CN110922657B - 一种热再生沥青混合料改性剂 - Google Patents

Abstract

一种热再生沥青混合料改性剂，包括以下重量份原料：4‑10份的低密度聚乙烯，4‑10份的醋酸乙烯共聚物，6‑10份的岩沥青，10‑20份的纤维、2‑10份的抗剥落剂，50‑70份的轮胎板，嗜碱硫杆菌2‑10份；本发明还提供了一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，包括以下步骤：S1湿法切割轮胎板；S2混合前聚物；S3制备轮胎胶粉混合液；S4制备混合料改性剂；本发明的有益效果是：两次添加嗜碱硫杆菌，降低轮胎胶粉硬度同时对环境无害，并且水解纤维成纤维长丝，稳定轮胎胶粉，有效改善水稳性；利用低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间在加热加压条件下，增强沥青的粘附力同时改善沥青的低温抗裂性能；利用水刀切割轮胎板，再水磨挤压，稳定轮胎胶粉，改善沥青的抗老化性能。

Description

一种热再生沥青混合料改性剂

技术领域

本发明属于热再生沥青混合料制备领域，具体涉及一种热再生沥青混合料改性剂。

背景技术

沥青改性剂是指在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工合成的有机或无机材料，可熔融或分散在沥青中以改善或提高沥青的路用性能的物质，沥青改性剂大体上可分为聚合沥青改性剂和非聚合沥青改性剂两类；聚合沥青改性剂可分为热塑性弹性体沥青改性剂、塑料与合成树脂沥青改性剂、橡胶沥青改性剂和共混型高分子聚合物沥青改性剂四类，而非聚合沥青改性剂是由矿物质和添加剂改性剂两类构成的；如为了提高沥青的机械性能(强度和韧性等)，加入聚合物、树脂、塑料、炭黑、无机盐等增加强度和韧性的材料；在沥青中加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能，减少高温时的永久形变，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化，以及抵抗低温开裂或增加低温时抗疲劳能力等方面的性能，使其满足设计使用期间交通条件的要求；改性剂对沥青的改性其机理有两种，一种使沥青化学组成改变的化学改性，另一种则是使改性剂均匀熔入沥青中并且形成具有一定空间网络结构的物理改性。沥青改性剂是指在沥青加入天然的或人工合成的有机或无机材料，可熔融、均匀的分散在沥青中，使沥青路面性能得到提高。

沥青路面现场热再生技术是专门用来修复沥青路面表面病害的，主要是指加热路面面层至要求的深度(一般不超过60mm)、翻松旧路面、添加还原或再生剂、重新铺筑成型的施工方法。现场热再生可以通过单次操作完成，把原材料和待修的路面重新结合。或者是通过两阶段完成，即现将再生料重新压实，然后在上面再铺一层磨耗层；并且再生阶段也需要改性剂参与沥青路面的成型。

同时我国每年有74％的废轮胎成为固体污染物，2011年我国的废旧轮胎已达到2亿条，废橡胶达到520万吨。因废旧轮胎堆放、焚烧所引发的环境问题已严重困扰环境工作者。在道路工程领域，以废旧橡胶作为沥青改性剂已成为行之有效的方法，橡胶沥青技术也以其优异的路用性能和显著的环保意义而备受关注。国内外实践证明：橡胶沥青技术在改善路面抗疲劳、耐久性、低温抗裂、阻止裂缝扩展、降噪等方面作用显著，但对路面高温抗车辙性能改善较差。

现有的废弃橡胶粉制备沥青改性剂，一般采用天然沥青或石油沥青作为分散介质，以高速剪切机共混成粉的橡胶作为分散相，并且由于废胶粉与沥青的相容性较差，现有技术人员通常尽量降低胶粉的掺量，即使大掺量也不超过25％。并且现有的橡胶粉制备的沥青改性剂存在以下问题：

