CN112409807A - 高存储稳定性橡胶沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沥青材料的组合物技术领域，公开了一种高存储稳定性橡胶沥青，包括以下质量份的原料，石油沥青100份、橡胶粉17‑23份、界面改性剂0.5‑3份；橡胶粉为大卡车胎、轿车胎、自行车胎中的一种或几种；界面改性剂包括SBS、EVA、橡胶交联剂、炭黑。其制备方法为，将石油沥青按计量投放至混合罐A内，并加热至155‑170℃，再按计量投放界面改性剂，保温搅拌后形成一次混合物料；再进行一级研磨后保温搅拌；加入橡胶粉后进行二级研磨，并保温搅拌后进行三级研磨，再保温搅拌，完成发育，形成高存储稳定性橡胶沥青成品。本发明解决了现有的橡胶沥青在高温存储过程中性能衰减进而导致路面使用性能不稳定的问题。

Description

高存储稳定性橡胶沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青材料的组合物技术领域，具体涉及一种高存储稳定性橡胶沥青及其制备方法。
背景技术
沥青，是一种由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，主要用途是作为基础建设材料、原料和燃料，现目前广泛应用在交通运输(道路、铁路、航空等)、建筑业、农业、水利工程、工业(采掘业、制造业)等领域。沥青应用最广泛的就是作为路面材料使用。
随着经济的快速发展，交通运输也得到了飞速发展，路面在长期的车辆载荷的反复作用下、温度的变化、冻融循环等作用下，易出现裂缝、车辙等不同形式的破坏，使用的寿命也较短。因此为了提升路面材料的使用寿命，国内外专家进行了大量的研究，研发形成了一种橡胶沥青，弥补了原有沥青的缺点，具有较强的抗裂、抗重载、耐久及降噪等性能。
但是在实际的使用过程中发现，现有的橡胶沥青技术的储存稳定性(离析差)较差，而且在高温季节，橡胶沥青易软化，出现车辙。因此目前急需提供一种储存稳定性和综合路用性能优异的橡胶沥青。
发明内容
本发明意在提供一种高存储稳定性橡胶沥青及其制备方法，以解决现有技术的橡胶沥青高温储存稳定性差及带来的综合路用性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，高存储稳定性橡胶沥青，包括以下质量份的原料，石油沥青100份、橡胶粉17-23份、界面改性剂0.5-3份；
本发明还提供另一基础方案，高存储稳定性橡胶沥青的制备方法，包括以下步骤，
步骤一，物料混合
按计量将石油沥青投放至混合罐A内，将石油沥青加热至155-170℃，再按计量投放界面改性剂，并以500-800rpm的搅拌速率保温搅拌20-40min，形成一次混合物料；
步骤二，一级研磨
将一次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行研磨，研磨间隙为0.01-0.04mm，研磨转速为5000-12000rpm；
步骤三，界面改性剂分散、溶胀
将研磨后的一次混合物导入混合罐B中，并在175-190℃的温度下保温搅拌30-60min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤四，二级研磨
按计量将橡胶粉投入混合罐B中，并在170-190℃的温度下保温搅拌20-45min，搅拌速率为500-800rpm，形成二次混合物料；将二次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行二级研磨，研磨间隙为0.7-2mm，研磨时的转速为5000-12000rpm；再将研磨后的二次混合物料导入混合罐C中，并在170-190℃的温度下保温搅拌30-45min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤五，三级研磨
将混合罐C中的二次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行三级研磨，研磨间隙为0.1-0.6mm，研磨时的转速为5000-12000rpm；再将研磨后的二次混合物料导入成品发育罐内，并在170-190℃的温度下保温搅拌60-180min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤六，形成成品
将发育罐内搅拌完成后的二次混合物料进行检测，合格后形成高存储稳定性橡胶沥青成品。
上述技术方案的技术原理及有益效果：
