CN109337393A - 一种废胶粉复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于改性沥青技术领域，特别涉及一种废胶粉复合改性沥青及其制备方法，一种废胶粉复合改性沥青，以重量份计，包括如下组分：改性胶粉10～30份，增塑剂0.3～0.6份，SBS改性剂0.5～2份，基础沥青60～90份和抗老化剂2～5份：所述改性胶粉通过如下方法制得，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨上述废轮胎胶粉，得到的30～80目的颗粒状物质即为改性胶粉，改性胶粉与沥青具有良好的结合能力，胶粉颗粒不易从改性胶粉沥青中脱离，且高温防软化、低温防开裂性能卓越，能够有效延长道路使用寿命，铺筑的道路质量较好。

Description

一种废胶粉复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于改性沥青技术领域，特别涉及一种废胶粉复合改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着公路修筑等级的提高及交通量的日益增大，对路面功能提出了更高的要求，利用高分子聚合物或橡胶对沥青进行改性已经成为改善道路石油沥青使用性能的有效途径和发展方向。

废旧轮胎中含有丁苯橡胶、天然橡胶等多种高分子聚合物以及大量的炭黑、抗氧化剂、填料、处理油等，因此，废旧橡胶颗粒化后可以添加到沥青中，拌合得到的产物，称为橡胶沥青。橡胶粉在沥青中发生溶胀，增加了沥青的粘接性，油膜厚度更大，橡胶沥青的整体性能明显优于基础沥青。

但是，废橡胶粉属于惰性材料，胶粉表面的可利用基团较少，与沥青在高温、长时间的剪切作用下，存在如下不足：1、胶粉颗粒与沥青的结合强度不够，铺筑的道路中胶粉颗粒很容易从沥青中剥离，道路质量较差，使用寿命短；2、储存稳定性很差，不宜静止储存。

以SBS改性沥青为代表的聚合物改性沥青具有较好的高温稳定性、低温稳定性和抗疲劳性能，SBS是以石油为原料人工合成的热塑性丁苯橡胶，1吨SBS需要消耗约3吨石油。按照我国道路石油沥青每年消耗2000万吨计，其中10％为改性沥青，需要SBS约计10万吨，年消耗石油约30万吨，石油资源消耗量很大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种废胶粉复合改性沥青，并公开了该废胶粉复合改性沥青的制备方法。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种废胶粉复合改性沥青，以重量份计，包括如下组分：改性胶粉10～30份，增塑剂0.3～0.6份，SBS改性剂0.5～2份，基础沥青60～90份和抗老化剂2～5份；

所述改性胶粉通过如下方法制得，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨上述废轮胎胶粉，得到的30～80目的颗粒状物质即为改性胶粉。

废轮胎胶粉受高铁酸钾溶液的浸泡改性，表面生成网状结构和链状物，表面具有羰基、羟基等活性基团，能够有效提高与基础沥青中的羧基、亚砜基、酸苷类基团的反应效果，从而提高了改性胶粉与基础沥青的连接效果，在湿润条件下研磨后，改性胶粉表面的粗糙度得到较大提高，增大了与沥青的接触面积，能够较好地与沥青结合；

高铁酸钾对废轮胎胶粉改性后，其主要成分变为三氧化二铁粉末，三氧化二铁粉末附着在废轮胎胶粉表面，能够作为磨料对废轮胎胶粉表面进行物理蚀刻，有效提高了废轮胎胶粉的研磨速度，改性胶粉表面具有众多划痕，一方面具有能够保留较多的活性基团，提高了后续与基础沥青连接的强度，另一方面，胶粉颗粒溶胀速度变快，与基础沥青混合的时间可以适当降低，减少了生产成本；

虽然也可以通过添加粉料的方式达到上述三氧化二铁粉末的效果，但是，应当注意到，粉料一般为表面干燥的物质，在溶于水的时候，容易成团且需要较多的搅拌时间来达到分散效果，否则容易飘散于水的表面，工人操作环境变差，且，溶于水的粉料的活性相对较低，附着在废轮胎胶粉表面的效果较差，效果远不如采用高铁酸钾转化得到的三氧化二铁粉末。

所述改性胶粉与基础沥青混合后，胶粉颗粒溶胀，表面结构进一步复杂化，能够吸收沥青中的轻质成分，使沥青逐渐转化成沥青质，从而使废胶粉复合改性沥青的系统体系向溶凝胶型发展，而改性胶粉中的硫、炭黑、氧化硅、氧化铁等成分进入基础沥青中，起到改善沥青温度敏感性、低温性能及耐老化性能的作用，废胶粉复合改性沥青可静态储存72h，远高于现有胶粉沥青的稳定性。

