CN112175402B - 一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂 - Google Patents

一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，包括67.9％的组分A和32.1％的组分B；组分A包括19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰氨树脂粉末；组分B包括0.6份水溶性环氧树脂固化剂、10份白油、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂、10份蒸馏水。改性剂与沥青拌和后得到改性沥青混合料，具有可塑性和流动性好；粘结力强；铺筑后反应成型强度快、不粘轮、永久性不脱层；塑性高、回弹性好；耐水性能、耐摩擦系数最佳；抗高温、抗低温、抗氧化、抗老化性能等优点。

Description

一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂
技术领域
本发明涉及一种沥青改性剂，具体涉及一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，属于道路路面材料技术领域。
背景技术
随着科技创新和可持续发展战略的进一步贯彻落实，人们的环保意识日益增强，加之国家各项环保法规制度的不断出台，中国公路交通运输建设突飞猛进，在经济和社会效益上成果卓越，公路交通在国民经济和社会发展中发挥着举足轻重的作用。21世纪的公路建设迅猛发展，由传统的水泥路面转化为沥青路面，再转化为贯入式沥青路面，继而转入炒油沥青混凝土路面。我国公路路面结构通常采用沥青路面，由于沥青路面具有表面平整、行车舒适、施工期短、维护方便等优点，但是在公路建设与养护施工中使用较为广泛的是石油沥青产品。
石油沥青在加热使用过程中会产生大量的沥青烟和苯丙吡的排放，挥发到空气中造成严重的环境和生态破坏。所以在公路建设中石油沥青在加热加工使用已成为主要污染源之一。据估计，全球范围内每年向大自然排放的沥青烟和苯丙吡约有1000万吨以上。这些沥青烟和苯丙吡有机化合物的挥发排放到大气中污染了空气，渗入土地里和江河湖海中污染了地表环境，再通过水土、空气直接和间接进入人体和动植物体内，破坏生物体的正常发育和生长，使生物疾病增加，致癌、致畸。此外，沥青烟和苯丙吡甚至能破坏地球大气圈上层的臭氧层，使其失去抵挡太阳紫外线对地球生物伤害能力，给地球生物带来毁灭性破坏。此外，沥青受热过高，高温时间过长，也会产生热氧化、老化等现象，影响改性沥青的质量，降低了沥青路面使用寿命。
因此，如何在公路建设过程中摆脱有机物和沥青烟的束缚，以满足双型道路乃至社会的建设要求是本发明突破的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂及其制备方法与应用，采用精选特殊的高分子废弃材料配制而成，能够有效利用高分子材料废弃物，变废为宝，减少环境污染；改性剂与沥青拌和后得到改性沥青混合料，具有可塑性和流动性好；粘结力强；铺筑后反应成型强度快、不粘轮、永久性不脱层；塑性高、回弹性好；耐水性能、耐摩擦系数最佳；抗高温、抗低温、抗氧化、抗老化性能等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明首先提供一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，包括以下重量百分比的组分：67.9％的组分A、32.1％的组分B；
所述的组分A包括以下重量份的原料：19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末；
所述的组分B包括以下重量份的原料：0.6份水溶性环氧树脂固化剂、10份白油、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂、10份蒸馏水。
上述技术方案中，所述的丁基橡胶废弃物粉末，指的是具有热塑性的丁基橡胶IIR再生粉末，粒径为40目；是废旧的丁基橡胶汽车内胎经收集、处理、粉碎、磨粉后得到的粉末，具有良好的热稳定性，最突出的是气密性和水密性，还具有耐老化和抗氧化性。我国汽车保有量在2.6亿辆，每年废弃轮胎2000万吨，大约有20％以上的废旧轮胎没有被利用，长期堆放，难以降解，成为黑色污染源。
上述技术方案中，所述的聚乙烯废弃物颗粒，指的是具有热塑性、漂浮性的聚乙烯废弃物颗粒，是废旧的聚乙烯(PE)经收集、处理、粉碎、造粒后得到的塑料再生颗粒，粒径为3-6mm。聚乙烯(PE)废弃物颗粒，通常为日常制品(手提袋、水管、油桶、饮料瓶、日常用品等，或者像工业膜、农业膜、方便袋等废弃物)制成的再生颗粒。
上述技术方案中，所述的聚丙烯废弃物颗粒，指的是具有热塑性、漂浮性的聚丙烯废弃物颗粒，粒径为3-6mm。聚丙烯(PP)废弃物颗粒，通常为日常用的盆、桶、塑料家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杆等废弃物制成的再生颗粒。
