发明内容
本发明的目的在于提供一种抗车辙的沥青混合料及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种抗车辙的沥青混合料,包括以下重量组分:4.0~6.0份沥青、1.0~3.0份水泥、1.0~2.7份矿粉、85.0~93.0份集料、1.0~3.0份抗车辙剂;所述抗车辙改性剂包括以下组分:基质沥青、改性乙丙橡胶、改性聚乙烯、硅藻土、硫磺、硬脂酸。
进一步的,所述抗车辙改性剂包括以下重量组分:22~27份基质沥青、22~28份改性乙丙橡胶、14~18份改性聚乙烯、22~27份硅藻土剂、2.5~5.0份硫磺、0.1~0.3份硬脂酸。
进一步的,所述沥青为聚氨酯、SBS改性基质沥青。
进一步的,所述沥青包括以下重量组分:100份基质沥青、2~4份聚氨酯、2~4份SBS。
进一步的,所述聚氨酯包括以下重量组分:40~50份聚醚多元醇、40~50份多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
一种抗车辙的沥青混合料的制备方法,包括以下工艺:
(1)抗车辙剂的制备:
取三元乙丙橡胶与2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈接枝,得到改性乙丙橡胶;
取聚乙烯与丙烯酸丁酯、丙烯腈接枝,得到改性聚乙烯;
将改性乙丙橡胶、改性聚乙烯、基质沥青、硅藻土、硫磺、硬脂酸混炼,得到抗车辙剂;
(2)沥青的制备:
在氮气氛围中,取聚醚多元醇、多亚甲基多苯基多异氰酸酯,升温至40~45℃,搅拌44~50h,得到聚氨酯;
加入基质沥青、SBS,于100~130℃温度下,以1200~1500 rpm的转速搅拌45~90min,得到沥青;
(3)沥青混合料的制备:
将抗车辙剂、集料混合,加热至170~180℃,搅拌30~60s;加入沥青,搅拌60~90s;冷却,加入矿粉、水泥,拌和,得到沥青混合料。
进一步的,所述(1)包括以下工艺:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,60~70℃溶胀10~12h,加入2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,80~90℃反应8~12h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌30~60min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:(5.8~6.2);
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.0~6.4倍,浓度为2.0~5.0%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.4~0.5%,正己烷、四氢呋喃的体积比为(2~4):1。
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,50~80℃反应3~5h,升温至80~100℃反应5~8h,升温至120~140℃反应1~2h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
1.3.将改性乙丙橡胶、改性聚乙烯水洗,自然晾干;加入基质沥青、硅藻土、硬脂酸、硫磺,于90~150℃混炼9~15min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂。
进一步的,所述1.1.中三元乙丙橡胶、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为(45~50):(20~24):(6~12):(12~20):(0.5~0.6):(0.10~0.15)。
进一步的,所述1.2.中聚乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为(36~42):(10~16):(7~12):(0.4~0.7):(0.5~1.5)。
进一步的,所述聚乙烯包括以下重量组分:30~65份低分子量聚乙烯、5~40份中分子量聚乙烯、10~60份高分子量聚乙烯。
进一步的,所述低分子量聚乙烯分子量为20,000~90,000;
中分子量聚乙烯分子量为90,000~150,000;
高分子量聚乙烯分子量为1,000,000~5,000,000。
在上述(1)技术方案中,将三元乙丙橡胶与2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈接枝,得到改性乙丙橡胶,保持其的同时,提高乙丙橡胶的强度、弹性、耐高温、耐磨性能;利于所制抗车辙剂加工性能的提高,提高所制沥青混合料提高的抗高温车辙性能;并在乙丙橡胶中引入间苯二酚、氰基结构,利于后续反应的进行;将聚乙烯与丙烯酸丁酯、丙烯腈接枝,得到改性聚乙烯,能够提高聚乙烯的弹韧性、粘合性能和耐候性能;引入氰基结构,利于后续反应的进行;
将改性乙丙橡胶、改性聚乙烯、基质沥青、硅藻土、硫磺、硬脂酸混炼,得到抗车辙剂;由于改性乙丙橡胶、改性聚乙烯中含有水分,腈基会转变为酰胺基或自聚,增加了交联度,提高了强度、耐热、低温性能、耐磨性和抗腐蚀性能,利于所制抗车辙剂对沥青混合料高温抗车辙性能、低温抗裂性能的提高;改性乙丙橡胶中的苯二酚结构能够与物料中的亚甲基形成间苯二醛-甲醛结构,具有的反应活性能够与乙丙橡胶发生交联,同时橡胶发生硫化,形成抗车辙剂的互穿网络结构,聚乙烯、乙丙橡胶间的作用力增强,提高所制抗车辙剂的粘结性能,利于抗车辙剂与集料间的胶结;聚乙烯为低分子量、中分子量聚乙烯、高分子量聚乙烯的混合物,使其分子量分布扩大,延缓聚乙烯在低温下结晶,改善所制抗车辙剂的低温性能。
