CN114507450B - 一种高黏橡胶改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高黏橡胶改性沥青，属于道路工程技术领域，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，15‑25份活化后的废橡胶粉，1‑4份增黏剂，4‑7份增塑剂；所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：将30‑80目的废橡胶粉加热至140‑145℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌得到混合糠醛的胶粉，倒入80‑90℃的热水中浸泡，取出后烘干，往胶粉中加入植物油和添加剂，搅拌均匀后，80‑90℃下烘0.5‑1.5h，得到发育后的胶粉，搅拌均匀后微波处理，即得。本发明制备的高黏橡胶改性沥青具有优良的低温延度性能、高温性能和储存稳定性，并且成本低。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种高黏橡胶改性沥青及其制备方法。
背景技术
近年来，随着汽车保有量快速增加，废弃轮胎数量的迅速飙升，造成的废旧轮胎堆放形成的“黑色污染”已受到中国乃至世界的普遍关注。合理地回收再利用废旧轮胎，消除“黑色污染”已成当务之急。目前，废旧轮胎的处理方式主要有填埋、焚烧等，然而这些处理方式都会造成土壤和空气严重的污染，而且需要专门的焚烧和净化设备，成本较高。
废旧轮胎中含有大量的SBR、天然橡胶等多种高分子聚合物，以及碳黑、抗氧化剂、填料、处理油等许多有益于改善沥青性能的材料。因此，将废旧轮胎应用在道路工程中已成为近年来解决其回收问题的最有效方式之一。在道路领域，通过一定的生产工艺将废橡胶粉加入到沥青当中，形成一种以橡胶粉为改性剂的改性沥青，不仅可以节约能源、保护环境、减少废旧橡胶造成的危害，还能够改善路面的使用性能，是一举多得的举措。
近年来，随着我国“海绵城市”建设的提出，排水性沥青路面受到越来越多的关注。由于排水型沥青混合料的大孔隙结构的强度主要依赖于集料间的沥青的粘结力，需采用高黏度改性沥青制备沥青混合料，修建排水性路面，以提高沥青混合料的抗水性、高温稳定性、低温抗裂性和耐久性。目前，常用的高黏度改性剂主要为日本大有公司生产的TPS、交通部公路科学研究院研制的PA-T型添加剂(HVA)、深圳海川的SINOTPS等，但这类高黏改性剂均价格昂贵，使得高黏度沥青的改性成本较高。
目前，国内外将橡胶粉应用于高黏度沥青改性的研究还相对较少，而用于排水性沥青路面的高黏度改性沥青一般是在基质沥青中掺加胶粉、SBS改性剂、胶粉/SBS、高黏剂、胶粉/高黏剂等。然而，多数高黏沥青的低温性能不好，不利于工程实践推广应用。因此，研究制备一种同时兼顾沥青材料高低温性能的高黏沥青，具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种高黏橡胶改性沥青，其具有优良的低温延度性能、高温性能和储存稳定性，及并且成本低。
本发明的另一目的还在于提供上述高黏橡胶改性沥青的制备方法。
一种高黏橡胶改性沥青，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，15-25份活化后的废橡胶粉，1-4份增黏剂，4-7份增塑剂。
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1)将30-80目的废橡胶粉加热至140-145℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15-20min后，得到混合糠醛的胶粉；
2)将混合糠醛的胶粉倒入80-90℃的热水中浸泡20-40min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂，搅拌均匀后，80-90℃下烘0.5-1.5h，得到发育后的胶粉；
3)将发育后的胶粉搅拌均匀，然后进行微波处理，得到活化后的废橡胶粉。
进一步，所述增黏剂为C5石油树脂、碳氢树脂、萜烯树脂或松香树脂中的一种或两种以上任意比例的组合物。更优选为质量比为1:1.5的C5石油树脂和萜烯树脂的组合物。
进一步，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁氧基乙酯、己二酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯或癸二酸二辛酯中的一种或两种以上任意比例的组合物。更优选为质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物。
进一步，步骤2)中，所述植物油为废弃的食用植物油，可进一步降低原料成本。所述植物油为大豆油、棕榈油或菜籽油等。
进一步，步骤2)中，所述添加剂为纳米氧化锌、纳米铁氧体或硅藻土中的一种或两种以上任意比例的组合物。
进一步，所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:(10-15)：(18-32)：(0.5-1.5)。
进一步，步骤3)中，所述微波处理的功率为800w，时间为2-4min。
