CN107619609A - 一种新型高强胶粉改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高强胶粉改性沥青材料及其制备方法，改性沥青由61‑80.7份基质沥青、10‑20份的废橡胶粉、5‑10份的废塑料、1‑2份的EVA、0.2‑0.7份的表面活性剂、2‑3份的增塑剂、1‑3份的废磷酸酯和0.1‑0.3份的交联剂制成。制备步骤为：将废橡胶粉、增塑剂和废磷酸酯混合搅拌得预混胶粉；将预混胶粉、EVA、废塑料混合得高强度胶粉复合粒子；将基质沥青加热后，加入上述复合粒子混合剪切，再加入剩余的废橡胶粉、表面活性剂，研磨搅拌，制得改性沥青材料。本发明的改性沥青材料具有较高的高温抗车辙能力及长期抗水损害能力，特别适用于高温地区的重载车道、山区长大陡坡路段等易产生车辙的路面。

Description

一种新型高强胶粉改性沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种公路工程道路铺面材料领域，具体涉及一种新型高强胶粉 改性沥青材料及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的发展，公路运输网络正在向大流量、重轴载、渠化交通的 方向发展。而对于公路占有率在85％以上的沥青路面则面临着严峻的考验。对 现有沥青路面结构来说，交通量和轴载组成的变化引起路面服务功能的衰退， 路面病害过早发生，严重的影响了行车质量，浪费了大量的维修费用。而在整 个沥青路面破坏形式中，最为严重的则是由沥青混合料在高温状态下由于本身 的抗变型能力不足，产生较大的剪切变形、压缩变形导致车辙而产生的破坏。 目前我国已通车的沥青类路面高速公路，在通车后不久就出现早期损坏，尤其 是重载和恶劣气候的双重作用，加剧了高温车辙变形和水损害。为了有效减缓 沥青路面早期病害的发生，研究人员通过研究发现，使用高强度沥青混合料可 以明显改善沥青路面的使用性能，并延长使用寿命。

随着社会的发展，越来越多的人意识到依靠SBS解决所有问题也不现实， 而且SBS也不是解决某些特殊问题的最优方案。SBS改性沥青用于一般高等级 道路可以取得较好的效果，但是对于恶劣气候条件地区，SBS改性沥青难以胜 任。

目前一些国外的产品能提高沥青路面的抗车辙性能，但是价格昂贵不适合 在国内应用。国内有一些抗车辙剂产品，价格较为便宜，但是性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种新型高强胶粉改性沥青 材料及其制备方法，本发明制得的产品不仅具有抗老化、抗(疲劳、低温、反 射)裂缝、降噪声的功能，而且有超强的高温抗车辙能力、长期抗水损害能力 以及低温抗裂性能，能够延长道路的使用寿命，既能解决废轮胎带来的环境污 染问题，也能解决常规改性沥青在特殊场合的高温稳定性不足的问题及高温抗 车辙剂的性能不稳定等问题。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种新型高强胶粉改性沥青材料及其制备方法，改性沥青由按质量份数为 61-80.7份基质沥青、10-20份的废橡胶粉、5-10份的废塑料、1-2份的EVA、0.2-0.7 份的表面活性剂、2-3份的增塑剂、1-3份的废磷酸酯、0.1-0.3份的交联剂制备 而成。

作为优选的技术方案：

优选的，所述基质沥青为70A级道路石油沥青。

优选的，所述废橡胶粉为废载重车胎胶粉、废轿车胎胶粉、废输送带、废 鞋底胶中的一种或几种。然后经过粉碎过筛后得到的粒径为20-40目的橡胶粉。

优选的，所述废塑料为PE成分大于80wt％的废塑料粉碎后的颗粒。

优选的，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，其中包括：聚环氧乙烷-环 氧丙烷、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯醇、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧 乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、烷基多苷、脂肪酸环氧 乙烷缩合物中的一种或多种，更优选的为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧 乙烯醚和椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂或邻苯二甲酸二丁酯。

优选的，所述废磷酸酯为取自天津利海石化有限公司制备磷酸酯阻燃剂时 未反应的废料，具体为磷酸三苯脂。

优选的，所述交联剂为硫磺粉、硫磺给予体、过氧化二异丙苯、过氧化二 叔丁基苯、氧化镁、氧化锌、氧化铅、金属氧化物、促进剂M、促进剂TMTD、 硬酯酸锌、硬酯酸类化合物、有机胺类或马来酰亚胺中的一种或几种的混合物。

