CN102585522B - 直投式抗车辙剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直投式抗车辙剂，包括下述组分及其重量份混合而成：再生聚烯烃类塑料：20～40份；再生聚酯类塑料：10～20份；再生蜡：2～10份；细粒径无机粉体：2～10份；硬沥青：5～10份。本专利同时还公开了一种直投式抗车辙剂的制备方法以及采用直投式抗车辙剂制备沥青混合料的方法，本发明制备的直投式抗车辙剂粒子，可以在施工现场直接投放于热集料中，与之干拌，可以间歇施工，降低或减少了改性沥青在冷却、运输和存储过程中产生离析现象的几率，突破了连续生产和施工的带来限制和约束。
Description
技术领域
本发明属于复合高分子材料领域，涉及一种可以提高沥青混合料路面抗车辙能力的直投式抗车辙添加剂(商标名称：沥强)以及其制备方法以及采用该直投式抗车辙剂制备沥青混合料的方法。
背景技术
随着我国经济水平不断提高，机动车的需求量剧增和类型多样化，促进了沥青道路事业蓬勃发展。相应的对沥青道路使用性能的要求越来越高。在重载车载量增加、气候条件恶化等外在条件下，如何预防和减少沥青路面病害已成为道路施工、养护和研究工作者关心和研究的又一热点。在诸多沥青路面病害中，因车辆反复荷载导致沥青路面产生较大永久性变形而形成的车辙已经成为主要病害之一。车辙的形成不仅影响沥青路面的整洁度，还可导致路面结构强度下降，严重缩短沥青路面寿命。
从材料角度出发，已经形成了多种抑制车辙的方法。总体上，这些方法主要可以分成两大类。一类是采用橡胶和塑料作为添加剂，采用胶磨法或高剪切法生产改性沥青，另一类是直接生产SBS和SBR改性沥青(SBS和SBR改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS或SBR改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS或SBR均匀地分散于沥青中，形成SBS或SBR共混材料。SBS全名为热塑性丁苯橡胶(B-丁二烯链段，S-苯乙烯嵌段)，SBR全名为丁苯橡胶)。第一种方法需要经历溶胀、分散、研磨和继续发育等过程，制备工序复杂耗时，且橡胶和塑料与沥青相容性差，需要使用大量溶剂，不经济环保；在第二种方法中，SBS和SBR与沥青相容性差，尤其在母粒冷却、运输和存储过程中，改性剂离析现象容易发生，导致性能不稳定，此外生产SBS和SBR改性沥青的过程需要使用大量的硫磺，容易污染环境。
总而言之，这两类方法存在改性剂与沥青相容性差，离析现象严重。此外，随着资源紧缺与环境污染问题日益尖锐，这两类方法耗时、废物、污染环境，与我国建设低碳节能型社会的宗旨相违。因此，研究和开发一种由废旧资源再生的无污染、良相容性、强抗车辙性能的抗车辙添加剂及其制备技术的意义重大而深远。
发明内容
为克服现有技术的不足，减少污染，节约资源，本发明提供一种与沥青相容性好、离析少、废旧资源再生的环保型直投式抗车辙剂。
本发明提供的一种直投式抗车辙剂，包括下述组分及其重量份混合而成：
再生聚烯烃类塑料：20～40份
再生聚酯类塑料：10～20份
再生蜡：2～10份
细粒径无机粉体：2～10份
硬沥青：5～10份。
进一步优选地，所述再生聚烯烃类塑料为工业回收的再生低密度聚乙烯、再生低密度聚氯乙烯、再生聚丙烯中的一种或多种，所述再生低密度聚乙烯和所述再生低密度聚氯乙烯的分子量为1.5～10万；所述再生聚丙烯的分子量为10～20万。
