CN111187024A - 彩色沥青混合料添加剂、彩色温拌混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及彩色沥青混合料添加剂、彩色温拌混合料及其制备方法，以解决采用沥青作为胶结料生产的彩色沥青混合料存在色彩不持久、生产高性能彩色沥青混合料存在工艺复杂的问题。彩色沥青混合料添加剂包括质量分数为75‑85%的颜料本体，质量分数为5‑15%的聚合物粘合剂，质量分数为0.5‑2%的亮色剂，质量分数为8‑15%的乙烯‑醋酸聚合物。彩色温拌混合料包括温拌沥青、级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维。彩色温拌混合料制备方法，将表面活性剂型温拌剂和沥青添加至沥青储存罐并循环、搅拌，即得温拌沥青；将级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维进行干拌；干拌完成后添加温拌沥青进行湿拌，湿拌完成后即得彩色温拌混合料。

Description

彩色沥青混合料添加剂、彩色温拌混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路材料技术领域，具体涉及彩色沥青混合料添加剂、彩色沥青混合料及其制备方法。

背景技术

随着我国交通基础设施的高速发展，道路交通在满足日常出行的基本需求前提下，人们对沥青路面与环境间的协调提出了更高的要求，传统的黑色沥青路面从色彩方面已经不能满足人们需求，新型的彩色沥青路面，因其具有方便交通管理引导、防止交通事故、美化城市形象，体现城市的特色等特点逐步被大家认可，目前已经广泛应用于高速公路、城市道路、旅游景区以及专用于紧急服务和贵宾证持有者的电子收费站车道。

传统彩色沥青混凝料路面基本上是分为以下三类技术，但仍存在如下问题：

一、早期通过直接在沥青拌和楼拌缸添加色粉制成彩色沥青混合料。这类技术在实施过程中色粉掺量不易控制，色粉掺量低不能使沥青自身黑颜色理想覆盖，同时容易产生彩色沥青混合料颜色的不均匀和裹腹效果差甚至出现花白料的情况；色粉掺量高不易均匀分散在混合料当中，且显著降低沥青混合料胶结性能及各项混合料指标。因此，这类技术所铺筑完成的沥青路面经常会因混合料性能不足过早出现路面病害，影响路面使用寿命，同时增加维护成本。作为彩色沥清混合料技术，采用其铺筑的路面由于色粉无法与沥青、石料取得很好的结合导致路面颜色丧失过快，失去作为彩色路面的意义。

二、市场存在的另一种彩色沥青混合料技术是采用脱色沥青加色粉。脱色沥青本质是一种树脂（环氧类或丙烯酸类树脂）不是真正意义上道路沥青，它通过色粉和添加剂等材料在特定温度下在拌合楼拌和制成。

彩色沥青路面相对传统黑色热拌沥青路面而言工程体量不大，此类技术在实施过程中需要额外购买脱色沥青进行储存和加工，但脱色沥青也不能与道路沥青混合储存，同时拌合楼在普通热拌混合料与彩色混合料切换生产的过程需要将沥青管道进行深度清洗，过程繁琐且需要额外不菲的设备改造投入。彩色沥青混合料生产过程中胶结料采用树脂非道路沥青且受树脂的固化时间影响，不同类型的混合料需要拌合时间不同，因此需要技术人员经常调整混合料的配合比和拌和时间，给生产带来不必要的繁琐。另外，从混合料性能指标来讲，脱色沥青实际是一种树脂非道路沥青，达不到沥青的性能且价格高于沥青，显著增加混合料成本。虽然可以生产出彩色沥青混合料，但胶结料采用树脂，生产出的彩色混合料指标尤其低温性能、抗水损指标明显偏低，耐久性差，容易掉色。

三、采用染色石料或天然彩色石料制备的彩色沥青混合料。如果采用染色石料制备的彩色沥青混合料路面长期性能差，尤其在耐候性方面，会导致路面通车后短时间就出现容易掉色，彩色的长期效果基本没有。如果采用天然彩色石料，缺点在于受石料产地限制自身成本高，而且这类天然类型石料一般石料各项指标尤其压碎值均达不到要求，耐磨性差，其次，此类型石料与沥青的裹腹效果差、粘结力差，从而导致彩色混合料性能指标不易满足要求。采用染色石料或天然彩色石料受石料运输成本过高限制，制成的彩色沥青混合料成本过高，制约着技术的发展和推广。

