CN112322057B

CN112322057B - 高粘橡胶沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN112322057B
Application number: CN202011331027.0A
Authority: CN
Inventors: 董大伟; 江宽; 刘双旺; 董进学; 马庆杰; 颜亮; 武晋巍
Original assignee: Beijng Environmental Protection Technology Co ltd Wing Tai Luther
Current assignee: Beijng Environmental Protection Technology Co ltd Wing Tai Luther
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-11-24
Also published as: CN112322057A

Abstract

本发明涉及橡胶沥青技术领域，具体公开了高粘橡胶沥青及其制备方法，包括100份沥青、5～15份橡胶粉、2～7份SBS、0.5～3份氧化聚乙烯蜡、0.04～0.4份第一交联助剂、1～4份芳烃油和0.2～0.6份第二交联助剂；将芳烃油、SBS和氧化聚乙烯蜡搅拌后，加入第一交联助剂得到聚合物母液A，将沥青融化后，加入聚合物母液A，保温搅拌后加入橡胶粉，对混合物进行高速剪切以及研磨，再加入第二交联助剂，保温搅拌得到高粘橡胶沥青。本方案制备的橡胶沥青，其与集料间的粘附力(60℃动力粘度)能够达到特殊沥青路面的要求，具有更好的高温性、抗水害能力等优势。

Description

高粘橡胶沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶沥青技术领域，特别涉及高粘橡胶沥青及其制备方法。

背景技术

近年来，橡胶沥青被广泛应用于道路工程中。橡胶沥青是先将废旧轮胎加工成为橡胶粉，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在充分拌合的高温条件下与基质沥青充分熔胀反应后，通过剪切和研磨得到改性的橡胶沥青材料；这样的橡胶沥青材料其高温稳定性、低温稳定性和弹性较普通沥青均有较大幅度的提升；同时，对废旧轮胎的再利用也可以节约能源，保护环境，变废为宝。

高粘度改性沥青的两个重要的指标，分别为60℃动力粘度(通常要求≥50000pa.s)和135℃的布氏旋转粘度(通常要求达到3pa.s以下)，一些其他性能指标见下表1所示(JT/T860.2-2013)。沥青的粘度实质是沥青内部分子间阻止相对位移的能力的度量，粘度大的沥青，分子之间不易发生位移，沥青就不易变形，具有较大的劲度。较高的粘度预示了沥青作为粘结料将松散的集料粘结成整体后，在外力作用下，集料之间不易产生位移，具有较大的强度和抗剪切流动变形能力。

沥青的粘度随温度的升高而降低，盛夏季节沥青路面在车辆荷载作用下，容易发生永久变形，形成车辙、推挤，致使道路的使用性能锐减，对交通安全引起威胁。许多地区夏季沥青路面的最高温度往往会达到或超过60℃，这是造成路面变形的危险温度，因此，沥青的抗高温变形能力可以用60℃粘度来表征。沥青与集料的粘附力主要由范德华力、离子作用力和机械结合力(高温沥青渗入矿料表面微孔冷却后形成)等构成，沥青的高粘度强化了机械结合力，因此提高了对于集料的粘结能力，提升了沥青抗水害的性能。性能达标的高粘度改性沥青的60℃动力粘度虽然很高，但135℃的布氏旋转粘度仍在3pa.s以下，表明其在高温下仍具有良好的和易性和施工碾压性能。

表1

/>

正是由于高粘度改性沥青具备上述特点，这种沥青适用于高模量、极热温区的路面摊铺，尤其适用于开级配/半开级配的透水沥青路面施工摊铺。

然而，目前常规配方制备的高粘橡胶沥青，无法应用于多孔降噪路面、排水路面等对沥青粘度要求较高的特殊路面上。

发明内容

本发明提供了高粘橡胶沥青及其制备方法，以解决现有技术中的高粘橡胶沥青无法满足对粘度要求较高的特殊路面上，应用受到限制的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

高粘橡胶沥青，按重量份数计，包括100份沥青、5～15份橡胶粉、2～7份SBS、0.5～3份氧化聚乙烯蜡、0.04～0.4份第一交联助剂、1～4份芳烃油和0.2～0.6份第二交联助剂。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中由于氧化聚乙烯蜡的熔点在105℃左右，而基质沥青的软化点一般50℃左右，氧化聚乙烯蜡添加的沥青中后，具有很好的高温性能和低温性能，低温(未到达熔点前)时能够提高橡胶沥青硬度，高温时能保证橡胶沥青具有高温韧性，对沥青内聚力的作用非常突出。另外与SBS结合后，更是既具备橡胶的低温柔性和弹性，也具备塑料的高温韧性。

