CN114854112A - 一种低温usp改性剂及道路低温沥青制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低温USP改性剂及道路低温沥青制备方法，以及包含该改性剂的沥青混合料。本发明的低温USP沥青改性剂可以掺入基质沥青中，也可以与废旧沥青混合，生产施工过程中通过物理方法改变沥青分子间的引力，降低沥青粘度和沥青混合料的拌合、施工、碾压温度；在使用过程中通过碾压、阳光等外因增加沥青分子量及粘度，同时USP沥青中的活性组份与集料中的硅酸盐等物质发生类似络活反应的化学改性过程(形成以C、Si源子为中心的络合物)，使得USP沥青混合料强度随着复合改性进程而逐渐增强,沥青混合料的耐高温抗车辙性能、抗低温冻裂性能和粘附性能得以大大提高。

Description

一种低温USP改性剂及道路低温沥青制备方法
技术领域
本发明属于道路施工技术领域，具体涉及一种低温USP改性剂及道路低温沥青制备方法。
背景技术
截至2020年底，全国公路网总里程519.8万公里，其中国省干线公路75.35 万公里，公路路网结构得到进一步优化完善。从公路技术等级看，二级及以上公路里程超过70万公里，高速公路通车里程16.1万公里，完成国家高速规划里程的82.11％。从路面类型来看，国省干线高级铺装路面(沥青混凝土或水泥混凝土路面)占90.9％，其中沥青混凝土路面55.8万公里。国省干线中74.1％的路面以及高速公路中97.7％的路面均采用沥青混凝土路面，沥青路面是我国主要的路面结构形式。
我国沥青路面的设计年限一般为15年，实际上道路生命周期一般在5到10 年，按照十年一次大修，五年一次中修，我国每年农村公路的养护比例在5％以上，其他等级公路的维修比例在15-20％，每年的大中修里程接近100万公里，养护市场持续增大，养护资金需求超过3000亿，由此每年都会产生数以亿吨废旧沥青混合料。废旧沥青混合料需要大量的土地来堆放，且废旧料中的沥青含有大量有毒物质，极易对水质、土壤及空气造成污染，甚至可能造成地表寸草不生，如处置不好会对环境造成极大污染。
废旧沥青混合料的利用既减轻了环境污染，又减少了材料消耗，是实现公路交通运输可持续发展的重要手段和迫切需要。废旧沥青混合料的变废为宝、循环再利用受到越来越多的关注，沥青混凝土路面技术的发展受到越来越多的重视。目前料的主要利用形式，一是打碎做基层，此用量占料整体市场存量的 95％；二是传统老料添加比例15～30％左右，此用量占料整体市场存量的5％。国际上正在对大比例掺配旧料的热技术、温拌与技术耦合等开展研究。
沥青路面在长期使用过程中，在车辆荷载和气候因素的作用下，其构成的两大类材料胶结材料(沥青材料)和骨架材料(砂石材料)的质量发生了变化与衰减，主要表现为矿料级配的退化和沥青的老化。在沥青路面工程中，其中的砂石材料只需略加处理(筛分)就可直接利用，材料性能的关键在于让“老化”的沥青材料恢复性能。
沥青的老化：沥青在使用过程中，由于长时间受阳光、空气和水的作用，以及沥青与矿料之间的物理、化学作用，沥青分子会发生氧化和聚合作用，使低分子化合物转变为较高分子化合物，导致路用性能劣化，这种现象通常称之为“老化”。沥青老化后，化学组分改变，性质也发生改变，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。
在已经老化的沥青中加入某种组分的低粘度油料(剂)或适当粘度的沥青材料(新鲜沥青)，进行调配，使调配后的沥青具有适合的粘度和所需的使用性质。所以沥青实际上是由旧沥青与新沥青材料(必要时添加剂)经过调配混合成的一种调合沥青。当然在实际施工中，旧沥青与剂、新沥青材料的混合是在伴随有砂石材料的情况下进行的，并不是专门抽提出旧沥青再进行调合，远不及石油工业中生产调合沥青调配得那么好。
沥青混凝土路面技术是指将需要翻修或废弃的旧沥青路面，经过路面专用设备的翻挖、废旧沥青混合料回收、加热、破碎、筛分后，与低温USP沥青改性剂、新沥青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，重新铺筑于路面的一整套工艺。沥青混凝土路面利用不仅可以使旧料重新满足路用性能要求、节约大量材料资源和资金、降低工程造价，也可避免废弃材料对环境的污染、实现行业循环经济、促进生态环境保护，有着非常显著的社会效益和经济效益。
根据混合料拌制和施工温度的不同，沥青路面可分为冷和热。冷过程中，旧路铣刨、新旧料的拌和与摊铺是在常温下进行的，冷结合料通常采用乳化沥青或泡沫沥青；热过程中，旧路面铣刨、新旧料拌和时需要加热。
根据施工场合和施工工艺的不同，沥青路面可以分为厂拌和就地。就地与厂拌的区别在于拌和过程发生的地方，就地的拌和过程是在旧路面现场进行，而厂拌的拌和过程在拌和站进行。
随着时代发展和进步，废旧高分子材料橡胶颗粒日益增多，如果不能有效回收利用，造成地球资源逐渐匮乏。本发明利用废旧高分子材料如高分子树脂类物质、橡胶类物质、以及能使沥青分子在低温下断链又能在去除后重新接链并增长的助剂类物质为主原材料制备低温USP改性剂，使得USP沥青混合料强度随着复合改性进程而逐渐增强，沥青混合料的耐高温抗车辙性能、抗低温冻裂性能和粘附性能得以大大提高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低温USP沥青改性剂，将其按照比例掺入基础沥青中，低温USP沥青改性剂的活性成分能在低温下激活旧沥青混合料中的老化沥青的沥青组分，并通过USP沥青中添加剂的高分子树脂、橡胶、溶剂、交联剂、催化剂等与沥青中的饱和分、芳香分、胶质与沥青质补充旧沥青缺失的相关组分，使旧沥青恢复并增强原有的各项性能，并且因低温催化剂的作用，沥青中初级树脂分子链增长而使得沥青膜的强度提高，进而能提高沥青路面的寿命和旧料的使用量。
本发明提供了一种低温USP改性，其包括：10-20重量份SBR橡胶粉，10-20 重量份SBS橡胶粉，5-8份天然橡胶粉，10-20份聚乙烯颗粒，5-10重量份硫磺， 20-40份溶剂，所述的橡胶粉是通过将废橡胶在200-300℃下通过螺杆挤出机作用下通过剪切、挤压获得的具有10-30目的橡胶粉。
所述的溶剂为：120#溶剂油或200#溶剂油或其混合物。
所述的聚乙烯为分子量1-5万，可选为废旧聚乙烯回收料。
本发明还提供一种低温USP改性剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将溶剂加热到90～120℃，备用；
(2)在步骤(1)中加入橡胶粉、聚乙烯颗粒、沥青，搅拌混合均匀，升温至160～180℃，搅拌得到分散悬浮物；
(4)将步骤(3)所得产物的温度降至70～90℃，加入、硫磺，保持温度继续搅拌，然后冷却至室温得低温USP沥青改性剂。
本发明还提供一种低温USP改性沥青混合料及其制备方法，其包括前述的低温USP改性沥青，其用量每吨沥青混合料加入2-10千克所述低温USP沥青改性剂。
优选的，沥青为新沥青混合料和50％以上比例废旧沥青路面回收料。
本发明的低温USP改性沥青可以掺入基质沥青中，也可以与废旧沥青混合，生产施工过程中通过物理方法改变沥青分子间的引力，降低沥青粘度和沥青混合料的拌合、施工、碾压温度；在使用过程中通过碾压、阳光等外因增加沥青分子量及粘度，同时USP沥青中的活性组份与集料中的硅酸盐等物质发生类似络活反应的化学改性过程(形成以C、Si源子为中心的络合物)，使得USP沥青混合料强度随着复合改性进程而逐渐增强,沥青混合料的耐高温抗车辙性能、抗低温冻裂性能和粘附性能得以大大提高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案，但不构成对本申请的任何限制。
本发明低温USP改性剂制备：
(1)将溶剂加热到100℃，备用；
(2)在步骤(1)中加入橡胶粉、聚乙烯颗粒、沥青，搅拌混合均匀，升温至160℃，搅拌得到分散悬浮物；
(4)将步骤(3)所得产物的温度降至70℃，加入硫磺，保持温度继续搅拌，然后冷却至室温得低温USP沥青改性剂。
对比例：
采用与实施例同样的方法制备，区别在于配方的不同。
实施例和对比例的配方如表1所示。
表1本申请实施例和对比例的配方组成
Figure BDA0003604056640000051
产品实施例：
取0.1千克上述实施例和对比例制备的沥青改性剂与1千克沥青混合料混合制备得到改性沥青混合料，其中沥青混合料中废旧沥青路面回收料含量为55％。
低温USP改性沥青混合料性能测试结果：
Figure BDA0003604056640000052
Figure BDA0003604056640000061
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (6)