进一步优选地，所述再生聚酯类塑料为再生聚醋酸乙烯酯、再生聚甲基丙烯酸甲酯、再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、再生聚甲基丙烯酸羟乙酯、再生聚丙烯酸甲酯、再生聚丙烯酸乙酯中的一种或多种，所述再生聚醋酸乙烯酯的分子量为1～50万；所述再生聚甲基丙烯酸甲酯分子量为5～100万；所述再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的VA值(VA值指醋酸乙烯酯占共聚物的质量比例)为5％～40％；所述再生聚甲基丙烯酸羟乙酯的分子量为1～5万；所述再生聚丙烯酸甲酯的分子量为1～10万；所述再生聚丙烯酸乙酯的分子量2～10万。
进一步优选地，所述再生蜡为回收聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料高温裂解得到的再生聚乙烯蜡、再生聚丙烯蜡、再生聚氯乙烯蜡中的一种或多种，所述再生聚乙烯蜡、再生聚丙烯蜡、再生聚氯乙烯蜡的分子量均为900～4500。
进一步优选地，所述细粒径无机粉体为贝壳、虾壳、蟹壳的纳米粉体，纳米羟基磷灰石粉，微米或纳米活性氧化铝粉体的一种或多种，所述贝壳、虾壳、蟹壳的纳米粉体，所述纳米羟基磷灰石粉和所述纳米活性氧化铝粉体的粒径范围为50nm～200nm，所述微米活性氧化铝粉体的粒径范围为10μm～150μm。
进一步优选地，所述硬沥青的环球法软化点为95℃～120℃。
本专利同时还公开了一种直投式抗车辙剂的制备方法，制备步骤如下：
(一)在150℃～170℃条件下，以2r/min～5r/min搅拌加热所述硬沥青5min～15min；
(二)待步骤(一)完成后，向热的硬沥青中加入所述再生聚烯烃类塑料、所述再生聚酯类塑料、所述再生蜡和所述细粒径无机粉体，以5r/min～10r/min的转速搅拌2min～5min，然后在130℃～140℃条件下加热2h～6h；
(三)将步骤(二)的混合物在150℃～170℃条件下，以20r/min～40r/min的转速，搅拌20min～60min；
(四)完成步骤(三)后，通过单螺杆或双螺杆挤出机成型、剪切造粒，得到直投式抗车辙剂。
本专利同时还公开了一种采用上述直投式抗车辙剂制备沥青混合料的方法，包括如下步骤
(一)将矿料加热至165℃～200℃，同时将沥青加热至145℃～185℃；所述矿料的级配比例由配合比设计确定；
(二)将矿料加入到拌和缸中，然后投入所述直投式抗车辙剂拌合，所述直投式抗车辙剂为所述矿料及所述沥青的合计重量的0.5‰～6‰，然后再加入沥青拌合，制备得到沥青混合料。
进一步优选地，所述沥青为SBS改性沥青或SBR改性沥青或基质沥青。
相比于现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)、本发明制备抗车辙剂所采用的废旧再生聚烯烃类塑料、再生聚酯类塑料和再生蜡，是废旧资源再利用，经济、环保。再生聚烯烃类塑料的塑性强，常温模量高，可大大提高沥青混合料的抗车辙性能。
(2)、本发明使用的再生聚酯类塑料不仅与再生聚烯烃类塑料相容性好，还与沥青相容性佳。因此，再生聚酯类塑料极大地加强了再生聚酯类塑料与沥青的相容性，减少离析现象的发生。此外，再生聚酯类塑料还兼具塑性和韧性，可协助提高沥青混合料的抗车辙能力，同时改善沥青混合料的低温性能。
(3)、本发明使用细粒径无机粉体，不仅能够与塑料相容性好，还能有效的从物理角度间断塑料大分子，抑制并降低大分子间内聚力，提高塑料和回收塑料高温裂解所得的蜡类大分子在沥青中的分散均匀性。此外细粒径无机粉体还大大改善了直投式抗车辙剂制备工程中的加工性能。
(4)、本发明使用的再生蜡，可有效改善抗车辙剂制备过程中的流动能力和加工性能。
(5)、本发明使用硬沥青，不仅可以提高沥青混合料的高温稳定性，为高低温不同环境下调节沥青性能提供足够空间。
