CN115785687B - 一种高韧高黏改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高韧高黏改性沥青及其制备方法，组分如下：基质沥青100份；橡胶粉25‑40份；热解油5‑10份；增稳剂0.1‑0.3份；降黏剂：1‑2份。本发明采用橡胶粉对基质沥青进行改性，制备出抗永久变形抗裂性能较好的高掺量橡胶改性沥青。本发明提高了废旧轮胎胶粉的回收利用程度，促进有限资源的循环利用，减少其对环境的污染，另一方面添加高掺量的橡胶粉，在保证橡胶沥青性能要求和施工和易性的前提下，提升改性沥青的路用性能，具有一定的经济社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧高黏改性沥青及其制备方法，属于道路工程领域。
背景技术
随着交通行业的迅速发展与汽车保有量的持续增长，交通噪声的负面效应日益显著。噪声污染已被列为世界第三大环境公害。在各种噪声污染中，交通噪声是主要噪声，约占环境总噪声的70％。交通噪声的存在不仅降低了行车舒适性，而且严重影响人体健康。
目前对于橡胶沥青改性分析研究都已经达到了比较成熟的阶段，现阶段橡胶沥青中胶粉掺量一般为沥青质量的20％左右[王铁庆.橡胶沥青评价指标和温拌橡胶沥青SMA混合料技术研究[D].长安大学,2017；杨小龙.基于原材料特性的橡胶沥青改性机理研究[D].兰州交通大学,2015；范润德.橡胶沥青制备工艺及其设备的分析研究[D].长安大学,2015；丁新旗.胶粉改性沥青制备技术及其计算机仿真分析研究[D].长安大学,2011]，胶粉掺量越大，橡胶沥青的黏度显著提高，不利于混合料的拌和、摊铺以及压实等施工过程[李丽丽.高掺量橡胶沥青技术研究[D].重庆大学，2011]，实现胶粉的高掺量仍然面临着障碍和制约。因此，如何合理地增强沥青的路用性能并有效利用废旧橡胶，是推动高掺量橡胶沥青进一步发展和大规模推广应用的关键。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高韧高黏改性沥青及其制备方法。本发明采用橡胶粉对基质沥青进行改性，制备出路用性能优秀的高掺量橡胶改性沥青。一方面提升了废旧轮胎胶粉的回收利用，促进有限资源的循环利用，减少其对环境的污染，另一方面添加高掺量的橡胶粉，在保证橡胶沥青性能要求的前提下，提升橡胶沥青抗裂抗永久变形的功能。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高韧高黏改性沥青，按照重量百分比计，包括如下组分：
基质沥青：100份；
橡胶粉：25-40份；
热解油：5-10份；
增稳剂：0.1-0.3份
降黏剂：1-2份。
较佳地，橡胶粉的掺量为40份；超过该比例黏度指标会降低，并会出现试样制备困难的现象。
其中，橡胶粉的目数为50目，橡胶粉为废旧货车轮胎橡胶制得，各等级筛孔的通过率如下表所示：
| 筛孔尺寸(mm) | 1.000 | 0.500 | 0.250 | 0.125 | 0.063 |
| 通过率(％) | 100 | 60-80 | 20-40 | 10-20 | 2-10 |
所述热解油，其100℃运动黏度为2.84mm2/s，凝点-15℃，闪点为20℃。
所述增稳剂，主要用以提升高掺量橡胶改性沥青的存储稳定性，其主要成分为硫磺和生物基甲醛树脂，硫磺含量约为60-80％，有效成分含量不低于95％；
所述降黏剂，用来降低高掺量橡胶沥青的黏度，其135℃黏度为0.02Pa·s，闪点为298℃，熔点为95.0℃，常温下密度为0.95g/cm3。
高韧高黏改性沥青的制备方法，步骤如下：
1)称取基质沥青，加热至流动状态，倒入加热套中备用；称取热解油，加热至约100℃；
2)将热解油缓慢倒入沥青中，随后加入橡胶粉，边加边搅拌，持续2-3min；
3)加入橡胶粉后，将加热套温度设定为210℃，开启剪切机，剪切机转速设定为2000-2500r/min，加入降黏剂，剪切60±5min；
4)将步骤3)得到的沥青置于搅拌器下，加热套温度设定为190℃，搅拌器转速设定为200r/min，缓慢加入稳定剂，此过程不少于5min。随后将搅拌器转速设定为800r/min，搅拌210±15min，得到高韧高黏改性沥青。
对技术指标进行检测，应符合《公路沥青路面施工技术规范》(F40—2004)的相关要求。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种高韧高黏改性沥青及其制备方法，具有以下优势：
(1)本发明的原材料来自废弃橡胶，可以实现对废弃橡胶，如轮胎等材料的回收利用，具有经济性好、绿色发展、保护环境等优势。
(2)本发明制备的高掺量橡胶改性沥青，添加高掺量的橡胶粉，通过添加增稳剂保证高掺量橡胶改性沥青的存储稳定性，通过添加降黏剂保证沥青混合料的施工和易性，进而制备出性能优良的高韧高黏改性沥青。