上述技术方案中，所述的聚氨酯废弃物颗粒，指的是具有热塑性、漂浮性的聚氨酯废弃物颗粒，是废旧的聚氨酯塑料经收集、处理、粉碎、造粒后得到的塑料再生颗粒，粒径为3-6mm。聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，我国年消费量约500万吨(门内板、仪表盘、减震垫、挡泥板、管路、鞋底等废弃物制成的颗粒)，用后就成了垃圾，全国到处都有，将他用来生产改性剂材料充足；聚氨酯的优点很多，该类合成材料综合性出众，而且几乎能用高分子材料的所有加工方法成型，所以应用广泛。聚氨酯具有以下优点：一耐磨；二耐低温性能在-70℃他的弹性模量减很少一点；抗氧性能特别优良，属热塑可以反复加工使用，粘附性好，附着力强。
上述技术方案中，所述的松香改性酚醛树脂颗粒为210#松香改性酚醛树脂颗粒，粒径为6目左右，分子量为700-1000，软化点为95-110℃，羟甲基含量为8-11％，溶点为80-100℃；具有溶解性好、抗水、耐久等特点；在本发明中，松香树脂具有抗压强度、抗冲击、耐磨性、粘接强度等优点。
上述技术方案中，所述的三聚氰胺树脂粉末，粒径为40目(粉状)。为三聚氰胺与甲醛反应所得到的聚合物。特点：具有较大的化学活性很高，强度耐水能力、热稳定性好、低温性能好、耐磨性好优点。
上述技术方案中，所述的水溶性环氧树脂固化剂，为阴离子型水溶性环氧树脂固化剂，粘度为2000(mPa.s/25℃)左右、胺值160(mgKOH/g)左右，固含量60％左右。
上述技术方案中，所述的白油为5号工业白油，闪点不低于(开口)240℃，运动粘度(40℃)4.14-5.06。5号工业级白油(属橡塑基增塑剂)以加氢裂化生产的末转化油，或馏份油经溶剂脱蜡精制而得。它的性能优点为无色、稳定性好、无机械杂质、闪点高、安全性好。
上述技术方案中，所述的高分子表面活性剂，为嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，分子量为1000g/mol，粘度为175mPa.s/25℃。
上述技术方案中，所述的分散剂为BYK-190分散剂。是一种带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液，在产品混合物中增加产品的贮存稳定性，降低产品的粘度。
上述技术方案中，所述的组分A是由以下制备方法制备后得到的：将19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末投加至配设有搅拌机的配料机中，开动搅拌机进行混合，以180r/min的搅拌速度搅拌10min后出料；物料进入开炼机中进行混溶碾压，每次配料3吨、每次碾压40min，常温下循环碾压3次后出料；物料进入剪切破碎机中进行剪切，剪切破碎成3—6目后出料；物料进入冷冻库中进行冷冻，冷冻4h，物料温度达到－40℃后进入粉磨机中进行粉磨，得到60目的粉末为组分A，备用。
上述技术方案中，所述的组分B是通过以下制备方法制备得到的：将10份蒸馏水加入配设有搅拌机的调配罐中，将蒸馏水升温至75-80℃；然后将10份白油加入配设有搅拌机的调配罐内，开动搅拌机，以40r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌15min后添加0.6份水溶性环氧树脂固化剂、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂，添加完毕后，将搅拌速度提高到1500转/min，搅拌10min后得到组分B，备用。
本发明还提供一种上述的采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备组分A：将19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙乙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末投加至配设有搅拌机的配料机中，开动搅拌机进行混合，以180r/min的搅拌速度搅拌10min后出料；物料进入开炼机中进行混溶碾压，每次配料3吨、每次碾压40min，常温下循环碾压3次后出料；物料进入剪切破碎机中进行剪切，剪切破碎成3—6目后出料；物料进入冷冻库中进行冷冻，冷冻4h，物料温度达到－40℃后进入粉磨机中进行粉磨，得到60目的粉末为组分A，备用；
(2)制备组分B：将10份蒸馏水加入配设有搅拌机的调配罐中，将蒸馏水升温至75-80℃；然后将10份白油加入配设有搅拌机的调配罐内，开动搅拌机，以40r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌15min后添加0.6份水溶性环氧树脂固化剂、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂，添加完毕后，将搅拌速度提高到1500转/min，搅拌10min后得到组分B，备用；
(3)向组分B中添加组分A，以180转/min的速度进行搅拌，搅拌15min后出料，得到采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂的成品，成品用塑料桶包装(100kg)。
本发明还提供一种上述的采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂在制备水基型冷拌改性沥青方面的应用。