通过在原料内加入界面改性剂，能够提升制备的高存储稳定性橡胶沥青的储存稳定性和综合路用性能(例如高存储稳定性橡胶沥青应用在混合料上的动稳定度)，减少高温季节时，橡胶沥青的软化，进而减少在使用时，路面出现车辙的情况。
根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的规定，橡胶沥青应用在路面材料上时，制成的混合料在60℃下的动稳定度要大于等于2800次/mm才能满足标准。通常的橡胶沥青混合料在60℃下的动稳定度为3000-4000次/mm，而本技术方案提供的高存储稳定性橡胶沥青在60℃下的动稳定度能达到5000次/mm左右，既符合标准数值，且大大超过了现目前的橡胶沥青的动稳定度。
而通过对制备步骤的配置，能够使得各原料在制成的橡胶沥青中达到最佳效果。先对石油沥青和界面改性剂进行充分的搅拌和混合，能够使得两者之间充分的融合，并且给予界面改性剂充分分散和溶胀的时间，使得石油沥青与界面改性剂充分的混合。在界面改性剂分散、溶胀之后再加入橡胶粉，并进行充分的搅拌、研磨，能实现橡胶粉与石油沥青和界面改性剂充分的融合。进而使得形成的橡胶沥青的储存稳定性更优异、综合路用性能更稳定。
进一步，橡胶粉为废旧的大卡车胎、轿车胎、自行车胎中的一种或几种制成的橡胶颗粒。
有益效果：使用废旧材料作为原料，可明显降低道路材料成本、消除废轮胎无序堆放、处理带来的环境问题。
进一步，所述橡胶粉的粒径为30-60目。
有益效果：该粒径的橡胶粉制备较为容易，并且能够快速的熔融，进而实现与石油沥青和界面改性剂的充分融合。
进一步，所述界面改性剂包括SBS 0.1-1.5份、EVA 0.1-2.2份、橡胶交联剂0.01-0.4份、炭黑的混合物0.1-0.3份。
有益效果：选取上述质量份下的物料作为界面改性剂的原料，能够使得制备的橡胶沥青的综合路用性能和高温存储的稳定性更佳。
进一步，所述界面改性剂包括SBS 0.4份、EVA 1.2份、橡胶交联剂0.2份、炭黑的混合物0.2份。
有益效果：通过实验证明，上述质量配比下的界面改性剂的制备的高存储稳定性橡胶沥青的储存稳定性以及综合路用性能稳定性最佳。
进一步，橡胶交联剂为DCP交联剂、促进剂M或橡胶促进剂DPTU。
有益效果：通过实验证明，使用上述材料作为橡胶交联剂，能够使得制备的高存储稳定性橡胶沥青的储存稳定性以及综合路用性能稳定性佳。
进一步，所述界面改性剂的制备方法包括以下步骤，
步骤一，将SBS研磨至40-120目；
步骤二，将SBS和EVA按计量投放至一阶段挤出机内，在140-190℃的温度下混合、熔融，并导入二阶段挤出机中；
步骤三，按计量将橡胶交联剂和炭黑投放至二阶段挤出机中，在140-190℃的温度下混合、熔融，再挤出、冷却、切粒，形成界面改性剂。
有益效果：通过对各原料分步加入，再进行熔融挤出，能够使得各物料充分的熔融、混合，进而使得制备的界面改性剂的效果最佳。
附图说明
图1为本发明实施例16中使用的高速剪切乳化机的纵向剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：罐体1、出料口11、密封盖体2、进料口21、搅拌轴3、主动齿轮31、密封板32、搅拌叶片33、螺旋叶片34、驱动轴4、从动齿轮41、内齿圈5、剪切网6、剪切叶片61。
本发明提供了一种高存储稳定性橡胶沥青，包括石油沥青、橡胶粉和界面改性剂；橡胶粉为废旧的大卡车胎、轿车胎和自行车胎中的一种或几种制成的橡胶颗粒，粒径为30-60目；界面改性剂包括SBS、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、橡胶交联剂、炭黑；橡胶交联剂为DCP交联剂、促进剂M或橡胶促进剂DPTU中的任意一种。
本发明实施例1-15的各参数的比例如表1所示。
表1
Figure BDA0002796661150000041
Figure BDA0002796661150000051
现以实施例1为例对本发明高存储稳定性橡胶沥青的制备方法进行说明。
本实施例使用的界面改性剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将SBS进行粉碎，并过筛，选取粒径在40-120目的SBS粉末备用。
步骤二，将EVA和粉碎后的SBS粉末按计量投放在挤出机料斗内，并在140-190℃的温度下进行混合、熔融，并导入二阶段挤出机内。
步骤二，按计量向二阶段挤出机内投放橡胶交联剂和炭黑，并在140-190℃的温度下进行混合、熔融，再挤出、冷却、切粒，形成界面改性剂。
