CN113233812B - 一种干法添加的高粘沥青复合添加剂 - Google Patents
一种干法添加的高粘沥青复合添加剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，包括按重量份计的以下原料：包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉30‑40份、聚氨酯10‑15份、结晶聚苯乙烯5‑10份、环氧固化材料20‑30份、纳米白土15‑25份。针对现有技术的不足，本发明提供一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，可大幅提高沥青混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性和水稳定，解决了传统沥青粘性差，低温条件下韧性差，弹性小，噪音大的问题，能够显著增强沥青微表处的防水性能、抗裂性能以及低温韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，属于路面施工技术领域。
背景技术
干法和湿法改性沥青混合料的拌和、摊铺、压实工艺及施工参数与基质沥青混合料的相近。干法改性沥青路面施工无需添加专用沥青改性设备，适用于地方公路新建或大中修沥青路面工程。其适用面广、灵活性强。
已有的研究中，基于环氧材料的固化特性，目前国内外传统的环氧沥青改性技术均为湿法改性技术，即应用时现场将环氧树脂和固化剂加入到沥青中制备出环氧沥青，再与石料拌和成为环氧沥青混合料。传统湿法环氧沥青混合料的制备对剂量、温度和时间的控制比较严格，增加了配制工艺的复杂性。在实际应用中环氧沥青的稳定性也较难控制，若直接在沥青中加入环氧树脂及固化剂，一般难以形成稳定的、高强度环氧沥青材料。
近些年越来越多的学者关注干法添加沥青改性剂，由于干法改性是将改性剂直接投放于混合料拌和缸中，改性剂与沥青混溶的时间短、改性条件难以控制，因此，干法工艺的稳定性和相溶性是学者们一直需要克服的技术难题，在改性效果、质量稳定性及质量评价方面也存在着一定的问题。
因此，急需解决干法添加剂普遍存在的改性效果不稳定的缺陷，提供一种能灵活干法添加的且改性效果稳定的高粘沥青干法复合添加剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，可大幅提高沥青混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性和水稳定。
本发明的干法添加的高粘沥青复合添加剂，包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉30-40份、聚氨酯10-15份、结晶聚苯乙烯5-10份、环氧固化材料20-30份、纳米白土15-25份。
其中，废旧轮胎胶粉颗粒粒径在50-200目范围内选用，为黑色均质粉末，级配通过率：30目100％，50目93-99％，100目75-93％，200目44-48％。
其中，聚氨酯作为胶黏剂，回弹性和力学性能均良好。
其中，环氧固化材料包含，双酚A型环氧树脂80-100份、改性长链脂肪胺5-20份、芳香族聚酰胺10-15份、N-椰油基-1,3-丙撑二胺5-10份、十六烷基二甲基叔胺5-8份、矿粉20-25份。环氧固化材料具体制备工艺是将以上混合物混合均匀后，混合时间60-100min，加入到双螺杆挤出机中，在95-115℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。
改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。芳香族聚酰胺可优选为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
所述矿粉为膨润土、蛭石、蒙脱土、高岭土中至少一种。
本发明的有益效果：
1.采用本发明的较细粒度集配的橡胶粉明显提升改性沥青混合料的劈裂抗拉强度和冻融劈裂抗拉强度比，而且混合料劈裂持荷变形量增大，改善了改性沥青混合料的脆性
2.搭配聚氨酯、结晶聚苯乙烯作为改性剂能够显著增强沥青微表处的防水性能、抗裂性能以及低温韧性，有效改进沥青蒸发残留物的高温性能和延展度，提高了改性沥青的粘度，且使道路预期寿命增加。
3.干法添加沥青改性剂，改性剂与沥青混溶的时间短、改性条件难以控制，干法加入沥青添加剂，稳定性不好。本发明解决了环氧树脂和固化剂用干法的工艺加入到沥青中稳定性差的问题，最终形成稳定的、高强度环氧沥青材料。
4.环氧树脂的固化反应主要是分子链上的基团之间发生协同运动所引起的，环氧树脂和固化剂在发生酯化反应同时，环氧基与羟基反应生成醚，干法环氧树脂体系在经过溶胶和凝胶过程后，逐渐生成交联的立体网状结构，使得分子间稳定性很好。试验得出本发明中的改性长链脂肪胺搭配芳香族聚酰胺结合具有协同更优的稳定效果，其在歇尔稳定度、60℃车辙动稳定度、70℃车辙动稳定度、浸水残留稳定度比、浸水循环后稳定度等指标均比其他对比例表现优异。
5.本发明首次发现了环氧固化材料改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合对于固化沥青的固化稳定性效果非常优异。通过大量的研究实验，我们得出了影响干法添加含有环氧固化材料的沥青复合添加剂添加到沥青混合料后的固化百分率的因素及水平，环氧固化材料具体制备优化工艺是将环氧树脂和固化剂等混合物混合均匀后，混合100min，加入到双螺杆挤出机中，在115℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。