以上三种技术是目前市场常见的彩色沥青混合料技术，尤其前两种技术需要拌缸中添加色粉，为避免色粉自沥青混合料拌和过程中分散效果不好，通常需要大幅度延长混合料干拌时间至20-30s，提高胶结料（沥青或树脂）、石料、混合料隔环节的拌合温度10-20℃，增加能耗的同时也无法根本上解决色粉与石料、沥青之间的黏附性和裹腹问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供彩色沥青混合料添加剂，以解决采用沥青作为胶结料生产的彩色沥青混合料存在色彩不持久、生产高性能彩色沥青混合料存在工艺复杂的问题。

本发明的第二个目的是提供彩色温拌混合料，以解决传统彩色沥青混合料生产条件门槛高，生产出彩色沥青混合料自身性能得不到保证，以及色彩不持久的问题。

为实现上述第一个目的，本发明的解决方案是：

彩色沥青混合料添加剂，包括质量分数为75-85%的颜料本体，质量分数为5-15%的聚合物粘合剂，质量分数为0.5-2%的亮色剂，质量分数为8-15%的乙烯-醋酸聚合物。

优选的，所述颜料本体为粉末状的氧化铁红或氧化铁绿；聚合物粘合剂为交联改性聚酯树脂和线状酸酐改性聚酯树脂的反应物；亮色剂为粉末状的聚乙烯PE增亮剂。

上述彩色沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，按上述各组分及各组分的质量百分比备料；

S2，将颜料本体加入反应釜中并搅拌，搅拌温度为80-120℃；

S3，搅拌颜料本体的过程中逐步加入聚合物粘合剂、亮色剂后，持续搅拌不小于3小时，使得原料分散均匀；

S4，将反应釜温度升高至120-150℃，并在搅拌的过程中逐步加入乙烯-醋酸聚合物，持续搅拌不小于3小时；

S5，待反应釜冷却后由螺杆挤出机拉条造粒，即得彩色沥青混合料添加剂。

优选的，步骤S5中螺杆挤出机挤出温度为60-100℃，造粒大小为直径φ3mm、长度3mm的颗粒。

为实现上述第二个目的，本发明的解决方案是：

彩色温拌混合料，包括温拌沥青、级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维。

优选的，所述温拌沥青包括表面活性剂型温拌剂和沥青。

上述彩色温拌混合料制备方法，包括以下步骤；

S1，将表面活性剂型温拌剂和沥青添加至沥青储存罐，启动沥青储存罐的循环、搅拌装置，并至少循环、搅拌2小时，即得温拌沥青；

S2，将级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维投入沥青拌合楼拌缸进行干拌；

S3，干拌完成后在沥青拌合楼拌缸中加入步骤S1制备好的温拌沥青进行湿拌，湿拌完成后即得彩色温拌混合料；

优选的，所述彩色沥青混合料添加剂采用直投式添加，在沥青混合料拌料过程中，通过专用设备投放至沥青拌和楼拌缸中。

优选的，步骤S1中添加的表面活性剂型温拌剂质量为沥青质量的0.3-0.5%。

优选的，步骤S2中彩色沥青混合料添加剂的质量为沥青混合料质量的2-4%。

本发明的有益效果为：

1. 本发明提供的彩色沥青混合料添加剂，即直投彩色沥青混合料添加剂，是一种可以在制备彩色沥青混合料过程中直接投放在拌和过程中的彩色沥青混合料添加剂，其使用方式便捷，不要额外增加设备改造及设备投入费用，简化了传统生产工艺流程；这种添加剂非单纯的色粉，通过聚合物粘合剂的添加，并用低熔点的乙烯-醋酸聚合物作载体的通过热熔和造粒而成，显著加强了色彩、沥青、石料之间的粘附性，延长彩色寿命。

2. 彩色沥青混合料添加剂打破了目前主流的采用脱色沥青（环氧类或丙烯酸类树脂非道路用沥青）加色粉，不能采用沥青作为胶结料的现状，使彩色沥青混合料的性能更加接近黑色沥青混合料，使用寿命更长久；通过添加表面活性剂型温拌改善彩色沥青混合料，解决了因拌和工艺易产生的颜色不均匀、裹覆效果差以及生产过程能耗大的问题。