一种高黏橡胶改性沥青的制备方法：按上述重量份，将基质沥青加热至160℃±5℃，然后加入活化后的废橡胶粉，采用高速剪切仪剪切均匀，剪切速率为2000r/min，得到沥青胶粉混合物；将沥青胶粉混合物升温至180℃±5℃，然后以3000r/min的剪切速率继续恒温剪切30min，再降温至155℃±5℃，加入增黏剂，接着以1500r/min的转速继续搅拌15min后，加入增塑剂，继续以1500r/min的转速恒温搅拌15min，得到高黏橡胶改性沥青。
本发明的有益效果：
本发明采用废弃的食用植物油处理废橡胶粉，实现废弃材料的资源化利用，拓展了废弃食用植物油的应用市场。将其活化处理后用于制备高黏橡胶改性沥青，扩大了橡胶沥青的使用场景，降低橡胶资源对外依存度，防止环境污染，提升我国废橡胶综合利用水平，而且可有效提高胶粉与沥青的相容性，并缩短了胶粉改性沥青的反应和发育时间，降低了生产能耗。本发明制备的高黏橡胶改性沥青具有优良的低温性能、高温性能和储存稳定性，可通过调整添加剂的添加比例，可调整出适用于不同气候地区的橡胶高黏沥青，还可通过调整活化程度，提高沥青中活化胶粉掺量，降低生产成本，具有良好的经济效益和社会效应。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。下述实施例中，采用的废橡胶粉来自于广西北流市五常颜料有限公司和沧州茂宏精细胶粉有限公司，采用的植物油为废弃的大豆油，由东莞市斯诚贸易有限公司提供，采用的增黏剂中，C5石油树脂购自山东齐隆化工股份有限公司，萜烯树脂购自深圳市吉田化工有限公司，但均不限于此。
实施例1
一种高黏橡胶改性沥青，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，20份活化后的废橡胶粉，2份增黏剂(质量比为1:1.5的C5石油树脂(ZC-1288D)和萜烯树脂的组合物)，4.5份增塑剂(质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物)。
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1)将30-80目的废橡胶粉加热至140℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15min后，得到混合糠醛的胶粉；
2)将混合糠醛的胶粉倒入85℃的热水中浸泡30min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂(纳米氧化锌)，搅拌均匀后，85℃下烘1h，得到发育后的胶粉；
所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:12:20:0.5；
3)将发育后的胶粉搅拌均匀，然后在微波炉中800w下微波处理2min，得到活化后的废橡胶粉。
高黏橡胶改性沥青的制备方法：按上述重量份，将基质沥青加热至160℃±5℃，然后加入活化后的废橡胶粉，采用高速剪切仪剪切均匀，剪切速率为2000r/min，得到沥青胶粉混合物；将沥青胶粉混合物升温至180℃±5℃，然后以3000r/min的剪切速率继续恒温剪切30min，再降温至155℃±5℃，加入增黏剂，接着以1500r/min的转速继续搅拌15min后，加入增塑剂，继续以1500r/min的转速恒温搅拌15min，得到高黏橡胶改性沥青。
实施例2
一种高黏橡胶改性沥青，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，20份活化后的废橡胶粉，2份增黏剂(质量比为1:1.5的C5石油树脂(ZC-1288D)和萜烯树脂的组合物)，4.5份增塑剂(质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物)。
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1)将30-80目的废橡胶粉加热至140℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15min后，得到混合糠醛的胶粉；
2)将混合糠醛的胶粉倒入85℃的热水中浸泡30min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂(纳米氧化锌)，搅拌均匀后，85℃下烘1h，得到发育后的胶粉；
所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:12:20:1；
3)将发育后的胶粉搅拌均匀，然后在微波炉中800w下微波处理3min，得到活化后的废橡胶粉。
高黏橡胶改性沥青的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种高黏橡胶改性沥青，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，20份活化后的废橡胶粉，2份增黏剂(质量比为1:1.5的C5石油树脂(ZC-1288D)和萜烯树脂的组合物)，4.5份增塑剂(质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物)。
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1)将30-80目的废橡胶粉加热至140℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15min后，得到混合糠醛的胶粉；
