CN111303645B - 环保橡胶沥青、沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路工程领域，具体提供环保橡胶沥青、沥青混合料及其制备方法和应用；该环保橡胶沥青，包括或由以下原料组成：石油沥青、废轮胎胶粉、脂肪醇和催化剂，其中所述脂肪醇占原料总量的1.5‑3.0wt％。本发明的环保型橡胶沥青加热时气味小，质量优良，其离析更小，具有更好的热储存稳定性，将本发明的环保橡胶沥青生产沥青混合料时，拌和、摊铺使用时气味小，硫化氢和二氧化硫等有害气体排放量少，烟气少，保护环境，改善生产过程，保护施工人员的身体健康。

Description

环保橡胶沥青、沥青混合料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及环保橡胶沥青、沥青混合料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

以废橡胶轮胎粉与石油沥青加工的橡胶沥青所具有的高温抗车辙、低温抗开裂、抗疲劳、耐老化等优良路用性能，已被国内外大量的工程实例所证明，在世界许多国家得到推广应用。橡胶沥青不仅可为道路工程建设提供优质的建设材料，节约石油沥青资源，还可以解决废橡胶轮胎“变废为宝”的固废消化渠道，因此以轮胎胶粉生产橡胶沥青具有良好经济效益和社会效益。

发明人发现，虽然橡胶沥青是优质的“资源循环利用”材料，但对环境却不“友好”，难以实现橡胶沥青的环保型生产。传统的橡胶沥青生产工艺是将沥青加热到190-210℃，加入15-25％的废轮胎胶粉搅拌研磨一定的时间，来生产橡胶改性沥青，在此生产过程会释放出大量硫化氢、二氧化硫及小分子硫醇硫醚等有害气体，具有特殊臭味，污染环境，危害操作人员的身体健康，响橡胶沥青的生产和应用。

发明内容

因此，本发明针对橡胶沥青及其混合料生产和应用时存在臭味大、硫化氢、二氧化硫等有害气体排放量高、环境污染严重等缺点，提供了一种环保橡胶沥青、包含该环保橡胶沥青的沥青混合料及其制备方法和应用。本发明相较于传统的橡胶沥青及其生产工艺，在沥青高温生产过程以及制备沥青混合料时可有效减少硫化氢、二氧化硫的释放量，降低臭气排放浓度，从而实现橡胶沥青及其混合料的环保生产；同时本发明的环保橡胶沥青具有较好的热储存稳定性和高温性能，包含本发明环保橡胶沥青的沥青混合料相较于传统的沥青混合料具有更好的高温稳定性，更好的高温抗车辙性能，更优的低温弯曲破坏应变，赋予沥青混合料优良的路用性能。

具体地，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种环保橡胶沥青，其包括或由以下原料组成：石油沥青、废轮胎胶粉、脂肪醇和催化剂，其中所述脂肪醇占原料总量的1.5-3.0wt％。

本发明所述环保橡胶沥青的组成中加入了脂肪醇和催化剂，使之与橡胶沥青中的含硫基团发生化学反应，生成沸点更高、热稳定性更好的物质，从而将硫“锁在”沥青中，降低橡胶沥青生产时的臭味，减少硫化氢和二氧化硫排放量，实现橡胶沥青的环保生产，保护环境；另外，以环保型橡胶沥青生产沥青混合料可降低臭气浓度，减少硫化氢、二氧化硫等有害气体排放量，解决环境污染严重问题，另外可以避免橡胶沥青在高温拌和时释放出刺鼻气味的小分子硫醚、硫醇等有害气体。

在本发明的一些实施方式中，本发明所述环保橡胶沥青包括或由以下原料组成：石油沥青70-80wt％，废轮胎胶粉15.0-30.0wt％，脂肪醇1.5-3.0wt％，催化剂0.15-0.3wt％，其中，各原料含量之和≤100wt％。

