CN111747674B - 一种沥青混合料的高模量改性剂共混物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沥青混合料改性用有机‑无机复合材料，具体为一种沥青混合料的高模量改性剂共混物，所述所述高模量改性剂共混物由改性硫酸钙晶须和聚烯烃组成，且所述改性硫酸钙晶和所述聚烯烃的质量比为20～80:20～80。本发明所述的高模量改性剂共混物用于沥青混合料中，可显著提高沥青混合料的抗车辙性能，也能提高沥青混合料的水稳定性及低温抗裂性能，且还具有原料易得和价格低廉等优点。

Description

一种沥青混合料的高模量改性剂共混物
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料改性用有机-无机复合材料，具体为一种沥青混合料的高模量改性剂共混物。
背景技术
随着沥青道路的建设不断持续高速进行，为克服普通沥青路面车辙病害十分普遍，路面的损坏十分严重的问题，人们采用在道路沥青或沥青混合料中添加高模量剂来提高沥青道路性能，其中SBS等有机聚合物改性沥青混合料因具有良好的抗车辙性能而在高等级沥青公路中得到了最多的应用。但是由于SBS 等改性材料价格高，增加了沥青道路的建设成本。
发明内容
本发明鉴于SBS等改性材料价格高的问题，提供一种价格低廉的而能使沥青混合料的路用性能或可与SBS比拟或更优的沥青混合料的高模量剂改性剂共混物。
一种沥青混合料的高模量改性剂共混物，所述高模量改性剂共混物由改性硫酸钙晶和聚烯烃组成。
本发明的有益效果是：该高模量改性剂共混物利用硫酸钙晶须和聚烯烃的协同作用来提高沥青混合料的路用性能。
进一步地，所述改性硫酸钙晶须和所述聚烯烃的质量比为20～80:20～80。
本发明的有益效果是：高含量硫酸钙晶须有利于提高其抗车辙性能，同时有利于降低高模量改性剂的价格。
进一步地，所述改性硫酸钙晶须为硫酸钙晶须经改性剂进行改性处理后制得。
本发明的有益效果是：本发明的硫酸钙晶须来源广泛，原料易获取。
进一步地，所述改性剂为有机酸、有机酸盐或偶联剂。
本发明的有益效果是：改性硫酸钙晶须有利于提高沥青混合料的抗车辙高温性能，还有利于抗冻裂性能和水稳定性能，且因硫酸钙晶须价格低廉可以显著降低改性剂的价格。
进一步地，所述硫酸钙晶须为二水硫酸钙晶须、半水硫酸钙晶须或无水硫酸钙晶须。
进一步地，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶中一种或几种的混合物。
本发明的有益效果是：其中以聚丙烯为主，聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶为辅有利于兼顾沥青混合料的抗高温性能和耐低温性能。而聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚均有利于提高沥青混合料的低温性能，聚乙烯蜡有利于高含量硫酸钙晶须共混物的造粒加工性。
进一步地，以质量百分比计算，所述混合物中所述聚丙烯：所述聚乙烯：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物：所述聚乙烯蜡：所述三元乙丙橡＝55～70：0～20：0～20： 0～15:0～15。
进一步地，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或均聚聚丙烯。
本发明的有益效果是：采用聚丙烯有利于提高提高沥青混合料的高温性能。
进一步地，所述聚丙烯的熔融指数为3～40g/10min，所述聚乙烯的熔融指数为1～40g/10min，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为1～40g/10min。
一种制备沥青混合料的高模量改性剂共混物的方法，其步骤如下：将原料各组分常温常压下均匀混合后加入双螺杆挤出机中，在筒体温度150～210℃、主机转速250～300rpm与喂料速度350～400kgph熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
本发明的有益效果是：本发明所述的高模量改性剂共混物中采用了高含量硫酸钙晶须，拓展了硫酸钙晶须的应用领域，同时也显著降低沥青混合料的高模量改性剂的价格；此外，还能显著提高沥青混合料的高温抗车辙性能和抗疲劳性能，并能同时提高其水稳定性和低温稳定性。且由于高模量改性剂共混物价格比SBS优势明显，因此可以通过调整改性剂混合物在沥青混合料中的添加量而用于高、中、低不同等级要求的沥青公路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地描述。
在此，需要说明的是，本发明对有机酸、有机盐和偶联剂不进行限定，化学试剂中的有机酸、有机盐和偶联剂均可作为本发明中有机酸、有机盐和偶联剂的具体实施例，如有机酸可以为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸和硬脂酸等，有机盐可以为醋酸钠，苯甲酸钠和乙醇钠等，所述偶联剂可以为硅烷类(氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三乙氧基硅烷(A171)、巯丙基三甲(乙)氧基硅烷(KH580,KH590)、乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792),或乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷)或钛酸酯类(铝酸酯、锆酸酯、硼酸酯)。