本发明还提供了新型高强胶粉改性沥青材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述废橡胶粉、增塑剂、废磷酸酯按质量份数比(5-10)：(2-3)： (1-3)混合加入到高速搅拌中温度控制在50-60℃、使胶粉软化、降解20-30分 钟得到预混胶粉；

(2)将步骤(1)的预混胶粉、EVA、废塑料加入单螺杆挤出机，控制温 度在200-250℃，混合均匀后挤出、造粒得到高强度胶粉复合粒子；

(3)将基质沥青在120-140℃的温度下融化再升温至170-190℃，向其中搅 拌加入高强度胶粉复合粒子，在此温度下保温并以2000-5000转/分的剪切速度 经过高速剪切机剪切20min-60min，加入剩余的废橡胶粉、表面活性剂保温搅拌 5-10分钟，随后经过胶体磨剪切、研磨10-20分钟，然后保温搅拌发育1-3小时， 最后加入交联剂，继续保温搅拌1-3小时即制得新型高强胶粉改性沥青材料。

本发明还提供了新型高强胶粉改性沥青材料制备的高强胶粉改性沥青混凝 土，将高强胶粉改性沥青材料加入到集料中制得改性沥青混凝土；所述集料为 石料；所述高强胶粉改性沥青材料与集料的质量份数比安装本领域常规的比例 进行配比；一般油石比在5.0左右。

本发明还提供了新型高强胶粉改性沥青材料制备的高强胶粉改性沥青混凝 土的制备方法，将上述制备的高强胶粉改性沥青材料加入到集料中制得改性沥 青混凝土。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述的新型高强胶粉改性沥青材料具有较高的高温抗车辙能力及 长期抗水损害能力，其软化点高于80℃，沥青混合料60℃动稳定≥10000次/mm (规范要求≥2800次/mm)，证明具有很好的抗高温、抗车辙性能，特别适用于 高温地区的重载车道、山区长大陡坡路段、桥面铺装机场道路等易产生车辙的 路面。

2、本发明产品的使用和常规改性沥青相同可直接和集料拌合，不仅解决了 现有直投料抗车辙剂、高模量的沥青添加剂存在吃料难、熔融难、塑化差、拌 合温度过高等问题，同时提高了沥青软化点、降低了沥青的粘度，提高了沥青 路面的抗车辙性能、低温性能、抗剪切性能、性能稳定性等。

3、本发明产品综合了塑料和橡胶各自的特性，既保存了橡胶的弹性和韧性 又有塑料的塑性，经过单螺杆挤出后塑料颗粒以微晶嵌挤于橡胶相，且被橡胶 相裹覆，胶粉通过高温降解软化，与沥青相容性提高，不仅提高了路面的抗疲 劳能力，减少路面的永久变形，而且提高了路面的抗车辙能。

4、本发明通过先让废橡胶粉、增塑剂、废磷酸酯三者预混和，使胶粉表面 吸收充足油分进行浅度活化，然后EVA、废塑料经过单螺杆挤出机在增塑剂的 软化作用和高温胶粉脱硫，使高强度胶粉复合粒子与沥青具有良好的相容性， 使其在沥青中的熔融较均匀，剪切时间更短。另一方面，在沥青中加入高强度 胶粉复合粒子和剩余的胶粉，利用交联剂的微交联作用，形成一种线性大分子- 交联结构的“核壳”结构。这种结构中的大量线性分子可以在沥青中相互缠结，继 而形成稳定的胶粉-沥青网状结构，形成稳定存储的胶粉改性沥青。

5、本发明新型高强胶粉改性沥青材料路用性能高于SBS改性沥青，但是成 本却低于SBS改性沥青，每吨材料成本可降低约400-800元。且所采用的材料 主要为废弃物，实现了废物利用和最大的环保效益。

具体实施方式

为了清楚的解释本发明的内容，将通过具体实施例更详细的说明，此处所 描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将通过仅使用SBS改性的对比例1、2与按照本发明进行改性的实施 例1-4进行对比，示出使用本发明的新型高强胶粉改性沥青与现有技术改性得 到的沥青混凝土的性能差异。