(6)、本发明制备抗车辙剂方法简单高效，最突出的特点在于再生聚烯烃类塑料、再生聚酯类塑料、再生蜡和细粒径无机粒子与硬沥青混合后，通过单螺杆或双螺杆挤出机成型，使用该直投式抗车辙剂时无需类似SBS等改性剂的高速剪切和橡胶研磨机研磨过程，只需充分搅拌共混即可达到改性效果。
(7)本发明制备的直投式抗车辙剂粒子，可以在施工现场直接投放于热集料中，与之干拌，可以间歇施工。降低或减少了改性沥青在冷却、运输和存储过程中产生离析现象的几率，突破了连续生产和施工的带来限制和约束。
附图说明
图1是本发明的沥青混合料使用在路面上被车辆碾压后的微观电子显微镜图像(×1000)。
图2是本发明的抗车辙剂的外观形貌图。
具体实施例
下面将结合具体实施实例对本发明进行一步说明。
实施例1
按重量称取再生低密度聚乙烯40份；再生聚丙烯酸甲酯15份；再生聚乙烯蜡2份；粒径范围在100nm～150nm之间的纳米贝壳粉1份；硬沥青10份。
首先在150℃温度下，以5r/min搅拌加热硬沥青15min；
然后向热的硬沥青中加入再生低密度聚乙烯、再生聚丙烯酸甲酯、再生聚乙烯蜡和纳米贝壳粉，以5r/min的转速搅拌5min；完成该步骤后，将混合物在140℃条件下加热5小时；
接着在160℃条件下，以30r/min的转速，搅拌混合物50min；
最后通过单螺杆挤出机成型、剪切和造粒，制备得到直投式抗车辙剂。
实施例2
按重量称取再生低密度聚氯乙烯30份；再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15份；再生聚乙烯蜡3份；粒径范围在50nm～150nm之间的纳米羟基磷灰石粉1份；硬沥青8份；抗剥落剂0.02份。
首先在160℃温度下，以4r/min搅拌加热硬沥青10min；
然后向热的硬沥青中加入再生低密度聚氯乙烯、再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、再生聚乙烯蜡和纳米羟基磷灰石粉，以8r/min的转速搅拌5min；完成该步骤后，将混合物在135℃条件下加热4.5h；
然后在混合物中加入抗剥落剂，以3r/min的转速搅拌4min；接着在170℃条件下，以25r/min的转速，搅拌混合物40min；本实施例根据沥青混合料配合比设计方法计算需要加入抗剥落剂，抗剥落剂为胺类化合物或磷羟基有机物的表面活性剂；主要用于增加沥青与石料的粘附性，添加量为混合物质量的2％～6％。
最后通过双螺杆挤出机成型、剪切和造粒，制备得到直投式抗车辙剂。
实施例3
按重量称取再生聚丙烯20份；再生聚丙烯酸乙酯10份；再生聚氯乙烯蜡4份；粒径范围在50nm～150nm之间的纳米虾壳粉2份；硬沥青9份；抗剥落剂0.03份。
首先在170℃温度下，以3r/min搅拌加热硬沥青8min；
然后向热的硬沥青中加入再生聚丙烯；再生聚丙烯酸乙酯；再生聚氯乙烯蜡；纳米虾壳粉，以6r/min的转速搅拌5min；完成该步骤后，将混合物在130℃条件下加热4h；
然后在混合物中加入抗剥落剂，以4r/min的转速搅拌5min；接着在160℃条件下，以20r/min的转速，搅拌混合物30min；本实施例根据沥青混合料配合比设计方法计算需要加入抗剥落剂，抗剥落剂为胺类化合物或磷羟基有机物的表面活性剂；主要用于增加沥青与石料的粘附性，添加量为混合物质量的2％～6％。
最后通过单螺杆挤出机挤出、剪切和造粒，制得直投式抗车辙剂。
实施例4
按重量称取再生聚丙烯以及再生低密度聚氯乙烯总计35份；再生聚甲基丙烯酸甲酯12份；再生聚丙烯蜡5份；粒径范围在50～150nm之间的纳米蟹壳粉4份；硬沥青10份；抗剥落剂0.02份。
首先在160℃温度下，以4r/min搅拌加热硬沥青12min；
