CN106189294B - 硅藻土基沥青混合料高低温改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂及其制备方法，具体地，硅藻土基沥青混合料高低温改性剂包括重量配比如下的各组分：高纯活化硅藻土70～80份；岩沥青10～20份；废旧橡胶粉10～20份；聚合物0～20份。该硅藻土基改性剂用于沥青混合料的高低温路用性能改性，添加方便、分散效果好、混合料改性成本低、沥青混合料高低温路用性能优异，并能显著降低沥青路面路表温度。

Description

硅藻土基沥青混合料高低温改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程材料领域，特别涉及一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂及其制备方法。

背景技术

硅藻土是一种典型的硅质矿岩，在世界许多国家都已被开发利用。硅藻土的储量丰富，是世界上分布范围广泛、资源丰富的非金属矿种之一，主要分布在美国、中国、法国、丹麦等国家。

20世纪90年代后，我国云南、吉林、陕西等地区逐步开始了将硅藻土作为改性剂用于沥青混合料的相关研究工作，研究表明，硅藻土加入沥青混合料后，路面的高温抗车辙能力、水稳定性和抗疲劳性能都有一定程度的提供，且其改性原理与SBS改性剂类似，硅藻土特有的微孔结构能够吸收沥青轻质组分，从而起到提高沥青混合料性能的作用。与SBS改性剂相比，硅藻土可以直接在混合料拌合阶段直接加入，添加工艺简单；来源丰富，材料价格远低于SBS等高分子类改性剂。

例如，中国专利公开号CN 101525220A公开了一种降噪抗辙剂及其生产方法，该降噪抗辙剂通过加入少量的硅藻土提高了沥青混合料的高温抗车辙和抗水损害的能力，并提高了沥青混合料的低温抗开裂性能。

但是，现有的硅藻土作为沥青混合料改性剂还存在一定问题：硅藻土改性剂为天然材料，材料纯度低活性差；对沥青混合料的高温性能提高有限，低温性能没有显著提高。

此外，本领域技术人员公知的是沥青路面路表温度影响了沥青路面疲劳损伤的程度，但现有技术中没有一种可以有效降低沥青路面路表温度的硅藻土基沥青改性剂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够有效降低沥青路面路表温度的硅藻土基沥青改性剂。为此目的，本发明提供了一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂及其制备方法。该改性剂以硅藻土为基体材料，同时加入了一定比例的天然沥青、废旧橡胶粉和聚合物材料。该改性剂显著提高了单一硅藻土改性剂对沥青混合料的改性效果，尤其是有效降低了沥青路面路表温度，对沥青路面的改性效果优于传统的SBS改性剂，且材料成本低、添加方式简单，是一种性价比极高的新型沥青混合料高低温改性剂。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于其包括具有如下重量份的组分：

高纯活化硅藻土，其含量为70～80份；

岩沥青，其含量为10～20份；

废旧橡胶粉，其含量为10～20份；

聚合物，其含量为0～20份。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于所述高纯活化硅藻土是经过水洗工艺处理过的高纯活化硅藻土，并具有：≤400kg/m³的表观密度，≥30m²/g的比表面积，≥85％的325目通过率的粒度分布，含量≤5重量％的水分，含量≥80重量％的SiO₂，含量≤5重量％的Al₂O₃，含量≤3重量％的Fe₂O₃。根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于所述岩沥青选自新疆克拉玛依岩沥青、四川青川岩沥青、印尼岩沥青的一种或多种。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于所述废旧橡胶粉是采用常温法生产的子午胎胶粉或斜交胎胶粉，规格为细胶粉30～50目。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于所述聚合物选自低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP的一种或多种。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种制备上述的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的方法，包括以下步骤：

1)将硅藻土原矿先采用对辊机破碎至粒径40cm以内，然后通过传送带进入擦洗机，擦洗成为浆体后，通过管道进入调浆池，使用大型搅拌器，对浆体进行搅拌，分离出泥土和沙，使用比重计测试浆液的浓度达到10～15％时，再使用压滤机把浆体压干，最后进入烘干机烘干，烘干时取样品检测含水率，当含水率小于5％时，从烘干机中取出硅藻土，即为高纯活化硅藻土；

2)将70～80份的高纯活化硅藻土、10～20份的岩沥青、10～20份的废旧橡胶粉和0～20份的聚合物投入到高混机中进行初部混合，混合时间5～15min；

3)将混合后的粗混料加入到单螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为160～200℃。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种由硅藻土基沥青混合料高低温改性剂生产改性沥青混合料的方法，其特征在于其包括以下步骤：

