CN115160816A - 复合沥青改性剂及其制备方法、使用方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程材料技术领域，尤指一种复合环氧树脂、SBS及胶粉的用于特种沥青混凝土铺装中的沥青改性剂以及该复合沥青改性剂的制备方法与直投式使用方法。其中，复合沥青改性剂包括以下质量含量的各组分：15％～30％的环氧树脂、20％～40％的SBS、30％～60％的胶粉、1.5％～15％的固化剂、1％～2％的防粘连剂及1％～2％的辅助剂，辅助剂主要由稳定剂与抗氧化剂组成。通过预制改性剂采用固态的环氧树脂与胶粉颗粒混合后添加固化剂粉末覆盖至胶粉包覆的改性剂主体上，待至沥青混凝土高温拌合过程中熔融释放环氧树脂与固化剂接触发生固化反应，通过延迟固化方式，利于降低沥青混凝土的施工难度，且预制改性剂易于储存与运输，此外，直投使用方式，避免预混工艺带来的高能耗、性能劣化缺陷。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，尤指一种复合环氧树脂、SBS及胶粉的用于特种沥青混凝土铺装中的沥青改性剂以及该复合沥青改性剂的制备方法与直投式使用方法。
背景技术
沥青混凝土铺装技术中，近年来有许多新技术不断涌现，各种特殊结构形式或者特殊需求的沥青混凝土铺装也层出不穷，典型特种沥青混凝土铺装有：钢箱梁桥面铺装沥青混凝土、重载交通条件下的透水性沥青混凝土、超薄层铺装等等，这些特种铺装结构都需要高强度、高韧性、高黏性、高模量、高弹性等等的特种改性沥青进行生产，但现有的改性沥青技术，往往在某一方面有突出的性能，但在另一方面存在性能不足，例如：高弹沥青的弹性恢复很好，但往往没法达到高强度高模量的要求；并且传统的预混式改性沥青工艺，往往对于这些特种改性沥青具有明显的不适应性，例如：预混改性的成品高黏度沥青，很容易出现分层离析现象，造成质量问题。
目前常见的沥青改性剂主要有SBS和橡胶粉，SBS用于沥青改性综合效果好，应用广泛，但在沥青中呈物理分散，易分层、易离析；橡胶粉沥青一般指2种实施方式：1)胶粉颗粒较粗，直投入沥青混合料中(而非沥青中)，此种使用方式保留了胶粉颗粒的弹性中心，替代部分集料使用又兼具少量的改性效果，对沥青性能影响较小并无法测定；2)胶粉颗粒较细，一般为80目及以上，加入沥青中，通过180℃以上高温预制成品的胶粉改性沥青，其中高温预制的时间一般为2h至6h不等。橡胶粉改性沥青一般指第2 种方式，但该处理方式下，橡胶粉易分层结团，长时间储存后改性效果不稳定。
随着沥青混凝土铺装技术的不断革新，出现了环氧树脂改性沥青，将环氧树脂添加入沥青中可以增加沥青的强度与韧性，其通常的制备工艺包含两种，一种是冷做法，常温液态的环氧树脂加沥青，以及液态固化剂，使用时常温共同拌合，由于拌合过程中的石料为湿料，需要预先除尘并经冷却后投入使用，该方式的固化周期约为7天，长时间的露天养生对于施工环境有更高的要求；另一种是热做法，较之冷做法的优势在于优化了石料除尘工艺且高温促进环氧树脂固化，该方式的养生时间较短，但对于两种液态材料的添加量及添加时机有更高的要求，若是添加过早，会增加施工难度；添加过晚，会导致搅拌无法均匀，环氧树脂与沥青分离固化结块。
发明内容
在一方面，本发明提供复合环氧树脂的高强度、SBS的高韧性及胶粉的耐老化性的沥青改性剂，该沥青改性剂广泛应用于特种沥青混凝土铺装中，包括但不限于在钢箱梁桥面铺装、重载交通路面铺装及超薄层铺装中的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
复合沥青改性剂，包括以下质量含量的各组分：
15％～30％的环氧树脂、20％～40％的SBS、30％～60％的胶粉、1.5％～15％的固化剂、1％～2％的防粘连剂及1％～2％的辅助剂，所述辅助剂主要由稳定剂与抗氧化剂组成。
一些技术方案中，所述环氧树脂主要由添加增韧剂的环氧树脂主剂组成，所述增韧剂与环氧树脂主剂的质量比范围为：0:100～15:85。
一些技术方案中，所述环氧树脂主剂为常温固态的双酚A型环氧树脂，所述增韧剂为乙烯基双硬脂酰胺EBS。
一些技术方案中，所述固化剂为潜伏型粉末状固化剂，主要由酸酐与促进剂组成。
一些技术方案中，所述胶粉为经过高温脱硫处理的废弃轮胎胶粉，所述废弃轮胎胶粉的磨细粒度在100目以上；和/或，
所述稳定剂为硬脂酸锌；和/或，