优选的方案，所述废轮胎胶粉的原材料是废弃的斜交轮胎、子午线轮胎、力轮胎中的一种或几种的混合物。

优选的方案，所述废轮胎胶粉的粒度范围是10～30目。

优选的方案，所述增塑剂包括季戊四醇四巯基乙酸酯，和/或，季戊四醇四巯基丁酸酯。

季戊四醇四巯基乙酸酯和季戊四醇四巯基丁酸酯作为增塑剂，能够在改性胶粉和基础沥青混炼时，为共混体系提供巯基，季戊四醇四巯基乙酸酯和季戊四醇四巯基丁酸酯自身具有的酯键在共混系统中发生断裂重组，季戊四醇四巯基乙酸酯和季戊四醇四巯基丁酸酯作为增塑剂，其对称结构能够作为交联中心，与改性胶粉、抗老化剂和沥青质组分发生交联，并与上述组分产生协同增效的作用，提高了本发明废胶粉复合改性沥青中改性胶粉与沥青的混合结合能力。

优选的方案，所述基础沥青为70#A级道路石油沥青。

优选的方案，所述抗老化剂包括松香甘油酯，和/或，硬脂酸异丁酯。

在改性沥青的制备过程中，沥青长时间处于160℃以上的温度条件下会发生老化，随着老化时间的延长，沥青的老化程度加深，沥青逐渐变得脆硬，使得高温抗车辙能力得到显著提高，但是沥青随温度的升高软化，沥青的轻质组分在热氧作用下逸散，另一部分转变成沥青质等大分子成分，随着沥青路面加载次数的增加，沥青出现疲劳，变形恢复能力变差，此外。本发明通过添加抗老化剂，能够有效减少沥青轻质组分的逸散，而将其保留在废胶粉复合改性沥青的混合体系中，铺筑的道路在48℃以上的高温条件下，轻质组分逸散速度得到有效降低，道路寿命得到较大的延长。

本发明还公开了一种废胶粉复合改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

S1，按重量称取下列物质：废轮胎胶粉10～30份，增塑剂0.3～0.6份，SBS改性剂0.5～2份，基础沥青60～90份，抗老化剂2～5份；

S2，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨上述废轮胎胶粉，得到的30～80目的颗粒状物质；

S3，在140～150℃条件下将基础沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的抗老化剂，搅拌均匀后，加入改性胶粉溶液，在180～190℃条件下搅拌1～2h，制得高抗疲劳抗开裂的废胶粉复合改性沥青。

优选的方案，步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S2`：将步骤S2得到的颗粒状物质完全浸入水中，加入水总重量1～2％的4-羟基苯磺酸，搅拌浸泡0.5～1h。

4-羟基苯磺酸为改性胶粉表面提供羟基和磺基，提高了废轮胎胶粉的表面活性，由于分子结构中含有羧酸基和强极性的磺酸基，能够与基础沥青良好地相融，与S2步骤制得的颗粒状物质混合后加入基础沥青中，能够有效提高废轮胎胶粉的在基础沥青中的结合强度。

本发明的有益效果是：

1、本发明的废胶粉复合改性沥青中，改性胶粉与沥青具有良好的结合能力，胶粉颗粒不易从改性胶粉沥青中脱离，且高温防软化、低温防开裂性能卓越，能够有效延长道路使用寿命，铺筑的道路质量较好，降低了路面维修费用，在不降低路面强度的标准下减少路面的厚度，从而减少了沥青消耗量，且铺设的路面颜色更黑，提高行车舒适度。

2、废轮胎胶粉受高铁酸钾溶液的浸泡改性，表面生成网状结构和链状物，表面具有羰基、羟基等活性基团，能够有效提高与基础沥青中的羧基、亚砜基、酸苷类基团的反应效果，从而提高了改性胶粉与基础沥青的连接效果，在湿润条件下研磨后表面粗糙度得到较大提高，增大了与沥青的接触面积，能够较好地与沥青结合，废胶粉复合改性沥青可静态储存72h，远高于现有胶粉沥青的稳定性。

3、本发明通过添加抗老化剂，能够有效减少沥青轻质组分的逸散，而将其保留在废胶粉复合改性沥青的混合体系中，铺筑的道路在48℃以上的高温条件下，轻质组分逸散速度得到有效降低，道路寿命得到较大的延长。