3. 本发明提供的彩色温拌混合料，即彩色温拌沥青混合料，采用了预先制备彩色沥青混合料添加剂的添加，不改变原有混合料配合比，采用路用沥青而非脱色沥青（环氧类或丙烯酸类树脂）作为胶结料，生产出一种高性能彩色沥青混合料；同时考虑彩色路面应用量最大方向是在城市路面，通过在沥青中表面活性剂型温拌剂的添加，改善石料和沥青的粘附性，使颜色的更加均匀，而且沥青温拌技术的作用降低出料温度，达到节能减排和环保的效果。

4. 直投式彩色沥青混合料中引入表面活性剂型温拌技术，提高了石料的抗剥落等级且不用增加拌和温度甚至可以显著降低拌和温度20-40℃，达到节能减排的效果。

5. 彩色温拌沥青混合料制备过程中先在沥青中直接投入0.3-0.5%（沥青质量比）表面活性剂型温拌剂搅拌均匀，在拌和过程直接投入2-4%（沥青混合料质量比）彩色沥青混合料添加剂，即可生产出性能优异彩色温拌沥青混合料，并简化了生产工艺，不需要额外增加设备和购买脱色沥青（树脂），降低彩色混合料的生产门槛，适用于彩色沥青混合料的生产工艺普及和应用。

6. 彩色温拌沥青混合料制备过程不改变拌合站原有生产黑色沥青混合料的工艺流程，省去额外设备投入，不需要重新调整混合料配合比；该方法生产工艺方便，操作简单，相对现有主流彩色沥青混合料成本降低，且响应国家节能减排号召，易于推广。

7. 彩色温拌沥青混合料可以直接采用路用沥青作为胶结料，解决了传统彩色沥青混合料自身性能得不到保证，以及色彩不持久问题。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

彩色沥青混合料添加剂，即直投彩色沥青混合料添加剂，包括质量分数为75-85%的颜料本体，质量分数为5-15%的聚合物粘合剂，质量分数为0.5-2%的亮色剂，质量分数为8-15%的乙烯-醋酸聚合物。

其中：颜料本体为粉末状的氧化铁红或氧化铁绿；

聚合物粘合剂为交联改性聚酯树脂和线状酸酐改性聚酯树脂的反应物；

乙烯-醋酸聚合物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是一种通用高分子聚合物，英文简称是EVA，本发明中采用的EVA中的醋酸乙烯含量低于20%。乙烯-醋酸聚合物作为载体具有良好的柔软性，橡胶般的弹性，抗老化和耐臭氧强度好，与铁红氧化物的掺混性、着色性和成型加工性好的特点；

亮色剂为粉末状的聚乙烯PE增亮剂。

彩色沥青混合料添加剂是一种颗粒状产品，它具有无尘、流动性好的特性，在沥青系统里可以快速分散，并赋予沥青混合料优异的色彩、耐候性和耐光性。它较之传统的色粉末颗粒的着色力有30-50%的提高。表1为直投式彩色沥青混合料添加剂的典型特性，是本发明彩色沥青混合料添加剂的选用标准。

表1：彩色沥青混合料添加剂典型特性

项目	单位	指标
			颜料本体		氧化铁红/氧化铁绿等
载体		乙烯-醋酸聚合物
			颜料含量	%	75-85%
载体熔点	℃	90-120
			性状		圆柱状颗粒
平均颗粒大小	mm	Φ3mm x 3m

上述彩色沥青混合料添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，按上述各组分及各组分的质量百分比备料；

S2，将氧化铁红加入反应釜中并搅拌，搅拌温度为80-120℃；

S3，搅拌氧化铁红的过程中逐步加入聚合物粘合剂、亮色剂后，持续搅拌不小于3小时，使得原料分散均匀；

S4，将反应釜温度升高至120-150℃，并在搅拌的过程中逐步加入乙烯-醋酸聚合物，持续搅拌不小于3小时；

S5，待反应釜冷却后由螺杆挤出机拉条造粒；螺杆挤出机挤出温度为60-100℃，造粒大小为直径φ3mm、长度3mm的颗粒，即得彩色沥青混合料添加剂。

彩色温拌混合料，包括温拌沥青、级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维。

其中，温拌沥青包括表面活性剂型温拌剂和沥青。

本发明采用的表面活性剂型温拌剂分子结构由两部分组成：长碳链的亲油基团（尾部）和亲水的极性基团（头部）。头部亲水尾部亲油的特性，决定了表面活性剂在介质中向界面位置富集的特性和特殊的介质溶解状态。表面活性剂在胶结料内部胶团形式的存在，使得表面活性剂在沥青内部基本以单分子形式存在，尽管沥青内部的含量仅有0.3-0.5%左右，但在沥青内部形成的膜结构数量却相当可观。这个具有润滑作用的膜结构会明显改善沥青对石料的裹覆能力（抗剥落剂的功效）、拌和工作性和压实密实过程，而同时并不显著影响胶结料的粘度。表2为液体表面活性剂型温拌剂典型特性，该特性为本发明表面活性剂选用标准。

