CN108017307A - 一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，由聚合物、生物基填料、含水载体组成；以聚合物为基材；其中，聚合物占40～80％，生物基填料占10～30％、含水载体占10～30％；所述含水载体为有机结晶水化合物，或者是无机机结晶水化合物，或者是吸水树脂。本发明可应用于普通基质沥青混合料或掺混了再生沥青混合料的低温拌合，获得的沥青混凝土抗车辙性能优良，可达到改性沥青混合料的路用性能，应用于沥青路面的铺装。

Description

一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种用于沥青混合料改性的干法缓释 型生物基沥青混合料温拌剂及其制备方法。

背景技术

温拌沥青混合料是一种环保节能的新材料，通过添加温拌剂，可以降低沥 青的高温黏度，使沥青混合料在低于热拌沥青混合料施工温度20-40℃的条件 下实现拌合及压实，优良的温拌剂在有效降低温度的情况下仍可保持其路用性 能不低于热拌沥青混合料的路用性能，同时，温拌技术减少了生产过程中的能 源消耗、烟尘等废弃物的排放，环保且提高了经济效益。近几年温拌沥青混合 料技术越来越受施工人员的青睐。但总体来看，温拌沥青混合料相对热拌混合 料技术综合路用性能稍差。如何提高温拌沥青混合料性能成为近年来研究重点。

同时，再生沥青混合料的二次利用过程需要在高温下完成，再生过程中会 发生二次老化，利用效率有限，将温拌技术应用于再生沥青混合料的制备备受 关注，开发适合用于再生沥青混合料的节能环保型温拌剂和使用技术、并解决 材料相容性等问题，将对资源可循环化利用具有重要意义。

目前，温拌剂的加入方式大体分为湿法(预混)和干法(直投)两种，从 施工角度看施工人员更倾向于使用干法，但干法和湿法都存在各自的问题。

公开号为第CN103374232A的中国发明专利公开了包含润滑添加剂的温拌 沥青粘结剂组合物，通过将无水磷酸等润滑酸、表面活性剂类物质或蜡等润滑 物质先与沥青水泥共混，再掺入骨料，可有效获得温拌效果且不降低沥青粘结 性，但这种温拌剂需要与沥青基体预混均匀，增加了施工步骤，且加入蜡等小 分子物质不利于沥青混合料的高温性能。公开号为第CN104177850A的中国发 明专利公开了一种复合温拌再生剂及其制备方法，将酯类表面活性剂与抽出油 类再生剂共混均匀，再加入到沥青或再生沥青中，最后与骨料等进行拌和，得 到了低温性能达到最低标准的沥青混合料，但抗车辙性能(动稳定度)很差，芳烃油剂已被广泛认为可用于橡胶沥青中，溶胀致密的硫桥结构，软化橡胶， 使后续炼胶达到较好的再生效果，但主要用于SBS改性沥青中，应用范围有限， 且单纯使用油剂不能弥补复合材料在机械性能上的损失。公开号为第 CN102795812A的中国发明专利公开了一种温拌再生沥青混合料及其制备方法， 使用含水率约20％的无机硅酸盐作为温拌剂，该温拌剂加入过程无需预混，只 需要在沥青混合料拌合过程中最后一步加入，但无机硅酸盐存在与复合材料基 体相容性问题，且失水率不易控制。公开号为第CN102408602A的中国发明专利公开了一种直接投放式沥青温拌改性剂及其制备方法和用途，将聚烯烃、有 机润滑剂、白土碳黑等无机填料挤出加工制备得到复合物，这种复合物可在沥 青与集料等拌合过程中直接投放，但无机补强剂在沥青混合料基体中具有补强 效果差和相容性差的缺陷，采用废旧塑料也存在成分及性能不稳定的风险。