1.胶粉的现场加工通常是添加82-100目的细胶粉或脱硫胶粉，需要大量的工艺流程，这无疑增加的加工成本。

2.橡胶在高速剪切机成粉后，再高温掺杂进入沥青时，其胶粉间的弹性会发生变化，进而影响沥青制备或者热再生阶段的沥青修复；

3.当采用轮胎橡胶作为原料，需要先经过脱硫处理，一般采用化学试剂进行脱硫，但会残存一定的有毒物质，会导致最后的沥青路面在高温阶段气化有毒物质，是沥青具备毒性。

如发明：一种沥青化橡胶颗粒改性剂及制备方法(申请号CN201310344343.5)，公开了一种沥青化橡胶颗粒改性剂及制备方法，其组成及重量份数为：20-30份石油沥青，10-15份岩沥青，40-60份废轮胎橡胶粉，2-5份增塑剂，3-6份聚乙烯；该发明以硬质石油沥青为液体过度介质，以岩沥青填充降解软化后的废旧橡胶轮胎粉，在双螺杆机中实现高温降解废胶粉，并以增塑剂软化废胶粉，使胶粉分子结构相对松散，再填充岩沥青，制得的改性剂兼具改善沥青高低温性能的优势，使其改性沥青达到PG88-28，性能远优于其他聚合物改性沥青，且改性沥青产品不离析、不沉淀，可以长期冷热贮存；虽然采用了双螺杆机替代高速剪切机，实现添加82-100目的细胶粉或脱硫胶粉，进而规避加工成本问题，但是并未考虑到废旧橡胶轮胎粉脱硫处理中存在的化学有害物质对沥青路面的影响，同时采用双螺杆机，并不能解决胶粉间弹性的变化问题，因此目前急需一种无害脱硫、稳定胶粉弹性的热再生沥青混合料改性剂。

发明内容

本发明目的在于提供一种热再生沥青混合料改性剂，用于解决现有技术中问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种热再生沥青混合料改性剂，包括以下重量份原料：4-10份的低密度聚乙烯，4-10份的醋酸乙烯共聚物，6-10份的岩沥青，10-20份的纤维、2-10份的抗剥落剂，50-70份的轮胎板，嗜碱硫杆菌2-10份。

优选的，为了进一步利用聚乙烯与醋酸乙烯共聚物形成的交联结构，固定轮胎板制备的轮胎粉，所述的低密度聚乙烯为0.93g/cm3密度的聚乙烯，经过4kpa高压压制成的，利用密度为0.93g/cm3密度的聚乙烯，在高压下压制成膜后，形成的低密度聚乙烯能与醋酸乙烯共聚物形成交联结构，固定轮胎胶粉。

优选的，为了使纤维掺入到改性剂中，增加改性剂内胶粒之间的间距，所述的纤维为秸秆磨细成丝后，经过嗜碱硫杆菌的碱性环境水解，并且发酵后，得到的纤维，通过富含纤维的秸秆，在嗜碱硫杆菌的碱性环境下部分水解成纤维丝，进而掺入纤维丝，将轮胎胶粉之间的颗粒间隔开来，进而稳定轮胎胶粉。

优选的，为了使轮胎胶粉中的硫能充分被嗜碱硫杆菌消耗完全，所述的嗜碱硫杆菌选用温泉地区或海底火山地区的嗜碱硫杆菌属，限定嗜碱硫杆菌为高温区域分离出的嗜碱硫杆菌，进而延长嗜碱硫杆菌在轮胎胶粉中的作用嗜碱，充分无害的脱去轮胎胶粉中的硫元素。

本发明还提供一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，包括以下步骤：

S1将轮胎板置于嗜碱硫杆菌的菌液中，发酵5-7h后，采用湿法切割，将轮胎板粉碎成轮胎胶粉；

S2将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物加热成凝胶液，同时在所得到的凝胶液中加入岩沥青，形成混合前聚液；

S3将轮胎胶粉加入所述的混合前聚液，同时加热加压，形成混合液；

S4在得到的混合液，加入纤维，待冷却后，加入嗜碱硫杆菌粉后，搅拌均匀，加入抗剥落剂后，搅拌均匀，干燥成粉，即得到所述的混合料改性剂。

优选的，为了降低机械切割使轮胎胶粉之间出现弹性不稳定，所述湿法切割为，先采用水刀，将嗜碱硫杆菌发酵后的轮胎板，切割成大颗粒；再通过水磨方式挤压成轮胎胶粉，利用湿法切割，降低机械切割的高温，进而进一步稳定轮胎胶粉。

优选的，为了进一步使轮胎胶粉进入低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成的交联结构，所述的加热加压为，采用180℃的温度、2kpa的压力条件下，利用反应釜将加入的轮胎胶粉热融成液，与混合前聚物形成混合液，进而限定加热加压的反应条件，使轮胎胶粉能充分的进入低密度聚乙烯与醋酸乙烯形成的凝胶液中。

优选的，为了进一步实现低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成交联结构，所述的S2中加热成凝胶液为，将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物置于反应釜中，140℃加热，热融态搅拌成凝胶液，通过限定低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物在140℃条件下加热后热融搅拌，形成凝胶液，进而方便低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成交联结构固定轮胎胶粉。