在较优的实施方式中，本发明所述环保橡胶沥青由以下原料组成：石油沥青75-80wt％，废轮胎胶粉15.0-30.0wt％，脂肪醇1.5-3.0wt％，催化剂0.15-0.3wt％，其中，各原料含量之和为100wt％。该组成的环保橡胶沥青能够显著降低生产过程中有害物质的排放，并且该环保橡胶沥青具有较好的热储存稳定性和高温性能。

进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述环保橡胶沥青由以下原料组成：石油沥青75-78wt％，废轮胎胶粉15.0-30.0wt％，脂肪醇1.5-2.0wt％，催化剂0.15-0.2wt％，其中，各原料含量之和为100wt％。该组成的环保橡胶沥青能够更加显著地降低生产过程中有害物质的排放，其中生产尾气中硫化氢浓度降低43％以上，二氧化硫的浓度降低65％以上，臭气浓度降低52％以上，并且该环保橡胶沥青具有较低的软化点差和较高的软化点，表现出优异的热储存稳定性和高温性能。

在本发明的一些实施方式中，所述石油沥青可以是70#沥青或者90#沥青，比如炎热地区可采用70#沥青，寒冷地区采用90#沥青。

在本发明的一些实施方式中，所述废轮胎胶粉为卡车废轮胎胎面胶磨成的30-40目胶粉。

所述废轮胎胶粉质量指标要求与传统橡胶沥青生产相同，在本发明的组成中能够更加有效改善沥青的高温抗车辙，低温抗开裂，抗老化，抗疲劳性能，赋予沥青混合料优良的路用性能。在本发明的一些实施方式中，所述废轮胎胶粉的加入量为15-30w％，进一步优选为15-25wt％，尤其以20wt％更优；加量太多，比如超过30wt％，改性沥青粘度太大，在高温下才能应用，增加使用难度；加量过少，比如低于15wt％，沥青改性效果不明显，对沥青的路用性能改善不明显。

在本发明的一些实施方式中，所述脂肪醇为十六醇或十八醇，或者为十六醇和十八醇的任意比例混合物。

在一定温度下比如180-190℃的条件下，脂肪醇与沥青中的硫化物或巯基等含硫基团发生化学反应，生成沸点更高、热稳定性更好的有机硫化物，减少硫化氢、二氧化硫等有害气体的释放，降低臭气浓度。脂肪醇的加量与胶粉的加量有关，约为胶粉的10wt％左右，在沥青原料中占量为1.5-3.0wt％。脂肪醇加量越多除臭效果越好，但是剂量过多比如高于3.0wt％则影响沥青的水稳定性，加量过少比如低于1.5wt％则除臭效果不明显，在本发明的实施方式中，脂肪醇的用量为1.5-2.5wt％尤其1.5-2.0wt％，特别是2wt％时综合效果最好。

在本发明的一些实施方式中，所述催化剂为钨酸钾(K₂WO₄)。钨酸钾可以降低反应的活化能，降低反应温度，缩短反应时间，提高转化率。催化剂比较昂贵加量过多成本太高，加量太少影响化学反应进程，转化率低，除臭效果不明显。因此，本发明中钨酸钾的用量控制在0.15-0.3wt％，以0.15-0.25wt％尤其0.2wt％更优。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种制备上述第一方面中所述的环保橡胶沥青的方法，其包括将石油沥青加热后，加入催化剂、脂肪醇和废轮胎胶粉，搅拌均匀后研磨，即得。

本发明可在传统的橡胶沥青生产装置上直接添加优选的脂肪醇和催化剂，即可直接使用传统的橡胶沥青生产装置。

在本发明的一些实施方式中，所述石油沥青加热至180-190℃；所述石油沥青加热后，依次加入催化剂、脂肪醇和废轮胎胶粉。

在本发明的较优的实施方式中，所述制备方法包括：将石油沥青加热至180-190℃，依次加入催化剂搅拌5-20min，优选10min，然后加入脂肪醇搅拌10-30min，优选20min，再加入废轮胎胶粉研磨80-100min，优选90min，即得。本发明所述研磨方式可采用本领域的常规处理方式，比如搅拌均匀后用剪切机或胶体磨剪切研磨。