上述技术方案中，所述的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂在制备水基型冷拌改性沥青时，包括以下步骤：将基质沥青送入配设有搅拌机的调配罐中，开动搅拌机同时对基质沥青进行加热，控制搅拌机的速度为180r/min，控制基质沥青的温度为85-95℃；然后向基质沥青中添加高分子表面活性剂，添加完毕后，再向基质沥青中添加采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，添加完毕后，将搅拌速度升速为500r/min，再向物料体系中添加水温为75-85℃的蒸馏水，搅拌20分钟后出料，得到所述的水基型冷拌改性沥青。该水基型冷拌改性沥青存放时间长，两年内照常使用，不影响质量。成品用塑料桶包装(100KG)
上述技术方案中，所述的高分子表面活性剂为嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，分子量为1000g/mol，粘度为175mPa.s./25℃。
上述技术方案中，所述的高分子表面活性剂，添加量为基质沥青重量的0.6％。
上述技术方案中，所述的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，添加量为基质沥青重量的7.5％。
上述技术方案中，所述的水温为75-85℃的蒸馏水，添加量为物料体系总重的10％。
本发明的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，经过权威机构的多次检测和多年施工现场应用观察，用户和工程技术员的评定，它与基质沥青调配后形成了冷拌改性沥青；冷拌改性沥青与矿料拌和制成的水基型冷拌冷铺沥青混合料具有以下优点：(1)一年四季都可以施工使用；机械摊铺、人工摊铺均可、质量稳定、施工便易、不受冷热气温限制、即铺即通车，特别是对维修路段；(2)可塑性和流动性好；(3)粘结力强；(4)铺筑后反应成型强度快，不粘轮，永久性不脱层；(5)塑性高，回弹性好；(6)耐水性能，耐摩擦系数最佳；(7)抗高温，抗低温，抗氧化，抗老化性能优。15年不易老化，具有抗滑，抗龟裂，抗磨耗的优良性能，造价低又环保，从工程实际应用情况和质量分析可以看出，应用水基型冷拌冷铺改性沥青混合料铺筑路面，保护环境，提高了工程质量，低碳排放，节能环保，快捷经济，具有显著的环境效益，社会效益和经济效益，完全符合绿色、低碳的要求。
本发明中的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，具有以下有益效果：
(1)本发明中的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，它是脂类和助剂合成反应，在严格控制条件得到的，高分子表面活性剂对电解质不敏感，能同各种材料混溶(属水溶性和混溶化合物)，无毒、无害同时在使用时不影响地下水源；使用温度-10℃至85℃、存放时间一年内为保质期，一年内质量稳定。
(2)本发明中的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，在分子中没有电荷，是一种有广泛用途的化合物。
(3)本发明中的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，解决了脂不溶于水的难题；采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂的作用在于改善脂类材料的成分与基质沥青之间的相互作用，增进成分的断链提高生产过程中的和易性，实现成分与润湿表面功能。
本发明中，利用采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂剂与沥青拌和混料进行改性时，对比热拌沥青混合料，具有以下优势：
(1)拌和混合料时不需要矿料加温。在-10℃—60℃的气候条件下都能拌和沥青混合料，存放时间长，不受气候条件限制，不浪费材料，节约了大量的油料、燃料、运费和人工费，大大减少了路面工程造价。
(2)采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂拌和的冷拌沥青混合料不限制摊铺设备，人工、机械均可施工。即可摊铺新路，又可维修各等级公路路面大小面积坑凼、旧路翻新、重新摊铺，一年四季都可施工。
(3)采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂拌和的冷拌混合料：拌和容易，要求不高，机拌、机铺，也可以采用人工现场路拌，人工摊铺，操作简单。
(4)改性沥青混合料可存放，3年月易运输，铺筑过程简单，使用方便。维修过程中，铺筑后可用压路机碾压，也可以开放交通碾压成型。
(5)采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂生产出来的冷拌沥青混合料塑性高、粘附性强、耐温性好、回弹性好、铺筑的路面不泛油、无车辙、不拥包、不推移、低温-40℃不龟裂、稳定性优良。具有较高的耐磨性能结构，老化速度比热拌沥青混合料慢一倍以上，路面使用寿命长。