本发明的有益技术效果是：

1.通过嗜碱硫杆菌降解轮胎胶粉的硫元素，采用二次添加嗜碱硫杆菌的方式，降低轮胎胶粉硬度同时对环境无害，并且利用嗜碱硫杆菌的碱性环境水解纤维成纤维长丝，增加轮胎胶粉之间颗粒间隙，进而稳定轮胎胶粉，有效改善水稳性。

2.利用低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间在加热加压条件下，使轮胎胶粉进入到低密度聚乙烯与醋酸乙烯形成的混合前聚液，进而进入到低密度聚乙烯与醋酸乙烯形成交联结构，实现轮胎胶粉稳定，增强沥青的粘附力同时有效改善沥青的低温抗裂性能。

3.利用水刀切割嗜碱硫杆菌发酵后的轮胎板，切割成大颗粒，再通过水磨方式挤压成轮胎胶粉，降低机械切割的高温影响橡胶颗粒之间的排布方式，稳定轮胎胶粉，防止温度过高影响轮胎胶粉最后形成的改性剂活性，进而改善沥青的抗老化性能。

具体实施方式

下面对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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

一种热再生沥青混合料改性剂，包括以下重量份原料：6份的低密度聚乙烯，6份的醋酸乙烯共聚物，8份的岩沥青，15份的纤维、5份的抗剥落剂，60份的轮胎板，嗜碱硫杆菌2-10份；为了进一步利用聚乙烯与醋酸乙烯共聚物形成的交联结构，固定轮胎板制备的轮胎粉，所述的低密度聚乙烯为0.93g/cm3密度的聚乙烯，经过4kpa高压压制成的，利用密度为0.93g/cm3密度的聚乙烯，在高压下压制成膜后，形成的低密度聚乙烯能与醋酸乙烯共聚物形成交联结构，固定轮胎胶粉；为了使纤维掺入到改性剂中，增加改性剂内胶粒之间的间距，所述的纤维为秸秆磨细成丝后，经过嗜碱硫杆菌的碱性环境水解，并且发酵后，得到的纤维，通过富含纤维的秸秆，在嗜碱硫杆菌的碱性环境下部分水解成纤维丝，进而掺入纤维丝，将轮胎胶粉之间的颗粒间隔开来，进而稳定轮胎胶粉；为了使轮胎胶粉中的硫能充分被嗜碱硫杆菌消耗完全，所述的嗜碱硫杆菌选用温泉地区或海底火山地区的嗜碱硫杆菌属，限定嗜碱硫杆菌为高温区域分离出的嗜碱硫杆菌，进而延长嗜碱硫杆菌在轮胎胶粉中的作用嗜碱，充分无害的脱去轮胎胶粉中的硫元素。

本发明还提供一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，包括以下步骤：

S1将轮胎板置于嗜碱硫杆菌的菌液中，发酵6h后，采用湿法切割，将轮胎板粉碎成轮胎胶粉；为了降低机械切割使轮胎胶粉之间出现弹性不稳定，所述湿法切割为，先采用水刀，将嗜碱硫杆菌发酵后的轮胎板，切割成大颗粒；再通过水磨方式挤压成轮胎胶粉，利用湿法切割，降低机械切割的高温，进而进一步稳定轮胎胶粉；

S2将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物加热成凝胶液，同时在所得到的凝胶液中加入岩沥青，形成混合前聚液；为了进一步实现低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成交联结构，所述的S2中加热成凝胶液为，将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物置于反应釜中，140℃加热，热融态搅拌成凝胶液，通过限定低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物在140℃条件下加热后热融搅拌，形成凝胶液，进而方便低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成交联结构固定轮胎胶粉；

S3将轮胎胶粉加入所述的混合前聚液，同时加热加压，形成混合液；为了进一步使轮胎胶粉进入低密度聚乙烯与醋酸乙烯之间形成的交联结构，所述的加热加压为，采用180℃的温度、2kpa的压力条件下，利用反应釜将加入的轮胎胶粉热融成液，与混合前聚物形成混合液，进而限定加热加压的反应条件，使轮胎胶粉能充分的进入低密度聚乙烯与醋酸乙烯形成的凝胶液中；

S4在得到的混合液，加入纤维，待冷却后，加入嗜碱硫杆菌粉后，搅拌均匀，加入抗剥落剂后，搅拌均匀，干燥成粉，即得到所述的混合料改性剂。

实施例2

一种热再生沥青混合料改性剂，包括以下重量份原料：4份的低密度聚乙烯，4份的醋酸乙烯共聚物，6份的岩沥青，10份的纤维、2份的抗剥落剂，50份的轮胎板，嗜碱硫杆菌2份；其余步骤及配方同实施例1。