由于氧化聚乙烯蜡是一种塑料类塑性体，SBS是一种弹性体，这两种在过氧化交联助剂作用下可以形成化学交联，形成的一种新型的聚合物既包含弹性体特征SBS链段，又包含塑性体特征氧化聚乙烯蜡的链段，这种新型聚合物，具备更优异的高温韧性及低温柔性，其作用于沥青，可明显改善沥青的内聚力，增强沥青抵抗高温、低温破坏的能力。同时，经化学交联后，氧化聚乙烯蜡可以稳定的存在于沥青体系中，不分层，不离析，使沥青产品更稳定。

2、本方案中的橡胶沥青动力粘度大，60℃的动力粘度提高至12×10⁴Pa.s，带来的效果为沥青混合料的沥青与集料间的粘附力很强(60℃动力粘度反映的是沥青的内聚力大小)，体现在沥青混合料的肯特堡飞散和析漏损失性能上，优势明显；同时体现在沥青混合料的高温性能上(动稳定度)，满足要求的同时，介于5000-8000次/mm左右，明显高于常规的高粘橡胶沥青案例。

3、本方案的橡胶沥青主要用于特殊的沥青路面，OGFC或薄层铺装路面；而对于常规的级配类型(AC/SMA)其也可以用，且性能更优异，要明显优于高性能橡胶沥青水平，主要体现在高温性能更好，抗水害能力更好，渗水性更好。

进一步，所述沥青为石油沥青。

进一步，所述橡胶粉为40～120目。

进一步，所述第一交联助剂为DCP过氧化二异丙苯、DTBP二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的一种。

进一步，所述第二交联助剂为硫磺、TMTD、DCP、促M或促D中的一种。

本申请还公开了高粘橡胶沥青的制备方法，包括以下步骤：

S1：将芳烃油升温至135～160℃，计量加入SBS以及氧化聚乙烯蜡，保温搅拌60～120min，搅拌转速为500～800rpm；

S2：向S1中加入第一交联助剂，保温搅拌60～90min，搅拌转速为500～800rpm，制备得到聚合物母液A；

S3：将沥青升温至160～185℃，加入聚合物母液A，保温搅拌60～90min，搅拌转速为500～800rpm；

S4：计量加入橡胶粉，保温搅拌1～2h，搅拌转速为500～800rpm；

S5：将S4得到的混合物经高速剪切乳化机剪切15～50min，剪切速率5000～12000rpm，再用胶体磨研磨一遍；

S6：再向研磨后的混合物中加入第二交联助剂，保温搅拌3～5h，保温的温度为160～185℃，搅拌转速为500～800rpm，得到高粘橡胶沥青。

附图说明

图1为本发明实施例10中特制搅拌设备的部分剖视图；

图2为图1中A-A向的剖视图。

说明书附图中的附图标记包括：搅拌轴10、搅拌叶片11、连杆12、滑孔13、弹性膜14、轴套15、拉杆16、弹性件17、拦截板18、通孔19。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例1：

高粘橡胶沥青，包括100份沥青、5份橡胶粉、3份SBS、1.5份氧化聚乙烯蜡、0.1份第一交联助剂、3份芳烃油和0.3份第二交联助剂。

其中沥青选用石油沥青，橡胶粉选用40～120目，第一交联助剂为DCP过氧化二异丙苯、DTBP二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷(双25)中的一种；第二交联助剂硫磺、TMTD、DCP、促M或促D中的一种。