6.纳米白土可以提高沥青抗老化和高温的能力，沥青在光照、高温、水浸等外界条件作用下会发生老化、变硬，严重影响路面的使用性能。纳米白土的加入可以提高沥青的硬度、高温稳定性和抗老化性能，提高沥青自愈合的能力。
7.纳米白土可以提高沥青抗老化和高温的能力，沥青在光照、高温、水浸等外界条件作用下会发生老化、变硬，严重影响路面的使用性能。纳米白土的加入可以提高沥青的硬度、高温低温稳定性和抗老化性能，提高沥青自愈合的能力。且我们经过大量的试验也得出纳米白土增强了沥青的低温稳定性及自愈合能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉30份、聚氨酯10份、结晶聚苯乙烯5份、环氧固化材料20份、纳米白土15份。其中，废旧轮胎胶粉颗粒粒径级配通过率：30目100％，50目93％，100目75％，200目44％。其中，环氧固化材料包含，双酚A型环氧树脂80份、改性长链脂肪胺5份、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维10份、N-椰油基-1,3-丙撑二胺5份、十六烷基二甲基叔胺5份、矿粉20份。环氧固化材料具体制备工艺是将以上混合物混合均匀后，混合60min，加入到双螺杆挤出机中，在95℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。所述矿粉为膨润土。
实施例2一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉40份、聚氨酯15份、结晶聚苯乙烯10份、环氧固化材料30份、纳米白土25份。其中，废旧轮胎胶粉颗粒粒径级配通过率：30目100％，50目99％，100目93％，200目48％。其中，环氧固化材料包含，双酚A型环氧树脂100份、改性长链脂肪胺20份、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维15份、N-椰油基-1,3-丙撑二胺10份、十六烷基二甲基叔胺8份、矿粉25份。环氧固化材料具体制备工艺是将以上混合物混合均匀后，混合80min，加入到双螺杆挤出机中，在115℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。所述矿粉为高岭土。
实施例3一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉35份、聚氨酯12份、结晶聚苯乙烯8份、环氧固化材料25份、纳米白土20份。其中，废旧轮胎胶粉颗粒粒径级配通过率：30目100％，50目95％，100目79％，200目45％。其中，环氧固化材料包含，双酚A型环氧树脂90份、改性长链脂肪胺10份、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维12份、N-椰油基-1,3-丙撑二胺13份、十六烷基二甲基叔胺6份、矿粉23份。环氧固化材料具体制备工艺是将以上混合物混合均匀后，混合100min，加入到双螺杆挤出机中，在100℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。所述矿粉为蒙脱土。
实验一：废旧轮胎胶粉颗粒粒径
本实验主要针对干法添加剂中废旧橡胶粉的添加方式做了研究，即不同粒度橡胶粉对改性沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性能的影响，其中废旧轮胎胶粉颗粒粒径在50-200目范围内选用，为黑色均质粉末，级配通过率：30目100％，50目93-99％，100目，200目75-93％，200目44-48％，沥青采用A-70#沥青作为基质沥青。级配通过率如表1。测定试件在60℃水中保温0.5h与保温48h后的马歇尔稳定度，计算残留稳定度。通过低温冻裂实验，主要测定马歇尔试件在饱水状态下承受冰冻破坏的能力。
表1废旧轮胎胶粉颗粒级配(筛孔通过率)
| 目数 | 实验例1 | 实验例2 | 实验例3 | 实验例4 |
| 200 | 1.7 | 44 | 45 | 48 |
| 100 | 15 | 75 | 79 | 93 |
| 50 | 44 | 93 | 95 | 99 |
| 30 | 100 | 100 | 100 | 100 |
表2各实验组残留稳定度测定值
表3各实验组冻融劈裂强度测定值
实验结果：如表2所示，采用较细粒度集配的橡胶粉相对较粗粒度的橡胶粉，可减小对沥青混合料残留稳定度和动稳定度的不利影响。如表3所示，各组沥青混合料试件经冻融循环后劈裂抗拉强度均有不同程度的降低。实验例4粒度较细粒度集配试件密实度最高，空隙少而受冻融影响小，橡胶颗粒的弹性较好，其抗冻性能也相对较好。
实验二：环氧固化材料搭配聚氨酯、结晶聚苯乙烯的协同效果
对比例1：其他原料同实施例1，改性剂仅有环氧固化材料。
对比例2：其他原料同实施例1，改性剂仅有聚氨酯。
对比例3：其他原料同实施例1，改性剂仅有结晶聚苯乙烯。
对比例4：其他原料同实施例1，改性剂仅有环氧固化材料和聚氨酯。
对比例5：其他原料同实施例1，改性剂仅有聚氨酯和结晶聚苯乙烯。
表4 A-70#沥青性能测试
实验结果：环氧固化材料搭配聚氨酯、结晶聚苯乙烯作为干法改性添加剂加入沥青混合料中，能够有效改进沥青蒸发残留物的高温性能和延展度，提高了改性沥青的粘度。从表4的实施例1-3可以看出，环氧固化材料搭配聚氨酯、结晶聚苯乙烯混合添加，比单一添加其中一种或两种的效果更好。通过观察，我们也发现，搭配聚氨酯、结晶聚苯乙烯作为改性剂能够显著增强沥青微表处的防水性能、抗裂性能以及低温韧性，有效改进沥青蒸发残留物的高温性能和延展度，提高了改性沥青的粘度，且使道路预期寿命增加。