1.一种低温USP改性剂，其特征在于，包括：10-20重量份SBR橡胶粉，10-20重量份SBS橡胶粉，5-8份天然橡胶粉，10-20份聚乙烯颗粒，5-10重量份硫磺，20-40份溶剂，所述的橡胶粉是通过将废橡胶在200-500℃下通过螺杆挤出机作用下通过剪切、挤压获得的具有10-30目的橡胶粉。
2.如权利要求1所述的一种低温USP改性剂，其特征在于所述的溶剂为：120#溶剂油或200#溶剂油或其混合物。
3.如权利要求1所述的一种低温USP改性剂，其特征在于所述的聚乙烯为分子量1-5万，可选为废旧聚乙烯回收料。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种低温USP沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将溶剂加热到90～120℃，备用；
(2)在步骤(1)中加入橡胶粉、聚乙烯颗粒、沥青，搅拌混合均匀，升温至160～180℃，搅拌得到分散悬浮物；
(4)将步骤(3)所得产物的温度降至70～90℃，加入、硫磺，保持温度继续搅拌，然后冷却至室温得低温USP沥青改性剂
5.一种道路低温沥青的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的低温USP沥青改性剂，且低温USP沥青改性剂的用量为每吨沥青混合料加入2-10千克所述低温USP改性剂。
6.如权利要求5所述的一种道路低温沥青的制备方法，其特征在于，沥青为新沥青混合料和50％以上比例废旧沥青路面回收料。
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