针对上述现有技术的缺陷，有必要进行开发研究，以提供一种性能达标， 使用方便，易于推广应用的温拌沥青混合料技术方案。

发明内容

本发明一实施例提供一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂及其制备方 法，其可应用于普通基质沥青混合料或掺混了再生沥青混合料的低温拌合，获 得的沥青混凝土抗车辙性能优良，可达到改性沥青混合料的路用性能，应用于 沥青路面的铺装。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，由聚合物、生物基填料、含水 载体组成；其中，以聚合物为基材，聚合物占40～80％，生物基填料占 10～30％、含水载体占10～30％；所述含水载体为有机结晶水化合物，或者是无 机机结晶水化合物，或者是吸水树脂。

进一步地，所述聚合物为低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯 (LLDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或者聚烯 烃弹性体(POE)中的一种或两种的混合物。

进一步地，所述生物基填料以造纸黑液为原料，通过酸析提取出黑液中的 木质素，经喷雾干燥得到的大于200目的粉体。

进一步地，所述无机结晶水合物为芒硝十水合硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O )、绿矾七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、明矾十二水合硫酸铝钾(KAl(SO₄ )·12H₂O)、泻盐七水合硫酸镁(MgSO₄·7H₂O)、皓矾七水合硫酸锌 (ZnSO₄·7H₂O)、胆矾五水合硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)、生石膏二水合硫酸钙 (CaSO₄·2H₂O)、或者熟石膏一水合二硫酸钙(2CaSO₄·H₂O)中的一种或两 种以上的混合物。

进一步地，所述有机结晶水合物为二水合草酸、二水合柠檬酸三钠盐、二 水合海藻糖、羟基甲亚磺酸单钠盐二水合物、甲醛次硫酸钠二水合物中的一种 或两种以上的混合物。

进一步地，高吸水树脂为淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代 度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维 素接枝丙烯酰胺聚合物中的一种或两种以上的混合物。

本发明另一技术方案为：

一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂的制备方法，将聚合物，生物 基填料和有机结晶水三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、 有机结晶水化合物占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，出料后封入 与所用聚合物相同成分的封口袋中，即得到可直接投放混拌的袋装粉末温拌 剂。

与现有技术相比，本技术方案干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂配方中 应用的聚合物粉末具有熔点低，易分散的优点；结晶水化合物受热后释放水蒸 气发泡可以降低沥青粘度，降低混拌温度及能耗；结晶水化合物解离的水份可 被生物基填料暂时吸收，水蒸气释放速度减缓，有利于施工操作；生物基填料 因其电负性、端基极性及具有的天然高分子链段的性质可帮助结晶水合物或吸 水树脂在聚合物基体中的分散，且生物基填料的加入对沥青质高温粘度影响不 大，但同时可以提高沥青混合料的密实度、强度和混合料混拌均匀度；另外， 生物基填料来源于造纸黑液提取物，对环境污水处理及资源循环化利用具有积 极意义。使用本发明产品获得的沥青混凝土抗车辙性能优良，可达到改性沥青 混合料的路用性能。

具体实施方式

本发明一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，由聚合物、生物基填料、 含水载体组成；以聚合物为基材；其中：聚合物占40～80％，生物基填料占 10～30％、含水载体占10～30％，所述含水载体为有机结晶水化合物，或者是无 机结晶水化合物，或者是吸水树脂组成。

当所述含水载体为有机结晶水化合物时，将聚合物，生物基填料和有机结 晶水三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、有机结晶水 化合物占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，出料后封入与所用聚合 物相同成分的封口袋中，即得到可直接投放混拌的袋装粉末温拌剂。

当所述含水载体为无机结晶水化合物时，将聚合物，生物基填料和无机结 晶水三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、无机结晶水 化合物占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，再加入到挤出机中进行 挤出造粒，即得到颗粒状的温拌剂。其中，工作温度为90摄氏度，螺杆转速 为150rpm。

当所述含水载体为吸水树脂时，将聚合物，生物基填料和吸水树脂三种粉 体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、吸水树脂占10～30％的 比例加入高混机中高速搅拌均匀，将搅拌均匀的混合物加入挤出机共混挤出， 拉条，过水，造粒，即得到颗粒状的温拌剂。

具体地，所述聚合物为低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯 (LLDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或 者聚烯烃弹性体(POE)中的一种或两种的混合物。