(6)采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂生产出来的冷拌沥青混合料，在铺筑过程中不会影响交通，即铺即通，车流量越大，路面越容易压实，无脱落松散现象。
(7)固化时间：采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂生产出来的冷拌沥青混合料，铺筑碾压后，从粗树脂升为高分子树脂是接链反应的过程。所以，混合料铺筑后即开始接链反应，根据各地的自然条件下4—8小时内完成全部接链反应，完成其碾压方法和热拌沥青相同，使用钢轮胶轮压路机各碾压3-4遍后，自然养身30-60分钟后开放交通，不影响交通。
(8)抗老化佳，寿命长。水基型冷拌沥青混合料不需要高温拌和铺筑，沥青质量不受影响，耐冲击、抗疲劳，在重荷载反复碾压下，不易老化。
(9)环保性好，施工过程不加热，就不会蒸发出大量难闻的气体、无毒无害，有利于环境保护和施工人员的身体健康，路面铺筑好后，车过无灰尘，对大气、土壤和地下水均无污染。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
本发明的以下实施例中涉及到的设备均为本领域常规设备和自制设备：
①配料机：一台4200立升的立式配料机，动力30KW(千瓦)，转速180转/分(r/min)，叶片采用的锯叶型叶片(不能用桨式搅拌器)；
②开炼机：一台610型开炼机，是四川亚西机械厂生产的大型开炼机，重量11吨，动力55KW(千瓦)；
③剪切破碎机：一台四川亚西机械厂生产的，重量15吨，动力115KW(千瓦)；
④粉磨机：三台低温磨粉机，德国进口，重量20吨，动力210KW(千瓦)；
⑤210M3冷冻库，4h(小时)达到-40℃，将所有材料冷冻到零下-40℃后进入磨粉机密封式磨粉；
⑥调配罐：一台带有中速双搅拌器的调配罐，适用于制备组分B和调配沥青改性剂；容量35M3(立方)，动力30KW(千瓦)，转速从0-1500r/min(转/分)，搅拌叶片锯叶型；
⑦Φ60型真空泵2台，主要用于研磨进出料，自控开机，自动送料；
⑧调配罐：一台带中速搅拌机的调配罐，适用于制备改性沥青；容量为30-50M3，搅拌速度500r/min(转/分钟)，动力11KW(千瓦)双搅拌机，搅拌叶片为锯叶型；
⑨电加热水罐：主要用于对蒸馏水加热，一个，容量为10M3，水泵一台φ32，动力22.2KW(千瓦)。
本发明的以下实施例中涉及到的废弃物颗粒和树脂为购买的市售产品，购买于四川内江椑木镇(西南再生资源产业园)、莱州市沙河镇路旺塑料工业园、营口开发区东北最大塑料生产集散地；国内再生塑料市场集中于河北、天津、山东、江苏、福建、浙江、广东等地区，都能采购得到。
下面结合具体的实施例，对本发明进行阐述：
实施例1：
一种采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，包括以下重量百分比的组分：67.9％的组分A、32.1％的组分B；
所述的组分A包括以下重量份的原料：19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末；
所述的组分B包括以下重量份的原料：0.6份水溶性环氧树脂固化剂、10份白油、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂、10份蒸馏水；
所述的组分A是通过以下制备方法制备得到的：将19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙乙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末投加至配设搅拌机的配料机中，开动搅拌机进行混合，以180r/min的搅拌速度搅拌10min后出料；物料进入开炼机中进行混溶碾压，每次配料3吨、每次碾压40min，常温下循环碾压3次后出料；物料进入剪切破碎机中进行剪切，剪切破碎成3—6目后出料；物料进入冷冻库中进行冷冻，冷冻4h，物料温度达到－40℃后进入粉磨机中进行粉磨，得到60目的粉末为组分A，备用。
所述的组分B是通过以下制备方法制备得到的：将10份蒸馏水加入配设有搅拌机的调配罐中，将蒸馏水升温至75-80℃；然后将10份工业5号白油加入调配罐内，开动搅拌机，以40r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌15min后添加0.6份水溶性环氧树脂固化剂、8.5份高分子表面活性剂，3份分散剂，添加完毕后，将搅拌速度提高到1500转/min，搅拌10min后得到组分B，备用。
所述的沥青改性剂是通过以下制备方法制备得到的：向组分B中添加组分A后进行搅拌，以180r/min的搅拌速度15min后出料，得到采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂的成品，成品用塑料桶包装(100KG)。
本实施例中，所述的丁基橡胶废弃物粉末，粒径为40目；
本实施例中，所述的聚乙烯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；
本实施例中，所述的聚丙烯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；
