CN114716838A - 一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，组成按重量份数计如下：基质沥青65～83份，废旧口罩6～15份，增强剂7～10份，结合剂2～5份，稳定剂2～5份；将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过20目～35目筛，制得废旧口罩粉末；所得废旧口罩粉末掺入基质沥青中，加入结合剂，升温至160℃～190℃发育30～60min；掺入增强剂，在160℃～190℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；掺入稳定剂，在120℃～150℃的温度范围内以1500～3000r/min的速度剪切30～60min，自然冷却制得改性沥青；本发明提出的改性沥青成本低廉，制备工艺简单，具有良好的经济效益。此外，本发明实现了对口罩“无害化、资源化”处理，对保护环境，节约资源，实现可持续发展具有重要意义。

Description

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种适改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国公路建设的迅猛发展，长寿命路面以其优越性能得到了广泛应用。在已有的研究中，主要着重于对混凝土层的使用寿命的要求。然而随着道路交通量日益增多，车辆轴载不断加重，对长寿命路面中沥青层的使用寿命的要求也不断增高。长寿命路面中沥青层易产生车辙、裂缝和松散等主要类型病害。为减少沥青层病害，需全面提高沥青材料的使用性能。

关于废弃医用口罩的“无害化、资源化”处理成为焦点问题。为了变废为宝，研究人员进行了针对性研究。Li将其掺入混凝土骨料获得再生混凝土骨料(RCA)，用于路面基层；贺泓博论述了废弃口罩消毒处理后混燃的可行性；陈海明论述了废弃一次性医用口罩的回收利用与化学升级再造，探讨了机械共混、化学改性、可控降解、物理加工改性等处理方法。

废旧口罩主要由有机高聚物组成，具有较强的耐热性、韧性和不透气性。目前研究者对废旧口罩进行回收处理，大多将其用于路面基层材料、化学品、燃料等方面，没有充分利用废旧口罩中有机高聚物的附加价值造成了资源的浪费。

发明内容

本发明目的之一是提供一种对废旧口罩的资源化处理方法，充分利用废旧口罩中有机高聚物的资源价值；目的之二是提供一种适用于长寿命路面的改性沥青，通过废旧口罩中的有机高聚物有效改善沥青的高温稳定性、低温稳定性和耐久性；目的之三是提供废旧口罩改性沥青的制备方法，保证改性沥青均匀稳定，满足长寿命路面的使用要求。

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其组成按重量份数计如下：

基质沥青65～83份，废旧口罩6～15份，增强剂7～10份，结合剂2～5份，稳定剂2～5份。

按上述方案，所述的基质沥青为70号普通石油沥青。

按上述方案，所述的废旧口罩为打碎并过筛后的废旧口罩粉末。

按上述方案，所述的增强剂为玄武岩纤维、火山岩纤维、白云岩纤维中的一种或几种。

按上述方案，所述的结合剂为富芳香油、富橡胶油中的一种或几种。

按上述方案，所述的稳定剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或几种。

上述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青制备方法，包括如下步骤：

(1)将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过20目～35目筛，制得废旧口罩粉末；

(2)所得废旧口罩粉末掺入基质沥青中，加入结合剂，升温至160℃～190℃发育30～ 60min；

(3)掺入增强剂，在160℃～190℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～ 60min；

(4)掺入稳定剂，在120℃～150℃的温度范围内以1500～3000r/min的速度剪切30～ 60min，自然冷却制得改性沥青。

本发明通过废旧口罩中的有机高聚物有效改善沥青的高温稳定性、低温稳定性和耐久性，从而减轻长寿命路面沥青层失稳型车辙、裂缝和松散等主要类型病害，然而废旧口罩与基质沥青因化学成分不相容，需要添加合理的结合剂，才能保证改性沥青均匀稳定；废旧口罩改性剂合理掺配区间为5％～20％，当废旧口罩掺量过小，将无法满足沥青使用性能要求，废旧口罩掺量过大，结合剂将部分失去作用，口罩粉末会出现团聚现象。

