CN108250774A - 冷铺彩色沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷铺彩色沥青混合料，以重量份数计，其原料包括浅色沥青90～100份、SBS树脂2～5份、橡胶乳化油1～6份、稳定剂0.005～0.02份、聚(ε‑环己内酯)‑聚丁二烯‑聚(ε‑环己内酯)三嵌段共聚物10～15份、环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚6～9份、填料65～75份、颜料3～5份。本发明还提供上述冷铺彩色沥青混合料的制备方法。本发明冷铺彩色沥青混合料增强了断裂韧性与强度，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

冷铺彩色沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路桥工程技术领域，更具体的说，它涉及一种冷铺彩色沥青混合料及其制备方法。
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冷铺彩色沥青混合料，其增强了断裂韧性与强度，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：
一种冷铺彩色沥青混合料，以重量份数计，其原料包括浅色沥青90～100份、SBS树脂2～5份、橡胶乳化油1～6份、稳定剂0.005～0.02份、聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物10～15份、环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚6～9份、填料65～75份、颜料3～5份。
本发明较优选地，所述聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物是由包含ε-环己内酯单体与聚合物引发剂的反应物与催化剂混合并发生聚合反应制得，所述ε-环己内酯单体和聚合物引发剂的重量比为14～15:3～3.5，所述催化剂的用量是ε-环己内酯单体和聚合物引发剂总用量的1/1000～5/1000。
本发明较优选地，所述聚丁二烯的结构式是所述r是共聚物重复单元的链节数，所述聚丁二烯的平均分子量为4300～4500。
本发明较优选地，所述聚合物引发剂为双羟基封端的聚丁二烯。
本发明较优选地，所述催化剂为异辛酸亚锡。
本发明较优选地，所述聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物的平均分子量为2万～3万。
本发明较优选地，所述稳定剂为二月桂酸二甲基锡。
本发明较优选地，所述填料包括重量比为95～97:3～5的集料和水泥；所述集料包括重量比为40～47：50～55的粒径为5～10mm连续级配的粗集料和粒径为0～5mm连续级配的细集料；所述粗集料选自花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的石料，所述细集料选自花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的机制砂。
本发明较优选地，所述颜料选自氧化铁红、氧化铬绿或氧化铁黄。
本发明的目的二在于提供上述所述的冷铺彩色沥青混合料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
冷铺彩色沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将基质沥青加热到170～175℃，加入SBS树脂，在170～175℃下进行溶胀0.5～1小时，然后升温至180℃～185℃采用胶体磨研磨，随后再加入橡胶软化油；控制温度在180℃～185℃搅拌2～3小时，降低温度至170℃～175℃后加入稳定剂再搅拌1.5～2小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边向步骤(1)的混合料中加入聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入填料、颜料的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、冷铺彩色沥青混合料使用寿命长，不易出现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、本发明冷铺彩色沥青混合料既具有良好施工和易性又具有较高强度的优点。
第三、冷铺彩色沥青混合料具有较好的抗紫外老化性能。
附图说明
图1是聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物一的核磁氢谱谱图；
图2是聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物一的结构式。
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。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物的制备实施例1：
3.2Kg的双羟基封端的聚丁二烯和10L的甲苯加入到圆底烧瓶中并在减压条件下除去溶剂甲苯以带出体系中的水。然后，将14.5Kg的单体ε-环己内酯和0.029Kg的催化剂Sn(Oct)2加入到体系中，并进行3次液氮冷却—抽气—充氮气—熔融循环除去体系中的氧气。然后，将体系在115℃下反应36小时。粗产物冷却到室温，溶于二氯乙烷后在过量的石油醚中进行沉淀；这个溶解沉淀的过程重复进行3次以得到较为纯净的产物。得到的产物在真空条件下干燥，并称重，共得到16.98Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物一。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物一的平均分子量为2.5万。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物一的结构通过CDCl3液体1HNMR表征确定，谱图如图1所示，结构如图2所示。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物的制备实施例2：
