CN114213855B - 一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法 - Google Patents

一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法，所述温拌改性橡胶沥青按质量份数计，包括：沥青80～100份、改性废胶粉15～30份、温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份、稳定剂0.2～3份和降粘剂2～10份，其中所述改性废胶粉的制备原料包括如下组分及其质量份数：废胶粉50～100份和改性剂5～15份，具体制备方法如下：将废胶粉在密炼机中进行改性处理，制备得到改性废胶粉，将制备得到的改性废胶粉、温拌剂、催化助剂、稳定剂和降粘剂加入到热沥青中，继续加热剪切搅拌，反应一定时间即得。本发明除了有效降低传统温拌橡胶沥青的制备温度，混合料生产、摊铺以及碾压等施工温度，还降低了传统温拌橡胶沥青的粘度，从而避免了大的能源消耗以及生产、施工过程中有害气体的排放。

Description

一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青路面材料技术领域，尤其涉及一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法。
背景技术
橡胶沥青作为道路工程领域的一种新型环保材料，不仅可以提高沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂和抗老化，还能有效降低路面噪声、有效抵抗重载交通和恶劣气候的影响。更重要的是，废橡胶成本低廉，在改善沥青性能的同时还能消耗大量的固体废弃物，更有利于资源循环利用和环境保护。对于橡胶沥青，国内专利有：CN111303645B、CN111303645B、CN111303645B和CN111675914A等。但是现已授权或是申请的专利仍旧面临的问题是橡胶与基质沥青热力学上的不相容性致使橡胶和沥青无法形成分子级别的混合。最终导致橡胶沥青在储存及运输过程中易发生离析沉淀，增加生产成本。此外，橡胶的掺入显著减少了沥青的轻组分，造成橡胶沥青粘度增加，拌和、运输和摊铺温度升高，压实功增加，最终加速沥青老化，影响路面的长期使用性能。同时，较高的生产、施工温度不可避免地消耗了大量的能源，随之产生了更多地有害气体及粉尘，从而严重危害了施工人员的健康以及周围生态。虽然现已有专利(如：CN113563727A、CN110655797B、CN109627794B、CN109486226B和CN108329704B)针对上述问题提出了各种解决方案，但是这些专利涉及的橡胶沥青制备温度、生产温度和摊铺温度依旧较高，此外还添加了昂贵的原料(如：环氧树脂、改性氧化石墨烯、SBS等)和更加复杂危险的制备工艺(如：反应釜、氧化石墨烯改性和发泡剂等)。总之，橡胶沥青存在的问题依旧无法解决，还引入了其他的技术问题。
温拌作为一种环保型技术，与热拌技术相比较，在不影响沥青混合料路用性能的前提下，可有效降低橡胶沥青的粘度，从而使橡胶沥青的生产、混合料的拌和、摊铺以及压实的温度都降低20～30℃，同时也减少了施工中有害气体的排放。已有专利CN112457678A、CN111138878A、CN106810888A和CN103923472A公开了各种温拌橡胶沥青的制备方法。但是这些制备方法一方面是制备流程复杂、制备温度较高和制备效率不高，另一方面是延度较低，橡胶沥青及混合料低温性能和路用性能衰减严重。从而提高了橡胶沥青的生产成本，限制了橡胶沥青的推广应用。
发明内容
为克服现有技术中制备流程复杂、制备温度高、制备效率低、路用性能较低以及生产成本较高等问题，本发明提供了一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法，以期有效解决上述温拌橡胶沥青中存在的壁垒。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种温拌改性橡胶沥青，按质量份数计，包括：沥青80～100份、改性废胶粉15～30份、温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份、稳定剂0.2～3份和降粘剂2～10份，其中所述改性废胶粉的制备原料包括如下组分及其质量份数：废胶粉50～100份和改性剂5～15份。
作为优选，所述废胶粉为废旧轮胎胶粉，平均粒径为40～60目。
作为优选，所述改性剂为邻苯二甲酸、马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酰胺中的一种。
作为优选，所述温拌剂为有机降黏型温拌剂、发泡降黏型温拌剂和表面活性型温拌剂中的一种或两种的复配物。
作为优选，所述催化助剂为甲基琥珀酸、异丙基丙烯酰胺或邻苯二甲酸二辛酯中的一种。
作为优选，所述降粘剂为脂肪酸、脂肪酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或两种复配物。
作为优选，所述沥青为25℃针入度为70mm的石油沥青。
作为优选，所述稳定剂为硫磺。
本发明还公开了上述温拌改性橡胶沥青制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数计，将50～100份废胶粉和5～15份改性剂在密炼机中改性处理，制备得到改性废胶粉；