发明人研究发现，废旧口罩软化点较高，需要155℃才能软化，因此，改性沥青的制备温度不应小于155℃。且废旧口罩改性沥青强度相对较低，为避免改性沥青路面产生结构型车辙，需要在改性沥青中添加增强强度的材料。通过在改性沥青中添加稳定剂，使沥青内形成网状结构，从而增加沥青路用性能强度和坚韧性，保证了沥青的路用稳定性。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过废旧口罩粉对基质沥青进行改性，有效改善沥青的高温稳定性、低温稳定性和耐久性。从而减轻长寿命路面沥青层失稳型车辙、裂缝和松散等主要类型病害，并通过添加增强剂，避免改性沥青路面产生结构型车辙。从而全面提高了长寿命路面沥青层的使用性能。

(2)本发明通过发明一种改性沥青制备方法，保证沥青的制备温度不应小于155℃；通过添加合理的结合剂，保证改性沥青均匀稳定。确定了废旧口罩改性剂合理掺配区间，保证改性沥青使用性能满足要求，

(3)本发明提出的改性沥青成本低廉，制备工艺简单，具有良好的经济效益。此外，本发明实现了对口罩“无害化、资源化”处理，对保护环境，节约资源，实现可持续发展具有重要意义。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式中提供了一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其组成按重量份数计如下：基质沥青65～83份，废旧口罩6～15份，增强剂7～10份，结合剂2～5份，稳定剂2～5份。

具体的方案中，基质沥青为70号普通石油沥青。

废旧口罩为打碎并过筛后的废旧口罩粉末。本发明通过废旧口罩中的有机高聚物有效改善沥青的高温稳定性、低温稳定性和耐久性，从而减轻长寿命路面沥青层失稳型车辙、裂缝和松散等主要类型病害。废旧口罩改性剂合理掺配区间为5％～20％，当废旧口罩掺量过小，将无法满足沥青使用性能要求，废旧口罩掺量过大，结合剂将部分失去作用，口罩粉末会出现团聚现象。

增强剂为玄武岩纤维、火山岩纤维、白云岩纤维中的一种或几种。废旧口罩改性沥青强度相对较低，为避免改性沥青路面产生结构型车辙，需要在改性沥青中添加增强强度的材料。

结合剂为富芳香油、富橡胶油中的一种或几种。废旧口罩与基质沥青因化学成分不相容，需要添加合理的结合剂，才能保证改性沥青均匀稳定。

稳定剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或几种。

具体实施方案中，废旧口罩改性沥青制备方法，具体如下：

(1)将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过20目～35目筛，制得废旧口罩粉改性剂，

(2)所得废旧口罩粉按预定的掺配比例掺入基质沥青中，并掺入预定比例的结合剂，然后放入160℃～190℃的烘箱中，发育30～60min之后取出，

(3)掺入预定掺配比例增强剂，采用高速剪切仪在160℃～190℃的温度范围内以3000～ 4500r/min的速度剪切30～60min，

(4)所得混合物掺入预定掺配比例的稳定剂，采用高速剪切仪在120℃～150℃的温度范围内以1500～3000r/min的速度剪切30～60min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。

实施例1

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青83 份，废旧口罩6份，玄武岩纤维7份，富芳香油2份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2份。

该适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青的制备方法如下：

1、将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过20目筛，制得废旧口罩粉改性剂，

2、所得废旧口罩粉按预定的掺配比例掺入基质沥青中，并掺入预定比例的结合剂，然后放入160℃的烘箱中，发育30min之后取出，

3、掺入预定掺配比例增强剂，采用高速剪切仪在160℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切30min，

4、所得混合物掺入预定掺配比例的稳定剂，采用高速剪切仪在120℃的温度范围内以 1500r/min的速度剪切30min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。

实施例2

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青77 份，废旧口罩9份，火山岩纤维8份，富橡胶油3份，聚苯乙烯丁二烯共聚物3份。