附图说明
图1本发明一种高韧高黏改性沥青的制备方法；
图2本发明所述高韧高黏改性沥青三维网络示意图；
图3不同掺量橡胶改性沥青175℃旋转黏度曲线；
图4不同掺量橡胶改性沥青不可恢复柔量Jnr和恢复率R。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的内容作进一步阐述，但本发明的内容不仅仅局限于所述实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
其中，基质沥青型号为金陵70#，增稳剂、降黏剂、热解油，购自江苏创为交通科技发展有限公司。
实施例1：
一种高韧高黏改性沥青的制备方法，其具体步骤如下：
步骤一：基质沥青和热解油加热
称取金陵70#基质沥青100重量份，置于烘箱中，加热至约160℃，使其处于流动状态。按照掺量称取5-10重量份热解油，并把热解油放入烘箱中，加热至约100℃，其中基质沥青的性能指标如表1所示。
表1金陵70#基质沥青的性能指标
步骤二：在沥青中掺加热解油和橡胶粉。
将加热好的沥青置于电热套内，设定电热套温度为180℃，将热解油缓慢倒入沥青中，随后缓慢加入重量百分比为25％、30％、35％、40％的橡胶粉，并不断用搅拌棒促进胶粉的均匀分布，使其混合均匀，该过程持续约2-3min。其中橡胶粉的级配如表2所示。
表2 50目胶粉级配
步骤三：加入增稳剂和降黏剂
将加热套温度设定为210℃，开启剪切机，剪切机转速设定为2500r/min，加入1-2重量份降黏剂，剪切60min。然后将沥青置于搅拌器下，加热套温度设定为190℃，搅拌器转速设定为200r/min，缓慢加入0.1-0.3重量份稳定剂。随后将搅拌器转速设定为800r/min，搅拌210min，得到高韧高黏改性沥青。图2展示了发明所述高韧高黏改性沥青三维网络示意图，展示出沥青中通过橡胶颗粒三维交结的状态提升了沥青的整体内部结构。
步骤四：性能验证
实施例中高掺量橡胶改性沥青的基础指标试验结果如表3所示。可以看出，高掺量橡胶改性沥青的基础指标满足规范要求。
表3高掺量橡胶改性沥青的基础指标
实施例中，高掺量橡胶改性沥青175℃下旋转黏度试验结果的如图3所示，在25％-40％橡胶粉掺量范围内，随着掺量的提升，黏度有所提升，但超过40％反倒有所下降，最佳掺量为40％。此外，试验过程中发现，当胶粉掺量超过40％时，试件颗粒感凸显，试件存在胶粉分布不均匀、试样制备困难的现象。多应力重复蠕变试验结果如图4所示，高掺量橡胶粉的加入增大了沥青的黏度，改善了沥青的弹性性能，有利于提高沥青的高温抗永久变形，其极高的恢复率保障了改性沥青高韧抗裂性能，提高了改性沥青的路用性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本明的保范围。
Claims (3)
1.一种高韧高黏改性沥青，其特征在于，按照重量百分比计，包括如下组分：
基质沥青：100份；
橡胶粉：25-40份；
热解油：5-10份；
增稳剂：0.1-0.3份；
降黏剂：1-2份；
橡胶粉的目数为50目，橡胶粉为废旧货车轮胎橡胶制得，各等级筛孔的通过率为：
；
所述热解油，其100℃运动黏度为2.84mm2/s，凝点-15℃，闪点为20℃；
所述增稳剂，用以提升高掺量橡胶改性沥青的存储稳定性，其主要成分为硫磺和生物基甲醛树脂，硫磺含量为60-80%，有效成分含量不低于95%；
所述降黏剂，用来降低高掺量橡胶沥青的黏度，其135℃黏度为0.02Pa·s，闪点为298℃，熔点为95.0℃，常温下密度为0.95g/cm3。
2.根据权利要求1所述的高韧高黏改性沥青，其特征在于，按照重量百分比计，包括如下组分：
基质沥青：100份；
橡胶粉：40份；
热解油：5-10份；
增稳剂：0.1-0.3份；
降黏剂：1-2份。
3.根据权利要求1或2所述高韧高黏改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)称取基质沥青，加热至流动状态，倒入加热套中备用；称取热解油，加热至100℃；
2)将热解油缓慢倒入沥青中，随后加入橡胶粉，边加边搅拌，持续2-3min；
3)加入橡胶粉后，将加热套温度设定为210℃，开启剪切机，剪切机转速设定为2000-2500r/min，加入降黏剂，剪切60±5min；
4)将步骤3)得到的沥青置于搅拌器下，加热套温度设定为190℃，搅拌器转速设定为200r/min，缓慢加入稳定剂，此过程不少于5min；
随后将搅拌器转速设定为800r/min，搅拌210±15min，得到高韧高黏改性沥青。
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