所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；和/或，
所述防粘连剂为纳米碳酸钙。
另一方面，本发明提供上述复合沥青改性剂的制备与使用方法，通过延迟固化方式，降低应用本专利复合沥青改性剂的施工难度，及通过直投使用方式，避免预混工艺带来的高能耗、性能劣化的缺陷，使用方便且工艺简化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
如上所述的复合沥青改性剂的制备方法，包括步骤：
将如上质量配比的常温固态环氧树脂、SBS、经处理的废弃轮胎胶粉及辅助剂经密炼机混合造粒；
经造粒的混合物与适量配比的粉末状固化剂及防粘连剂混合形成复合沥青改性剂。
一些技术方案中，包括步骤：
直接投入沥青混凝土的拌合过程中，所述沥青混凝土在拌合完成后环氧树脂固化前进行路面铺装。
一些技术方案中，所述沥青混凝土的拌合温度不低于160℃。
本发明采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
1.本申请复配包含环氧树脂、SBS和胶粉的沥青改性剂，SBS和胶粉的混合改性不但可以提高沥青的弹性，改善沥青的高低温性能，还可以扩大沥青的使用温度范围，在此基础之上复合环氧树脂可显著增加沥青的强度与韧性，本专利的沥青改性剂全面改善沥青性能，可广泛应用于特种沥青混凝土铺装之中，包括但不限于在钢箱梁桥面铺装、重载交通路面铺装及超薄层铺装中的应用；
2.本申请的制备方法中将固态的环氧树脂与胶粉预先混合，胶粉可吸附环氧树脂形成固体的改性剂主体，而后混合固化剂粉末可在改性剂主体表面进行覆盖，得到的复合沥青改性剂易于储存运输；
3.本申请的使用方法中通过高温拌合促使固化反应进行，经6小时左右完成最终的固化，通过延迟固化的方式，有利于降低应用本改性剂的沥青混凝土的施工难度；并且，通过直投式应用，避免预混工艺带来的高能耗、性能劣化的缺陷，使用方便且工艺简化。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在本申请一实施例中，提供一种复合沥青改性剂，包括以下质量含量的各组分：15％～30％的环氧树脂、20％～40％的SBS、30％～60％的胶粉、 1.5％～15％的固化剂、1％～2％的防粘连剂及1％～2％的辅助剂，该辅助剂主要由稳定剂与抗氧化剂组成。
该实施方式中复配包含环氧树脂、SBS和胶粉的沥青改性剂，SBS和胶粉的混合改性不但可以提高沥青的弹性，改善沥青的高低温性能，还可以扩大沥青的使用温度范围，在此基础之上复合环氧树脂可显著增加沥青的强度与韧性，本专利的沥青改性剂全面改善沥青性能，可广泛应用于特种沥青混凝土铺装之中，包括但不限于在钢箱梁桥面铺装、重载交通路面铺装及超薄层铺装中的应用。
一些实施方式中，环氧树脂主要由添加增韧剂的环氧树脂主剂组成，增韧剂与环氧树脂主剂的质量比范围为：0:100～15:85。
需要说明的是，复合组成的SBS同样能起到增韧的作用，应用本实施方式的环氧树脂进一步增强复合改性沥青的韧性与弹性。
一些优选方式中，环氧树脂主剂为常温固态的双酚A型环氧树脂，增韧剂为乙烯基双硬脂酰胺EBS；固化剂为潜伏型粉末状固化剂，主要由酸酐与促进剂组成。当然的，该增韧剂还可采用其它熔点在100℃～120℃的蜡类、 PE类材料。
该实施方式中采用的环氧树脂由于在复合沥青改性剂中的质量占比较高，采用固体形态易于后续造粒工艺成型，避免颗粒粘连。
一些具体方式中，SBS为星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；胶粉为经过高温脱硫处理的废弃轮胎胶粉，废弃轮胎胶粉的磨细粒度在100目以上；稳定剂为硬脂酸锌；抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；防粘连剂为纳米碳酸钙。
需要说明的是，该防粘连剂也可采用磨细石灰石粉末，主要起到混料之间的物理隔离作用，其具体应用种类不应受到本具体方式的限制。
在本申请另一实施例中，提供上述复合沥青改性剂的制备方法，包括步骤：
将如上质量配比的常温固态环氧树脂、SBS、经处理的废弃轮胎胶粉及辅助剂经密炼机于120℃～150℃混合造粒；
经造粒后的混合物与适量配比的粉末状固化剂及防粘连剂混合形成复合沥青改性剂。
该实施方式中将固态的环氧树脂与胶粉预先混合，胶粉可吸附环氧树脂形成固体的改性剂主体，而后混合固化剂粉末可在改性剂主体表面进行覆盖，得到的复合沥青改性剂易于储存运输。