3Kg的双羟基封端的聚丁二烯和10L的甲苯加入到圆底烧瓶中并在减压条件下除去溶剂甲苯以带出体系中的水。然后，将15Kg的单体ε-环己内酯和0.054Kg的催化剂Sn(Oct)2加入到体系中，并进行3次液氮冷却—抽气—充氮气—熔融循环除去体系中的氧气。然后，将体系在115℃下反应36小时。粗产物冷却到室温，溶于二氯乙烷后在过量的石油醚中进行沉淀；这个溶解沉淀的过程重复进行3次以得到较为纯净的产物。得到的产物在真空条件下干燥，并称重，共得到17.37Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物二。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物二的平均分子量为2万。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物的制备实施例3：
3.5Kg的双羟基封端的聚丁二烯和10L的甲苯加入到圆底烧瓶中并在减压条件下除去溶剂甲苯以带出体系中的水。然后，将14Kg的单体ε-环己内酯和0.0875Kg的催化剂Sn(Oct)2加入到体系中，并进行3次液氮冷却—抽气—充氮气—熔融循环除去体系中的氧气。然后，将体系在115℃下反应36小时。粗产物冷却到室温，溶于二氯乙烷后在过量的石油醚中进行沉淀；这个溶解沉淀的过程重复进行3次以得到较为纯净的产物。得到的产物在真空条件下干燥，并称重，共得到16.97Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物三。
聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物三的平均分子量为3万。
实施例1：
(1)将90Kg的基质沥青加热到170℃，加入5Kg的SBS树脂，在170℃下进行溶胀1小时，然后升温至185℃采用胶体磨研磨，随后再加入1Kg的橡胶软化油；控制温度在185℃搅拌2小时，降低温度至170℃℃后加入0.012Kg的二月桂酸二甲基锡再搅拌1.5小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边加入15Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和9Kg的环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入70Kg的填料(28Kg的粒径为5～10mm连续级配的轧制花岗岩，38.5Kg的粒径为0～5mm连续级配的花岗岩机制砂，3.5Kg的水泥)、3Kg的氧化铁红的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
实施例2：
(1)将95Kg的基质沥青加热到172℃，加入2Kg的SBS树脂，在172℃下进行溶胀0.75小时，然后升温至182℃采用胶体磨研磨，随后再加入6Kg的橡胶软化油；控制温度在182℃搅拌2.5小时，降低温度至172℃后加入0.02Kg的二月桂酸二甲基锡再搅拌2小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边加入12.5Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和7.5Kg的环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入65Kg的填料(29.75Kg的粒径为5～10mm连续级配的轧制辉绿岩，34.45Kg的粒径为0～5mm连续级配的辉绿岩机制砂，2.6Kg的水泥)、4Kg的氧化铬绿的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
实施例3：
(1)将100Kg的基质沥青加热到175℃，加入3.5Kg的SBS树脂，在175℃下进行溶胀0.5小时，然后升温至185℃采用胶体磨研磨，随后再加入3.5Kg的橡胶软化油；控制温度在185℃搅拌3小时，降低温度至175℃后加入0.005Kg的二月桂酸二甲基锡再搅拌1.75小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边加入10Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和6Kg的环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入75Kg的填料(35.25Kg的粒径为5～10mm连续级配的轧制铁质砂岩，37.5Kg的粒径为0～5mm连续级配的铁质砂岩机制砂，2.25Kg的水泥)、5Kg的氧化铁黄的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
对比例1：
(1)将90g的基质沥青加热到170～175℃，加入5Kg的SBS树脂，在170～175℃下进行溶胀0.5～1小时，然后升温至180℃～185℃采用胶体磨研磨，随后再加入1Kg的橡胶软化油；控制温度在180℃～185℃搅拌2小时，降低温度至170℃～175℃后加入0.012Kg的二月桂酸二甲基锡再搅拌1.5小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边加入24Kg的聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入70Kg的填料(28Kg的粒径为5～10mm连续级配的轧制花岗岩，38.5Kg的粒径为0～5mm连续级配的花岗岩机制砂，3.5Kg的水泥)、3Kg的氧化铁红的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
对比例2：
(1)将90Kg的基质沥青加热到170～175℃，加入5Kg的SBS树脂，在170～175℃下进行溶胀0.5～1小时，然后升温至180℃～185℃采用胶体磨研磨，随后再加入1Kg的橡胶软化油；控制温度在180℃～185℃搅拌2小时，降低温度至170℃～175℃后加入0.012Kg的二月桂酸二甲基锡再搅拌1.5小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边加入24Kg的环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入70Kg的填料(28Kg的粒径为5～10mm连续级配的轧制花岗岩，38.5Kg的粒径为0～5mm连续级配的花岗岩机制砂，3.5Kg的水泥)、3Kg的氧化铁红的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