在本发明的第三方面，本发明提供了一种沥青混合料，其包含上述第一方面中所述的环保橡胶沥青。

在本发明的实施方式中，所述沥青混合料中沥青可采用本发明的环保橡胶沥青，比如可以将本发明的环保橡胶沥青与集料混合制备沥青混合料，其中，本发明所述环保橡胶沥青的加入量为5-7wt％，比如在使用本发明的环保型橡胶沥青制备连续密级配类型沥青混合料AC-13时，沥青用量为5.4％。

含有本发明的环保橡胶沥青的沥青混合料的性能不仅能够达到规范技术要求，而且相较于传统橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性，、更好的高温抗车辙性能以及更优的低温弯曲破坏应变，综合路用性能较优。

以及，含有本发明的环保橡胶沥青的沥青混合料在拌和以及摊铺时气味小，烟气少，有害气体排放浓度低，能够有效地改善橡胶沥青混合料的生产环境。

在本发明的第四方面，本发明提供了上述第一方面中所述的环保橡胶沥青或上述第三方面中所述的沥青混合料作为筑路材料在道路工程建设中的应用。

在本发明所述的实施方式中，以本发明所述的环保橡胶沥青或以本发明所述的沥青混合料作为筑路材料或原料时，能够大大降低生产过程(包括加热制备、拌和以及摊铺等过程)中有害气体包括硫化氢、二氧化硫以及臭气等的排放浓度，保护环境、改善生产过程，保护施工人员身体健康；同时作为筑路材料使用时，相较于传统的材料，在达到规范技术要求的同时，具有更好的高温稳定性，更好的高温抗车辙性能，更优的低温弯曲破坏应变，表现出更为优异的路用性能，是优异的筑路材料。

本发明具有以下有益效果：

1、相比较传统橡胶沥青，本发明的环保型橡胶沥青产品加热时气味小，本发明的环保型橡胶沥青质量优良，其离析更小，具有更好的热储存稳定性；其沥青混合料质量符合《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求。

2、相比较传统的橡胶沥青生产工艺，本发明的环保型橡胶沥青生产时有脂肪醇参与催化反应，具有使橡胶沥青体系中硫化氢、二氧化硫等有害气体排放量少，臭气浓度低等优点。

3、本发明可在传统的橡胶沥青生产装置上直接添加使用，用以生产环保橡胶型沥青，该沥青与集料拌和生产混合料、摊铺使用时气味小，硫化氢和二氧化硫等有害气体排放量少，烟气少，保护环境，改善生产过程，保护施工人员的身体健康。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

本发明可在传统的橡胶沥青生产装置上直接添加优选的脂肪醇和催化剂，即可直接使用传统的橡胶沥青生产装置，通过化学反应降低橡胶沥青生产时的臭味，减少硫化氢和二氧化硫排放量，实现橡胶沥青的环保生产；制备得到的橡胶沥青与集料拌和生产混合料、摊铺使用时气味小，硫化氢和二氧化硫等有害气体排放量少，保护环境，保护施工人员的身体健康。

环保型橡胶沥青质量优良，其沥青混合料质量符合《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004技术要求。

实施例1

1、环保型橡胶沥青制备流程是在反应釜中将78.35％沥青加热到190℃，依次添加0.15％催化剂搅拌10分钟、1.5％十八醇搅拌20分钟、20％胶粉搅拌研磨90分钟，即可制得环保型橡胶沥青。