在上述(2)技术方案中,沥青为聚氨酯、SBS改性的基质沥青,聚氨酯中的异氰酸酯能够与基质沥青中的吡咯、吲哚、咔唑、苯酚、羧酸等多种基团反应交联,生成氨基甲酸酯、脲基结构,提高所制沥青的耐高温性能和稳定性,利于所制沥青混合料抗车辙能力的提高;且聚氨酯与基质沥青的交联,能够提高SBS与基质沥青间的相容性,避免SBS在基质沥青中的团簇,促进沥青更稳定网络结构的形成,改善其高低温性能,降低其温度敏感性,使得所制沥青混合料在具有优异高温抗车辙性能的同时,具有良好的低温抗裂性能。
在上述(3)技术方案中,抗车辙剂首先与集料混合,并对集料的孔隙进行填充,能够提高集料与沥青等物料的粘附性能,从而提高沥青混合料的紧实度和牢固度,实现对沥青混合料低温抗裂性能、高温抗车辙性能的改善;然后与沥青混合,聚氨酯中存在的羟甲基能够与抗车辙剂、沥青中的碳碳双键/亚甲基发生反应,进一步提高集料与沥青间的界面结合作用,稳定沥青混合料的内部结构,提高其耐高低温性能。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明的抗车辙的沥青混合料及其制备方法,通过在沥青混合料中添加抗车辙剂,以改善其高温抗车辙性能,并在组分聚乙烯的基础上,添加了组分乙丙橡胶,接枝丙烯腈、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯酸丁酯单体,交联混合,提高所制抗车辙剂的低温抗裂性能;同时沥青为聚氨酯、SBS改性基础沥青,建立稳定的网络结构,并与抗车辙剂交联,在抗车辙剂填充、粘结集料后,能够提高集料与沥青间的界面结合作用,稳定沥青混合料的内部结构,提高其耐高低温性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)抗车辙剂的制备:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,60℃溶胀12h,加入2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,80℃反应8h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌30min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为45:20:6:12:0.5:0.10;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:5.8;
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.0倍,浓度为2.0%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.4%,正己烷、四氢呋喃的体积比为2:1;
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,50℃反应3h,升温至80℃反应5h,升温至120℃反应1h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
聚乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为36:10:7:0.4:0.5;
聚乙烯包括以下重量组分:30份低分子量聚乙烯、5份中分子量聚乙烯、10份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为20,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为90,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为1,000,000;
1.3.将14份改性聚乙烯、22份改性乙丙橡胶、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;
(2)沥青的制备:
在氮气氛围中,取40份聚醚多元醇、40~50份多亚甲基多苯基多异氰酸酯,升温至40℃,搅拌44h,得到聚氨酯;
取100份基质沥青、2份聚氨酯、2份SBS,于100℃温度下,以1200rpm的转速搅拌45min,得到沥青;
(3)沥青混合料的制备:
将1.0份抗车辙剂、85.0份集料混合,加热至170℃,搅拌30s;加入4.0份沥青,搅拌60s;冷却,加入1.0份矿粉、1.0份水泥,拌和,得到沥青混合料。
实施例2
(1)抗车辙剂的制备:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,605℃溶胀11h,加入2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,85℃反应10h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌45min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为48:22:9:16:0.5:0.12;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:6;
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.2倍,浓度为3.5%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.45%,正己烷、四氢呋喃的体积比为3:1;
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,65℃反应4h,升温至90℃反应6h,升温至130℃反应1.5h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
聚乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为39:13:9:0.6:1;
