CN106396465B - 外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一外掺剂，其制备原料包括煤直接液化残渣、分散剂和增溶剂和废旧轮胎胶粉，废旧轮胎胶粉是经废旧轮胎和废旧橡胶处理成粒径小于30目的橡胶粉。所述煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的粒径小于0.15毫米，沥青含量高于75％的煤残渣。其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比1～1.5:0.05～0.10:0.25～0.45:0.001～0.002:0.002～0.005；本发明混凝土外掺剂主要是由煤直接液化残渣、废旧轮胎胶粉和沥青，辅以少量助剂制成，助剂的添加量很少，且粒径小于30目的废旧轮胎胶粉的掺量为煤直接液化残渣的0.25～0.45倍，因而总体成本低，同时本发明混凝土外掺剂对于混凝土路用性能的改善相比于普通沥青混凝土能提高1～2倍。

Description

外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用

技术领域

本发明属于道路材料领域，涉及煤化工固体废弃物在道路建筑材料中的使用，具体涉及外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用。

背景技术

煤直接液化残渣作为生产液体燃料油后产生的固体废弃物，其组成中含有沥青类物质，用来直接改性基质沥青，在掺量较小时(约7％)，对高温性能有一定改善，专利CN201410438824.7中提到将煤液化沥青粉碎，然后加入反应釜中，进行加热聚合，制备高软化点沥青。该种工艺也较复杂，且得到的产品在使用时需要先制成改性沥青再使用，需要专业改性沥青设备，成本较高，使用也不方便；同时，该工艺无法解决沥青低温性能变差的情况。

专利CN101863637A中提到通过在煤直接液化残渣中添加塑化剂、偶联剂和橡胶粉，通过熔融、混合等工序制得可用于道路沥青混凝土的外掺剂。但该方法需要掺加5-20％的增塑剂，该掺量已超出一般助剂范围，且橡胶粉掺量为煤直接液化残渣的5-15％，并要求粒径小于80目(0.178mm)，因而总体成本较高，不利于在工程中大规模应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种外掺剂，将其添加到沥青混凝土混合料中，能够改善沥青混凝土的高温抗车辙性能的同时不影响沥青的低温性能。

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：

外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用，外掺剂是由煤直接液化残渣、沥青、分散剂、增溶剂和废旧轮胎胶粉制备而成，废旧轮胎胶粉是经废旧轮胎和废旧橡胶处理成粒径小于30目的橡胶粉。

煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的粒径小于0.15毫米，沥青含量高于75％的煤残渣。

煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1～1.5:0.05～0.10:0.25～0.45:0.001～0.002:0.002～0.005。

分散剂为低分子量的热塑性树脂粉，为聚乙烯蜡、聚乙二醇和聚四氟乙烯中的一种或多种组合物。

增溶剂为硬酯酸钠、硬酯酸镁和硬酯酸钙中一种或多种组合物。

一种沥青混凝土混合料，该沥青混凝土混合料中添加有外掺剂，外掺剂制备原料包括煤直接液化残渣、沥青、分散剂、增溶剂和废旧轮胎胶粉。

外掺剂的添加量以质量百分数计，为沥青混凝土中原沥青用量的

10％～20％。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用，外掺剂的添加量为沥青质量的10％～20％，可以采用传统的沥青混凝土制备工艺和设备获得，无须额外设备，工艺简单。

(Ⅱ)本发明的外掺剂添加到混凝土中，能使得混凝土路面材料较普通沥青混凝土的高温性能提高1～2倍。

(Ⅲ)本发明混凝土外掺剂主要是由煤直接液化残渣和废旧轮胎胶粉，辅以少量助剂制成，且粒径小于30目的废旧轮胎胶粉的掺量为煤直接液化残渣的0.25～0.45倍，因而总体成本低，利于在工程中大规模应用。

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。

本发明所使用的分散剂为低分子量的热塑性树脂粉，可以是聚乙烯蜡、聚乙二醇和聚四氟乙烯等。本发明所述外掺剂的添加量为沥青混凝土中原沥青用量的10％-20％(不包括外掺剂中的沥青质量),是指本发明的外掺剂按照10％-20％质量百分数比，替代原沥青混凝土中的沥青进行配比设计。

本发明所述沥青混凝土的高温性能提高是指沥青混凝土动稳定度、残留稳定度和最大弯拉应变三种指标中的一种、两种或者三种指标同时提高。

实施例1：

本实施例给出一种外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1:0.05:0.25:0.001:0.002。

其中：煤直接液化残渣粒径小于0.15毫米，灰分含量小于25％，沥青含量不小于75％。

废旧轮胎胶粉粒径小于0.55毫米，其中灰分含量小于9％，炭黑含量大于29％，金属含量小于0.04％。

沥青为110号或90号道路石油沥青中一种或两种组合物。

基于本实施例的原料配方，本实施例沥青混凝土外掺剂的具体制备过程如下所述：

步骤一，将煤直接液化残渣100克加热至180-200℃，成熔融状；

步骤二，将沥青加热成熔融状；

步骤三，依次将熔融沥青5g、废旧轮胎胶粉25g、分散剂0.1g和增溶剂0.2g加入煤直接液化残渣中，然后在180-200℃下高速搅拌15min；

步骤四，将搅拌均匀的混合物倒入密封罐中，移入烘箱在180-250℃的温度下热解脱硫融化处理1-5小时；

步骤五，将热解脱硫融化处理后混合物搅拌均匀，通过挤压造粒获得粒度为1-5毫米的沥青混凝土外掺剂。

将上述得到的外掺剂按照沥青混凝土中原沥青用量的10％替代沥青，按照标准方法制备含外掺剂的沥青混凝土试件。其中，沥青为克拉玛依90#沥青，粗、细集料为玄武岩碎石，矿粉为石灰岩矿粉，矿料级配为工程中应用于上面层的AC-13。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行试样制备和性能试验。