4、4-羟基苯磺酸为改性胶粉表面提供羟基和磺基，提高了废轮胎胶粉的表面活性，由于分子结构中含有羧酸基和强极性的磺酸基，能够与基础沥青良好地相融，与S2步骤制得的颗粒状物质混合后加入基础沥青中，能够有效提高废轮胎胶粉的在基础沥青中的结合强度。

具体实施方式

下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种废胶粉复合改性沥青，通过如下步骤制备而成：

S1，按重量称取下列物质：10～30目的废斜交轮胎胶粉10份，季戊四醇四巯基乙酸酯0.6份，SBS改性剂0.5份，70#A级道路石油沥青60份，慢裂慢凝型阳离子沥青乳化剂BH-MM1份，松香甘油酯3份；

S2，将废斜交轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1％的高铁酸钾，在30℃条件下，以20rpm的速度持续搅拌浸泡1h后，在湿润条件下研磨得到的30～80目的颗粒状物质；

S3，在140～150℃条件下将70#A级道路石油沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的松香甘油酯，搅拌均匀后，加入步骤S2制得的颗粒状物质，在180～190℃条件下搅拌1～2h，制得高抗疲劳抗开裂的废胶粉复合改性沥青。

实施例2

一种废胶粉复合改性沥青，通过如下步骤制备而成：

S1，按重量称取下列物质：10～30目的废斜交轮胎胶粉10份，季戊四醇四巯基乙酸酯0.6份，70#A级道路石油沥青60份，木质胺阳离子型沥青乳化剂1份，松香甘油酯3份；

S2，将废斜交轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1％的高铁酸钾，在30℃条件下，以20rpm的速度持续搅拌浸泡1h后，在湿润条件下研磨得到的30～80目的颗粒状物质；

S3，在140～150℃条件下将70#A级道路石油沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的松香甘油酯，搅拌均匀后，加入季戊四醇四巯基乙酸酯和步骤S2制得的颗粒状物质，在180～190℃条件下搅拌1h，制得废胶粉复合改性沥青。

实施例3

一种废胶粉复合改性沥青，通过如下步骤制备而成：

S1，按重量称取下列物质：10～30目的废子午线轮胎胶粉30份，季戊四醇四巯基丁酸酯0.6份，70#A级道路石油沥青90份，木质胺阳离子型沥青乳化剂0.6份，硬脂酸异丁酯5份；

S2，将废子午线轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1％的高铁酸钾，在25℃条件下，以30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5h后，在湿润条件下研磨得到的30～80目的颗粒状物质；

S3，在140～150℃条件下将70#A级道路石油沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的硬脂酸异丁酯，搅拌均匀后，加入季戊四醇四巯基丁酸酯和步骤S2制得的颗粒状物质，在180～190℃条件下搅拌2h，制得废胶粉复合改性沥青。

实施例4

一种废胶粉复合改性沥青，通过如下步骤制备而成：

S1，按重量称取下列物质：10～30目的废轮胎胶粉20份，季戊四醇四巯基丁酸酯0.1份。季戊四醇四巯基丁酸酯0.4份，70#A级道路石油沥青80份，木质胺阳离子型沥青乳化剂0.6～1.5份，松香甘油酯3份，硬脂酸异丁酯2份；

S2，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨得到的30～80目的颗粒状物质；

S2`，将步骤S2得到的颗粒状物质完全浸入水中，加入水总重量1％的4-羟基苯磺酸，搅拌浸泡1h，得到改性胶粉溶液；

S3，在140～150℃条件下将70#A级道路石油沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的松香甘油酯和硬脂酸异丁酯，搅拌均匀后，加入改性胶粉溶液，在180～190℃条件下搅拌1～2h，制得废胶粉复合改性沥青。

所述废轮胎胶粉为废弃的斜交轮胎、子午线轮胎、力轮胎中的粉碎后去除杂质的混合物。

实施例5

一种废胶粉复合改性沥青，通过如下步骤制备而成：

S1，按重量称取下列物质：10～30目的废轮胎胶粉15份，季戊四醇四巯基乙酸酯0.2份。季戊四醇四巯基丁酸酯0.2份，70#A级道路石油沥青70份，木质胺阳离子型沥青乳化剂1.5份，松香甘油酯2份，硬脂酸异丁酯2份；

S2，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量2％的高铁酸钾，在25℃条件下，以25rpm的速度持续搅拌浸泡0.75h后，在湿润条件下研磨得到的30～80目的颗粒状物质；