本实施例中，所述的聚氨酯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；
本实施例中，所述的松香改性酚醛树脂颗粒为210#松香改性酚醛树脂颗粒，粒径为6目左右，分子量为700-1000，软化点为95-110℃，羟甲基含量为8-11％，溶点为80-100℃；
本实施例中，所述的三聚氰胺树脂粉末，粒径为40目；
本实施例中，所述的水溶性环氧树脂固化剂，为阴离子型水溶性环氧树脂固化剂，粘度为2000(mPa.s/25℃)左右、胺值160(mgKOH/g)左右，固含量60％左右；
本实施例中，所述的白油为5号工业白油，闪点不低于(开口)240℃，运动粘度(40℃)4.14-5.06；
本实施例中，所述的高分子表面活性剂，为嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，分子量为1000g/mol，粘度为175mPa.s/25℃；
本实施例中，所述的分散剂为BYK-190分散剂。
实施例2：
:一种水基型冷拌改性沥青，是通过下述方法制备而成的：
将70号基质沥青送入配设有搅拌机的调配罐中，开动搅拌机同时对基质沥青进行加热，控制搅拌机的速度为180r/min，控制基质沥青的温度为85-95℃；然后向70#基质沥青中添加嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，添加量为基质沥青重量的0.6％，添加完毕后，再向基质沥青中添加实施例1中得到的采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，添加量为基质沥青重量的7.5％；添加完毕后，将搅拌速度升速为500r/min，再向物料体系中添加水温为75-85℃的蒸馏水，蒸馏水的添加量为物料体系总重的10％，搅拌20分钟后出料，得到水基型冷拌改性沥青(产品为流动性的液体状态)。
验证实施例1：拌合现场和铺摊现场气体排放检测
实施例2中得到了水基型冷拌改性沥青，将实施例2中得到的水基型冷拌改性沥青与矿料进行拌和油石比为5％得到冷拌沥青混合料；将70号沥青加热到160-180℃，且在此温度下将沥青与矿料进行拌和油石比为6.5％，得到热拌沥青混合料；对拌和过程中产生的气体进行收集和监测，监测结果如表1所示：
表1拌合现场气体排放检测结果
测试项目 单位 热料 冷料 降幅
二氧化碳CO<sub>2</sub> Mg/m 206 0.13 99.94
氮氧化合物NO<sub>X</sub> Mg/m 151 3.33 97.74
一氧化碳CO Mg/m 104 11.43 90.1
二氧化硫SO<sub>2</sub> Mg/m 13 0.10 99.23
烟尘 Mg/m 5.6 0.27 95.40
将得到的冷拌沥青混合料和热拌沥青混合料进行铺摊，热拌沥青混合料拌摊铺温度不能低于160℃，否则不能形成压实要求，达不到道路规范要求，必须搅拌完成后立即铺摊；而冷拌改性沥青混合料拌合时不需要对矿料加热和沥青加热，所以产生的沥青烟就少，摊铺不需要加热，冷拌冷铺，对环境污染减小。对二种铺摊现场产生的气体进行收集和监测，结果如表2所示：
表2铺摊现场气体排放检测结果
Figure GDA0003396550260000091
Figure GDA0003396550260000101
每吨冷拌沥青混合料节约燃油6.5kg，天然气费用24元，煤费用23元，大约节约电费3元。本发明特点：低温合成，化学改性，组合结构科学，产品生产、应用绿色环保，0℃-60℃下呈现液态，密封存放2年不离析，质量稳定，路面成模密封极佳，稠度大、粘附性强、防水性好，路面水稳性好、塑性高，回弹性好、温差稳定性强、抗疲劳、不龟裂、施工方便、不受冷热气温限制，在-30℃至60℃条件下均可施工。沥青混合料的拌合，可以直接采用传统的混凝土强力搅拌机生产。
验证实施例2：三大指标比较
没有添加采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂之前70号沥青和90号沥青的三大指标如表3所示：
表3：基质70号沥青和90号沥青的三大指标(未加改性剂)
指标 70号 90号
针入度(25℃、100g.5s)(0.1mm) 60-80 80-100
延度(5℃、5m/mim)(㎝) 20 45
软化点TR&B(℃) 46 45
表4：未添加表面活性剂及蒸馏水的改性70号沥青的三大指标
Figure GDA0003396550260000102
70号沥青添加采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂之后得到的水基型冷拌改性沥青(即实施例2产品罐中的产品)的三大指标如表5所示：
表5：添加沥青冷拌改性剂得到的水基型冷拌改性沥青的三大指标
Figure GDA0003396550260000111
本发明中的冷拌沥青改性剂，一年四季均可施工，机械摊铺、人工摊铺、质量稳定、施工方便、不受冷热气温限制、即铺即可通车、对于维修路面工程提供了更好的施工方案，摊铺混合料为冷拌料，摊铺不需要加热，对环境不会造成污染。拌合沥青混合料时，矿料、沥青都不用加温、常温拌合、无沥青烟排放，然而热拌沥青混合料，在拌合铺筑过程中和铺筑后有大量的有机物排放，给环境造成严重的影响。此外，水基型改性沥青混合料，具有可塑性和流动性好；粘结力强；铺筑后反应成型强度快、不粘轮、永久性不脱层；塑性高、回弹性好；耐水性能、耐摩擦系数最佳；抗高温、抗低温、抗氧化、抗老化性能等优点。