在混合料生产阶段干法加入硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，并在集料加入混合料拌缸后，采用粉料投放机一次性将硅藻土基沥青混合料高低温改性剂加入拌缸，最后加入沥青，拌合时间为45～55s。

本发明还提供了一种上述的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂在沥青混合料中的用途。

本发明具有以下优点：

1、改性效果突出，改性后的沥青混合料各项性能均优于SBS改性沥青；

2、在路面环境温度相同的条件下，掺加硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的沥青路面路表温度较未掺加硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的沥青路面路表温度低5～10℃，环境温度越高路表降温效果越显著；

3、改性剂成本低，使用价格低廉的硅藻土作为基体材料，改性剂的成本远低于SBS改性剂；

4、添加工艺简单，在混合料生产阶段干法投料，不需要像生产SBS改性沥青一样，需要复杂的工艺流程来完成对沥青的改性。

综上，本发明提供的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂用于沥青混合料的改性，对沥青路面的改性效果优于传统的SBS改性剂，并能够显著降低沥青路面路表温度，且材料成本低、添加方式简单，是一种性价比极高的新型沥青混合料高低温改性剂。

具体实施方式

根据本发明硅藻土基沥青混合料高低温改性剂所使用的高纯活化硅藻土，不同于普通的硅藻土，经水洗纯化工艺处理，具有SiO₂纯度高(≥80％)、粒度小(325目通过率≥85％)、比表面积大(≥30m²/g)的特点，吸附能力是普通硅藻土2～3倍，高温时可以多吸附沥青，防止路面泛油；低温时可以释放沥青，提高沥青混合料的低温抗裂性，进而保持路面的稳定性，延长路用寿命。活性硅改性后沥青混合料具有典型的高密度、极低的渗透性和沥青硬化后期增长率的特性，可提高路面的抗老化和抗疲劳性能。同时申请人发现，活性改性后的沥青路面具有隔热和阻热的特性，在高温条件下，沥青混合料吸收的热量能够通过硅藻土自身的纳米微孔排出，从而使沥青混合料自身的温度降低，对防止路面产生车辙具有一定的作用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：

硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的制备配方：

表1.根据本发明的硅藻土基改性剂的一个实施例的配方

制备方法：

1)将硅藻土原矿先采用对辊机破碎至粒径40cm以内，然后通过传送带进入擦洗机，擦洗成为浆体后，通过管道进入调浆池，使用大型搅拌器，对浆体进行搅拌，分离出泥土和沙，使用比重计测试浆液的浓度达到10～15％时，再使用压滤机把浆体压干，最后进入烘干机烘干，烘干时取样品检测含水率，当含水率小于5％时，从烘干机中取出硅藻土，即为高纯活化硅藻土；

2)将高纯活化硅藻土、岩沥青、和废旧橡胶粉按重量配比分别称重，然后投入到高混机中进行初部混合，混合时间5～15min；

3)将混合后的粗混料加入到单螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度160～200℃。所得黑色颗粒即所述硅藻土基沥青混合料高低温改性剂。

实施例2：

硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的制备配方：

表2.根据本发明的硅藻土基改性剂的另一个实施例的配方

制备方法：

参照实施例1方法制备本实施例硅藻土基沥青混合料高低温改性剂。

实施例3：

硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的制备配方：

表3.根据本发明的硅藻土基改性剂的另一个实施例的配方

制备方法：

参照实施例1方法制备本实施例硅藻土基沥青混合料高低温改性剂。

实施例4：

使用根据实施例1至3所制备获得的硅藻土基沥青混合料高温改性剂，进行沥青混合料的改性。

沥青混合料(级配类型AC-16)，硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的掺配量为沥青质量的8％～13％，其中：

沥青混合料1(使用实施例1中的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂)所用改性剂掺量为沥青质量的13％；

沥青混合料2(使用实施例2中的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂)所用改性剂掺量为沥青质量的10％；

沥青混合料3(使用实施例3中的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂)所用改性剂掺量为沥青质量的8％。

硅藻土基沥青混合料高低温改性剂改性沥青混合料的生产步骤同常规抗车辙剂改性沥青混合料的生产步骤，在集料加入混合料拌缸后，采用粉料投放机一次性将改性剂加入拌缸，最后加入沥青，拌合时间45～55s。改性沥青混合料1-3的路用性能试验结果见表4～表7：