下面将按照本产品制备方法进行改性的实施例1-4。

以下实施例和对比例中基质沥青为镇海牌70A级道路石油沥青。

以下实施例中废橡胶粉为26目废载重车胎胶粉。

以下实施例中废塑料为PE成分大于80wt％的废塑料粉碎后的颗粒。

以下实施例中表面活性剂为非离子型表面活性剂，优选脂肪醇聚氧乙烯醚；

以下实施例中增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂。

以下实施例中废磷酸酯为制备为取自天津利海石化有限公司制备磷酸酯阻燃剂时未反应的废料。

以下实施例中交联剂采用S(硫磺粉)、促进剂TMTD的组合物，其质量份 数比为2：1。

以下实施例制备步骤如下：

(1)将所述废橡胶粉A份、增塑剂、废磷酸酯按比例加入到高速搅拌混合 机中，保持温度50-60℃搅拌混合20分钟，制得预混胶粉；

(2)将步骤(1)的预混胶粉、EVA、废塑料加入单螺杆挤出机，控制温 度在200-250℃，混合均匀后挤出、造粒得到高强度胶粉复合粒子；

(3)将基质沥青在130℃的温度下融化再升温至190℃，向其中搅拌加入 强度胶粉复合粒子，保温并以2000-5000转/分的剪切速度经过高速剪切机剪切 20min-60min，加入剩余的废橡胶粉B份、表面活性剂保温搅拌10分钟，随后 经过胶体磨剪切、研磨10分钟，然后保温搅拌发育2小时，最后加入交联剂， 继续保温搅拌2小时即制得新型高强胶粉改性沥青材料。将新型高强胶粉改性 沥青加入到集料中就可以制得改性沥青混凝土材料。

实施例1

一种新型高强胶粉改性沥青材料，其原料配方按照质量份数为：70号基质 沥青75.5份，废橡胶粉A：6份、废橡胶粉B：8份、废塑料5份、EVA2份、 表面活性剂0.3份、增塑剂2份、废磷酸酯1份、交联剂0.2份。试验步骤如上。

实施例2

一种新型高强胶粉改性沥青材料，其原料配方按照质量份数为：70号基质 沥青71.5份，废橡胶粉A：8份、废橡胶粉B：8份、废塑料7份、EVA 1份、 表面活性剂0.3份、增塑剂2份、废磷酸酯2份、交联剂0.2份。试验步骤如上。

实施例3

一种新型高强胶粉改性沥青材料，其原料配方按照质量份数为：70号基质 沥青66.3份，废橡胶粉A：8份、废橡胶粉B：10份、废塑料8份、EVA2份、 表面活性剂0.4份、增塑剂3份、废磷酸酯2份、交联剂0.3份。试验步骤如上。

实施例4

一种新型高强胶粉改性沥青材料，其原料配方按照质量份数为：70号基质 沥青62.2份，废橡胶粉A：8份、废橡胶粉B：12份、废塑料10份、EVA2份、 表面活性剂0.5份、增塑剂3份、废磷酸酯2份、交联剂0.3份。试验步骤如上。

对比例1

按基质沥青重量比称取4.5％SBS(线性)加入到基质沥青中并剪切5min， 然后保温搅拌2小时，随后搅拌加入0.3％的交联剂，继续保温搅拌2小时，制 得普通SBS改性沥青。

对比例2

按基质沥青重量比称取4.0％SBS(线性)加入到基质沥青中并剪切5min， 然后保温搅拌2小时，随后搅拌加入0.3％的交联剂，继续保温搅拌2小时，制 得普通SBS改性沥青。

将以上制备的改性沥青材料分别与集料混合制得AC-13级配的改性沥青混 凝土，通过马歇尔实验、高温稳定性实验、水稳定性实验、低温抗裂性能实验， 实验结果如表1：

表1改性沥青材料及沥青混凝土性能

从表1可以看出，实施例1-4中新型高强胶粉改性沥青的油石比较对比例 1-2基本没变化。但是实施例1-4中软化点和60℃动稳定度远远高于对比例1-2 具有较好的抗车辙性能。同时实施例中冻融劈裂强度和低温小梁弯曲应变都较 SBS改性沥青材料优异。因此，本发明的新型高强胶粉改性沥青材料的路面性 能更佳。