本发明中的改性硫酸钙晶须为硫酸钙晶须经改性剂进行改性处理后得到的，其改性处理的具体步骤为：
将硫酸钙晶须和改性剂加入无水乙醇中得到改性混合物，其中，改性混合物中所述硫酸钙晶须与所述改性剂的质量比为100：2，所述硫酸钙晶须与所述无水乙醇的固液比为1:4，依次对所述改性混合物进行搅拌和过滤处理，以得到过滤物，对所述过滤物进行干燥处理即可得到改性硫酸钙晶须，所述干燥处理的温度为70℃～80℃。
本发明中的聚乙烯可以为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯、或聚乙烯回收料。
<实施例1>
本实施例中改性硫酸钙晶须为硫酸钙经氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)进行改性处理后得到的。
聚烯烃为无规共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶的混合物，且混合物中各原料的质量比为：无规共聚聚丙烯: 聚乙烯:乙烯-醋酸乙烯共聚物:聚乙烯蜡:三元乙丙橡胶＝60:10:10:10:10。其中，所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为20g/10min，聚乙烯的熔融指数为15g/10min，乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为25g/10min，本实施例对三元乙丙橡胶的熔融指数不进行限定。
将上述得到的改性硫酸钙晶须和聚烯烃按质量比为25:75在常温常压下均匀混合后加入双螺杆挤出机中，在筒体温度150℃、主机转速在250～300rpm与喂料速度350～400kgph(kg per hour)条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
<实施例2>
本实施例中改性硫酸钙晶须为二水硫酸钙晶须经硬脂酸进行改性处理后得到的。
聚烯烃为嵌段共聚聚丙烯、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶的混合物，且混合物中各原料的质量比为：无规共聚聚丙烯: 聚乙烯:乙烯-醋酸乙烯共聚物:聚乙烯蜡:三元乙丙橡胶＝55:15:5:10:15。其中，所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为10g/10min，聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为7g/10min，本实施例对三元乙丙橡胶的熔融指数不进行限定。
将上述得到的改性硫酸钙晶须和聚烯烃按质量比为35:65在常温常压下均匀混合后加入双螺杆挤出机中，在筒体温度170℃、主机转速在250～300rpm与喂料速度350～400kgph条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
<实施例3>
本实施例中改性硫酸钙晶须为半水硫酸钙晶须经醋酸钠进行改性处理后得到的。
聚烯烃为均聚聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶的混合物，且混合物中各原料的质量比为：无规共聚聚丙烯:聚乙烯:乙烯-醋酸乙烯共聚物:聚乙烯蜡:三元乙丙橡胶＝70:5:5:10:10。其中，所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为30g/10min，聚乙烯的熔融指数为35g/10min，乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为35g/10min，本实施例对三元乙丙橡胶的熔融指数不进行限定。
将上述得到的改性硫酸钙晶须和聚烯烃按质量比为35:65在常温常压下均匀混合后加入双螺杆挤出机中，在筒体温度210℃、主机转速在250～300rpm与喂料速度350～400kgph条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
<对比例1>
本实施例中聚烯烃为均聚聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶的混合物，且混合物中各原料的质量比为：无规共聚聚丙烯:聚乙烯:乙烯-醋酸乙烯共聚物:聚乙烯蜡:三元乙丙橡胶＝70:5:5:10:10。其中，所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为40g/10min，聚乙烯的熔融指数为 35g/10min，乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为40g/10min，本实施例对三元乙丙橡胶的熔融指数不进行限定。
将上述得到的聚烯烃加入双螺杆挤出机中，在筒体温度150℃、主机转速在 250～300rpm与喂料速度350～400kgph条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
<对比例2>
本实施例中改性硫酸钙晶须为硫酸钙经氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)进行改性处理后得到的。