高存储稳定性橡胶沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，物料混合
称取10kg石油沥青投放至混合罐A中，并将石油沥青加热至155-170℃，本实施例中加热至160℃；再称取2kg界面改性剂，投放至混合罐A中，并在160℃的温度下保温搅拌20-40min，搅拌的速率为500-800rpm，形成一次混合物料；本实施例中搅拌时间为30min，搅拌速率为650rpm。
步骤二，一级研磨
将混合后的一次混合物料投放至高速剪切乳化机内，并将高速剪切乳化机的研磨间隙设置为0.02mm，启动高速剪切乳化机，使得研磨装置的研磨头以5000-12000rpm的转速进行转动，进而完成对一级混合物料进行研磨；本实施例中研磨头的转速为10000rpm。
步骤三，界面改性剂分散、溶胀
将研磨后的一次混合物料导入混合罐B内，并在175-190℃的温度下保温搅拌30-60min，搅拌速率为500-800rpm，使得界面改性剂充分的分散、溶胀，从而完成界面改性剂与沥青充分相容。本实施例中保温温度为180℃、搅拌时间为50min、搅拌速率为600rpm。
步骤四，二级研磨
称取2kg橡胶粉投放至混合罐内，并在170-190℃的温度下保温搅拌20-45min，搅拌速率为500-800rpm，形成二次混合物料；本实施例中保温温度为180℃、搅拌时间为30min、搅拌速率为600rpm。再将二次混合物料投放至高速剪切乳化机内，高速剪切乳化机的研磨间隙为1mm。启动高速剪切乳化机，使得高速剪切乳化机的研磨头转速为5000-12000rpm，对二次混合物料进行二级研磨；本实施例中研磨头的转速为10000rpm。研磨完成后，将二次混合物料导入混合罐C内，并在170-190℃的温度下保温搅拌30-45min，搅拌速率为500-800rpm，本实施例中此处的保温温度为180℃、搅拌时间为40min、搅拌速率为600rpm。
步骤五，三级研磨
将混合罐C内的二次混合物料导入高速剪切乳化机内，将高速剪切乳化机的研磨间隙设置为0.3mm，并启动高速剪切乳化机，使得高速剪切乳化机的研磨头以5000-12000rpm的转速转动，从而完成对二次混合物料的三级研磨；本实施例中研磨头的转速为10000rpm。
步骤六，形成成品
将进行三级研磨后的二次混合料导入发育罐内，并在170-190℃的温度下保温搅拌60-180min，搅拌速率为500-800rpm，实现对二次混合物料的充分发育；本实施例中，该处的保温温度为180℃、搅拌时间为150min、搅拌速率为600rpm。再对搅拌发育后的物料进行检测，合格的物料形成橡胶沥青成品。
实施例2-15与实施例1的不同之处仅在于如表1所示的参数不同。
实施例16：
实施例16与实施例1的不同之处仅在于，如图1所示，使用的高速剪切乳化机，包括罐体1，罐体1的外壁上设置有加热通道，加热通道上连通有热源(例如向加热通道内通入水、油、液态金属等)。罐体1的顶部设置有密封盖体2，密封盖体2上设有进料口21，罐体1的底部设有出料口11。进料口21上设有密封塞，出料口11内设有出料阀。
密封盖体2内侧固定有电机，电机的驱动轴4上同轴固定有搅拌轴3，搅拌轴3上同轴固定有主动齿轮31；密封盖体2上还转动连接有驱动轴4，驱动轴4上同轴固定有与主动齿轮31啮合的从动齿轮41。罐体1的内壁转动连接有内齿圈5，内齿圈5与罐体1同轴设置，且内齿圈5与从动齿轮41啮合。
内齿圈5的底部固定有剪切网6，剪切网6的外壁上设置有多块剪切叶片61，剪切网6和剪切叶片61上均设有若干通孔。剪切叶片61的数量根据实际需求进行设置，本实施例中剪切叶片61的数量为4片，且均匀分布在剪切网6的外侧。剪切叶片61与罐体1的内壁相抵。
搅拌轴3上还同轴固定有与剪切网6内壁相抵的密封板32。搅拌轴3的底部固定有螺旋叶片34，搅拌轴3上位于螺旋叶片34与密封板32之间设有搅拌叶片33，搅拌叶片33设置有多块，本实施例中设置有3块，搅拌叶片33远离搅拌轴3的一侧与剪切网6内壁之间的距离为0-5mm，本实施例选用3mm。
使用时，将原料通过进料口21投放至罐体1内，再密封进料口21。启动电机，电机带动搅拌轴3转动，进而实现主动齿轮31转动，通过从动齿轮41的传动，内齿圈5带动剪切网6转动，且剪切网6的转动方向与搅拌轴3的转动方向相反。
搅拌轴3转动时，螺旋叶片34转动，而通过设置剪切网6，使得搅拌轴3和螺旋叶片34之间形成相对密封的状态，因此螺旋叶片34能够将底部的原料向上传输，并且通过搅拌叶片33转动进行剪切。同时，剪切网6上设置有通孔，并且配合螺旋叶片34持续向上传输原料，会使得原料从通孔配出剪切网6构成的空间内，在此过程中，能够对原料进行较好的剪切。