聚乙烯包括以下重量组分:48份低分子量聚乙烯、22份中分子量聚乙烯、35份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为50,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为120,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为3,000,000;
1.3.将16份改性聚乙烯、25份改性乙丙橡胶、25份基质沥青、25份硅藻土剂、3.2份硫磺、0.2份硬脂酸,于120℃混炼10min,升温至17℃混炼12min,得到抗车辙剂;
(2)沥青的制备:
在氮气氛围中,取45份聚醚多元醇、45份多亚甲基多苯基多异氰酸酯,升温至42℃,搅拌47h,得到聚氨酯;
取100份基质沥青、3份聚氨酯、3份SBS,于115℃温度下,以1350 rpm的转速搅拌60min,得到沥青;
(3)沥青混合料的制备:
将2.0份抗车辙剂、89.0份集料混合,加热至175℃,搅拌45s;加入5.0份沥青,搅拌75s;冷却,加入1.8份矿粉、2.0份水泥,拌和,得到沥青混合料。
实施例3
(1)抗车辙剂的制备:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,70℃溶胀12h,加入2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,90℃反应8h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌60min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为50:24:6:12:0.5:0.10;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:5.8;
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.4倍,浓度为5.0%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.5%,正己烷、四氢呋喃的体积比为4:1;
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,80℃反应5h,升温至100℃反应8h,升温至140℃反应2h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
聚乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为42:16:12:0.7:1.5;
聚乙烯包括以下重量组分:65份低分子量聚乙烯、40份中分子量聚乙烯、60份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为90,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为150,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为5,000,000;
1.3.将18份改性聚乙烯、28份改性乙丙橡胶、27份基质沥青、27份硅藻土剂、5.0份硫磺、0.3份硬脂酸,于150℃混炼15min,升温至180℃混炼15min,得到抗车辙剂;
(2)沥青的制备:
在氮气氛围中,取50份聚醚多元醇、50份多亚甲基多苯基多异氰酸酯,升温至45℃,搅拌50h,得到聚氨酯;
取100份基质沥青、4份聚氨酯、4份SBS,于130℃温度下,以1500 rpm的转速搅拌90min,得到沥青;
(3)沥青混合料的制备:
将3.0份抗车辙剂、93.0份集料混合,加热至180℃,搅拌60s;加入6.0份沥青,搅拌90s;冷却,加入2.7份矿粉、3.0份水泥,拌和,得到沥青混合料。
对比例1
(1)抗车辙剂的制备:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,60℃溶胀12h,加入2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,80℃反应8h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌30min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、2-烯丙基-1,3-苯二酚、1,4-丁二烯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为45:20:6:0.5:0.10;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:5.8;
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.0倍,浓度为2.0%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.4%,正己烷、四氢呋喃的体积比为2:1;
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,50℃反应3h,升温至80℃反应5h,升温至120℃反应1h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
聚乙烯、丙烯酸丁酯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为36:10:0.4:0.5;
聚乙烯包括以下重量组分:30份低分子量聚乙烯、5份中分子量聚乙烯、10份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为20,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为90,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为1,000,000;
