用性能。因此，活化胶粉用于道路改性沥青，不仅能够降低生产能耗和安全风险，减少搅拌过程中烟气的排放，而且能够改善道路改性沥青的高低温性能、储存稳定性和耐老化性能，具有显著的社会效益和经济效益。
表1-胶粉活化前后改性沥青性能差异
胶粉活化前后改性沥青性能差异分析，见表1。由表1可知，活化胶粉改性沥青的高低温性能、针入度、5℃延度均得到显著提升，同时改性沥青离析试验软化点差大幅减小，活化胶粉改性沥青的储存稳定性明显改善。
图5、图6胶粉活化前后改性沥青DMA损耗模量曲线变化对比分析可以看出，活化胶粉低温改性沥青较普通胶粉改性沥青的质量均一，稳定性得到显著提升，有效防止改性沥青体系离析的发生，同时改性沥青的各项物理性能均也得到明显改善。
图7、图8胶粉活化前后改性沥青DSR复数剪切模量及相位角变化对比分析可以看出，随着温度的升高，活化胶粉低温改性沥青的粘度低于普通胶粉改性沥青，表明活化胶粉低温改性沥青的高温流动性优于普通胶粉改性沥青，改性沥青的泵送能力得到了显著提高。
实施例2
(1)活化胶粉的制备：将化学助剂(1，1－二甲氧基甲烷和2，2－二甲氧基丙烷按质量比1：2比例混合而成)，900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的60目粉末状橡胶材料，以质量为1∶20的比例将两者混合搅拌，然后将混合胶粉加入至超声聚能反应器中，将辐射活化装置的功率设定为1200W，频率为20KHz，经活化处理15s，即得“爆米花”状的活化胶粉颗粒。
(2)道路用低温改性沥青的制备：按照活化胶粉∶基质沥青∶SBS的质量比3∶6∶1，将SBS加入到熔融的90#基质沥青中，在搅拌过程中加入活化胶粉，维持温度在165℃，并在4000rpm/min转速下，高速剪切50min，使其共混均匀，即得高等级道路改性沥青混合料。

Claims (3)

1.一种道路用低温改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)活化胶粉的制备：将5～20份化学助剂，80～95份胶粉混合搅拌，然后将混合胶粉加入至超声聚能反应器中，将辐射活化装置的功率设定为1000～1500W，频率为10～30KHz，经活化处理15～25s，即得“爆米花”状的活化胶粉颗粒；其中，所述化学助剂为1，1－二甲氧基甲烷、2，2－二甲氧基丙烷、甲基四氢呋喃和石油醚中的一种或多种的混合物；所述胶粉为900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的10～120目粉末状橡胶材料；
(2)道路用低温改性沥青的制备：按照活化胶粉∶基质沥青∶SBS的质量比3∶6∶1，将SBS加入到熔融的石油沥青中，在搅拌过程中加入活化胶粉，维持温度在165～175℃，并在3000～4000rpm/min转速下，高速剪切30～50min，使其共混均匀即成。
2.根据权利要求1所述的道路用低温改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述化学助剂由1，1－二甲氧基甲烷和2，2－二甲氧基丙烷按质量比1：2比例混合而成；所述胶粉为900～1200mm以上子午线轮胎经粉碎加工处理而得到的60目粉末状橡胶材料；所述辐射活化装置的功率为1200W，频率为20KHz，活化时间为15s。
3.根据权利要求1或2所述的道路用低温改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述石油沥青为标号70#或90#基质沥青。
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