CN107022199A - 低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低黏稳定橡塑复合改性沥青，由基质沥青、复合改性胶粉和稳定剂制成，以占基质沥青质量百分比计，复合改性胶粉占15％～30％、稳定剂占0.075％～0.15％。据此，发明人还获得了相应的混合料并建立了相应产品的制备方法。研究表明，本发明橡塑复合改性沥青具有低黏度且高温储存稳定的特点，同时其在180℃下静置48h不会发生明显沉降，离析试验软化点差优于传统橡胶沥青，达到公路沥青路面施工技术规范中有关SBS改性沥青热储存稳定技术指标要求，明显优于现有橡胶沥青技术性能。因此，本发明可有效解决传统橡胶沥青存储、运输过程中发生离析的问题，进而可以保证橡胶沥青使用品质的稳定性，有利于工厂化生产。

Description

低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法
技术领域
本发明属于公路沥青路面材料技术领域，尤其涉及一种低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法。
背景技术
现有胶粉改性沥青工艺中，将废胎胶粉直接加到基质沥青中，在高温下搅拌剪切等物理过程使胶粉分散在沥青中，胶粉颗粒与基质沥青仅仅是物理混合，未形成稳定的胶体化学结构，故存储稳定性较差，不能长期储存，须将改性沥青生产设备安装在公路施工拌合站现场边生产边使用，现场加工生产对改性沥青的产品质量难以检测和控制。由于胶粉的化学结构和物理性能与沥青相差较大，其在沥青中的分散状态不稳定，因而改性效果不明显。胶粉改性沥青的难点在于：如何提高橡胶沥青的性能及贮存稳定性。同时，由于胶粉加入传统橡胶沥青，180℃黏度达到1.5～5Pa·s，造成泵送、碾压难度加大。
通过对橡胶沥青进行理化改性(如对胶粉进行预处理，加入稳定剂等)能提高橡胶沥青的高温储存稳定性，使其长时间静置或长途运输过程中不发生离析分层、性能衰减等问题，且混合料具有良好的高低温性能指标。如：
PE作为沥青混合料优良的抗车辙剂，通常直接添加到改性沥青及其混合料中，但是PE改性沥青也存在一些问题：黏度高、储存稳定性差，PE较难均匀分散在改性沥青体系中。影响体系相容性和稳定性的主要因素是：胶粉和PE的相对分子质量和结构、贮存温度和体系黏度、密度。若PE与胶粉经复合改性后，能较好地分散在沥青胶结料中，显著提高沥青软化点，显著提高混合料抗高温变形能力(动稳定度)。
吴春颖等发明了“一种高稳定、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法”(专利号201110296241.1公开日2012年06月20日)，但它并未对储存稳定性进行评价，且177℃黏度偏大，达到2.05Pa·s。汪红兵等发明了“高温耐储存的废橡胶粉改性沥青的制备方法”(专利号201010126676.7公开日2010年8月18日)，该法采用橡塑共混相容剂、硫磺、沥青和废胶粉，通过高速剪切机制备一种耐高温存储的复合改性沥青，但由于掺PE制备工艺差异导致橡胶沥青黏度偏大，达到2.4～5.3Pa·s。李晶发明的“微波场中硅烷偶联剂作为橡胶沥青稳定剂的方法”(专利号201410187338.2公开日2014年07月30日)，采用微波中硅烷偶联剂作为橡胶沥青稳定剂，但该法实施难度大，不利于工厂化使用。
检索分析表明，通过加入PE、活化剂或稳定剂，对胶粉进行脱硫预处理等方式，可以在一定程度上提高橡胶沥青的高温储存稳定性，但还存在成本较高，工艺复杂，不容易进行工厂化大规模生产等问题，而且所制备的橡胶沥青黏度过高，不利于施工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适于工厂化规模生产的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
低黏稳定橡塑复合改性沥青，由基质沥青、复合改性胶粉和稳定剂制成，以占基质沥青质量百分比计，复合改性胶粉占15％～30％、稳定剂占0.075％～0.15％。
基质沥青是减压渣油、直馏沥青或调和工艺得到的调和沥青等各种普通道路石油沥青，根据所使用需要选择50号、70号、90号或110号基质沥青，且应符合公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)中相关指标要求；复合改性胶粉由橡胶粉与PE按质量比75～95∶5～25复合制备而成；稳定剂为4，4’-二硫代二吗啉、4，4’-六硫代二吗啉或二甲基二硫代氨基甲酸锌。
橡胶粉为回收轮胎破碎并去除钢丝或纤维后的粉末，粒度为5目～40目；PE是高密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，其熔融指数为10g/10min～20g/10min(190℃，2.16Kg)。