2)将混合糠醛的胶粉倒入85℃的热水中浸泡30min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂(纳米氧化锌)，搅拌均匀后，85℃下烘1h，得到发育后的胶粉；
所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:12:30:0.5；
3)将发育后的胶粉搅拌均匀，然后在微波炉中800w下微波处理3min，得到活化后的废橡胶粉。
高黏橡胶改性沥青的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种高黏橡胶改性沥青，其包括如下重量份的组分：100份基质沥青，20份活化后的废橡胶粉，2份增黏剂(质量比为1:1.5的C5石油树脂(ZC-1288D)和萜烯树脂的组合物)，4.5份增塑剂(质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物)。
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1)将30-80目的废橡胶粉加热至140℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15min后，得到混合糠醛的胶粉；
2)将混合糠醛的胶粉倒入85℃的热水中浸泡30min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂(纳米氧化锌)，搅拌均匀后，85℃下烘1h，得到发育后的胶粉；
所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:12:30:1；
3)将发育后的胶粉搅拌均匀，然后在微波炉中800w下微波处理2min，得到活化后的废橡胶粉。
高黏橡胶改性沥青的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种高黏橡胶改性沥青的制备方法：将基质沥青加热至160℃±5℃，加入占沥青质量比为20％的废橡胶粉(未活化)，采用高速剪切仪进行剪切均匀，剪切速率为2000r/min，得到沥青胶粉混合物；将沥青胶粉混合物升温至180℃±5℃后，以3000r/min的剪切速率继续恒温剪切30min，接着降温至155℃±5℃，以1500r/min的转速继续搅拌30min，得到高黏橡胶改性沥青。
对实施例1-4和对比例1制得的高黏橡胶改性沥青进行粘度、软化点、延度等测试，测试方法按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)的相关试验规定进行，测试结果如表1所示：
表1
由表1的测试数据可以看出，本发明实施例制备的高黏橡胶改性沥青的旋转粘度、软化点、延度明显大于普通废弃胶粉改性沥青(对比例1)，本发明实施例制备的四种高黏橡胶改性沥青的48h软化点差均小于2.5℃(稳定性优劣的临界值)，远远小于对比样的8.3℃，这表明本发明制备的高黏橡胶改性沥青的储存稳定性也明显优于普通废弃胶粉改性沥青(对比例1)，因此，在拌合站拌合过程中，不需要添加搅拌装置以防止发生离析现象。综合对比发现，实施例1和2制备的高黏橡胶改性沥青具有较高的高温性能、粘度、储存稳定性，而且低温延度也可满足规范要求最低的30cm，因此，实施例1和2制备的高黏沥青可用于对夏季性能要求更高的地区，实施例3和4制备的高黏橡胶改性沥青具有较优的低温延度性能，高温性能、粘度、储存稳定性相对实施例1和2的高黏橡胶沥青略差。因此，实施例3和4制备的高黏沥青可用于对冬季性能要求更高的地区。
Claims (2)
1.一种高黏橡胶改性沥青，其特征在于，包括如下重量份的组分：100份基质沥青，15-25份活化后的废橡胶粉，1-4份增黏剂，4-7份增塑剂；所述增黏剂为质量比为1:1.5的C5石油树脂和萜烯树脂的组合物；所述增塑剂为质量比为1:1:2的邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二丁氧基乙酯和癸二酸二辛酯的组合物；
所述活化后的废橡胶粉的制备方法为：
1）将30-80目的废橡胶粉加热至140-145℃，然后趁热倒入预热至135℃的反应釜中，加入糠醛并搅拌，135℃下搅拌15-20min后，得到混合糠醛的胶粉；
2）将混合糠醛的胶粉倒入80-90℃的热水中浸泡20-40min，取出后105℃下烘干，得到胶粉，往胶粉中加入植物油和添加剂，搅拌均匀后，80-90℃下烘0.5-1.5h，得到发育后的胶粉；
所述废橡胶粉、糠醛、植物油、添加剂的质量比为100:（10-15）：（18-32）：（0.5-1.5）；
3）将发育后的胶粉搅拌均匀，然后进行微波处理，得到活化后的废橡胶粉；
步骤2）中，所述添加剂为纳米氧化锌；
步骤3）中，所述微波处理的功率为800w，时间为2-4min。
2.权利要求1所述高黏橡胶改性沥青的制备方法，其特征在于，将基质沥青加热至160℃±5℃，然后加入活化后的废橡胶粉，采用高速剪切仪剪切均匀，剪切速率为2000r/min，得到沥青胶粉混合物；将沥青胶粉混合物升温至180℃ ±5℃，然后以3000 r/min的剪切速率继续恒温剪切30min，再降温至155℃±5℃，加入增黏剂，接着以1500r/min的转速继续搅拌15min后，加入增塑剂，继续以1500r/min的转速恒温搅拌15min，得到高黏橡胶改性沥青。
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