2、本实施例环保型橡胶沥青与传统橡胶沥青制备工及艺物料对比见表1。

表1不同工艺橡胶沥青制备工艺及物料对比

3、橡胶沥青生产烟气采集与检测

上述不同工艺橡胶改性沥青生产时，加入胶粉研磨100分钟后分别在反应釜中采集烟气进行气体组成分析，数据见表2。

表2不同工艺橡胶沥青生产尾气中有害气体分析对比

从上表可看出，采用本发明生产橡胶改性沥青与传统工艺相比，硫化氢浓度降低43.9％，二氧化硫浓度降低65.7％，臭气浓度降低52.0％，可以有效改善橡胶沥青的生产环境。

不同工艺(本发明环保型工艺和传统工艺)生产的橡胶改性沥青技术指标见表3。

表3沥青化橡胶改性沥青技术指标对比

由表3可见，两种工艺生产的橡胶沥青都满足技术要求，但环保型橡胶沥青离析(软化点)差较小，环保型橡胶改性沥青具有较好的热储存稳定性。软化点高，具有更好的高温性能。

4、以上述环保型橡胶沥青制备连续密级配类型沥青混合料AC-13，采用规范《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004要求的马歇尔设计方法，进行沥青混合料的级配设计，沥青用量5.4％，沥青混合料的技术性质见表4；沥青混合料烟气在拌和锅中采集，烟气主要有害气体析见表5。

表4 AC-13不同橡胶沥青混合料技术指标对比

由表4可以看出，环保型橡胶沥青混合料性能都达到规范技术要求，相较传统橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性，动稳定度达到6612次/min，具有更好的高温抗车辙性能；水稳定性与橡胶沥青混合料相当；低温弯曲破坏应变优于传统橡胶改性沥青混合料。因此环保型橡胶沥青混合料路用性能优于传统橡胶沥青。

表5不同工艺橡胶沥青混合料生产拌和锅中有害气体分析对比

从上表可看出，与传统橡胶沥青混合料生产相比，采用本发明生产环保型橡胶沥青混合料时，硫化氢浓度降低31.1％，二氧化硫浓度降低59.4％，臭气浓度降低42.5％，可见使用环保型橡胶沥青生产混合料可以降低有害气体排放，有效改善橡胶沥青混合料的生产环境。

实施例2

1、环保型橡胶沥青制备流程是在反应釜中将77.8％沥青加热到190℃，依次添加0.2％催化剂搅拌10分钟、2.0％十八醇搅拌20分钟、20％胶粉搅拌研磨90分钟，即可得环保型橡胶沥青。

2、环保型橡胶沥青与传统橡胶沥青制备工及艺物料对比见表6。

表6不同工艺橡胶沥青制备工艺及物料对比

3、橡胶沥青生产尾气采集与检测

上述不同工艺橡胶改性沥青生产时，加入胶粉研磨100分钟后分别在反应釜中采集烟气进行气体组成分析，数据见表7。

表7不同工艺橡胶沥青生产尾气中有害气体分析对比

从上表可看出，采用本发明生产橡胶改性沥青与传统工艺相比，硫化氢浓度降低49.0％，二氧化硫浓度降低67.1％，臭气浓度降低55.9％，可以有效改善橡胶沥青的生产环境。

不同工艺生产的橡胶改性沥青技术指标见表8。

表8沥青化橡胶改性沥青技术指标对比

由表8可见，两种工艺生产的橡胶沥青都满足技术要求，环保型橡胶沥青离析(软化点)差较小，环保型橡胶改性沥青具有较好的热储存稳定性。软化点高，具有更好的高温性能。

3、以上述环保型橡胶沥青制备连续密级配类型沥青混合料AC-13，采用规范《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004要求的马歇尔设计方法，进行沥青混合料的级配设计，沥青用量5.4％。

环保型橡胶沥青混合料性能都达到规范技术要求，相较传统橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性，更好的高温抗车辙性能，且优于实施例1；水稳定性与橡胶沥青混合料相当；低温弯曲破坏应变优于传统橡胶改性沥青混合料，且优于实施例1。因此环保型橡胶沥青混合料路用性能优于传统橡胶沥青。

