CN109437673B - 一种胶粉改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
一种胶粉改性沥青混合料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种胶粉改性沥青混合料，是由集料100份，矿粉5~8份，改性沥青4~8份，橡胶粉5~25份，软化剂1~5份，增塑剂1~5份按下述方法制备而成：首先采用湿法工艺制备改性沥青：基质沥青加热至140~150℃，将液体橡胶、顺式聚环辛烯和稳定剂加入其中，经高速剪切搅拌而成；然后采用干法工艺制备混合料：将集料和矿粉预热至175~180℃，将制备的改性沥青和橡胶粉预热至165~170℃；先将集料和橡胶粉加入拌锅中，再加入改性沥青、软化剂和增塑剂一起拌和，最后加入矿粉和纤维拌和均匀，得到胶粉改性沥青混合料成品。本发明采用湿法和干法复合工艺制备胶粉改性沥青混合料，改善了目前单独采用湿法或干法工艺存在的不足，提高了胶粉改性沥青混合料性能，并可以大量消耗废旧轮胎橡胶。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程中所用辅料，尤其是涉及一种胶粉改性沥青混合料，本发明还涉及该混合料的制备方法 。
背景技术
废旧轮胎等废旧橡胶是国际上公认的严重污染环境且必须处理的固体废弃物。将废旧轮胎制成胶粉加入沥青中制成改性沥青混合料用于道路工程建设，既可以大量消耗废旧轮胎，又能显著改善沥青的弹性、高温稳定性、低温抗开裂性及抗疲劳性能等，增强了行车舒适性并延长了路面使用寿命，是处理废旧轮胎橡胶的一个行之有效的方法。目前胶粉改性沥青混合料的制备方法主要有干法和湿法两种工艺。“湿法”工艺是先将胶粉加入到基质沥青中，经混合剪切、溶胀等方法制备成胶粉改性沥青，再将制备好的胶粉改性沥青与集料拌和制备沥青混合料。“干法”工艺是将胶粉作为填料加入拌和锅中与沥青、集料一起拌和，制成胶粉改性沥青混合料。这两种方法中，“湿法”工艺改性效果较好，但是工艺复杂，需要采用高速剪切胶体磨等设备，在高温条件下胶粉与沥青要经过几小时的溶胀反应，消耗废旧橡胶量较小，且制备的改性沥青储存稳定性较差，容易离析。“干法”工艺较简单，无需单独制备胶粉改性沥青，直接将胶粉充当一部分填料加入到沥青混合料中，制成胶粉改性沥青混合料，但这种工艺中胶粉存在处容易形成薄弱面，从而降低了混合料的强度，容易导致松散、剥落等早期病害。
因此，针对目前胶粉改性沥青及其混合料存在的问题，亟须开发一种新型胶粉改性沥青及其混合料的制备工艺，用以改善、提高胶粉改性沥青及其混合料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能大量消耗费减轮胎橡胶的胶粉改性沥青混合料，本发明同时还提供该混合料的制备方法，以改善目前工艺所存在的不足。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的胶粉改性沥青混合料，是由集料、矿粉、改性沥青、橡胶粉、纤维、软化剂、增塑剂按照下述重量份配制而成：集料100份，矿粉5~8份，改性沥青4~8份，橡胶粉5~25份，软化剂1~5份，增塑剂1~5份。
所述混合料中还包括纤维0.2~0.6份，可采用聚丙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维中至少一种，长度5~20mm，断裂强度≥300MPa，可提高混合料的强度和高温性能。
所述改性沥青是由基质沥青100份，液体橡胶5~20份，顺式聚环辛烯1~3份，稳定剂0.1~0.4份配制而成。其中基质沥青为AH-70号石油沥青；液体橡胶为分子量10000~20000的液体丁苯橡胶或丁腈橡胶；稳定剂为马来酰亚胺、硫酚类、硫酚锌盐类，萘酚类、萘酚亚砜类、苯胺硫化物中的一种或几种的混合物。
本发明所用橡胶粉由废旧轮胎经切割、粉碎、研磨、脱硫后得到，粒径60~80目，门尼粘度≤95。
本发明所用矿粉为石灰岩研磨而成的粒径＜0.075mm的粉料。
本发明所用软化剂为脂肪烃油、环烷油、芳香烃油中的一种或几种；增塑剂为脂肪酸，饱和或不饱和脂肪酸酯，锌皂，镁皂，钙皂中的一种或几种。