验证实施例3：60℃旋转蒸发反应测试
60℃旋转蒸发反应，测试的是水基型冷拌改性沥青中的表面活性剂的固化速度以及对沥青性能的影响：水基型冷拌改性沥青掺入表面活性剂后的冷拌沥青具有良好的工作性，但是，若表面活性剂量大小或固化速度慢，将使沥青混合料的强度增长慢，甚至不能成型，影响其应用性能，在车辆作用下产生车辙，推挤，养护时间长等。为认识水基型改性沥青中表面活性剂的固化规律，研究用不同方法对其进行固化试验，以确定施工时水基型改性沥青混合料的养生时间与应用条件。
由于沥青的成分复杂，在其中加入任何添加剂，不但影响沥青性能，同时还可能会影响表面活性剂的固化，而不同的固化方法包括施工中的自然固化，拌和过程中加热固化等，都会影响表面活性剂的固化速度。为此本发明对水基型改性沥青进行了固化与速度的测定试验，对水基型改性沥青中的表面活性剂进行了旋转蒸发试验，结果如表6所示：
表6、旋转蒸发试验结果
固化时间 固化后质量(g) 固化比(％) 高分子水基冷拌剂掺量
0min 215.02 0.00 15
10min 210.84 1.94 15
20min 207.45 3.52 15
30min 204.48 4.90 15
40min 204.04 5.11 15
50min 202.95 5.61 15
60min 201.93 6.09 15
由表6可知，随着时间增加，表面活性剂在不断固化。
验证实施例4：不同拌和温度下、不同击实次数的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验结果：
先将沥青改性剂与基质沥青混合后得到改性沥青，也就是本发明实施例2中记载的水基型冷拌沥青，然后开动搅拌机，将水基型冷拌沥青的温度降低至表7-10中所述的拌和温度，在所述的拌和温度下，将水基型冷拌沥青和矿料进行拌和(油石比为5％)，得到改性冷拌沥青混合料；最后将改性冷拌沥青混合料制成马歇尔试件，常温下养生6小时，在常温下测试，马歇尔指标试验结果如表7-10所示：
表7：拌和温度0-5℃下、不同击实次数的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验结果
击实次数 P g/㎝ MS KN FL(mm) VV(％) VMA(％) VFA(％)
50 2.31 5.30 7.75 6.27 19.06 61.01
75 2.36 6.84 6.63 4.14 14.15 70.81
100 2.38 7.97 5.82 3.47 13.55 74.4
表8：拌和温度10-15℃下、不同击实次数的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验结果
击实次数 P g/㎝ MS KN FL(mm) VV(％) VMA(％) VFA(％)
50 2.34 6.70 6.11 5.12 16.01 65.95
75 2.37 8.15 5.76 3.63 13.70 73.5
100 2.39 8.61 4.52 2.96 13.09 77.41
表9：拌温度60℃下、不同击实次数的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验结果
Figure GDA0003396550260000121
Figure GDA0003396550260000131
表10：不同拌和温度和击实功率条件下改性冷拌沥青混合料的马歇尔性能指标结果比较
Figure GDA0003396550260000132
由表7、8、9和10可知：(1)在相同击实功率下，随着拌和温度升高，混合料的密度增大，稳定度增大，流值减小，空隙率降低，提高拌和温度有利于提高混合料的密度和力学强度。(2)在拌和温度小于30℃条件下，混合料的稳定度和密度随击实功率增大，流值逐渐减小，而拌和温度达到60℃时，流值则随击实功率的增大而增大，空隙率随击实功率的增大而降低。(3)随着击实功率的增大，沥青混合料的密度增加，稳定度增大，流值减小，孔隙率降低。若以稳定度、流值和孔隙率为标准，在30℃以下拌和的温度，增大击实功率，达到双面击各100次稳定度、流值、空隙率最好。
验证实施例5：不同养生时间的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验结果
养生时间指的是指冷拌改性沥青混合料在自然环境(即常温下)中养生的时间；将实施例2中得到的水基型冷拌沥青在常温下与和矿料进行拌和(油石比为如表11-13所示)，得到改性冷拌沥青混合料；最后将改性冷拌沥青混合料制成马歇尔试件，在常温下按照表11-13中记载的时间进行养生，在常温下测试，马歇尔指标试验结果如表11-13所示：
表11、养生140分钟的改性冷拌沥青混合料的马歇尔试验结果
油石比％ Ρ g/cm<sup>3</sup> MS KN FL 0.1mm VV％ VMA％ VfA％
3.5 2.34 8.09 5.86 6.45 13.88 53.53