该适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青的制备方法如下：

1、将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过25目筛，制得废旧口罩粉改性剂，

2、所得废旧口罩粉按预定的掺配比例掺入基质沥青中，并掺入预定比例的结合剂，然后放入170℃的烘箱中，发育40min之后取出，

3、掺入预定掺配比例增强剂，采用高速剪切仪在170℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切40min，

4、所得混合物掺入预定掺配比例的稳定剂，采用高速剪切仪在130℃的温度范围内以2000r/min的速度剪切40min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。

实施例3

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青71 份，废旧口罩12份，白云岩纤维9份，富芳香油4份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4 份。

该适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青的制备方法如下：

1、将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过30目筛，制得废旧口罩粉改性剂，

2、所得废旧口罩粉按预定的掺配比例掺入基质沥青中，并掺入预定比例的结合剂，然后放入180℃的烘箱中，发育50min之后取出，

3、掺入预定掺配比例增强剂，采用高速剪切仪在180℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切50min，

4、所得混合物掺入预定掺配比例的稳定剂，采用高速剪切仪在140℃的温度范围内以 2500r/min的速度剪切50min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。

实施例4

一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青65 份，废旧口罩15份，玄武岩纤维3份，火山岩纤维3份，白云岩纤维4份，富橡胶油5份，聚苯乙烯丁二烯共聚物5份。

该适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青的制备方法如下：

1、将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过35目筛，制得废旧口罩粉改性剂，

2、所得废旧口罩粉按预定的掺配比例掺入基质沥青中，并掺入预定比例的结合剂，然后放入190℃的烘箱中，发育60min之后取出，

3、掺入预定掺配比例增强剂，采用高速剪切仪在190℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切60min，

4、所得混合物掺入预定掺配比例的稳定剂，采用高速剪切仪在150℃的温度范围内以 3000r/min的速度剪切60min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。

为验证本发明中复合改性沥青的使用性能，以70号基质沥青为对照组，本发明制备的实施例为实验组，进行相关项目的试验，试验结果如下表所示：

上表中当量软化点、当量脆点、针入度比、老化指数根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20–2011)所述的计算方法计算，沥青等级(PG)高温、低温连续分级温度根据《测定性能分级(PG)沥青结合料的连续分级温度和连续分级的标准操作规程》(ASTM D7643–10)所述的计算方法计算。

上表中当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度为沥青高温性能指标；当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度越高，沥青高温性能越好。当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度为沥青低温性能指标；当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度越低，沥青低温性能越好。针入度比及老化指数为沥青耐久性能指标；针入度比越高，老化指数越低越低，沥青耐久性能越好。

由上表中数据可知，实施例1～实施例4中所制备的改性沥青相较于基质沥青具有更好的高温、低温、耐久性能，且制备工艺简单，原材料价格低廉，能＝改善环境、保护生态，具有广阔的应用前景。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于组成按重量份数计如下：

基质沥青65～83份，废旧口罩6～15份，增强剂7～10份，结合剂2～5份，稳定剂2～5份。

2.如权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于所述的基质沥青为70号普通石油沥青。

3.如权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于所述的废旧口罩为打碎并过筛后的废旧口罩粉末。

4.如权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于所述的增强剂为玄武岩纤维、火山岩纤维、白云岩纤维中的一种或几种。

5.如权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于所述的结合剂为富芳香油、富橡胶油中的一种或几种。

6.如权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青，其特征在于所述的稳定剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或几种。

7.权利要求1所述适用于长寿命路面的废旧口罩改性沥青制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将废旧口罩加入粉碎机中粉碎后过20目～35目筛，制得废旧口罩粉末；

(2)所得废旧口罩粉末掺入基质沥青中，加入结合剂，升温至160℃～190℃发育30～60min；

(3)掺入增强剂，在160℃～190℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；

(4)掺入稳定剂，在120℃～150℃的温度范围内以1500～3000r/min的速度剪切30～60min，自然冷却制得改性沥青。