在本申请又一实施例中，提供上述复合沥青改性剂的使用方法，包括步骤：
直接投入沥青混凝土的拌合过程中，沥青混凝土在拌合完成后环氧树脂固化前进行路面铺装。优选方式中，沥青混凝土的拌合温度不低于160℃。
该实施方式中通过高温拌合促使改性剂熔融释放环氧树脂与固化剂混合，发生固化反应，经6小时左右完成最终的固化，通过延迟固化的方式，有利于降低应用本改性剂的沥青混凝土的施工难度；并且，通过直投式应用，避免预混工艺带来的高能耗、性能劣化的缺陷，使用方便且工艺简化。
本申请通过环氧树脂与SBS和胶粉的复合改性，可以改善环氧树脂低温下的柔性，弥补环氧树脂耐老化性能的缺陷，全面增强复合沥青的改性效果，易于推广使用。
为了详细论述本发明的技术方案及其技术效果，现提出以下具体实施例进行说明。
实施例1
为复合沥青改性剂的制备示例。
将橡胶粉经高温脱硫处理，磨细至100目。
选用E-20型双酚A型环氧树脂，与EBS增韧剂，按10:90(增韧剂:环氧树脂)，计算添加量，备用。
将星型SBS、橡胶粉、环氧树脂与EBS按规定比例，添加入密炼机，经140℃～150℃处理后，挤出造粒。通过水冷至常温，由鼓风风干后，混入环氧树脂添加量50％的固化剂粉末及隔离剂粉末，混匀后装袋保存。
实施例2
为复合沥青改性剂室内沥青指标检验结果。
将实施例1的改性剂，添加入70#沥青中，于180℃条件下溶胀30min。使用小型高速剪切机，剪切15min混匀。浇入磨具中，150℃养生1h，冷却至常温3h后进行沥青性能检测。检测结果如下：
实施例3
为对实施例1的实际大规模应用举例。
将实施例1改性剂按沥青的15％投入拌合楼，拌合温度180℃，经于石料干拌15s后，喷入沥青与填料湿拌40s，即出料完成拌合。
该级配为应用于钢箱梁桥面铺装的SMA混合料，混合料应6小时内摊铺碾压。该沥青混合料试件也于6小时内成型。检测结果如下：
对实施例3的试验钢箱梁桥面铺装后即通车，通车6个月后实施路面检测，结果表明铺装层结构性完好，铺装层无推移、无开裂、无车辙。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.复合沥青改性剂，其特征在于，包括以下质量含量的各组分：
15％～30％的环氧树脂、20％～40％的SBS、30％～60％的胶粉、1.5％～15％的固化剂、1％～2％的防粘连剂及1％～2％的辅助剂，所述辅助剂主要由稳定剂与抗氧化剂组成。
2.根据权利要求1所述的复合沥青改性剂，其特征在于，
所述环氧树脂主要由添加增韧剂的环氧树脂主剂组成，所述增韧剂与环氧树脂主剂的质量比范围为：0:100～15:85。
3.根据权利要求2所述的复合沥青改性剂，其特征在于，
所述环氧树脂主剂为常温固态的双酚A型环氧树脂，所述增韧剂为乙烯基双硬脂酰胺EBS。
4.根据权利要求1所述的复合沥青改性剂，其特征在于，
所述固化剂为潜伏型粉末状固化剂，主要由酸酐与促进剂组成。
5.根据权利要求1所述的复合沥青改性剂，其特征在于，
所述胶粉为经过高温脱硫处理的废弃轮胎胶粉，所述废弃轮胎胶粉的磨细粒度在100目以上；和/或，
所述稳定剂为硬脂酸锌；和/或，
所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；和/或，
所述防粘连剂为纳米碳酸钙。
6.如权利要求1-5任一所述的复合沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将如上质量配比的常温固态环氧树脂、SBS、经处理的废弃轮胎胶粉及辅助剂经密炼机混合造粒；
经造粒的混合物与适量配比的粉末状固化剂及防粘连剂混合形成复合沥青改性剂。
7.如权利要求1-5任一所述的复合沥青改性剂的使用方法，其特征在于，包括步骤：
直接投入沥青混凝土的拌合过程中，所述沥青混凝土在拌合完成后环氧树脂固化前进行路面铺装。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述沥青混凝土的拌合温度不低于160℃。
9.权利要求1-5任一所述的复合沥青改性剂在特种沥青混凝土铺装中的应用。
10.根据权利要求9所述的复合沥青改性剂在特种沥青混凝土铺装中的应用，其特征在于，具体包括：
在钢箱梁桥面铺装、重载交通路面铺装及超薄层铺装中的应用。
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