CN107759141A - 彩色沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种彩色沥青混凝土及其制备方法，其技术要点是彩色沥青混凝土的原料包括浅色沥青胶结料4～5wt%、集料92～94wt%和颜料2～3wt%，浅色沥青胶结料包括环氧树脂50～55重量份、石油树脂23～25重量份、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物3～4重量份、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物4～5重量份、糠醛抽出油35～40重量份、邻苯二甲酸二辛酯2～5重量份、碳酸钙17～21重量份、甲基硅油0.5～1重量份。其利用环氧树脂的高模量，以及环氧树脂与石油树脂、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物较好的协同增韧作用，来增强其断裂韧性与强度，满足公交车道所需的高承载力、高剪切力及色彩交通分区要求。

Description

彩色沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及路桥工程技术领域，更具体的说，它涉及一种彩色沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
彩色路面铺设技术，最早可追溯至20世纪50年代的欧美等国，到60年代，前苏联的一些科研结构开始对彩色沥青路面铺设进行了研究和应用。我国在彩色道路领域的研究始于80年代初，但由于受当时经济条件和彩色胶结料的需求量少等制约，进展相对缓慢。近年来，随着我国经济飞速发展以及人们对于美的不断追求，市政建设由单纯的实用性向可持续发展性、协调性发展，这就为彩色胶结料的发展使用提供了契机。彩色沥青混凝±道路一方面可以提升整个城市的品味和形象，另一方面，彩色沥青混凝土道路用在特殊的道路，规定某些特殊车量通行，起到引流作用，如城市快速公交系统(BRT)车道。
近年来，中国城市化建设飞速发展，但在发展的同时城市交通问题日趋严重。为此，“优先发展城市公共交通”便成为解决当前中国城市交通问题的首要方案，而BRT则是这一方案的重要组成部分。目前，大部分BRT并非独立的交通系统，大量私家车挤占BRT车道对其运行造成较大影响。因此，随着BRT的发展，为更好地起到公交专用通道警示作用，彩色化路面铺装便成为BRT的主要铺装形式，其中以彩色薄层与热拌彩色沥青混凝土应用最为广泛。但以彩色薄层与热拌彩色沥青混凝土为主的BRT并不能承载公交系统所带来的重载荷。这两种铺装形式的路面均存在路用性能差、高低温性能有缺陷、易出现车辙及开裂等现象。
发明内容
本发明的目的一在于提供一种彩色沥青混凝土，其利用环氧树脂的高模量，以及环氧树脂与石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物较好的协同增韧作用，来增强其断裂韧性与强度，满足公交车道所需的高承载力、高剪切力及色彩交通分区要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种彩色沥青混凝土，其原料包括浅色沥青胶结料4～5wt％、集料92～94wt％和颜料2～3wt％，所述浅色沥青胶结料包括环氧树脂50～55重量份、石油树脂23～25重量份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3～4重量份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4～5重量份、糠醛抽出油35～40重量份、邻苯二甲酸二辛酯2～5重量份、碳酸钙17～21重量份、甲基硅油0.5～1重量份。
本发明较优选地，所述环氧树脂为下述通式的聚合物I：
n为重复单元的链节数，所述共聚物I的平均分子量为200～300万。
本发明较优选地，所述石油树脂为碳九树脂、碳五树脂或古马隆树脂中的一种或多种。
本发明较优选地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为100万～150万。
本发明较优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是由乙烯72～80wt％和乙烯基醋酸盐20～28wt％共聚而制得,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的平均分子量为150万～200万。
本发明利用环氧树脂的高模量，以及环氧树脂与石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物较好的协同增韧作用，来增强其断裂韧性与强度，满足公交车道所需的高承载力、高剪切力及色彩交通分区要求。
本发明较优选地，所述糠醛抽出油包括芳烃75～80wt％、烷烃12～14wt％、焦质沥青8～12wt％。
糠醛抽出油为优良溶剂，芳烃含量高，低挥发性，减缓彩色沥青混凝土的凝结，延长施工时间。
本发明较优选地，所述集料包括5～10mm连续级配的粗集料40～50wt％和0～5mm的细集料50～60wt％，所述粗集料为花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的石料，所述细集料为花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的机制砂。
粗集料在经济型彩色沥青混合料中起骨架作用，而且在结构层中起着承受车辆荷载并防止过量表面变形的作用。由于经济型彩色沥青混合料用于路表，直接经受车辆作用与气候作用，因而粗集料必须具有良好的内在强度和稳定性。
经济型彩色沥青路面的粗集料除了满足规范规定的技术指标外，还应尽量选择与路面色彩相同或相近的石料，以保持经济型彩色沥青路面颜色的长久性。例如红色路面可采用肉红色花岗岩或正长岩轧制的石料，绿色路面可采用深绿色辉绿岩或辉长岩轧制的石料，黄色路面可采用暗黄色铁质砂岩轧制的石料等。
本发明较优选地，所述颜料为氧化铁红、氧化铬绿或氧化铁黄。
颜料就其化学组成可以分为有机颜料和无机颜料两大类。有机颜料对碱性反应敏感，并且耐候性差，稳定性差，易褪色变色，所以在经济型彩色沥青路面中应避免使用。无机颜料产量大，价格相对便宜，具有优良的耐候性，在光与热的影响下稳定性强，不易褪色。