上述高粘橡胶沥青的制备方法，包括以下步骤：

S1：将芳烃油升温至135～160℃，计量加入SBS以及氧化聚乙烯蜡，保温搅拌60～120min，搅拌转速为500～800rpm。

S2：向S1中加入第一交联助剂，保温搅拌60～90min，搅拌转速为500～800rpm，制备得到聚合物母液A。

S3：将沥青升温至160～185℃，加入聚合物母液A，保温搅拌60～90min，搅拌转速为500～800rpm。

S4：计量加入橡胶粉，保温搅拌1～2h，搅拌转速为500～800rpm。

S5：将S4得到的混合物经高速剪切乳化机剪切15～50min，剪切速率5000～12000rpm，再用胶体磨研磨一遍。

实施例2～13与对比例1～3：

与实施例1的区别仅在于各组分的配比不同，具体成分配比见下表1。

表1为实施例1～13与对比例1～3的成分配比

	沥青	橡胶粉	SBS	氧化聚乙烯蜡	芳烃油	第一交联助剂	第二交联助剂
								实施例1	100	5	3	1.5	3	0.1	0.3
实施例2	100	10	3	1.5	3	0.1	0.3
								实施例3	100	15	3	1.5	3	0.1	0.3
实施例4	100	10	2	1.5	3	0.1	0.3
								实施例5	100	10	7	1.5	3	0.1	0.3
实施例6	100	10	3	0.5	3	0.1	0.3
								实施例7	100	10	3	3	3	0.1	0.3
实施例8	100	10	3	1.5	1	0.1	0.3
								实施例9	100	10	3	1.5	4	0.1	0.3
实施例10	100	10	3	1.5	3	0.04	0.3
								实施例11	100	10	3	1.5	3	0.4	0.3
实施例12	100	10	3	1.5	3	0.4	0.2
								实施例13	100	10	3	1.5	3	0.4	0.6
对比例1	100	10	3	0	3	0.1	0.3
								对比例2	100	10	0	1.5	3	0.1	0.3
对比例3	100	10	3	1.5	3	0	0.3

实施例14：

与实施例2的区别在于，在制备方法步骤S3中采用了特制的搅拌设备，结合图1和图2所示，该特制搅拌设备包括水平固定的搅拌筒，搅拌筒左端设有进口，右端设有出口，搅拌筒内转动连接有搅拌轴10，其中搅拌轴10为中空设置，在搅拌轴10的两端均通过旋转接头连接有管道，在搅拌轴10上固定有若干搅拌叶片11，加热介质(气体、水、液态金属等)通过管道流经搅拌轴10，从而加热搅拌轴10和搅拌叶片11，还设有驱动搅拌轴10转动的驱动机构。

在搅拌轴10内沿滑动连接有连杆12，连杆12与搅拌轴10同轴设置，在搅拌轴10的外壁上开设有若干位于搅拌叶片11之间的滑孔13，搅拌轴10外壁上粘接有位于滑孔13处的弹性膜14，本实施例中弹性膜14选用能耐200℃高温的PDMS膜，连杆12上设有多个移动机构，移动机构包括固定在连杆12上的轴套15，在轴套15上固定有若干拉杆16，若干拉杆16沿着轴套15的周向均布，在拉杆16的自由端固定有弹性件17，弹性件17位于滑孔13内，并与弹性膜14固定连接，本实施例中弹性件17可以选用弹簧或者具有弹性的胶柱。

在同一个移动机构的若干拉杆16上固定有拦截板18，拦截板18上开设有多个通孔19，各通孔19在拦截板18上不规则分布，且每个移动机构中的拦截板18上的通孔19沿搅拌轴10的轴向投影不会完全重合，这样当加热介质从搅拌轴10内经过，会进入到滑孔13内，使得弹性膜14向外部产生形变，同时加热介质经过拦截板18时，会给予拦截板18一个冲击力，使得拦截板18向流动方向移动，从而带动弹性件17产生向滑孔13外部的力，使得弹性膜14产生向内的形变，这样弹性膜14在搅拌过程中处于不断凸起和凹陷的状态，从而使得搅拌轴10附近的沥青向外移动，不会一直附着在搅拌轴10上，防止沥青老化。

对比例4：

与实施例2的区别在于，将沥青升温后直接加入芳烃油、第一交联助剂、SBS、橡胶粉、氧化聚乙烯蜡和第二交联助剂进行搅拌混合，后经高速剪切乳化机剪切、胶体磨研磨。

取实施例1～14与对比例1～4所得高粘橡胶沥青进行性能测试，测试方法及标准：JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，测试结果见表2。

表2为实施例1～14与对比例1～4的性能测试结果

/>

结合表2可知：

1：本申请得到的橡胶沥青动力粘度大，60℃的动力粘度提高至12×10⁴Pa.s以上，带来的效果为沥青混合料的沥青与集料间的粘附力很强(60℃动力粘度反映的是沥青的内聚力大小)，体现在沥青混合料的肯特堡飞散和析漏损失性能上，优势明显；同时体现在沥青混合料的高温性能上(动稳定度)，满足要求的同时，介于5000-8000次/mm左右，明显高于常规的高粘橡胶沥青案例(已公开的)。