沥青混凝土高温稳定性能是通过车辙试验来表征的，车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验法，是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动性变形的方法。车辙试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，试件采用碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件，试验结果以动稳定(次/mm)表示。

沥青混凝土的低温性能采用标准条件小梁弯曲破坏试验进行评价。试验采用的小梁试件尺寸为长250mm±2mm，宽30mm±2mm，高35mm±2mm，由碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件切割而成。试验温度为-10℃±0.5℃，加载速率为50mm/min，试验结果以小梁弯曲破坏时梁底对应的最大破坏应变。

沥青混合料抵抗水损害能力通常采用浸水马歇尔试验评价。按照标准方法制备标准马歇尔试件，分成2组，分别在60℃水浴中浸泡30min和48h，再分别测定马歇尔稳定度，以浸泡48h的马歇尔稳定度结果除以浸泡30min的马歇尔试验结果，此即为残留稳定，其值越大，沥青混合料抵抗水损坏能力越强。

以上测试结果如表1所示。

实施例2：

本实施例给出一种外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1.5:0.10:0.45:0.002:0.005。

本实施例中制备沥青混凝土试件时外掺剂替代20％沥青。

本实施例中对原料的要求和沥青混凝土外掺剂的制备方法均与实施例1相同。

本实施例的沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。

对比例1：

本对比例给出一种沥青混凝土，其制备原料按重量百分比为：沥青：矿料＝4.8:100。

本对比例的沥青混凝土的制备方法和试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。

对比例2

本对比例给出一种混凝土外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1:0.05:0.25:0.001:0.002。

本对比例中对原料的要求和沥青混凝土外掺剂以及沥青混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，其中废旧轮胎胶粉粒径在80目。

本对比例中制备沥青混凝土试件时外掺剂替代10％沥青。

本对比例沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。

对比例3：

本对比例给出一种沥青混凝土外掺剂，其中，煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、柠檬酸三正丁酯和超分散剂的添加量按质量比为1:0.05:0.15:0.20:0.003。

本对比例沥青混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1所示。

效果分析：

表1表明，与普通沥青混凝土相比，采用本发明制备的沥青混凝土外掺剂可以显著改善沥青混凝土混合料的高温性能和低温性能，表征高温性能的动稳定度和低温下最大弯拉应变明显高于对比例，同时，水稳定性能也有一定提高；实施例1沥青混凝土高温性能和水稳定性均好于对比例2，而低温性能略低，说明废旧轮胎胶粉的粒径对沥青混凝土性能有影响。对比例3高温性能和低温性能改善有限，实施例的沥青混凝土高温性能和水稳定性均好于对比例3，说明制备外掺剂时的助剂及助剂添加量对沥青混凝土性能有影响。因此，本发明沥青混凝土外掺剂不仅能明显改善沥青混凝土的高温性能，还能改善其低温性能。

表1外掺剂对沥青混凝土路用性能影响效果

路用性能	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3
						动稳定度(次/mm)	3568	4064	1980	2845	2345
残留稳定度(％)	92	93	91.0	90	92
						最大弯拉应变(με)	3144	3361	2675	3259	2685

Claims (5)

1.外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用，所述外掺剂制备原料包括煤直接液化残渣、沥青、分散剂、增溶剂和废旧轮胎胶粉，所述废旧轮胎胶粉是经废旧轮胎和废旧橡胶处理成粒径小于30目的橡胶粉；

所述煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的粒径小于0.15毫米，沥青质量高于75％的煤残渣；

所述煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1～1.5:0.05～0.1:0.25～0.45:0.001～0.002:0.002～0.005。

2.如权利要求1所述外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、聚乙二醇和聚四氟乙烯中的一种或多种组合物。

3.如权利要求1所述外掺剂在提高沥青混凝土高温性能中的应用，其特征在于，所述增溶剂为硬酯酸钠、硬酯酸镁和硬酯酸钙中一种或多种组合物。

4.一种沥青混凝土混合料，其特征在于，该沥青混凝土混合料中添加有外掺剂，所述外掺剂制备原料包括煤直接液化残渣、沥青、分散剂、增溶剂和废旧轮胎胶粉；

所述废旧轮胎胶粉是经废旧轮胎和废旧橡胶处理成粒径小于30目的橡胶粉；

所述煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的粒径小于0.15毫米，沥青质量高于75％的煤残渣；

所述煤直接液化残渣、沥青、废旧轮胎胶粉、分散剂和增溶剂的添加量按质量比为1～1.5:0.05～0.1:0.25～0.45:0.001～0.002:0.002～0.005。

5.如权利要求4所述沥青混凝土混合料，其特征在于，以质量百分数计，所述外掺剂的添加量为沥青混凝土中沥青质量的10％～20％。