氧化铁红学名三氧化二铁(Fe2O3)，简称铁红，它是最稳定的铁的氧化物。由于生产工艺不同，铁红的晶体结构和物理性状也各不相同，使得铁红的颜色从橙红色到紫红色不等。氧化铁红密度5.00～5.25g/cm3，熔点1565℃，粉末状，无毒。氧化铁红具有优良的颜料品质，其遮盖力和着色力均很强。它的耐高温性能极强，耐热性可达1200℃。它对大气和水的作用也十分稳定，具有优良的耐候性。
氧化铁黄别名羟基铁，简称铁黄。它是一种化学性质较稳定的碱性氧化物，分子式为Fe2O3·H2O。氧化铁黄密度为2.44～3.60g/cm3，熔点350～400℃，粉末状，无毒。氧化铁黄常用于建筑装饰的涂料，还可用于油墨、塑料的着色剂等。
氧化铬绿简称铬绿，其主要成分为三氧化二铬(Cr2O3)，颜色通常呈浅橄榄绿色或深橄榄绿色。密度为5.40g/cm3，熔点为2435℃，折射率2.5。氧化铬绿可用于冶金、着色、配制美术用的颜料等。
本发明的目的二在于提供一种彩色沥青混凝土的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种彩色沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)向搅拌设备中加入环氧树脂、石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和糠醛抽出油混合，加热至150～170℃，并在150～170℃下搅拌60～90分钟，之后加入邻苯二甲酸二辛酯、碳酸钙和甲基硅油，并在120～150℃下搅拌2～10分钟，得浅色沥青胶结料；
(2)向浅色沥青胶结料中加入集料和颜料，在120～150℃下搅拌均匀，即得彩色沥青混凝土。
本发明较优选地，步骤(2)中集料加入前将集料预热至120～150℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明彩色沥青混凝土使用寿命长，不易出现普通热拌彩色沥青的常见病害，更适用于BRT、重载荷交通及极端环境地区的路面铺筑。
第二、本发明彩色沥青混凝土具有较好的抗紫外老化性能。
说明书附图
图1是聚合物I的合成过程。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1：
(1)向搅拌设备中加入5Kg的环氧树脂、2.4Kg的碳五树脂、0.4Kg的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.45Kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和3.75Kg的糠醛抽出油混合，加热至150℃，并在150℃下搅拌90分钟，之后加入0.35Kg的邻苯二甲酸二辛酯、2.1Kg的碳酸钙和0.05Kg的甲基硅油，并在135℃下搅拌2分钟，得14.5Kg的浅色沥青胶结料；
(2)向上述浅色沥青胶结料中加入由109.04Kg的5～10mm连续级配的花岗岩石料和163.56Kg的0～5mm的花岗岩机制砂组成的集料和7.25Kg的氧化铁红，在135℃下搅拌均匀，即得彩色沥青混凝土。
其中，环氧树脂为以下通式的聚合物I：
n为重复单元的链节数，共聚物I的平均分子量为300万；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为150万；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是由乙烯80wt％和乙烯基醋酸盐20wt％共聚而制得,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的平均分子量为200万。
实施例2：
(1)向搅拌设备中加入5.25Kg的环氧树脂、2.5Kg的碳九树脂、0.35Kg的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.5Kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和3.5Kg的糠醛抽出油混合，加热至160℃，并在160℃下搅拌75分钟，之后加入0.5Kg的邻苯二甲酸二辛酯、1.7Kg的碳酸钙和01Kg的甲基硅油，并在150℃下搅拌6分钟，得14.4Kg的浅色沥青胶结料；
(2)向上述浅色沥青胶结料中加入由133.92Kg的5～10mm连续级配的辉绿岩石料和163.68Kg的0～5mm的辉绿岩机制砂组成的集料和9.6Kg的氧化铬绿，在150℃下搅拌均匀，即得彩色沥青混凝土。
其中，环氧树脂为以下通式的聚合物I：
n为重复单元的链节数，共聚物I的平均分子量为250万；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为120万；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是由乙烯72wt％和乙烯基醋酸盐28wt％共聚而制得,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的平均分子量为180万。
实施例3：
(1)向搅拌设备中加入5.5Kg的环氧树脂、2.3Kg的古马隆树脂、0.3Kg的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.4Kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和4Kg的糠醛抽出油混合，加热至170℃，并在170℃下搅拌60分钟，之后加入0.2Kg的邻苯二甲酸二辛酯、1.9Kg的碳酸钙和0.08Kg的甲基硅油，并在120℃下搅拌10分钟，得14.68Kg的浅色沥青胶结料；
(2)向上述浅色沥青胶结料中加入由168.82Kg的5～10mm连续级配的铁质砂岩石料和168.82Kg的0～5mm的铁质砂岩机制砂组成的集料和7.34Kg的氧化铁黄，在120℃下搅拌均匀，即得彩色沥青混凝土。
其中，环氧树脂为以下通式的聚合物I：