实施例3

一种热再生沥青混合料改性剂，包括以下重量份原料：10份的低密度聚乙烯，10份的醋酸乙烯共聚物，10份的岩沥青，20份的纤维、10份的抗剥落剂，70份的轮胎板，嗜碱硫杆菌10份；其余步骤及配方同实施例1。

实施例4

原料中均不采用嗜碱硫杆菌，其余步骤及原料均同实施例1。

实施例5

将原料中的低密度聚乙烯和醋酸乙烯共聚物改为采用石油沥青与低密度聚乙烯，其余同实施例1。

实施例6

将制备方法的步骤中发酵时间改为5h，其余步骤同实施例1。

实施例7

将制备方法的步骤中发酵时间改为7h，其余步骤同实施例1。

将得到的各实施例的改性剂在回收的老化沥青中均内掺3％的热再生沥青混合料改性剂，再生的新沥青经过《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的标准进行试验，得到表1：

表1各改性剂制备的新沥青的情况

由表1可知，当采用6份的低密度聚乙烯，6份的醋酸乙烯共聚物，8份的岩沥青，15份的纤维、5份的抗剥落剂，60份的轮胎板，嗜碱硫杆菌2-10份，同时将轮胎板置于嗜碱硫杆菌的菌液中，发酵6h，得到的沥青混合料改性剂效果最好，应用在沥青再生方面，得到4.98的空隙率、13.88的稳定度、3.25的流值、85.62的冻融劈裂强度比、8733的动稳定度、3376的破坏应变、90.25的残留稳定度的再生沥青，证明了本发明的优越性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1. 一种热再生沥青混合料改性剂，其特征在于：包括以下重量份原料：4-10 份的低密度聚乙烯，4-10 份的醋酸乙烯共聚物，6-10 份的岩沥青，10-20 份的纤维、2-10 份的抗剥落剂， 50-70 份的轮胎板，嗜碱硫杆菌 2-10 份；其中，所述的纤维为秸秆磨细成丝后，经过嗜碱硫杆菌的碱性环境水解，并且发酵后，得到的纤维；

所述改性剂的制备方法包括以下步骤：

S1 将轮胎板置于嗜碱硫杆菌的菌液中，发酵 5-7h 后，采用湿法切割，将轮胎板粉碎成轮胎胶粉；所述湿法切割为，先采用水刀，将嗜碱硫杆菌发酵后的轮胎板，切割成大颗粒；再通过水磨方式挤压成轮胎胶粉；

S2 将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物加热成凝胶液，同时在所得到的凝胶液中加入岩沥青，形成混合前聚液；

S3 将轮胎胶粉加入所述的混合前聚液，同时加热加压，形成混合液；

S4 在得到的混合液，加入纤维，待冷却后，加入嗜碱硫杆菌粉后，搅拌均匀，加入抗剥落剂后，搅拌均匀，干燥成粉，即得到所述的混合料改性剂。

2.根据权利要求 1 所述的一种热再生沥青混合料改性剂，其特征在于：所述的低密度聚乙烯为 0.93 g/cm3 密度的聚乙烯，经过 4kpa 高压压制成的。

3.根据权利要求 1 所述的一种热再生沥青混合料改性剂，其特征在于：所述的嗜碱硫杆菌选用温泉地区或海底火山地区的嗜碱硫杆菌属。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1 将轮胎板置于嗜碱硫杆菌的菌液中，发酵 5-7h 后，采用湿法切割，将轮胎板粉碎成轮胎胶粉；所述湿法切割为，先采用水刀，将嗜碱硫杆菌发酵后的轮胎板，切割成大颗粒；再通过水磨方式挤压成轮胎胶粉；

S2 将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物加热成凝胶液，同时在所得到的凝胶液中加入岩沥青，形成混合前聚液；

S3 将轮胎胶粉加入所述的混合前聚液，同时加热加压，形成混合液；

S4 在得到的混合液，加入纤维，待冷却后，加入嗜碱硫杆菌粉后，搅拌均匀，加入抗剥落剂后，搅拌均匀，干燥成粉，即得到所述的混合料改性剂。

5.根据权利要求 4 所述的一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：所述的加热加压为，采用 180℃的温度、2kpa 的压力条件下，利用反应釜将加入的轮胎胶粉热融成液，与混合前聚物形成混合液。

6.根据权利要求 4所述的一种热再生沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：所述的 S2 中加热成凝胶液为，将低密度聚乙烯与醋酸乙烯共聚物置于反应釜中，140℃加热，热融态搅拌成凝胶液。