实验三：环氧固化材料的固化剂选择
本实验主要研究环氧固化材料的固化剂材料的选择，通过尝试将改性长链脂肪胺和芳香族聚酰胺的优化搭配，得出马歇尔稳定度、高温稳定性、浸水残留稳定度均较好的配比。
对比例6：其他原料同实施例1，固化剂仅有N-椰油基-1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺。
对比例7：其他原料同实施例1，固化剂仅有N-椰油基-1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺和改性长链脂肪胺，改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。
对比例8：其他原料同实施例1，固化剂仅有N-椰油基-1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
对比例9：其他原料同实施例1，改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚1:1重量比例混合。
对比例10：其他原料同实施例1，改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚3:1重量比例混合。
对比例11：其他原料同实施例1，改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚1:2重量比例混合。
对比例12：其他原料同实施例1，改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚1:3重量比例混合。
表5 A-70#沥青性能测试
环氧树脂的固化反应主要是分子链上的基团之间发生协同运动所引起的，环氧树脂和固化剂在发生酯化反应同时，环氧基与羟基反应生成醚，干法环氧树脂体系在经过溶胶和凝胶过程后，逐渐生成交联的立体网状结构，使得分子间稳定性很好。试验得出本发明中的实施例1-3改性长链脂肪胺搭配芳香族聚酰胺结合具有协同更优的稳定效果，其在表5的A-70#沥青性能测试中，马歇尔稳定度、60℃车辙动稳定度、70℃车辙动稳定度、浸水残留稳定度比、浸水循环后稳定度等指标均比其他对比例表现优异。
实验四：环氧固化材料的制备参数优化
本实验通过环氧固化材料的制备工艺参数，得出影响干法添加含有环氧固化材料的沥青复合添加剂添加到A-70#沥青混合料后的固化百分率的因素及水平。对不同固化时间的固化热与未发生固化反应的固化热进行差值转换，得到环氧固化材料在不同固化参数优化条件下的固化百分率。
表6正交试验因素与水平设计
表7正交试验的极差分析结果
由表6可知，通过设定上述试验因素，我们得出了影响干法添加含有环氧固化材料的沥青复合添加剂添加到沥青混合料后的固化百分率的因素及水平。
表7可知，因素影响的主次为C>A>B，即聚醚胺和烷基缩水甘油醚重量比>温度>混合时间，较优参数组合为A2B2C3，综上，正交试验最佳组合为实验例9。环氧固化材料具体制备工艺是将环氧树脂和固化剂等混合物混合均匀后，混合100min，加入到双螺杆挤出机中，在115℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种干法添加的高粘沥青复合添加剂，其特征在于，包括按重量份计的以下原料：废旧轮胎胶粉30-40份、聚氨酯10-15份、结晶聚苯乙烯5-10份、环氧固化材料20-30份、纳米白土15-25份；其中，所述环氧固化材料包括按重量份计的以下原料：双酚A型环氧树脂80-100份、改性长链脂肪胺5-20份、芳香族聚酰胺10-15份、N-椰油基-1,3-丙撑二胺5-10份、十六烷基二甲基叔胺5-8份、矿粉20-25份。
2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述废旧轮胎胶粉颗粒粒径在50-200目范围内选用，为黑色均质粉末，级配通过率：30目100%，50目93-99%，100目 75-93%，200目44-48%。
3.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述环氧固化材料具体制备工艺是将所有原料混合均匀，混合时间60-100min，加入到双螺杆挤出机中，在95-115℃下混炼熔融挤出，将挤出的物料冷却压片、破碎后用磨粉机研磨并过筛制成，制成环氧固化材料。
4.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述改性长链脂肪胺按聚醚胺和烷基缩水甘油醚2:1重量比例混合。
5.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述芳香族聚酰胺可优选为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
6.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述矿粉为膨润土、蛭石、蒙脱土、高岭土中至少一种。
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| GR01 | Patent grant | ||
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