表4.再生沥青混合料的路用性能试验结果

可见，使用实施例1-3中的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂改性的沥青混合料的各项路用性能均满足“公路沥青路面施工技术规范”(JTG F40-2004)中对SBS改性沥青混合料的各项技术要求。

用改性沥青混合料1-3和未掺加改性剂的普通沥青混合料制成成型5cm厚AC-16车辙试件，将上述这些车辙试件在室温下放置1天。在车辙试件侧面钻孔，钻孔位置为距顶面2cm和4cm处，将插入式温度计插入孔中，将车辙试件放入车辙仪中，在60℃的恒温下，观察四组车辙试件各部位温度的变化情况。不同部位的温度变化情况见表5～7所示。

表5.普通沥青混合料和改性沥青混合料1车辙试件温度变化

表6.普通沥青混合料和改性沥青混合料2车辙试件温度变化

表7.普通沥青混合料和改性沥青混合料3车辙试件温度变化

通过表5～7可以看出：在密闭恒温条件下，改性沥青混合料的3点温度(0cm、2cm、4cm)明显低于普通沥青混合料的温度，且随着时间的增长，温差越大，当恒温时间为120min时，温差最大，约为4～7℃，且3种改性沥青混合料因改性剂的配方和掺量不同，降温效果略有变化。根据上述实施例，申请人发现本发明的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂使沥青路面路表温度降温的原理应为：高纯活化硅藻土添加到普通沥青混合料中，沥青混合料吸收的热量能够通过高纯活化硅藻土自身的纳米微孔排出，从而使沥青混合料自身的温度降低。

综上，本发明的提出的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，以高纯活化硅藻土为基体材料，同时加入了一定比例的岩沥青、废旧橡胶粉和聚合物材料。该改性剂显著提高了单一硅藻土改性剂对沥青混合料的改性效果，对沥青路面的改性效果优于传统的SBS改性剂，并能够显著降低沥青路面路表温度，且材料成本低、添加方式简单，是一种性价比极高的新型沥青混合料高低温改性剂。

本领域技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，其特征在于其包括具有如下重量份的组分：

高纯活化硅藻土，其含量为70～80份；

岩沥青，其含量为10～20份；

废旧橡胶粉，其含量为10～20份；

聚合物，其含量为0～20份；

所述高纯活化硅藻土是经过水洗工艺处理过的高纯活化硅藻土，并具有：≤400kg/m³的表观密度，≥30m²/g的比表面积，≥85％的325目通过率的粒度分布，含量≤5重量％的水分，含量≥80重量％的SiO₂，含量≤5重量％的Al₂O₃，含量≤3重量％的Fe₂O₃；

所述岩沥青是选自新疆克拉玛依岩沥青、四川青川岩沥青、印尼岩沥青的一种或多种，

所述废旧橡胶粉是采用常温法生产的子午胎胶粉或斜交胎胶粉，规格为细胶粉30～50目；

所述聚合物选自低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP中的一种或多种；

所述硅藻土基沥青混合料高低温改性剂的制备方法包括以下步骤：

1)将硅藻土原矿先采用对辊机破碎至粒径40cm以内，然后通过传送带进入擦洗机，擦洗成为浆体后，通过管道进入调浆池，使用大型搅拌器，对浆体进行搅拌，分离出泥土和沙，使用比重计测试浆液的浓度达到10～15％时，再使用压滤机把浆体压干，最后进入烘干机烘干，烘干时取样品检测含水率，当含水率小于5％时，从烘干机中取出硅藻土，即为高纯活化硅藻土；

2)将70～80份的高纯活化硅藻土、10～20份的岩沥青、10～20份的废旧橡胶粉和0～20份的聚合物投入到高混机中进行初步 混合，混合时间5～15min；

3)将混合后的粗混料加入到单螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为160～200℃。

2.一种由根据权利要求1所述的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂生产改性沥青混合料的方法，其特征在于其包括以下步骤：

在混合料生产阶段干法加入硅藻土基沥青混合料高低温改性剂，并在集料加入混合料拌缸后，采用粉料投放机一次性将硅藻土基沥青混合料高低温改性剂加入拌缸，最后加入沥青，拌合时间为45～55s。

3.一种使用根据权利要求1所述的硅藻土基沥青混合料高低温改性剂在沥青混合料中的用途。