4.0 2.36 8.89 8.48 5.18 13.71 62.24
4.5 2.37 8.19 6.00 4.07 13.57 71.04
5.0 2.41 7.94 5.76 2.14 13.62 83.48
5.5 2.40 7.90 6.34 .57 13.57 87.23
表12、养生160分钟的改性冷拌沥青混合料的马歇尔试验结果
油石比％ Ρ g/cm<sup>3</sup> MS KN FL 0.1mm VV％ VMA％ VfA％
3.5 2.34 10.24 4.04 6.38 13.81 53.85
4.0 2.36 10.64 5.29 4.98 13.53 63.1
4.5 2.37 9.63 3.31 4.04 13.66 70.50
5.0 2.0 9.36 6.19 2.58 13.40 82.76
5.5 2.39 9.34 5.45 1.70 13.54 87.45
表13、养生360分钟的改性冷拌沥青混合料的马歇尔试验结果
油石比％ Ρ g/cm<sup>3</sup> MS KN FL 0.1mm VV％ VMA％ VfA％
3.5 2.35 9.19 5.86 6.36 13.52 55.25
4.0 2.37 8.10 5.67 4.65 13.38 63.99
4.5 2.38 7.16 5.77 3.74 13.40 72.09
5.0 2.40 8.13 5.75 2.33 13.12 82.22
5.5 2.39 7.62 6.45 2.13 13.79 85.63
由表11、12和13可知冷拌沥青混合料在摊铺施工之后，承受着车辆荷载的不断作用，为了不会产生拥包和推移等病害，冷拌沥青混合料在铺筑后应该尽快形成一定的初始强度。随着使用时间的推移，表面活性剂的固化剂不断加速固化，路面强度会越来越强。
验证实施例6：不同龄期和测试温度的改性冷拌沥青混合料的马歇尔指标试验
将实施例2中得到的水基型冷拌沥青在常温下与和矿料进行拌和(油石比如表14所示)，得到改性冷拌沥青混合料；最后将改性冷拌沥青混合料制成马歇尔试件，以下测试了常温养生(固化)140分钟、160分钟、360分钟三个龄期的冷拌沥青混合料的马歇尔性能指标，试验结果如下：
表14、不同龄期和测试温度条件冷拌沥青混合料的马歇尔性能指标对比
Figure GDA0003396550260000141
Figure GDA0003396550260000151
由表14中可知，随着养生龄期的增加，冷拌沥青中的表面活性剂不断固化，混合料的稳定度逐渐增大，若以水基型冷拌沥青测试温度25℃，稳定度达到5-8KN为评定标准，则冷拌混合料的养生160分钟就能满足要求，但与热拌沥青混合料相比，要养生8小时才能基本满足要求，而冷拌沥青改性剂混合料对于重车较多的道路，在维修路面产生维修的时间减少。
由上述结果可知，基质沥青添加水基型冷拌改性剂后使改性沥青在常温度条件具有流动性的液体改性沥青，拌好的改性沥青混合料有很高塑性、连粘性、双有很好的流动性。这种改性沥青不同于乳化沥青，也不同于普通的液体沥青。用其拌制的冷拌改性沥青混合料是一种，不同于热拌沥青混合料；不同于冷拌冷铺乳化沥青混合料；也不同于油用性冷拌沥青混合料，水基型冷拌改性沥青混合料在常温下具有施工流动性要求的沥青混合料。水基型冷拌改性沥青混合料的特点：拌和沥青和集料不需要加热，(1)改性沥青混合料摊铺一年四季都可以施工使用；机械摊铺、人工摊铺均可、质量稳定、施工便易、不受冷热气温限制、即铺即通车，特别是对维修路段；(2)可塑性和流动性好；(3)粘结力强；(4)铺筑后反应成型强度快，不粘轮，永久性不脱层；(5)塑性高，回弹性好；(6)耐水性能，耐摩擦系数最佳；(7)抗高温，抗低温，抗氧化，抗老化性能优。15年不易老化，具有抗滑，抗龟裂，抗磨耗的优良性能，造价低又环保，从工程实际应用情况和质量分析可以看出，应用水基型冷拌冷铺改性沥青混合料铺筑路面，保护环境，提高了工程质量，低碳排放，节能环保，快捷经济，具有显著的环境效益，社会效益和经济效益，完全符合绿色、低碳的要求。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：67.9％的组分A、32.1％的组分B；
所述的组分A包括以下重量份的原料：19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末；
所述的组分B包括以下重量份的原料：0.6份水溶性环氧树脂固化剂、10份白油、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂、10份蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于：所述的丁基橡胶废弃物粉末，粒径为40目；所述的聚乙烯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；所述的聚丙烯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；所述的聚氨酯废弃物颗粒，粒径为3-6mm；所述的三聚氰胺树脂粉末，粒径为40目；所述的松香改性酚醛树脂颗粒为210#松香改性酚醛树脂颗粒，粒径为6目。