粒度为10目～30目，熔融指数为12g/10min～15g/10min(190℃，2.16Kg)。
上述低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法复合改性胶粉由双螺杆挤出机制备，将PE和胶粉混合均匀，待挤出机料筒温度达150～170℃加入，挤出机转速300～800转/分钟，胶粉在挤出机料筒中停留时间不超过5分钟。
挤出机转速400～600转/分钟，挤出机料筒温度155～165℃，胶粉在挤出机料筒中停留时间3～4分钟。
上述低黏稳定橡塑复合改性沥青的制备方法，按以下步骤操作进行：
(1)将基质沥青加热到180℃～190℃，分3次加入复合改性胶粉，然后加入稳定剂，搅拌20～30min；
(2)通过高速剪切机或高速剪切胶体磨剪切60min，2000～3000r/min，控制温度在180℃～190℃。
由上述低黏稳定橡塑复合改性沥青制成的混合料，由石料与橡塑复合改性沥青按油石比4.8％～5.5％制成。
上述低黏稳定橡塑复合改性沥青制成的混合料的制备方法，按以下步骤操作进行：
(1)将石料加热至180℃～200℃；
(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比4.8％～6.0％拌和，拌和温度170℃～190℃，击实或碾压即得。
石料的级配符合以下要求：筛孔尺寸为16.0mm时，级配为100％；筛孔尺寸为13.2mm时，级配为90％～100％；筛孔尺寸为9.5mm时，级配为68％～85％；筛孔尺寸为4.75mm时，级配为38％～68％；筛孔尺寸为2.36mm时，级配为24％～50％；筛孔尺寸为1.18mm时，级配为15％～38％；筛孔尺寸为0.6mm时，级配为10％～28％；筛孔尺寸为0.3mm时，级配为7％～20％；筛孔尺寸为0.15mm时，级配为5％～15％；筛孔尺寸为0.075mm时，级配为4％～8％。
针对现有橡塑复合改性沥青存在的黏度高、稳定储存时间短等不利于大规模生产的问题，发明人研制了一种低黏稳定橡塑复合改性沥青，由基质沥青、复合改性胶粉和稳定剂制成，以占基质沥青质量百分比计，复合改性胶粉占15％～30％、稳定剂占0.075％～0.15％。据此，发明人还获得了相应的混合料并建立了相应产品的制备方法。该法采用双螺杆挤出机制备橡塑复合改性胶粉，在基质沥青中加入复合改性胶粉和稳定剂后通过高速剪切机或高速剪切胶体磨制备橡塑复合改性沥青。研究表明，本发明橡塑复合改性沥青具有低黏度且高温储存稳定的特点，180℃黏度在0.6～1.0Pa·s，具有降低拌合、摊铺及碾压等施工温度的潜力，同时其在180℃下静置48h不会发生明显沉降，离析试验软化点差优于传统橡胶沥青，达到公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)中有关SBS改性沥青热储存稳定技术指标要求，明显优于现有橡胶沥青技术性能。因此，本发明可有效解决传统橡胶沥青存储、运输过程中发生离析的问题，进而可以保证橡胶沥青使用品质的稳定性，有利于工厂化生产。
本发明中制备方法中，在机械力和热、交联剂的共同作用下，将胶粉/PE与沥青混合后，形成部分物理和化学交联的弹性网络结构，限制了沥青的流动性，提高高温变形能力和沥青黏度，提高其抗荷载能力。具体而言，双螺杆挤出机的强烈剪切作用使胶粉、PE强制混合均匀，制备得到的胶粉/PE复合物的密度与沥青相近，有利于在沥青中均匀分散和稳定。通过高温、高剪切速率混合一段时间后橡胶发生脱硫，降低胶粉的相对分子质量，得到脱硫胶粉。采用脱硫胶粉改性沥青，所得橡塑复合改性沥青与基质沥青的性质相近，沥青能与脱硫胶粉进行较好的溶胀，充分发挥胶粉对沥青的改性作用，同时降低了体系的黏度。而且复合改性胶粉的密度比普通胶粉更接近基质沥青，在混合后静置过程中，因重力作用引起的分层不明显。此外，改性胶粉与沥青之间通过稳定剂(如二硫代二吗啉)发生化学交联反应，在胶粉粒子表面形成稳定层，改善胶粉与沥青之间的相容性，大大提高橡胶沥青的性能。为此，本发明的橡塑复合改性沥青具有较低的黏度和较高的储存稳定性，适合工厂化大规模生产，只需保温运输到现场工地，和集料混合搅拌后即可施工；低黏度有利于摊铺和碾压；以橡塑复合改性沥青为基础制备的混合料具有较好的抵抗高温变形能力。
具体实施方式
以下各例所用石料的级配符合表1要求。
表1沥青混合料级配范围
实施例1
1橡塑复合改性沥青配比(以占基质沥青质量百分比计)
复合改性胶粉15％，4，4’-二硫代二吗啉0.1％。
2复合改性胶粉的制备
胶粉与回收PE(主要成份是线性低密度聚乙烯)按85：15(质量比)混合，双螺杆挤出机转速400～500转/分钟，料筒温度160～165℃，胶粉在料筒停留时间3分钟。