将上述得到的改性硫酸钙晶须加入双螺杆挤出机中，在筒体温度150℃、主机转速在250～300rpm与喂料速度350～400kgph条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
分别对实施例1-3以及对比例1-2得到的高模量改性剂共混物进行性能测试，本发明石料采用AC-20C，沥青采用70号，并将AC-20C和沥青进行混合，以得到沥青混合料，且沥青混合料中的沥青与石料的油石比为1：4.3，将实施例1-3以及对比例1-2得到的高模量改性剂共混物分别与上述沥青混合料进行混合，以得到沥青混合料与高模量改性剂共混物的混合物，其中，混合物中高模量改性剂共混物的质量为沥青混合料中沥青质量的2～7％，本发明中各试验例沥青混合料与高模量改性剂共混物的混合物的类型如表1所示。
表1混合物的类型
Figure RE-GDA0002621266920000071
对表1所示的各试验例沥青混合料与高模量改性剂共混物的混合物性能检测依据如下行业标准进行：
1.《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)
2.《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)
具体实验室制备工艺：将高模量改性剂共混物与石料同时加入到预热 180-190℃拌和锅中，搅拌30秒，再加入温度为155-165℃沥青搅拌90秒，最后加入矿粉搅拌90秒。
对表1中各混合物(每个试验例中混合物的用量均相同)进行马歇尔性能、水稳定性和高低温性能测试，检测指标包括浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度、最大低温弯拉应变。各混合物的性能测试结果为表2所示。
表2各沥青混合料与高模量改性剂共混物的混合物的实施例性能
Figure RE-GDA0002621266920000072
Figure RE-GDA0002621266920000081
从表2可以看出，在沥青混合料中加入本发明高模量改性剂共混物后，沥青混合料的高温稳定性较普通沥青有显著提高，水稳定性、低温抗裂性能较普通沥青混合料也有改善，只是在高模量改性剂共混物中硫酸钙晶须高达60％时最大低温弯拉应变才略有下降。
此外，由表2还可得知，所有实施例的车辙实验动稳定度都达高于4000次 /mm，更多的高于5000次/mm，还有达到6000次/mm的。由此表面，本发明中高模量改性剂共混物的改性作用，在一定的范围内主要取决于加入其中改性硫酸钙晶须含量，晶须含量越高，其对沥青混合料的抗车辙性能提高能力越强，但达到极值量后会降低。如实施例3-1和3-2所示，高模量改性剂共混物中改性硫酸钙晶须含量高到一定程度，沥青混合料中的掺量降低反而有利于性能的提高，因而这种高含量石膏晶须改性剂其性价比更高。另外，从空白对比例01和空白对比例02可知，纯聚烯烃共混物和纯改性硫酸钙晶须对沥青混合料的水稳定性和低温稳定性作用相反，前者起降低作用，后者起提高作用，但对低温抗裂性能这相反。不过，两者对沥青混合料抗车辙性能具有一定的提高作用，但均不大明显。而两者共混后则对抗车辙性能具有显著提高作用，这意味着在共混物中这两者对抗车辙性能具有协同提高作用。通过表2中的对比例(普通SBS 改性沥青混合料)还可以看出，掺有本发明高模量改性剂共混物的混合物除低温抗裂性能外，其它路用性能不亚于甚至更优于同掺量的SBS改性普通沥青混合料的性能。且对沥青混合料的拌合工艺基本不变，还免去了SBS改性沥青的设备及工艺操作过程，且价格比SBS材料也低得多。因此，在对低温抗裂性能要求不是特别高的区域，本发明的高模量改性剂共混物可替代SBS材料，显著降低沥青道路的建设成本。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以中零部件位于以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种沥青混合料的高模量改性剂共混物，其特征在于，所述高模量改性剂共混物由改性硫酸钙晶须和聚烯烃组成，且所述改性硫酸钙晶须 和所述聚烯烃的质量比为35:65；
所述改性硫酸钙晶须为硫酸钙晶须经改性剂进行改性处理后制得；
所述改性剂为醋酸钠；
所述硫酸钙晶须为半水硫酸钙晶须；
所述聚烯烃为均聚聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡和三元乙丙橡胶的混合物；
以质量百分比计算，所述混合物中，所述均聚聚丙烯：所述聚乙烯：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物：所述聚乙烯蜡：所述三元乙丙橡胶=70:5:5:10:10。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料的高模量改性剂共混物，其特征在于，所述聚丙烯的熔融指数为3~40g/10min，所述聚乙烯的熔融指数为1~40g/10min，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为1~40g/10min。
3.一种如权利要求1或2所述沥青混合料的高模量改性剂共混物的制备方法，其特征在于，步骤如下：将原料各组分常温常压下均匀混合后加入双螺杆挤出机中，在筒体温度150~210℃、主机转速250~300 rpm 和喂料速度350~400 kgph条件下熔融挤出，再切粒、干燥后得到高模量改性剂共混物。
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