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的改性废胶粉取15～30份，温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份和降粘剂2～10份分别依次加入80～100份沥青中，加热至140～150℃，600～900rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应40～60min；
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入稳定剂0.2～3份，400～600rpm的搅拌速率下保温发育60～90min，保温温度为140～150℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
本发明的有益效果是：
本发明所制备的温拌改性橡胶沥青不仅增强了胶粉与沥青的相容性，降低了温拌橡胶沥青混合料生产温度和摊铺工艺温度，还有效减少了能源消耗以及粉尘和有害气体的排放，具有良好的市场应用前景广阔，尤其具备如下优点：
1)本发明中采用密炼机进行废胶粉改性，其优点一方面是废胶粉改性工艺操作简单、安全且环保，改性剂廉价易得，另一方面是改性废胶粉制备效率高，且改性制备过程中无污染物产生；
2)本发明所制备的温拌改性橡胶沥青中所添加的改性剂、温拌剂、催化助剂和降粘剂等成本较低且安全，制备过程所需温度较低，耗能较少，生产成本较低；
3)本发明制备的改性废胶粉有利于增强胶粉与沥青的相容性，本发明所使用的环保型温拌剂、环保型催化助剂和环保型降粘剂等有利于降低温拌改性橡胶沥青混合料生产温度和摊铺工艺温度，有利于促进温拌改性橡胶沥青稳定胶体结构的形成，还有利于减少能源消耗以及粉尘和有害气体的排放；
4)本发明所制备的温拌改性橡胶沥青表现出良好的高温稳定性和低温抗裂性，其混合料所铺筑的沥青路面具有较强的抗车辙能力和抗开裂能力；此外，较低的生产和施工温度更有助于延长施工周期，所以，该温拌改性橡胶沥青市场应用前景广阔。
具体实施方式
一种温拌改性橡胶沥青，按质量份数计，包括：沥青80～100份、改性废胶粉15～30份、温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份、稳定剂0.2～3份和降粘剂2～10份，其中所述改性废胶粉的制备原料包括如下组分及其质量份数：废胶粉50～100份和改性剂5～15份。
所述废胶粉为废旧轮胎胶粉，平均粒径为40～60目。
所述改性剂为邻苯二甲酸、马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酰胺中的一种。
所述温拌剂为有机降黏型温拌剂、发泡降黏型温拌剂和表面活性型温拌剂中的一种或两种的复配物。
所述催化助剂为甲基琥珀酸、异丙基丙烯酰胺或邻苯二甲酸二辛酯中的一种。
所述降粘剂为脂肪酸、脂肪酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或两种复配物。
所述沥青为25℃针入度为70mm的石油沥青。
所述稳定剂为硫磺。
上述温拌改性橡胶沥青制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数计，将50～100份废胶粉和5～15份改性剂在密炼机中改性处理，制备得到改性废胶粉；
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的改性废胶粉取15～30份，温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份和降粘剂2～10份分别依次加入80～100份沥青中，加热至140～150℃，600～900rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应40～60min；
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入稳定剂0.2～3份，400～600rpm的搅拌速率下保温发育60～90min，保温温度为140～150℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
实施例1
一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量份数计，将60份废胶粉和5份马来酸酐在密炼机中改性处理，制备得到马来酸酐改性废胶粉。
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的马来酸酐改性废胶粉取15份，表面活性型温拌剂2份、甲基琥珀酸0.6份和脂肪酰胺4份分别依次加入100份150℃沥青中，600rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应40min。
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入0.2份硫磺，400rpm的搅拌速率下保温发育60min，保温温度为150℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
实施例2
一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量份数计，将70份废胶粉和8份邻苯二甲酸在密炼机中改性处理，制备得到邻苯二甲酸改性废胶粉。