S2`，将步骤S2得到的颗粒状物质完全浸入水中，加入水总重量2％的4-羟基苯磺酸，搅拌浸泡0.5h，得到改性胶粉溶液；

S3，在140～150℃条件下将70#A级道路石油沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的松香甘油酯和硬脂酸异丁酯，搅拌均匀后，加入季戊四醇四巯基乙酸酯、季戊四醇四巯基丁酸酯和改性胶粉溶液，在180～190℃条件下搅拌2h，制得废胶粉复合改性沥青。

所述废轮胎胶粉为废弃的斜交轮胎、子午线轮胎、力轮胎中的粉碎后去除杂质的混合物。

对比实施例

SBS改性沥青混合料，通过如下步骤制得：

以质量份计，在140～150℃条件下将82份70#A级道路石油沥青熔化，升温至170～180℃后，加入18份SBS改性剂，在170～180℃条件下搅拌3h，制得SBS改性沥青混合料。

通过实现测试上述实施例的参数，检测方法参见表1和表2，检测数据参见表1～表3。

表1数据测试技术指标及检测方法(一)

表2数据测试技术指标及检测方法(二)

实施例1～5的测试数据如下表，

表3实施例1～5测试数据

检测项目	单位	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							环球软化点	℃	67	65	64	66	66
5℃延度	cm	13.2	14.2	14.7	14.9	15.4
							25℃弹性恢复	％	75.6	77.4	77.9	78.2	78.8
180℃布氏粘度	Pa·s	2.3	2.4	2.4	2.4	2.4
							闪点	℃	>250	>250	>250	>250	>250
48小时离析软化点差	℃	0.3	0.2	0.2	0.2	0.2
							质量变化	％	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
针入度比	％	81	82	83	85	86
							高温抗车辙性能	次/mm	4382	4626	4657	4774	4832
低温抗裂性能	με	2548	2624	2648	2667	2660
							残留稳定度	％	95.6	95.8	96.0	95.7	95.8
冻融劈裂强度比	％	86.3	86.6	86.5	88.4	88.7

由于改性胶粉呈颗粒状，其存在使得针入度试验结果随机误差较大，且本发明采用改性胶粉颗粒，针入度结果不适宜用于评价胶粉沥青的性能。

由以上试验数据可以看出，废胶粉复合改性沥青的性能试验数据均满足现行规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对改性沥青混合料的技术指标，与SBS改性沥青混合料的性能试验数据相当或有所提高，尤其是在环球软化点、5℃延度、针入度比、高温抗车辙性能和低温抗开裂性能方面高于SBS改性沥青混合料。

Claims (8)

1.一种废胶粉复合改性沥青，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：改性胶粉10～30份，增塑剂0.3～0.6份，SBS改性剂0.5～2份，基础沥青60～90份和抗老化剂2～5份；

所述改性胶粉通过如下方法制得，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨上述废轮胎胶粉，得到的30～80目的颗粒状物质即为改性胶粉。

2.根据权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青，其特征在于，所述废轮胎胶粉的原材料是废弃的斜交轮胎、子午线轮胎、力轮胎中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青，其特征在于，所述废轮胎胶粉的粒度范围是10～30目。

4.根据权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青，其特征在于，所述增塑剂包括季戊四醇四巯基乙酸酯，和/或，季戊四醇四巯基丁酸酯。

5.根据权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青，其特征在于，所述基础沥青为70#A级道路石油沥青。

6.根据权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青，其特征在于，所述抗老化剂包括松香甘油酯，和/或，硬脂酸异丁酯。

7.一种如权利要求1所述的废胶粉复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，按重量称取下列物质：废轮胎胶粉10～30份，增塑剂0.3～0.6份，SBS改性剂0.5～2份，基础沥青60～90份，抗老化剂2～5份；

S2，将废轮胎胶粉完全浸入水中，加入水总重量1～2％的高铁酸钾，在20～30℃条件下，以20～30rpm的速度持续搅拌浸泡0.5～1h后，在湿润条件下研磨上述废轮胎胶粉，得到的30～80目的颗粒状物质；

S3，在140～150℃条件下将基础沥青熔化，加入SBS改性剂，升温至170～190℃后，加入预加热为液体状的抗老化剂，搅拌均匀后，加入改性胶粉溶液，在180～190℃条件下搅拌1～2h，制得高抗疲劳抗开裂的废胶粉复合改性沥青。

8.一种如权利要求7所述的废胶粉复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S2`：将步骤S2得到的颗粒状物质完全浸入水中，加入水总重量1～2％的4-羟基苯磺酸，搅拌浸泡0.5～1h。