2：本申请得到的橡胶沥青主要用于特殊的沥青路面，OGFC或薄层铺装路面；当然，对于常规的级配类型(AC/SMA)其也可以用，且性能更优异，要明显优于高性能橡胶沥青水平，主要体现在高温性能更好，抗水害能力更好，渗水性更好。

OGFC-13应用测试：

将实施例2、5～7、10、11、14以及对比例1～4制得的高粘橡胶沥青与级配石料经过高温搅拌、摊铺碾压制备成沥青混合料，级配标准为OGFC-13，测试结果如下表3所示，表中A表示谢伦堡析漏损失；B表示肯塔堡飞散损失；C表示浸水马氏残留稳定度；D表示冻融劈裂残留强度比。

表3为OGFC-13沥青混合料的测试结果

通过上表3可知：

采用本申请的橡胶沥青得到的混合料，其表现出非常好的动力粘度性能，在60℃下动稳定度大于5000次/mm，要远高于对比例制备的混合料；其次谢伦堡析漏损失与肯塔堡飞散损失也要远低于对比例制备的混合料；另外本申请制备的混合料水稳定性也要体现出明显优势，浸水马氏残留稳定度与冻融劈裂残留强度比均要优于对比例制备的混合料。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体材料及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.高粘橡胶沥青，其特征在于：按重量份数计，包括100份沥青、5~15份橡胶粉、2~7份SBS、0.5~3份氧化聚乙烯蜡、0.04~0.4份第一交联助剂、1~4份芳烃油和0.2~0.6份第二交联助剂；高粘橡胶沥青的制备方法，包括以下步骤：

S1：将芳烃油升温至135~160℃，计量加入SBS以及氧化聚乙烯蜡，保温搅拌60~120min，搅拌转速为500~800rpm；

S2：向S1中加入第一交联助剂，保温搅拌60~90min，搅拌转速为500~800rpm，制备得到聚合物母液A；

S3：采用特制的搅拌设备，将沥青升温至160~185℃，加入聚合物母液A，保温搅拌60~90min，搅拌转速为500~800rpm；

S4：计量加入橡胶粉，保温搅拌1~2h，搅拌转速为500~800rpm；

S5：将S4得到的混合物经高速剪切乳化机剪切15~50min，剪切速率5000~12000rpm，再用胶体磨研磨一遍；

S6：再向研磨后的混合物中加入第二交联助剂，保温搅拌3~5h，保温的温度为160~185℃，搅拌转速为500~800rpm，得到高粘橡胶沥青；

特制搅拌设备包括水平固定的搅拌筒，搅拌筒左端设有进口，右端设有出口，搅拌筒内转动连接有搅拌轴，其中搅拌轴为中空设置，在搅拌轴的两端均通过旋转接头连接有管道，在搅拌轴上固定有若干搅拌叶片；在搅拌轴内沿滑动连接有连杆，连杆与搅拌轴同轴设置，在搅拌轴的外壁上开设有若干位于搅拌叶片之间的滑孔，搅拌轴外壁上粘接有位于滑孔处的弹性膜；连杆上设有多个移动机构，移动机构包括固定在连杆上的轴套，在轴套上固定有若干拉杆，若干拉杆沿着轴套的周向均布，在拉杆的自由端固定有弹性件，弹性件位于滑孔内，并与弹性膜固定连接；

在同一个移动机构的若干拉杆上固定有拦截板，拦截板上开设有多个通孔，各通孔在拦截板上不规则分布，且每个移动机构中的拦截板上的通孔沿搅拌轴的轴向投影不会完全重合。

2.根据权利要求1所述的高粘橡胶沥青，其特征在于：所述沥青为石油沥青。

3.根据权利要求1所述的高粘橡胶沥青，其特征在于：所述橡胶粉为40~120目。

4.根据权利要求1所述的高粘橡胶沥青，其特征在于：所述第一交联助剂为DCP过氧化二异丙苯、DTBP二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷中的一种。

5.根据权利要求1所述的高粘橡胶沥青，其特征在于：所述第二交联助剂为硫磺、TMTD、DCP、促M或促D中的一种。