其中，橡胶粉为回收轮胎破碎并去除钢丝或纤维后的粉末，粒度为5目；PE(聚乙烯)熔融指数为15g/10min(190℃，2.16Kg)。
3橡塑复合改性沥青的制备
将70号的泰普克基质沥青加热到180℃～190℃，加入复合改性胶粉与4，4’-二硫代二吗啉，搅拌30分钟，然后经高速剪切机高速剪切60min，剪切速率3000r/min，控制温度在180℃～190℃。
4橡塑复合改性沥青混合料的制备
(1)将石料加热至190℃～200℃；(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比5.0％拌和，拌和温度180℃～190℃，击实或碾压即得。
实施例2
1橡塑复合改性沥青配比(以占基质沥青质量百分比计)
橡塑复合橡胶粉20％，4，4’-二硫代二吗啉0.15％；
2复合改性胶粉的制备
胶粉与高密度聚乙烯按80∶20(质量比)混合，双螺杆挤出机转速400～500转/分钟，料筒温度160～165℃，胶粉在料筒停留时间3分钟。
其中，橡胶粉为回收轮胎破碎并去除钢丝或纤维后的粉末，粒度为40目；PE(聚乙烯)熔融指数为20g/10min(190℃，2.16Kg)。
3橡塑复合改性沥青的制备
将70号的泰普克基质沥青加热到180℃～190℃，加入橡塑复合橡胶粉与4，4’-二硫代二吗啉，搅拌30分钟，然后经高速剪切胶体磨高速剪切60min，剪切速率3000r/min，控制温度在180℃～190℃。
4橡塑复合改性沥青混合料的制备
(1)将石料加热至190℃～200℃；(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比5.2％拌和，拌和温度180℃～190℃，击实或碾压即得。
实施例3
1橡塑复合改性沥青配比(以占基质沥青质量百分比计)
复合改性胶粉25％，4，4’-六硫代二吗啉0.15％；
2复合改性胶粉的制备
胶粉与线性低密度聚乙烯按75∶25(质量比)混合，双螺杆挤出机转速400～500转/分钟，料筒温度160～165℃，胶粉在料筒停留时间3分钟。
其中，橡胶粉为回收轮胎破碎并去除钢丝或纤维后的粉末，粒度为20目；PE(聚乙烯)熔融指数为10g/10min(190℃，2.16Kg)。
3橡塑复合改性沥青的制备
将70号的泰普克基质沥青加热到180℃～190℃，加入橡塑复合橡胶粉与4，4’-六硫代二吗啉，搅拌30分钟，然后经高速剪切机高速剪切60min，剪切速率3000r/min，控制温度在180℃～190℃。
4橡塑复合改性沥青混合料的制备
(1)将石灰岩石料加热至190℃～200℃，(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比5.3％拌和，拌和温度180℃～190℃，击实或碾压即得。
实施例4
1橡塑复合改性沥青配比(以占基质沥青质量百分比计)
橡塑复合橡胶粉25％，二甲基二硫代氨基甲酸锌0.15％；
2复合改性胶粉的制备
胶粉与线性低密度聚乙烯按75∶25(质量比)混合，双螺杆挤出机转速400～500转/分钟，料筒温度160～165℃，胶粉在料筒停留时间3分钟。
3橡塑复合改性沥青的制备
将70号的泰普克基质沥青加热到180℃～190℃，加入橡塑复合橡胶粉与二甲基二硫代氨基甲酸锌，搅拌30分钟，然后经高速剪切胶体磨高速剪切60min，剪切速率2000r/min，控制温度在180℃～190℃。
4橡塑复合改性沥青混合料的制备
(1)将石灰岩石料加热至190℃～200℃，(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比5.3％拌和，拌和温度180℃～190℃，击实或碾压即得。
对照例
1橡塑复合改性沥青配比(以占沥青质量百分比计)
普通胶粉15％，高密度聚乙烯6.25％；
2橡塑复合改性沥青的制备过程
将70号的泰普克基质沥青加热到180℃～190℃，依次加入胶粉、高密度聚乙烯，搅拌30分钟，然后经高速剪切60min，剪切速率3000r/min。
3橡塑复合改性沥青混合料的制备过程
(1)将石灰岩石料加热至190℃～200℃，(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比5.0％拌和，拌和温度180℃～190℃。
以上实施例和对照例所得橡胶(或橡塑复合改性)沥青及其混合料的性能指标如表2和表3。
表2橡胶(或橡塑复合改性)沥青性质
注：(1)SBS改性沥青热储存稳定性指标要求：热储存(163℃，48h)后上、下软化点差≤2.5℃。
(2)本发明改性沥青离析试验参照SBS改性沥青离析试验进行，试验条件：180℃，48h。