实施例5-15

一种新型高强胶粉改性沥青材料，按质量份数计，由61-80.7份基质沥青、 10-20份的废橡胶粉、5-10份的废塑料、1-2份的EVA、0.2-0.7份的表面活性剂、 2-3份的增塑剂、1-3份的废磷酸酯、0.1-0.3份的交联剂制备而成；

实施例5-15对应的新型高强胶粉改性沥青材料具体原料组成如表2所示：

表2实施例5-15对应的新型高强胶粉改性沥青材料的原料组成

其中，废磷酸酯为取自天津利海石化有限公司制备磷酸酯阻燃剂时未反应 的废料，具体为磷酸三苯脂。

新型高强胶粉改性沥青材料的制备方法如下：

(1)将所述废橡胶粉、增塑剂、废磷酸酯按质量份数比5：2：1混合加入 到高速搅拌中温度控制在50-60℃、使胶粉软化、降解20-30分钟得到预混胶粉；

(2)将步骤(1)的预混胶粉、EVA、废塑料加入单螺杆挤出机，控制温 度在200-250℃，混合均匀后挤出、造粒得到高强度胶粉复合粒子；

(3)将基质沥青在120-140℃的温度下融化再升温至170-190℃，向其中搅 拌加入高强度胶粉复合粒子，在此温度下保温并以3000转/分的剪切速度经过 高速剪切机剪切20min-60min，加入剩余的废橡胶粉、表面活性剂保温搅拌5-10 分钟，随后经过胶体磨剪切、研磨10-20分钟，然后保温搅拌发育1-3小时，最 后加入交联剂，继续保温搅拌1-3小时即制得新型高强胶粉改性沥青材料。

实施例5-15对应的新型高强胶粉改性沥青材料的制备条件如下表3所示：

表3实施例5-15对应的新型高强胶粉改性沥青材料的制备条件

以上所述仅是本发明的优选实施方式，采用前述的优选工艺条件、质量份 数比和不同添加剂组分进行多组试验，均可得到上述改良的结果。应当指出的 是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还 可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于,所述改性沥青由按质量份数计，由61-80.7份基质沥青、10-20份的废橡胶粉、5-10份的废塑料、1-2份的EVA、0.2-0.7份的表面活性剂、2-3份的增塑剂、1-3份的废磷酸酯、0.1-0.3份的交联剂制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于，所述基质沥青为70A级道路石油沥青。

3.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于，所述废橡胶粉为废载重车胎胶粉、废轿车胎胶粉、废输送带或废鞋底胶中的一种或几种，所述废橡胶粉经过粉碎、过筛后，得到的粒径为20-40目的橡胶粉。

4.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于，所述废塑料为PE 成分大于80wt% 的废塑料粉碎后的颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，其中包括：聚环氧乙烷-环氧丙烷、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯醇、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、烷基多苷或脂肪酸环氧乙烷缩合物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂或邻苯二甲酸二丁酯。

7.根据权利要求1所述的一种新型高强胶粉改性沥青材料，其特征在于所述的交联剂为硫磺粉、硫磺给予体、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基苯、氧化镁、氧化锌、氧化铅、促进剂M或促进剂TMTD中的一种或几种。

8.根据权利要求1-7任一所述的新型高强胶粉改性沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将所述废橡胶粉、增塑剂、废磷酸酯按质量份数比5-10：2-3：1-3混合加入到高速搅拌中温度控制在50-60℃，使胶粉软化、降解20-30 分钟得到预混胶粉；

（2）将步骤（1）的预混胶粉、EVA、废塑料加入单螺杆挤出机，控制温度在200-250℃，混合均匀后挤出、造粒得到高强度胶粉复合粒子；

（3）将基质沥青在120-140℃的温度下融化再升温至170-190℃，向其中搅拌加入高强度胶粉复合粒子，在此温度下保温并以2000-5000 转/ 分的剪切速度经过高速剪切机剪切20min-60min，加入剩余的废橡胶粉、表面活性剂保温搅拌5-10分钟，随后经过胶体磨剪切、研磨10-20分钟，然后保温搅拌发育1-3小时，最后加入交联剂，继续保温搅拌1-3小时即制得新型高强胶粉改性沥青材料。

9.根据权利要求1-7任一所述的新型高强胶粉改性沥青材料制备的高强胶粉改性沥青混凝土，其特征在于，将高强胶粉改性沥青材料加入到集料中制得改性沥青混凝土；所述集料为石料。