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的邻苯二甲酸改性废胶粉取20份，有机降黏型温拌剂5份、异丙基丙烯酰胺1份和氧化聚乙烯蜡7份分别依次加入100份140℃沥青中，600rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应40min。
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入1份硫磺，400rpm的搅拌速率保温发育60min，保温温度为140℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
实施例3
一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量份数计，将90份废胶粉和10份丙烯酸羟乙酯在密炼机中改性处理，制备得到丙烯酸羟乙酯改性废胶粉。
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的丙烯酸羟乙酯改性废胶粉取25份，发泡降黏型温拌剂3份、邻苯二甲酸二辛酯1.6份和聚乙烯蜡8份分别依次加入90份150℃沥青中，700rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应60min。
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入2份硫磺，500rpm的搅拌速率下保温发育60min，保温温度为150℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
实施例4
一种温拌改性橡胶沥青及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量份数计，将100份废胶粉和15份甲基丙烯酰胺在密炼机中改性处理，制备得到甲基丙烯酰胺改性废胶粉。
(2)按质量份数计，将步骤(1)中制备得到的甲基丙烯酰胺改性废胶粉取30份，表面活性型温拌剂4份、异丙基丙烯酰胺2份和聚丙烯蜡10份分别依次加入100份145℃沥青中，600rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应60min。
(3)反应时间结束之后向步骤(2)中加入3份硫磺，400rpm的搅拌速率下保温发育60min，保温温度为145℃，即可制得温拌改性橡胶沥青。
上述4个实施例制备的温拌改性橡胶沥青的物理性能见表1。
表1温拌改性橡胶沥青的物理性能实验结果
Figure BDA0003435221380000061
由表1对比可知，温拌改性橡胶沥青的旋转黏度、软化点、延度、弹性恢复和混合料拌合温度均具有明显的改善，比未加温拌剂的传统橡胶沥青具有更低的旋转黏度、弹性恢复和混合料拌合温度，更高的软化点、延度。说明温拌改性橡胶沥青软化点高，高温性能好，混合料拌合温度低，低温性能好，但是弹性恢复较差。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种温拌改性橡胶沥青，其特征在于，按质量份数计，包括：沥青80～100份、改性废胶粉15～30份、温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份、稳定剂0.2～3份和降粘剂2～10份，其中所述改性废胶粉的制备原料包括如下组分及其质量份数：废胶粉50～100份和改性剂5～15份，所述改性废胶粉为将废胶粉和改性剂在密炼机中改性处理制得；所述废胶粉为废旧轮胎胶粉，平均粒径为40～60目；所述改性剂为邻苯二甲酸、马来酸酐、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酰胺中的一种；所述温拌剂为有机降黏型温拌剂、发泡降黏型温拌剂和表面活性型温拌剂中的一种或两种的复配物；所述催化助剂为甲基琥珀酸、异丙基丙烯酰胺或邻苯二甲酸二辛酯中的一种；所述降粘剂为脂肪酸、脂肪酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或两种复配物。
2.根据权利要求1所述的一种温拌改性橡胶沥青，其特征在于，所述沥青为25ºC针入度为70mm的石油沥青。
3.根据权利要求1所述的一种温拌改性橡胶沥青，其特征在于，所述稳定剂为硫磺。
4.根据权利要求1-3任一项所述的温拌改性橡胶沥青的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）按质量份数计，将50～100份废胶粉和5～15份改性剂在密炼机中改性处理，制备得到改性废胶粉；
（2）按质量份数计，将步骤（1）中制备得到的改性废胶粉取15～30份，温拌剂2～8份、催化助剂0.4～2份和降粘剂2～10份分别依次加入80～100份沥青中，加热至140～150ºC，600～900rpm的搅拌速率下剪切搅拌反应40～60min；
（3）反应时间结束之后向步骤（2）中加入稳定剂0.2～3份，400～600rpm的搅拌速率下保温发育60～90min，保温温度为140～150ºC，即可制得温拌改性橡胶沥青。
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