1.3.将14份改性聚乙烯、22份改性乙丙橡胶、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;
步骤(2)、(3)与实施例1相同,得到沥青混合料。
对比例2
(1)抗车辙剂的制备:
1.1.在氮气氛围中,取三元乙丙橡胶、甲苯混合,60℃溶胀12h,加入1,4-丁二烯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,加入聚乙烯醇溶液,80℃反应8h,加入苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液,骤冷,搅拌30min,真空干燥,得到改性乙丙橡胶;
三元乙丙橡胶、1,4-丁二烯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为45:6:0.5:0.10;
三元乙丙橡胶、甲苯的质量比为1:5.8;
聚乙烯醇溶液的用量为三元乙丙橡胶质量的6.0倍,浓度为2.0%;
苯醌的正己烷、四氢呋喃溶液中苯醌浓度为0.4%,正己烷、四氢呋喃的体积比为2:1;
1.2.取聚乙烯,加入丙烯酸丁酯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠,搅拌,50℃反应3h,升温至80℃反应5h,升温至120℃反应1h,冷却,干燥,得到改性聚乙烯;
聚乙烯、丙烯酸丁酯、过氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸钠的质量比为36:10:0.4:0.5;
聚乙烯包括以下重量组分:30份低分子量聚乙烯、5份中分子量聚乙烯、10份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为20,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为90,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为1,000,000;
1.3.将14份改性聚乙烯、22份改性乙丙橡胶、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;
步骤(2)、(3)与实施例1相同,得到沥青混合料。
对比例3
(1)抗车辙剂的制备:
将14份聚乙烯、22份乙丙橡胶、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;
聚乙烯包括以下重量组分:30份低分子量聚乙烯、5份中分子量聚乙烯、10份高分子量聚乙烯;低分子量聚乙烯的重均分子量为20,000;中分子量聚乙烯的重均分子量为90,000;高分子量聚乙烯的重均分子量为1,000,000;
步骤(2)、(3)与实施例1相同,得到沥青混合料。
对比例4
(1)抗车辙剂的制备:
将14份聚乙烯、22份乙丙橡胶、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;聚乙烯的重均分子量为90,000;
步骤(2)、(3)与实施例1相同,得到沥青混合料。
对比例5
(2)沥青的制备:
取100份基质沥青、2份SBS,于100℃温度下,以1200rpm的转速搅拌45min,得到沥青;
步骤(2)、(3)与对比例4相同,得到沥青混合料。
对比例6
(1)抗车辙剂的制备:
将35份聚乙烯、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;聚乙烯的重均分子量为90,000;
(2)沥青的制备:
取100份基质沥青、2份SBS,于100℃温度下,以1200rpm的转速搅拌45min,得到沥青;
步骤(3)与对比例4相同,得到沥青混合料。
对比例7
(1)抗车辙剂的制备:
将35份聚乙烯、22份基质沥青、22份硅藻土剂、2.5份硫磺、0.1份硬脂酸,于90℃混炼9min,升温至160~180℃混炼10~15min,得到抗车辙剂;聚乙烯的重均分子量为90,000;
(2)沥青的制备:
取100份基质沥青,于100℃温度下,以1200rpm的转速搅拌45min,得到沥青;
步骤(3)与对比例4相同,得到沥青混合料。
上述份数均为重量组分;三元乙丙橡胶选择EPDM T67;聚醚多元醇选择聚氧丙烯多元醇,数均分子量为2000;SBS为线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,苯乙烯的质量分数为31%;集料级配为AC-16,沥青混合料中还添加有2.30份水。
实验
取实施例1-3、对比例1-7中得到的沥青混合料,入模成型,养护7d,制得试样,分别对其性能进行检测并记录检测结果:
根据上表中的数据,可以清楚得到以下结论:
实施例1-3中得到的沥青混合料与对比例1-7中得到的沥青混合料形成对比,检测结果可知,
与对比例7相比,实施例1-3中得到的沥青混合料,具有较为优异的车辙动稳定度、冻融劈裂实验残留强度比数据,这充分说明了本发明实现了对所制沥青混合料高温抗车辙、低温抗裂性能的提高;
与实施例1相比,对比例1-4中得到的沥青混合料,其抗车辙剂的制备不同;与对比例4相比,对比例5-7中得到的沥青混合料,其沥青的制备不同;由上表可知,对比例1-7中得到的沥青混合料,其车辙动稳定度、冻融劈裂实验残留强度比数据劣化,可知本发明对抗车辙剂、沥青组分及其工艺的设置,能够促进所制沥青混合料高低温性能的改善,在提高其抗车辙性能的同时,实现低温抗裂性能的提高。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程方法物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程方法物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改等同替换改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。