表2液体表面活性剂型温拌剂典型特性

项目	单位	技术要求
			外观 25℃	-	黄褐色液体
粘度 25℃	mPa.s	500～1000
			密度 25℃	Kg/m3	0.95～1.05
胺值	mgKOH/g	516～605
			表面张力（0.6g/L）25℃	mN/m	30.0～40.0

上述彩色温拌混合料制备方法，包括以下步骤；

S1，将表面活性剂型温拌剂和沥青添加至沥青储存罐，添加的表面活性剂型温拌剂质量为沥青质量的0.3-0.5%；启动沥青储存罐的循环、搅拌装置，并至少循环、搅拌2小时，即得温拌沥青。

温拌沥青的添加，可以显著改善彩色沥青混合料裹腹效果，增加石料、沥青和添加剂之间结合力，并可以适当降低混合料各环节加工温度，取得节能减排的效果。

S2，将级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维投入拌合楼拌缸进行干拌；彩色沥青混合料添加剂采用直投式添加，投放量为沥青混合料质量的2-4%，在沥青混合料拌料过程中，直接通过专用设备投放至沥青拌和楼拌缸中，并通过专用设备进行计量及校正。

添加后，彩色温拌混合料的干拌时间相对于普通热拌沥青混合料，如果延长5-10s，更利于彩色沥青混合料添加剂在混合料中取得更好的分散效果。

一般情况下，未采用温拌沥青的生产过程，干拌拌合温度需要提高10℃，有利于添加剂的更好分散在混合料中；级配石料需要满足公路沥青路面施工技术规范中SMA沥青混合料的级配要求。

通过额外增加直投式彩色沥青混合料添加剂用量大小，并再增加拌合过程中干拌或湿拌的拌合时间5-15s，可以调整混合料使其在同种色系下呈现不同深浅的色差。

S3，干拌完成后在拌合楼拌缸中加入步骤S1制备好的温拌沥青进行湿拌，湿拌完成后即得彩色温拌混合料；采用温拌沥青后，干拌拌和温度可以不加，甚至可以利用温拌沥青技术将彩色沥青混合料拌合温度降低20-40℃。

具体温度控制如下：以SMA-13混合料类型为例，传统情况下，集料加热温度180~190℃，沥青加热温度160~175℃，出料温度185℃。采用本发明工艺生产彩色SMA-13混合料时，沥青加热温度不变，集料加热温度可降低20-40℃，集料加热温度可调整至150~165℃，出料温度降低至150-165℃。其他拌合过程与普通沥青混合料生产工艺相同，不做调整。通过增加彩色沥青混合料添加剂用量大小0.5-3%，并额外再增加拌合过程中干拌或湿拌的拌合时间5-15s，来调整混合料颜色使其在同种颜色下呈现不同深浅的工艺流程。

直投式彩色沥青混合料添加剂中含有5-15%的聚合物粘合剂，该粘合剂的主要成分为交联改性聚酯树脂和线状酸酐改性聚酯树脂的反应物，它的加入可以提高沥青混合料内部的粘结强度，可以间接的降低混合料配比中沥青的比例，例：混合料中添加3%的彩色沥青混合料添加剂，会让沥青混合料中额外含有3%*20%=0.6%的聚合物粘合剂，而混合料中沥青的比例约6.5%，从粘合强度的角度来讲，结合沥青混合料其他性能指标测试前提下，可以适当使沥青总用量5-10%降低至5.9-6.2%。

彩色温拌混合料的制备方式及性能参数实例：

以SMA-13沥青混合料为例，沥青采用SBS改性沥青；沥青混合料类型采用SMA-13级配（见表2），最佳油石比为：6.1%。

表3彩色温拌沥青混合料试验采用的级配（SMA-13）

筛孔尺寸（mm）	19.0	16.0	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
												通过率（%）	100	100	97.7	59.6	24.5	20.8	18.2	15.2	13.4	12.2	9.9