本发明胶粉改性沥青混合料的制备方法包括下述步骤：
第一步（采用湿法工艺制备改性沥青）：首先将基质沥青加热至140~150℃，然后将液体橡胶、顺式聚环辛烯和稳定剂依次加入到基质沥青中，在高速剪切搅拌机中以300~800r/min的转速持续搅拌10~20min，制得改性沥青备用；
第二步（采用干法工艺制备混合料）：将集料和矿粉分别预热至175~180℃，将改性沥青和橡胶粉分别预热至165~170℃；先将集料和橡胶粉依次加入拌锅中，在175℃下拌和90s，再加入改性沥青、软化剂和增塑剂一起拌和90s，最后加入矿粉和纤维继续拌和90s，得到胶粉改性沥青混合料成品。
本发明的优点在于采用湿法和干法复合工艺制备胶粉改性沥青混合料，改善了目前单独采用湿法或干法制备工艺所存在的不足，提高了胶粉改性沥青混合料的性能，并可以大量消耗废旧轮胎橡胶。与现有技术相比，本发明的有益效果可体现在以下几点：
（1）湿法工艺制备改性沥青时采用液体橡胶，减少了能源消耗和对环境的污染，提高了改性沥青的储存稳定性。
（2）干法工艺中，以湿法工艺制得的高粘胶粉改性沥青为结合料，提高了橡胶粉与沥青之间界面的粘结性能，改善了混合料中胶粉存在处粘结面薄弱的现象，提高了混合料的整体强度。
（3）在混合料中加入工程纤维，可进一步提高混合料整体粘聚力和结构强度，增大了橡胶粉掺入量，减少了混合料早期松散等病害。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明，以便于本领域技术人员的理解。
本发明所用的原料如无特殊说明，均为市售产品。
本发明所用集料，指的是玄武岩集料，其性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F 40-2004）中性能指标要求，粒径为JTG F 40-2004规范中SMA-13要求的不同规格大小。以下实施例中沥青混合料级配均采用规范中SMA-13级配范围中值。
实施例1 制备（橡胶）改性沥青
一、采用本发明湿法工艺
备料：AH-70号石油沥青100kg，分子量为20000的液体膏状丁苯橡胶5kg，顺式聚环辛烯2.5kg，稳定剂五氯苯硫酚锌盐0.2kg；
首先将AH-70号石油沥青加热至140~150℃，然后将液体膏状丁苯橡胶、顺式聚环辛烯和稳定剂五氯苯硫酚锌盐依次加入到沥青中，在高速剪切搅拌机中以450 r/min的转速持续搅拌15min，得到（橡胶）改性沥青，记做试验样品1#。
二、采用常规湿法工艺
备料：AH-70号石油沥青100kg，60目脱硫橡胶粉5kg，顺式聚环辛烯2.5kg，稳定剂五氯苯硫酚锌盐0.2kg；
首先将AH-70号石油沥青加热至165~170℃后，将橡胶粉、顺式聚环辛烯、稳定剂依次加入到沥青中，利用高速剪切仪以600r/min转速在180℃下搅拌60min，之后放入180℃恒温烘箱中保温溶胀3h，得到橡胶改性沥青，记做对比样品1#。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中试验方法，测试以上两种改性沥青性能，试验结果如表1所示。
表1 不同湿法橡胶改性沥青性能对比
由表1可知，按照本发明湿法工艺制备的橡胶改性沥青高低温性能均优于常规湿法工艺制备的橡胶改性沥青，且储存稳定性较好，不易离析。
实施例2 制备胶粉改性沥青混合料（试验样品2#）
备料：集料100kg，矿粉6kg，改性沥青6kg，60目橡胶粉20kg，环烷油软化剂2kg，不饱和脂肪酸酯增塑剂2kg；其中所用的改性沥青为实施例1中采用本发明湿法工艺由原料AH-70号石油沥青100kg，分子量为20000的液体膏状丁苯橡胶5kg，顺式聚环辛烯2.5kg，稳定剂五氯苯硫酚锌盐0.2kg制备而成。
将集料和矿粉分别预热至180℃，将改性沥青和橡胶粉分别预热至165~170℃；先将集料和橡胶粉依次加入拌锅中，在175℃下拌和90s，再加入改性沥青、软化剂和增塑剂一起拌和90s，最后加入矿粉继续拌和90s，得到胶粉改性沥青混合料成品，记做试验样品2#。
实施例3 制备胶粉改性沥青混合料（试验样品3#）
备料：集料100kg，矿粉6kg，改性沥青6kg，60目橡胶粉20kg，长度5~20mm的芳纶纤维0.5kg，环烷油软化剂2kg，不饱和脂肪酸酯增塑剂2kg；其中所用的改性沥青同实施例2。