在以上各指标均满足规范要求的前提下，对比上表可以看出：(1)当稳定剂掺量为0.075％～0.15％时可使橡塑复合改性沥青能在180℃高温条件下静置储存48h，复合改性橡胶粉不发生明显沉降，且离析试验软化点差满足公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)中SBS改性沥青热储存稳定技术指标要求，即稳定剂的添加显著改善了橡胶沥青的高温储存稳定性；(2)双螺杆挤出机制备的橡塑复合改性胶粉显著降低了橡胶沥青黏度。
表3橡胶(或橡塑复合改性)沥青混合料的性质
实例 例1 例2 例3 例4 对照例
稳定度 11.43 12.09 11.35 12.53 10.91
流值 4.1 3.5 4.3 3.1 4.8
VMA，％ 16.8 16.3 16.6 16.0 18.0
空隙率，％ 5.0 4.5 4.2 4.9 5.8
沥青饱和度，％ 68.8 72.2 74.8 82.6 75.7
动稳定度，次/mm 7405 6988 8987 11815 5592
浸水残留稳定度，％ 97.9 100.1 99.5 98.2 93.4
冻融劈裂抗拉强度比，％ 89.1 91.6 91.0 95.7 90.8
上述结果对比表明，本发明的橡塑复合改性沥青在各指标均满足规范要求的前提下，由于PE的掺入显著提高了动稳定度，即改善了混合料高温稳定性。

Claims (10)

1.一种低黏稳定橡塑复合改性沥青，其特征在于由基质沥青、复合改性胶粉和稳定剂制成，以占基质沥青质量百分比计，复合改性胶粉占15％～30％、稳定剂占0.075％～0.15％。
2.根据权利要求1所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法，其特征在于：所述基质沥青是50号、70号、90号或110号基质沥青；所述复合改性胶粉由橡胶粉与PE按质量比75～95∶5～25复合制备而成；所述稳定剂为4，4’-二硫代二吗啉、4，4’-六硫代二吗啉或二甲基二硫代氨基甲酸锌。
3.根据权利要求1所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法，其特征在于：所述橡胶粉为回收轮胎破碎并去除钢丝或纤维后的粉末，粒度为5目～40目；所述PE是高密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，其熔融指数为10g/10min～20g/10min(190℃，2.16Kg)。
4.根据权利要求1所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法，其特征在于：所述粒度为10目～30目，所述熔融指数为12g/10min～15g/10min(190℃，2.16Kg)。
5.根据权利要求1所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法，其特征在于：所述复合改性胶粉由双螺杆挤出机制备，将PE和胶粉混合均匀，待挤出机料筒温度达150～170℃加入，挤出机转速300～800转/分钟，胶粉在挤出机料筒中停留时间不超过5分钟。
6.根据权利要求1所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青及其混合料的制备方法，其特征在于：所述挤出机转速400～600转/分钟，挤出机料筒温度155～165℃，胶粉在挤出机料筒中停留时间3～4分钟。
7.权利要求1所述低黏稳定橡塑复合改性沥青的制备方法，其特征在于按以下步骤操作进行：
(1)将基质沥青加热到180℃～190℃，分3次加入复合改性胶粉，然后加入稳定剂，搅拌20～30min；
(2)通过高速剪切机或高速剪切胶体磨剪切60min，2000～3000r/min，控制温度在180℃～190℃。
8.由权利要求1所述低黏稳定橡塑复合改性沥青制成的混合料，其特征在于由石料与橡塑复合改性沥青按油石比4.8％～5.5％制成。
9.权利要求8所述低黏稳定橡塑复合改性沥青制成的混合料的制备方法，其特征在于按以下步骤操作进行：
(1)将石料加热至180℃～200℃；
(2)将石料与橡塑复合改性沥青按油石比4.8％～6.0％拌和，拌和温度170℃～190℃，击实或碾压即得。
10.根据权利要求9所述的低黏稳定橡塑复合改性沥青制成的混合料的制备方法，其特征在于所述石料的级配符合以下要求：筛孔尺寸为16.0mm时，级配为100％；筛孔尺寸为13.2mm时，级配为90％～100％；筛孔尺寸为9.5mm时，级配为68％～85％；筛孔尺寸为4.75mm时，级配为38％～68％；筛孔尺寸为2.36mm时，级配为24％～50％；筛孔尺寸为1.18mm时，级配为15％～38％；筛孔尺寸为0.6mm时，级配为10％～28％；筛孔尺寸为0.3mm时，级配为7％～20％；筛孔尺寸为0.15mm时，级配为5％～15％；筛孔尺寸为0.075mm时，级配为4％～8％。
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