n为重复单元的链节数，共聚物I的平均分子量为200万；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为100万；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是由乙烯76wt％和乙烯基醋酸盐24wt％共聚而制得,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的平均分子量为200万。
实施例4：
实施例4和实施例1不同的是，集料在加入浅色沥青胶结料之前，预热至135℃。
对比例1：
对比例1和实施例1的区别是，环氧树脂为以下通式的聚合物II：
m为重复单元的链节数，共聚物II的平均分子量为300万。
对比例2：
对比例2和实施例1的区别是，未添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
对比例3：
对比例3和实施例1的区别是，未添加乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
对比例4
对比例4和实施例1的区别是，未添加石油树脂，加入7.4Kg的环氧树脂。
根据JTG E20-2011的试验规程对上述实施例和对比例制得的彩色沥青混凝土进行了路用性能的研究试验，试验结果见表1。
表1实施例和对比例的路用性能的研究结果
通过对表1数据分析，实施例1至4具有马歇尔稳定度较高，其利用环氧树脂的高模量，以及环氧树脂与石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物较好的协同增韧作用，来增强其断裂韧性与强度，满足公交车道所需的高承载力、高剪切力及色彩交通分区要求。实施例1至4具有较高的动稳定度，表明环氧树脂与石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物形成高融合度的胶联体系，此交联体系形成的三维网状结构提升了混合料的机械性能，使彩色沥青混凝土拥有更好的车辙性能。BRT的主要病害为车辙，故拥有良好抗车辙性能便可减小车辙病害的发生率，延长道路使用寿命。对上述实施例和对比例进行了浸水马歇尔试验，以检测残留马歇尔稳定度，从而检测沥青混合料的抗水损害能力。实施例1至4的水稳定性均满足现行规范要求(≥80％)，环氧树脂与石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物形成高融合度的胶联体系使彩色沥青混凝土形成连续网络结构，此结构将各组分粘聚起来，并能承受一定的外应力，因此在高温、低温及有水条件下，彩色沥青混凝土不易出现离析。
对上述实施例和对比例制得的彩色沥青混凝土的抗紫外老化试验，试验采用紫外老化箱，进行48小时不间断紫外老化。上述实施例和对比例在紫外老化前后均无明显褪色，且无形变、气泡。并对上述实施例和对比例进行了紫外老化前后的马歇尔试验，试验结果见表2。
表2紫外老化前后彩色沥青混凝土的对比试验结果
通过对表2的数据分析，相较于对比例而言，本发明中所有实施例均具有较好的抗紫外老化性能。

Claims (10)

1.一种彩色沥青混凝土，其特征在于，其原料包括浅色沥青胶结料4～5wt％、集料92～94wt％和颜料2～3wt％，所述浅色沥青胶结料包括环氧树脂50～55重量份、石油树脂23～25重量份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3～4重量份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4～5重量份、糠醛抽出油35～40重量份、邻苯二甲酸二辛酯2～5重量份、碳酸钙17～21重量份、甲基硅油0.5～1重量份。
2.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述环氧树脂为下述通式的聚合物I：
n为重复单元的链节数，所述共聚物I的平均分子量为200～300万。
3.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述石油树脂为碳九树脂、碳五树脂或古马隆树脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为100万～150万。
5.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是由乙烯72～80wt％和乙烯基醋酸盐20～28wt％共聚而制得,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的平均分子量为150万～200万。
6.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述糠醛抽出油包括芳烃75～80wt％、烷烃12～14wt％、焦质沥青8～12wt％。
7.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述集料包括5～10mm连续级配的粗集料40～50wt％和0～5mm的细集料50～60wt％，所述粗集料为花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的石料，所述细集料为花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的机制砂。
8.根据权利要求1所述的彩色沥青混凝土，其特征在于，所述颜料为氧化铁红、氧化铬绿或氧化铁黄。
9.一种制备如权利要求1至8中任意一项所述的彩色沥青混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向搅拌设备中加入环氧树脂、石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和糠醛抽出油混合，加热至150～170℃，并在150～170℃下搅拌60～90分钟，之后加入邻苯二甲酸二辛酯、碳酸钙和甲基硅油，并在120～150℃下搅拌2～10分钟，得浅色沥青胶结料；
(2)向浅色沥青胶结料中加入集料和颜料，在120～150℃下搅拌均匀，即得彩色沥青混凝土。
10.根据权利要求9所述的彩色沥青混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中集料加入前将集料预热至120～150℃。
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