所述生物基填料以造纸黑液为原料，通过酸析提取出黑液中木质素， 经喷雾干燥得到的大于200目的粉体。

所述有机结晶水合物为二水合草酸、二水合柠檬酸三钠盐、二水合海 藻糖、羟基甲亚磺酸单钠盐二水合物、甲醛次硫酸钠二水合物中的一种或 两种以上的混合物。

所述无机结晶水合物为芒硝十水合硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O)、绿矾 七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、明矾十二水合硫酸铝钾(KAl(SO₄ )·12H₂O)、泻盐七水合硫酸镁(MgSO₄·7H₂O)、皓矾七水合硫酸锌 (ZnSO₄·7H₂O)、胆矾五水合硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)、生石膏二水合硫 酸钙(CaSO₄·2H₂O)、或者熟石膏一水合二硫酸钙(2CaSO₄·H₂O)中的 一种或两种以上的混合物。

所述吸水树脂为淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲 基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰 胺聚合物中的一种或两种以上的混合物。

本发明还公开一种利用此温拌剂制备对应沥青混凝土的方法，包括如下步 骤：

将骨料和沥青分别加热备用；

将骨料(其中矿粉留待最后加入)、沥青和所述温拌剂按照比例加入到搅 拌锅中混合；

加入一定比例的矿粉并搅拌，将沥青混合料压实，得到沥青混凝土制品。

实施例1

将LDPE75份，二水合草酸12.5份，生物基填料12.5份，三种粉体材料加 入高混机中搅拌均匀。此混合物为“温拌剂1”。将骨料和70#沥青分别加热到 160℃和145℃备用，先将骨料100份(其中矿粉留待之后加入)，沥青5份和 “温拌剂1”0.4份加入到140℃的搅拌锅中混合120s；随后将一定比例的矿粉加入 并搅拌90s；将得到的沥青混凝土制成样品待测。

实施例2

将LDPE75份，二水合草酸12.5份和生物基填料12.5份，三种粉体材料加 入高混机中搅拌均匀。此混合物为“温拌剂1”。将85％新骨料和15％回收骨料 分别加热到160℃和100℃备用，将70#沥青加热到145℃备用；先将骨料100份 (其中矿粉留待之后加入)，沥青5份和“温拌剂1”0.4份加入到140℃的搅拌锅 中混合120s；随后将一定比例的矿粉加入并搅拌90s；将得到的沥青混凝土制 成样品待测。

实施例3

将EVA60份，二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)30份和生物基填料10份加入高 混机中搅拌均匀；将混合物加入到挤出机中进行挤出造粒。工作温度为90摄 氏度，螺杆转速为150rpm。挤出的颗粒为“温拌剂2”。将骨料和70#沥青分别 加热到160℃和145℃备用；将骨料100份(其中矿粉留待之后加入)，沥青5份 和“温拌剂2”0.5份加入到140℃的搅拌锅中混合160s；随后将一定比例的矿粉加 入并搅拌90s；将得到的沥青混凝土制成样品待测。

实施例4

将LDPE66.7份，聚丙烯酸钠22.2份和生物基填料11.1份，三种粉体材料按 照一定比例加入高混机中搅拌均匀；将搅拌均匀的混合物加入挤出机共混挤 出，拉条，过水，造粒。得到的颗粒物为“温拌剂3”。由于聚丙烯酸钠具有超 强的吸水性，在过水的过程中会吸水并锁住一定量的水分。这些水分会在沥 青和骨料拌和期间缓慢释放出来。将骨料和70#沥青分别加热到160℃和145℃ 备用；先将骨料100份(其中矿粉留待之后加入)，70#沥青5份和“温拌剂3” 0.45份加入到140℃的搅拌锅中混合160s；随后将一定比例的矿粉加入并搅拌 90s；将得到的沥青混凝土制成样品待测。

