高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610245185.1 | 申请日 | 2016-04-19 | 公开(公告)号 | CN107304112A | 公开(公告)日 | 2017-10-31 |
| 申请人 | 中建西部建设新疆有限公司; | 发明人 | 孟书灵; 刘军; 王玉娟; 李晓文; 张涛; 罗志明; 刘向楠; 岳彩虹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了高耐久性能的绿色 沥青 混凝土 改性沥青及其制备方法，由基质沥青100份、塑料2～4份、 橡胶 粉5～25份、 硅 藻土1～10份、抗剥落剂1～16份、耐候组分4～6份、增粘组分2～4份、增容组分1～3份、交联组分0.1～1份制备而成；所述塑料为废弃塑料，所述橡胶粉废弃轮胎；本发明的优点在于：有效延长了 沥青混凝土 的使用寿命，提高了高温 稳定性 、 水 稳定性、低温抗裂性以及疲劳性能，实现了材料的绿色环保。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混凝土改性沥青，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成： |
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| 说明书全文 | 高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于道路材料工程技术领域，具体涉及一种改性沥青及以该种改性沥青为原料制备的混凝土改性沥青，具体地说是一种用于公路工程的，具有绿色环保和高耐久性的道路材料。 背景技术[0003] 但是沥青混凝土路面本身也有缺点，其高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性以及疲劳性能的不高也会给其应用带来不便，而且随着交通量增加，车载量的增大以及渠化交通等现象的出现，对沥青混凝土路面提出了更加严格的要求。在己完成的沥青混凝土路面工程上，普遍存在着一些共同的问题，如裂缝、车辙、沉陷、泛油、剥落、松散等，这些破坏现象严重影响了沥青混凝土路面的使用寿命，影响了道路的正常运营，造成很大的直接和间接经济损失及不良社会影响。 [0004] 因此，如何有效的延长沥青混凝土路面的使用寿命，保证其在设计年限内能够正常有效的运行具有重大的意义。同时，随着社会的发展进步，对绿色环保的认识和要求越来越高，如何在新产品的开发利用的同时兼顾绿色环保就显得格外重要。 [0005] 目前大量的研究中，一部分是针对沥青混凝土的某一性能展开具体研究的，如对其阻燃性能、减霾性能、快速修补功能等的研究；另一部分主要集中于不同沥青改性剂的研究和开发。如由天然沥青改性的高模量沥青，其由天然沥青与SEBS改性剂、稳定剂、相容剂、基质沥青改性而成。由其配制的高模量沥青混合料具有良好的高温抗车辙性能和抗疲劳性能，但其抗水损坏性能和低温性能无明显改善。同时其生产成本高，难以得到大规模的应用推广。 发明内容[0006] 为了有效的延长沥青混凝土的使用寿命，提高其高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性以及疲劳性能，实现材料的绿色环保，本发明设计了一种掺加废弃塑料、废胶粉（废旧橡胶）、硅藻土、抗剥落剂、耐候组分、增粘组分、增容组分和交联组分的改性沥青；再优选惰性填料、优质粗细骨料，采取先进的沥青混凝土配合比设计方法，制备出优质的改性沥青混凝土。 [0007] 本发明的技术方案为：高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青，由以下重量份的组分制备而成： 基质沥青100份、塑料2～4份、橡胶粉5～25份、硅藻土1～10份、抗剥落剂1～16份、耐候组分4～6份、增粘组分2～4份、增容组分1～3份、交联组分0.1～1份。 [0008] 本发明运用部分废弃物能够提高其粘性、模量、耐久性、抗老化性能的改性沥青，改性沥青以基质沥青为主要材料，再优先选用固体废弃物--废弃塑料和废旧轮胎，以其破碎加工的塑料颗粒和橡胶粉为原料，再添加硅藻土，另外在添加抗剥落剂、耐候组分、增粘组分、增容组分和交联组分为原料制备而成。 [0009] 上述方案中，所述塑料为废弃塑料，来源于日常生活所产生的各种塑料制品；所述橡胶粉更是来源于废弃轮胎，其数量也极为巨大。本发明配制改性沥青时掺加塑料和废橡胶粉，可以节约资源、降低成本，缓解“黑色污染”问题，实现对废弃物的循环再利用，减少废弃物对环境的污染；另一方面，废胶粉作为橡胶类的一种，而塑料作为树脂的一种，结合各自的特点，用废胶粉和塑料混合，可以同时提高沥青的高、低温性能，并且能增强基质沥青的柔性及抗永久变形能力。 [0010] 所述塑料主要为废旧聚丙烯（PP）、废旧聚氯乙烯（PVC）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）这三种材料中的一种，这三种材料应单独加入沥青中，不应将这三种材料混合加入。 [0011] 所述橡胶粉是经过表面活化剂活化处理过的橡胶粉，所述橡胶粉与表面活化剂（芳香基橡胶油、环烷基橡胶油和脂肪烃溶剂油中的一种或几种按任意配比混合）质量比为l00︰（5～20）；活化处理方法为：橡胶粉在40～60℃的温度条件下连续搅拌120s；然后，分次加入表面活化剂，每次加入量为橡胶粉重量的5%左右，每次搅拌时间为20min，表面活化剂加入量视橡胶粉状态确定；表面活性剂加入完全后，应继续搅拌橡胶粉，直至温度降低至室温（20～25℃）。其中，所述橡胶粉为40目橡胶粉。 [0012] 上述方案中，所述硅藻土为硅藻土助滤剂锻烧品，该品呈淡橘红色，为粉末状硅藻土，细度较高。硅藻土助滤剂具有良好的微孔结构、吸附性能和抗压缩性能，它按生产工艺不同分为干藻品、煅烧品和熔剂煅烧品，此处采用为硅藻土助滤剂锻烧品。将提纯净化、干燥、粉碎后的硅藻土原料加入回转窑，在800～1200℃的温度下煅烧，然后粉碎、分级，即得煅烧品。 [0013] 上述方案中，所述抗剥落剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和石油树脂中的一种或者几种。木质素磺酸钙无毒，具有良好的稳定性、分散性和粘结性。木质素磺酸钠具有良好的稳定性和分散性，能吸附在各种固体质点的表面上。石油树脂具有良好的化学稳定性，并有调节粘性和热稳定性好的特点，而且价格低廉，无毒，对环境友好。这几种物质可分别单独作为抗剥落组分，也可将任意几种物质组合作为抗剥落组分。所述抗剥落剂用于提高矿料的粘附性，能够有效防止矿料剥离脱落，避免道路开裂。 [0014] 上述方案中，所述耐候组分为线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。 [0015] 上述方案中，所述增粘组分为帖烯树脂、松香树脂、C9石油树脂和C5石油树脂中的一种或几种按任意比例混合。 [0016] 上述方案中，所述增容组分为糠醛抽出油、减二线抽出油、减三线抽出油、芳烃油中的一种或几种按任意比例混合。 [0018] 上述混凝土改性沥青的制备方法，包括以下步骤：（1）按照上述重量配比重量各组分，将基质沥青加热融化，保持温度在100～140℃（注意温度不能太高防止基质沥青老化影响其性能）； （2）将塑料和废胶粉加入到经步骤（1）融化的基质沥青中，打开剪切机进行搅拌剪切，剪切速率为1250 r/min～3750r/ min，剪切时间为1 h～2 h，剪切温度为120℃～160℃； （3）将硅藻土加入到经步骤（2）改性后的沥青中，打开剪切机进行搅拌剪切，剪切速率为550 r/min，剪切时间至少10 min，剪切温度为135±5℃，按照由上至下的顺序上下移动叶片； （4）将抗剥落剂加入到经步骤（3）改性后的沥青中，打开剪切机进行搅拌剪切，剪切速率为5000 r/min，剪切时间30 min，剪切温度为130℃～150℃； （5）将经步骤（4）改性后的沥青加热至160℃，打开剪切机进行搅拌剪切，剪切速率为 2500 r/min，加入耐候组分，剪切时间15 min；保持剪切速率不变，加入增粘组分，剪切时间 3 min，提升剪切速率至5000 r/min，加入增容组分，剪切时间20 min，降低剪切速度至3500 r/min，加入交联组分，剪切时间30 min； （6）完成步骤（5）后，将制备好的改性沥青置于145℃烘箱中溶胀发育60 min，在烘箱中取出样品，冷却后得改性沥青； 本发明改性沥青制备完成后，优选填料和集料（包括粗集料和细集料），制备沥青混凝土，并验证其性能。 [0019] 其中，所述填料为惰性填料，为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩磨细得到的矿粉。填料对沥青混凝土的性能影响较大，本发明选用的惰性填料含量为沥青混凝土重量的10%～20%，其粒径介于50 um～300 um。 [0020] 所述粗集料为玄武岩或辉绿岩集料，压碎值<10%，粗集料根据实际要求不同，分成2.36 mm～4.75 mm、4.75 mm～9.5 mm、9.5 mm～19 mm（或者9.5 mm～13.2/16 mm、13.2 mm～19 mm）等不同粒径区间；所述细集料为石灰岩、玄武岩或辉绿岩集料，细集料粒径区间为 0.075 mm～2.36 mm。 [0021] 粗细集料及填料优选主要参考其技术质量指标，其技术质量指标具体见表1、表2、表3：表1 粗集料技术质量指标要求 指标 单位 技术要求 备注 压碎值 % ≯10 洛杉机磨耗损失 % ≯28 200KN侧限抗压回弹模量 MPa ＞230 粗集料表观密度 g/cm3 ≮2.6 粗集料堆积密度 g/cm3 - 吸水率 % ≯2.0 坚固性 % ≯12 针片状含量（混合料） % 15 粒径大于9.5rmn针片状含量 % 12 粒径小于9.5rmn针片状含量 % 18 <0.075mm颗粒含量 % ≯1 磨光值 BPN ≮42 粗集料与沥青粘附性 级 ≮4 各档材料筛分曲线 - 实测 表2 细集料技术质量指标要求 指标 单位 技术要求 备注 表观密度 g/cm3 ≮2.5 堆积密度 g/cm3 - 吸水率 % ≯2.0 坚固性（>0.3mm颗粒） % ≯12 砂当量 % ≮60 亚甲蓝值 g/kg ≯25 细骨料水稳定性等级 级 ≯8 筛分曲线 - 实测 表3 填料技术质量指标要求 本发明的优点在于： （1）使用了塑料、废胶粉和硅藻土，节约资源，绿色环保； （2）配制的改性沥青耐久性能更加优异，以其为原料制备的沥青混凝土耐久性能更加优异； 下面结合实施例对本发明作进一步说明。 具体实施方式[0022] 以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 [0023] 除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。 [0024] 实施例1高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青，其组份含量如下: 组分名称 含量（%） 产地 基质沥青 100 克石化公司 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA） 2 橡胶粉 25 硅藻土 5 抗剥落剂 10 耐候组分 6 增粘组分 2 增容组分 2 交联组分 0.5 备注：以基质沥青为基础，其他掺加材料的百分率是指其重量占基质沥青种量的百分率。 [0025] 按上述各组分含量，按照发明内容中具体的制备工艺来制备改性沥青。 [0026] 实施例2高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青，其组份含量如下: 组分名称 含量（%） 产地 基质沥青 100 克石化公司 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA） 2.5 橡胶粉 20 硅藻土 5 抗剥落剂 5 耐候组分 5 增粘组分 3 增容组分 2 交联组分 0.2 按上述各组分含量，按照发明内容中具体的制备工艺来制备改性沥青。 [0027] 实施例3高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青，其组份含量如下: 组分名称 含量（%） 产地 基质沥青 100 克石化公司 聚丙烯（PP） 2.5 橡胶粉 25 硅藻土 0 抗剥落剂 10 耐候组分 6 增粘组分 4 增容组分 1 交联组分 1 按上述各组分含量，按照发明内容中具体的制备工艺来制备改性沥青。 [0028] 实施例4高耐久性能的绿色沥青混凝土改性沥青，其组份含量如下: 组分名称 含量（%） 产地 基质沥青 100 克石化公司 聚氯乙烯（PVC） 4 橡胶粉 15 硅藻土 5 抗剥落剂 16 耐候组分 4 增粘组分 2 增容组分 3 交联组分 0.1 按上述各组分含量，按照发明内容中具体的制备工艺来制备改性沥青。 [0029] 依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ E20-2011）对实施例1至实施例4所制备的改性沥青进行针入度、延度等性能测试，结果见下表所示。 指标名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 未改性的道路石油沥青 15℃针入度/0.1mm 30.3 29.1 28.9 31 39.4 25℃针入度/0.1mm 49.7 49.2 48.6 55 70.6 30℃针入度/0.1mm 75.5 74.5 73.9 77.6 89.8 延度（5℃）/cm 56 59 64 55 17 软化点/℃ 61.5 61.2 60.5 62.3 48.9 极限氧化指数 25 24 22 24 19 弹性恢复率（25℃），% 98 97 98 97 92 动力粘度（60℃），Pa·s 889 894 905 855 189 运动粘度（135℃），Pa·s 3.5 3.4 3.8 3 0.48 粘附性等级 5 5 5 5 5 闪点，℃ 330 325 330 320 320 [0030] 实施例5以实施例1-4所制备的4种改性沥青和未改性的道路石油沥青，共计5中沥青为沥青原料，采用破碎玄武岩为粗细骨料，以石灰石粉为填料，按照下表所示的4个沥青混凝土配合比制备沥青混凝土（沥青混凝土种类分别为：AC—16mm、AC—13.2mm、AC—19mm），共计20组沥青混凝土。 [0031] 注：配合比种类1-4中，每一配合比的沥青材料有5种：实施例1-4改性沥青、未改性的道路石油沥青。故1个配合比可以制备5组沥青混凝土，共计20组沥青混凝土。 [0032] 对20组沥青混凝土进行试验，试验结果见下表。 |
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