剪切网6转动时，能够带动剪切叶片61转动，能够对外侧的原料进行剪切，并且剪切叶片61上的通孔能够为原料提供较大的剪切力，提高剪切的效果，从而使得原料(沥青)能够达到更好的均化、融化的效果。同时剪切叶片61会与罐体1的内壁发生相对移动，将罐体1内壁粘附的原料刮下，避免原料老化。而且在此过程中，能够实现上下部的原料的位置交换，进一步提高原料之间的均化、融化效果。
现选取三组对比例和实施例1-16进行对比，选取的三组对比例的具体参数如表2所示。
表2
Figure BDA0002796661150000071
Figure BDA0002796661150000081
以JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》作为检测依据，对制备的高存储稳定性橡胶沥青进行检测，得到如表3所示的数据。
表3
180℃粘度 软化点 25℃针入度 5℃延度 48h软化点差 96h软化点差
单位 Pa.s ℃ 0.1mm cm ℃ ℃
实施例1 2.2 76 41 20 0.1 0.6
实施例2 1.5 71 46 23 1.2 2.1
实施例3 3.1 79 38 11 0.1 0.5
实施例4 2.1 75 48 16 0.5 1.2
实施例5 1.7 71 50 15 0.7 1.6
实施例6 2.0 77 45 21 0.2 0.9
实施例7 2.5 75 42 19 0.3 1.1
实施例8 2.2 75 42 20 0.1 0.6
实施例9 1.9 72 45 14 0.5 1.5
实施例10 1.5 66 46 10 1.5 2.4
实施例11 2.5 78 40 18 0.2 0.8
实施例12 2.1 81 44 15 0 0.2
实施例13 2.6 78 42 24 2.5 4.1
实施例14 1.9 72 47 12 0.2 1.9
实施例15 1.7 61 49 7 5.9 11.3
对比例16 1.9 79 43 24 0 0.2
对比例1 1.7 63 47 9 4.7 9.5
对比例2 2.6 66 43 11 4.1 8.2
对比例3 1.5 61 51 10 5.3 9.7
将本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青制成AC-13型沥青混合料，并以JTC F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》作为检测依据，进行检测，部分检测数据如表4所示。
表4
Figure BDA0002796661150000091
结合表3、表4所示，本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青各项指标达到了JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求，且远远超过了规范中的要求标准；而且本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青的各个指标与远远高于对比例1-3提供的指标，尤其，在橡胶沥青高温储存过程中，橡胶沥青的储存稳定性(48/96h离析差)较对比例表现更稳定，反映在沥青混合料上，沥青混合料的综合路用性能更稳定。
而且在将本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青制成沥青混合料时，在60℃时的动稳定度能达到5130次/mm，规范中的要求仅为大于等于2800次/mm即可，对比例提供的橡胶沥青的动稳定最高也只能达到4315次/mm；说明本发明提供的高稳定性橡胶沥青的动稳定度高。
本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青制成沥青混合料的浸水马氏残留稳定度能达到94％、冻融劈裂残留强度比能达到89％，相比标准中的浸水马氏残留稳定度85％、冻融劈裂残留强度80％，本发明的水稳定度效果高出非常多；对比例的浸水马氏残留稳定度最高为89％、冻融劈裂残留强度最高为85％，相比本申请效果相差较多。
本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青制成沥青混合料的低温弯曲破坏应变能达到3630με，规范中的低温弯曲破坏应变标准仅为2800με，对比例提供的橡胶沥青的低温弯曲破坏应变也只能达到3120με，相比本发明效果相差较多。