表4彩色温拌沥青混合料（SMA-13）性能指标检测结果

表5彩色温拌沥青混合料（SMA-13）排放物标检测结果

表6彩色温拌沥青混合料（SMA-13）能耗检测结果

混合料类型	出料温度	燃油消耗量	节能幅度
				传统沥青混合料	185℃	6.8Kg/t
彩色温拌沥青混合料	165℃	5.3Kg/t	22%

本发明提供的彩色沥青混合料添加剂，即直投式彩色沥青混合料添加剂，通过聚合物粘合剂的添加，并用低熔点的乙烯-醋酸聚合物作载体的通过热熔和造粒而成，显著加强了色彩、沥青、石料之间的粘附性，延长彩色寿命。通过添加表面活性剂型温拌改善彩色沥青混合料，解决了因拌和工艺易产生的颜色不均匀、裹覆效果差的问题。本发明提供的彩色温拌混合料，即彩色温拌沥青混合料，采用了预先制备彩色沥青混合料添加剂的添加，不改变原有混合料配合比，采用路用沥青而非脱色沥青作为胶结料，生产出一种高性能的彩色沥青混合料；通过在沥青中表面活性剂型温拌剂的添加，改善石料和沥青的粘附性，使颜色的更加均匀，而且沥青温拌技术的作用降低出料温度，达到节能减排和环保的效果。彩色温拌沥青混合料可以直接采用路用沥青作为胶结料，解决了传统彩色沥青混合料路面性能得不到保证，以及色彩不持久问题。

Claims (10)

1.彩色沥青混合料添加剂，其特征在于：包括质量分数为75-85%的颜料本体，质量分数为5-15%的聚合物粘合剂，质量分数为0.5-2%的亮色剂，质量分数为8-15%的乙烯-醋酸聚合物。

2.根据权利要求1所述的彩色沥青混合料添加剂，其特征在于：所述颜料本体为粉末状的氧化铁红或氧化铁绿；聚合物粘合剂为交联改性聚酯树脂和线状酸酐改性聚酯树脂的反应物；亮色剂为粉末状的聚乙烯PE增亮剂。

3.根据权利要求1-2所述的彩色沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，按上述各组分及各组分的质量百分比备料；

S2，将颜料本体加入反应釜中并搅拌，搅拌温度为80-120℃；

S3，搅拌颜料本体的过程中逐步加入聚合物粘合剂、亮色剂后，持续搅拌不小于3小时，使得原料分散均匀；

S4，将反应釜温度升高至120-150℃，并在搅拌的过程中逐步加入乙烯-醋酸聚合物，持续搅拌不小于3小时；

S5，待反应釜冷却后由螺杆挤出机拉条造粒，即得彩色沥青混合料添加剂。

4.根据权利要求3所述的彩色沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤S5中螺杆挤出机挤出温度为60-100℃，造粒大小为直径φ3mm、长度3mm的颗粒。

5.彩色温拌混合料，其特征在于：包括温拌沥青、级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维。

6.根据权利要求5所述的彩色温拌混合料，其特征在于：所述温拌沥青包括表面活性剂型温拌剂和沥青。

7.根据权利要求5-6所述的彩色温拌混合料制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1，将表面活性剂型温拌剂和沥青添加至沥青储存罐，启动沥青储存罐的循环、搅拌装置，并至少循环、搅拌2小时，即得温拌沥青；

S2，将级配石料、彩色沥青混合料添加剂、木质素纤维投入沥青拌合楼拌缸进行干拌；

S3，干拌完成后在沥青拌合楼拌缸中加入步骤S1制备好的温拌沥青进行湿拌，湿拌完成后即得彩色温拌混合料。

8.根据权利要求7所述的彩色沥青混合料添加剂的使用方法，其特征在于：所述彩色沥青混合料添加剂采用直投式添加，在沥青混合料拌料过程中，通过专用设备投放至沥青拌和楼拌缸中。

9.根据权利要求8所述的彩色温拌混合料制备方法，其特征在于：步骤S1中添加的表面活性剂型温拌剂质量为沥青质量的0.3-0.5%。

10.根据权利要求9所述的彩色温拌混合料制备方法，其特征在于：步骤S2中彩色沥青混合料添加剂的质量为沥青混合料质量的2-4%。