此外，沥青混合料时在拌和锅中采集烟气进行组成分析，有害气体排放量有效降低，降低效果优于实施例1。

实施例3

1、环保型橡胶沥青制备流程是在反应釜中将76.7％沥青加热到190℃，依次添加0.3％催化剂搅拌10分钟、3.0％十八醇搅拌20分钟、20％胶粉搅拌研磨90分钟，即可得环保型橡胶沥青。

2、环保型橡胶沥青与传统橡胶沥青制备工及艺物料对比见表9。

表9不同工艺橡胶沥青制备工艺及物料对比

3、橡胶沥青生产尾气采集与检测

上述不同工艺橡胶改性沥青生产时，加入胶粉研磨100分钟后分别在反应釜中采集烟气进行气体组成分析，数据见表10。

表10不同工艺橡胶沥青生产尾气中有害气体分析对比

从上表可看出，采用本发明生产橡胶改性沥青与传统工艺相比，硫化氢浓度降低57.1％，二氧化硫浓度降低72.9％，臭气浓度降低59.5％，可以有效改善橡胶沥青的生产环境。

不同工艺生产的橡胶改性沥青技术指标见表11。

表11沥青化橡胶改性沥青技术指标对比

由表11可见，两种工艺生产的橡胶沥青都满足技术要求，环保型橡胶沥青离析(软化点)差较小，环保型橡胶改性沥青具有较好的热储存稳定性。软化点高，具有更好的高温性能。

4、以上述环保型橡胶沥青制备连续密级配类型沥青混合料AC-13，采用规范《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004要求的马歇尔设计方法，进行沥青混合料的级配设计，沥青用量5.4％。

环保型橡胶沥青混合料性能都达到规范技术要求，相较传统橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性，更好的高温抗车辙性能，与实施例1相当；水稳定性与橡胶沥青混合料相当；低温弯曲破坏应变优于传统橡胶改性沥青混合料，与实施例1相当。因此环保型橡胶沥青及沥青混合料路用性能优于传统橡胶沥青。

此外，沥青混合料时在拌和锅中采集烟气进行组成分析，有害气体排放量有效降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环保橡胶沥青，其包括以下原料：石油沥青、废轮胎胶粉、脂肪醇和催化剂，其中所述脂肪醇占原料总量的1.5-3.0wt%；所述脂肪醇为十六醇或十八醇，或者为十六醇和十八醇的任意比例混合物；所述催化剂为钨酸钾；

其制备方法包括：将石油沥青加热后，加入催化剂、脂肪醇和废轮胎胶粉，搅拌均匀后研磨，即得。

2.根据权利要求1所述的环保橡胶沥青，其特征在于，其包括或由以下原料组成：石油沥青70-80wt%，废轮胎胶粉15.0-30.0wt%，脂肪醇1.5-3.0wt%，催化剂0.15-0.3wt%，其中，各原料含量之和≤100wt%。

3.根据权利要求1或2所述的环保橡胶沥青，其特征在于，所述废轮胎胶粉为卡车废轮胎胎面胶磨成的30-40目胶粉。

4.一种制备权利要求1至3中任一项所述的环保橡胶沥青的方法，其包括将石油沥青加热后，加入催化剂、脂肪醇和废轮胎胶粉，搅拌均匀后研磨，即得。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述石油沥青加热至180-190℃；

所述石油沥青加热后，依次加入催化剂、脂肪醇和废轮胎胶粉。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将石油沥青加热至180-190℃，依次加入催化剂搅拌5-20min，然后加入脂肪醇搅拌10-30min，再加入废轮胎胶粉研磨80-100min，即得。

7.一种沥青混合料，其包含权利要求1至3中任一项所述的环保橡胶沥青。

8.权利要求1至3中任一项所述的环保橡胶沥青或权利要求7所述的沥青混合料作为筑路材料在道路工程建设中的应用。