综上，本发明提供的高存储稳定性橡胶沥青的各项数据远超过现目前规范中的标准，并且相比现有的橡胶沥青(对比例1-3)各项数据也较优。而且制成混合料后的动稳定度、水稳定性以及低温弯曲破坏应变能力强。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，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，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：包括以下质量份的原料，石油沥青100份、橡胶粉17-23份、界面改性剂0.5-3份。
2.根据权利要求1所述的高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：橡胶粉为废旧的大卡车胎、轿车胎、自行车胎中的一种或几种制成的橡胶颗粒。
3.根据权利要求2所述的高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：橡胶粉的粒径为30-60目。
4.根据权利要求3所述的高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：所述界面改性剂包括SBS 0.1-1.5份、EVA 0.1-2.2份、橡胶交联剂0.01-0.4份、炭黑的混合物0.1-0.3份。
5.根据权利要求4所述的高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：所述界面改性剂包括SBS 0.4份、EVA 1.2份、橡胶交联剂0.2份、炭黑的混合物0.2份。
6.根据权利要求5所述的高存储稳定性橡胶沥青，其特征在于：橡胶交联剂为DCP交联剂、促进剂M或橡胶促进剂DPTU。
7.根据权利要求6所述的高存储稳定性橡胶沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，物料混合
按计量将石油沥青投放至混合罐A内，将石油沥青加热至155-170℃，再按计量投放界面改性剂，并以500-800rpm的搅拌速率保温搅拌20-40min，形成一次混合物料；
步骤二，一级研磨
将一次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行研磨，研磨间隙为0.01-0.04mm，研磨转速为5000-12000rpm；
步骤三，界面改性剂分散、溶胀
将研磨后的一次混合物导入混合罐B中，并在175-190℃的温度下保温搅拌30-60min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤四，二级研磨
按计量将橡胶粉投入混合罐B中，并在170-190℃的温度下保温搅拌20-45min，搅拌速率为500-800rpm，形成二次混合物料；将二次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行二级研磨，研磨间隙为0.7-2mm，研磨时的转速为5000-12000rpm；再将研磨后的二次混合物料导入混合罐C中，并在170-190℃的温度下保温搅拌30-45min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤五，三级研磨
将混合罐C中的二次混合物料泵入高速剪切乳化机内进行三级研磨，研磨间隙为0.1-0.6mm，研磨时的转速为5000-12000rpm；再将研磨后的二次混合物料导入成品发育罐内，并在170-190℃的温度下保温搅拌60-180min，搅拌的速率为500-800rpm；
步骤六，形成成品
将发育罐内搅拌完成后的二次混合物料进行检测，合格后形成高存储稳定性橡胶沥青成品。
8.根据权利要求7所述的高存储稳定性橡胶沥青的制备方法，其特征在于：所述界面改性剂的制备方法包括以下步骤，
步骤一，将SBS研磨至40-120目；
步骤二，将SBS和EVA按计量投放至一阶段挤出机内，在140-190℃的温度下混合、熔融，并导入二阶段挤出机中；
步骤三，按计量将橡胶交联剂和炭黑投放至二阶段挤出机中，在140-190℃的温度下混合、熔融，再挤出、冷却、切粒，形成界面改性剂。
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