表1骨料级配

表2回收料级配

表3沥青混凝土混合料配方

表4不同技术方案的性能对比

动态剪切性能(DSR)可反映沥青抵抗车辙和疲劳的能力，马歇尔稳定度 可反映沥青混合料的热稳定性和抗塑性变形的能力，车辙动稳定度数据可反 映沥青混凝土在高温下的抗车辙性能。实验过程中，加入温拌剂后的沥青混 合料可以在低于正常施工温度30℃的情况下拌合压实，由表4中的数据可知， 加入本发明温拌剂，沥青混凝土抗车辙性能得到明显改善。本发明产品可达 到市售改性沥青热拌混合料抗车辙性能的要求，且适合应用于再生沥青混合 料。另外，在实验过程中延长操作时间发现沥青混凝土仍可正常拌合及压实， 生物基填料具有吸水性，在沥青中可暂时吸收水合物解离的水分，缓慢释放 到沥青中，从而实现持续的发泡降粘效果。

为对比不同类型结晶水合物的温拌剂对沥青抗车辙因子的影响，进行了 配方配比为沥青:LDPE:生物基填料:结晶水合物＝100:6:1:3的DSR实验。结果如 表5。

表5不同温拌剂对沥青DSR的影响

由表5可知，相比无机结晶水化合物，这几种含有有机结晶水化合物的配 方DSR更高，抗车辙性能会更好。这是由于有机结晶水化合物在失去水分后 与同为有机物的沥青相容性更好，同时还可以增强沥青的粘弹特性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术 特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本 发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，由聚合物、生物基填料、含水载体组成；其中，以聚合物为基材，聚合物占40～80％，生物基填料占10～30％、含水载体占10～30％；所述含水载体为有机结晶水化合物，或者是无机机结晶水化合物，或者是吸水树脂。

2.如权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，其特征在于：所述聚合物为低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯(LLDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或者聚烯烃弹性体(POE)中的一种或两种的混合物。

3.如权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，其特征在于：所述生物基填料以造纸黑液为原料，通过酸析提取出黑液中的木质素，经喷雾干燥得到的大于200目的粉体。

4.根据权利要求1-3所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，其特征在于：所述无机结晶水合物为芒硝十水合硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O)、绿矾七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、明矾十二水合硫酸铝钾(KAl(SO₄)·12H₂O)、泻盐七水合硫酸镁(MgSO₄·7H₂O)、皓矾七水合硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)、胆矾五水合硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)、生石膏二水合硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)、或者熟石膏一水合二硫酸钙(2CaSO₄·H₂O)中的一种或两种以上混合。

5.根据权利要求1-3所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，其特征在于：所述有机结晶水合物为二水合草酸、二水合柠檬酸三钠盐、二水合海藻糖、羟基甲亚磺酸单钠盐二水合物、甲醛次硫酸钠二水合物中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1-3所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂，其特征在于：高吸水树脂为淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物中的一种或两种以上混合。

7.权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂的制备方法，其特征在于：当所述含水载体为有机结晶水化合物时，将聚合物，生物基填料和有机结晶水三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、有机结晶水化合物占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，出料后封入与所用聚合物相同成分的封口袋中，即得到可直接投放混拌的袋装粉末温拌剂。

8.权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂的制备方法，其特征在于：当所述含水载体为无机结晶水化合物时，将聚合物，生物基填料和无机结晶水三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、无机结晶水化合物占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，再加入到挤出机中进行挤出造粒，即得到颗粒状的温拌剂。其中，工作温度为90摄氏度，螺杆转速为150rpm。

9.权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂的制备方法，其特征在于：当所述含水载体为吸水树脂时，将聚合物，生物基填料和吸水树脂三种粉体材料按照聚合物占40～80％、生物基填料占10～30％、吸水树脂占10～30％的比例加入高混机中高速搅拌均匀，将搅拌均匀的混合物加入挤出机共混挤出，拉条，过水，造粒，即得到颗粒状的温拌剂。

10.利用权利要求1所述的干法缓释型生物基沥青混合料温拌剂制备对应沥青混凝土的方法，包括如下步骤：

将骨料和沥青分别加热备用；

将骨料、沥青和所述温拌剂按照比例加入到搅拌锅中混合；

加入一定比例的矿粉并搅拌，将沥青混合料压实，得到沥青混凝土制品。