将集料和矿粉分别预热至180℃，将改性沥青和橡胶粉分别预热至165~170℃；先将集料和橡胶粉依次加入拌锅中，在175℃下拌和90s，再加入改性沥青、软化剂和增塑剂一起拌和90s，最后加入矿粉和纤维继续拌和90s，得到胶粉改性沥青混合料成品，记做试验样品3#。
实施例4 采用常规干法工艺制备胶粉改性沥青混合料（对比样品2#）
备料：集料100kg，矿粉6kg，AH-70号石油沥青6kg，60目橡胶粉20kg，环烷油软化剂2kg，不饱和脂肪酸酯增塑剂2kg；
将集料和矿粉预热至180℃，沥青和橡胶粉预热至170℃。先将集料和橡胶粉依次加入拌锅中，在175℃下拌和90s，再加入沥青、软化剂和增塑剂并拌和90s，最后加入矿粉并拌和90s，得到改性沥青混合料，记做对比样品2#。
实施例5 采用本发明方法制备的胶粉改性沥青混合料和采用常规干法工艺制备的胶粉改性沥青混合料对比试验
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中试验方法，测试实施例2、实施例3、实施例4制备的三种不同改性沥青混合料性能，试验结果如表2所示。
表2 不同改性沥青混合料性能对比
对比表2中试验结果可知，本发明采用湿法和干法复合工艺制备的胶粉改性沥青混合料的结构强度和高温性能明显优于常规干法胶粉改性沥青混合料，表明采用本发明中复合工艺可以提高胶粉与高粘湿法改性沥青及集料之间的界面粘结性能，提高改性效果。对比表2中试验样品2#和试验样品3#的数据可知，添加纤维后混合料强度和高温性能进一步得以提高，表明高强纤维可在混合料中起到加筋增强作用，可进一步增强混合料的结构强度，减少早期松散等病害，提高使用性能。
Claims (6)
1.一种胶粉改性沥青混合料，其特征在于：是由集料、矿粉、改性沥青、橡胶粉、纤维、软化剂、增塑剂和纤维按照下述重量份配制而成：集料100份，矿粉5～8份，改性沥青4～8份，橡胶粉20份，软化剂1～5份，增塑剂1～5份和纤维0.2～0.6份；其中，所述改性沥青是由基质沥青100份，液体橡胶5～20份，顺式聚环辛烯1～3份，稳定剂0.1～0.4份配制而成；所述橡胶粉由废旧轮胎经切割、粉碎、研磨、脱硫后得到，粒径60～80目，门尼粘度≤95；
所述胶粉改性沥青混合料的制备方法，包括下述步骤：
第一步，首先将基质沥青加热至140 ~ 150℃，然后将液体橡胶、顺式聚环辛烯和稳定剂依次加入到基质沥青中，在高速剪切搅拌机中以300～800 r/min的转速持续搅拌10 ~20min，制得改性沥青备用；
第二步，将集料和矿粉分别预热至175～180℃，将改性沥青和橡胶粉分别预热至165～170℃；先将集料和橡胶粉依次加入拌锅中，在175℃下拌和90s，再加入改性沥青、软化剂和增塑剂一起拌和90s，最后加入矿粉和纤维继续拌和90s，得到胶粉改性沥青混合料成品。
2.根据权利要求1所述的胶粉改性沥青混合料，其特征在于：所述纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维中至少一种，长度5 ~ 20mm，断裂强度≥300MPa。
3.根据权利要求1所述的胶粉改性沥青混合料，其特征在于：所述基质沥青为AH-70号石油沥青；所述液体橡胶为分子量10000 ~ 20000的液体丁苯橡胶或丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的胶粉改性沥青混合料，其特征在于：所述稳定剂为马来酰亚胺、硫酚类、硫酚锌盐类，萘酚类、萘酚亚砜类、苯胺硫化物中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的胶粉改性沥青混合料，其特征在于：所述矿粉为石灰岩研磨而成的粒径＜0.075mm的粉料。
6.根据权利要求1所述的胶粉改性沥青混合料，其特征在于：所述软化剂为脂肪烃油、环烷油、芳香烃油中的一种或几种；所述增塑剂为脂肪酸，饱和或不饱和脂肪酸酯，锌皂，镁皂，钙皂中的一种或几种。
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