3.根据权利要求1所述的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于：所述的水溶性环氧树脂固化剂，为阴离子型水溶性环氧树脂固化剂，粘度为2000mPa.s/25℃、胺值160mgKOH/g，固含量60％。
4.根据权利要求1所述的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于：所述的白油为5号工业白油，开口的闪点不低于240℃，40℃下运动粘度为4.14-5.06；所述的高分子表面活性剂，为嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，分子量为1000g/mol，粘度为175mPa.s/25℃；所述的分散剂为BYK-190分散剂。
5.根据权利要求1所述的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于：所述的组分A是由以下制备方法制备后得到的：将19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末投加至配设有搅拌机的配料机中，开动搅拌机进行混合，以180r/min的搅拌速度搅拌10min后出料；物料进入开炼机中进行混溶碾压，每次配料3吨、每次碾压40min，常温下循环碾压3次后出料；物料进入剪切破碎机中进行剪切，剪切破碎成3—6目后出料；物料进入冷冻库中进行冷冻，冷冻4h，物料温度达到－40℃后进入粉磨机中进行粉磨，得到60目的粉末为组分A，备用。
6.根据权利要求1所述的水基型冷拌沥青改性剂，其特征在于：所述的组分B是通过以下制备方法制备得到的：将10份蒸馏水加入配设有搅拌机的调配罐中，将蒸馏水升温至75-80℃；然后将10份白油加入配设有搅拌机的调配罐内，开动搅拌机，以40r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌15min后添加0.6份水溶性环氧树脂固化剂、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂，添加完毕后，将搅拌速度提高到1500转/min，搅拌10min后得到组分B，备用。
7.一种权利要求1-6任一项所述的采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备组分A：将19份丁基橡胶废弃物粉末、10.6份聚乙烯废弃物颗粒、8.8份聚丙乙烯废弃物颗粒、18份聚氨酯废弃物颗粒、3.4份松香改性酚醛树脂颗粒、8.1份三聚氰胺树脂粉末投加至配设有搅拌机的配料机中，开动搅拌机进行混合，以180r/min的搅拌速度搅拌10min后出料；物料进入开炼机中进行混溶碾压，每次配料3吨、每次碾压40min，常温下循环碾压3次后出料；物料进入剪切破碎机中进行剪切，剪切破碎成3—6目后出料；物料进入冷冻库中进行冷冻，冷冻4h，物料温度达到－40℃后进入粉磨机中进行粉磨，得到60目的粉末为组分A，备用；
(2)制备组分B：将10份蒸馏水加入配设有搅拌机的调配罐中，将蒸馏水升温至75-80℃；然后将10份白油加入配设有搅拌机的调配罐内，开动搅拌机，以40r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌15min后添加0.6份水溶性环氧树脂固化剂、8.5份高分子表面活性剂、3份分散剂，添加完毕后，将搅拌速度提高到1500转/min，搅拌10min后得到组分B，备用；
(3)向组分B中添加组分A，以180转/min的速度进行搅拌，搅拌15min后出料，得到采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂的成品，成品用塑料桶包装，每桶100kg。
8.一种权利要求1-6任一项所述的采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂在制备水基型冷拌改性沥青方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂在制备水基型冷拌改性沥青时，包括以下步骤：将基质沥青送入配设有搅拌机的调配罐中，开动搅拌机同时对基质沥青进行加热，控制搅拌机的速度为180r/min，控制基质沥青的温度为85-95℃；然后向基质沥青中添加高分子表面活性剂，添加完毕后，再向基质沥青中添加采用高分子材料废弃物催生的水基型冷拌沥青改性剂，添加完毕后，将搅拌速度升速为500r/min，再向物料体系中添加水温为75-85℃的蒸馏水，搅拌20分钟后出料，得到所述的水基型冷拌改性沥青。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的高分子表面活性剂为嵌段聚醚Pluronic PE6400非离子表面活性剂，分子量为1000g/mol，粘度为175mPa.s./25℃；所述的高分子表面活性剂，添加量为基质沥青重量的0.6％；所述的采用高分子材料废弃物催生水基型冷拌沥青改性剂，添加量为基质沥青重量的7.5％；所述的水温为75-85℃的蒸馏水，添加量为物料体系总重的10％。
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