根据JTG E20-2011的试验规程对上述实施例1至3和对比例1至2的冷铺彩色沥青混合料进行路用性能的研究，试验结果见表1。
表1实施例1至3和对比例1至2的路用性能的研究结果
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
粘附性等级 5 5 5 5 5
破损率(％) 0.66 0.70 0.69 2.22 3.11
马歇尔稳定度(KN) 67.70 67.01 67.37 47.17 37.71
浸水马歇尔残留强度比(％) 88.19 88.90 88.07 68.07 56.25
动稳定度DS(次/mm) 50700 50921 50495 33590 23095
冻融劈裂抗拉强度比TSR(％) 92.43 91.15 92.06 68.43 58.25
弯曲破坏应变 5479 5465 5471 2563 2336
摩擦系数 98.2 98.4 98.1 75.3 69.8
渗水系数(mL/min) 55.5 55.2 55.3 475.8 425.9
通过表1的数据可知，上述实施例1至3沥青膜完全保存，剥离面积百分率接近于0，粘附性等级均为5，都达到了热拌沥青混合料的相应指标，符合试验的标准。上述实施例和对比例的破损率均在3％以下，满足试验的要求。
实施例1至3具有马歇尔稳定度较高，其主要原因是反应型树脂固化后形成不溶不熔三维胶联体系，其致使其冷拌机械性能得以大幅提升，力学性能得到极大增强。由此可见，聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚协同作用，提高冷铺彩色沥青混合料的稳定度。
实施例1至3具有较高的动稳定度。表明基质沥青与高性能弹性体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，使冷铺彩色沥青混合料拥有更好的车辙性能，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3的水稳定性均满足现行规范要求(≥80％)，通过聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚的固化交联反应，使本发明冷铺彩色沥青混合料形成连续网络结构，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，冷铺彩色沥青混合料不易出现离析。
对上述实施例1和对比例1至2制得的冷铺彩色沥青混合料的抗紫外老化试验，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1和对比例1至2在紫外老化前后均无形变、气泡。并对上述实施例1和对比例1至2进行了紫外老化前后的马歇尔试验，试验结果见表2。
通过对表2的数据分析，相较于对比例1至2而言，本发明中实施例1具有较好的抗紫外老化性能。

Claims (10)

1.一种冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，以重量份数计，其原料包括浅色沥青90～100份、SBS树脂2～5份、橡胶乳化油1～6份、稳定剂0.005～0.02份、聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物10～15份、环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚6～9份、填料65～75份、颜料3～5份。
2.根据权利要求1所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物是由包含ε-环己内酯单体与聚合物引发剂的反应物与催化剂混合并发生聚合反应制得，所述ε-环己内酯单体和聚合物引发剂的重量比为14～15:3～3.5，所述催化剂的用量是ε-环己内酯单体和聚合物引发剂总用量的1/1000～5/1000。
3.根据权利要求2所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述聚丁二烯的结构式是所述r是共聚物重复单元的链节数，所述聚丁二烯的平均分子量为4300～4500。
4.根据权利要求2所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述聚合物引发剂为双羟基封端的聚丁二烯。
5.根据权利要求2所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述催化剂为异辛酸亚锡。
6.根据权利要求2所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物的平均分子量为2万～3万。
7.根据权利要求1所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述稳定剂为二月桂酸二甲基锡。
8.根据权利要求1所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述填料包括重量比为95～97:3～5的集料和水泥；所述集料包括重量比为40～47：50～55的粒径为5～10mm连续级配的粗集料和粒径为0～5mm连续级配的细集料；所述粗集料选自花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的石料，所述细集料选自花岗岩、正长岩、辉绿岩、辉长岩或铁质砂岩轧制的机制砂。
9.根据权利要求1所述的冷铺彩色沥青混合料，其特征在于，所述颜料选自氧化铁红、氧化铬绿或氧化铁黄。
10.制备如权利要求1至9中任意一项所述的冷铺彩色沥青混合料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将基质沥青加热到170～175℃，加入SBS树脂，在170～175℃下进行溶胀0.5～1小时，然后升温至180℃～185℃采用胶体磨研磨，随后再加入橡胶软化油；控制温度在180℃～185℃搅拌2～3小时，降低温度至170℃～175℃后加入稳定剂再搅拌1.5～2小时；
(2)降温至110～150℃，边搅拌边向步骤(1)的混合料中加入聚(ε-环己内酯)-聚丁二烯-聚(ε-环己内酯)三嵌段共聚物和环氧预聚物双酚A二缩水甘油醚，搅拌均匀；
(3)降至室温，加入填料、颜料的混合料，搅拌均匀，即得冷铺彩色沥青混合料。
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