然后向热的硬沥青中加入再生聚丙烯以及再生低密度聚氯乙烯；再生聚甲基丙烯酸甲酯；再生聚丙烯蜡；纳米蟹壳粉，以8r/min的转速搅拌5min；完成该步骤后，将混合物在130℃条件下加热4h；
然后在混合物中加入抗剥落剂，以4r/min的转速搅拌5min；接着在155℃条件下，以28r/min的转速，搅拌混合物40min；本实施例根据沥青混合料配合比设计方法计算需要加入抗剥落剂，抗剥落剂为胺类化合物或磷羟基有机物的表面活性剂；主要用于增加沥青与石料的粘附性，添加量为混合物质量的2％～6％。
最后通过单螺杆挤出机挤出、剪切和造粒，制得直投式抗车辙剂。
实施例5
按重量称取再生聚乙烯以及再生低密度聚氯乙烯总计40份；再生聚甲基丙烯酸羟乙酯18份；再生聚丙烯蜡以及再生聚乙烯蜡合计9份；粒径范围在10～150μm之间的微米活性氧化铝6份；硬沥青8份。
首先在165℃温度下，以5r/min搅拌加热硬沥青15min；
然后向热的硬沥青中加入再生聚乙烯以及再生低密度聚氯乙烯；再生聚甲基丙烯酸羟乙酯；再生聚丙烯蜡以及再生聚乙烯蜡；微米活性氧化铝，以10r/min的转速搅拌5min；完成该步骤后，将混合物在138℃条件下加热5h；
接着在165℃温度下，以35r/min的转速，搅拌混合物50min；
最后通过单螺杆挤出机挤出、剪切和造粒，制得直投式抗车辙剂。
实施例6
将实施例1-5制得的直投式抗车辙剂用于制备SBS改性沥青混合料，具体步骤为：
(一)首先将矿料加热至180℃～200℃，同时将SBS改性沥青加热至175℃～180℃；矿料的级配比例及与SBS改性沥青配比，由国家规范确定的沥青混合料配合比设计方法确定；在实务中，根据国家规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)设计得到矿料的级配比例及与SBS改性沥青配比。
(二)将矿料加入到拌和缸中，然后投入所述直投式抗车辙剂拌合30秒，然后再加入沥青拌合45秒，制备得到沥青混合料。
其中，SBS改性沥青混合料的各组份和重量份见表1
表1沥青混合料组成
矿料级配见表2
表2矿料级配组成
对采用实施例1-5所制备的直投式抗车辙剂制备而成的SBS改性沥青混合料进行性能测试，情况如下：
按照规范JTGF40-2004热拌沥青混合料配合比设计方法，在180℃拌合，于150℃击实，以AC-20为级配类型，进行马歇尔最佳油石比设计实验，确定最佳用油量为4.2％。
(1)、AC-20沥青混合料抗车辙性能测试结果见表3：
表3抗车辙性能测试
表中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。AC-20沥青混合料抗车辙性能测试结果表明，本发明抗车辙剂能够显著提高沥青混合料的抗车辙性能。对于常规重载交通路面，在60℃，0.7Mpa车辙试验条件下，沥青混合料中掺入3‰本专利的抗车辙剂，即可使动稳定度高达8000次/mm以上；掺入量为4‰时，动稳定度可超10000次/mm，可见该抗车辙剂显著改善沥青混合料抗车辙能力。
(2)、AC-20沥青混合料抗低温弯曲性能测试结果见表4：
表4抗低温弯曲性能测试(-10℃)
表4中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。从表4可以看到，随着本发明抗车辙剂的掺入，沥青混合料的弯拉强度和劲度模量大幅提高，但是弯拉应变变化不大，本专利的抗车辙剂有效地改善了沥青混合料的低温性能。
(3)、AC-20沥青混合料冻融劈裂实验结果参见表5
表5冻融劈裂实验结果
表5中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。据表5可知，本发明抗车辙剂还可以大幅提高沥青混合料冻融前后的劈裂强度以及残留比。当AC-20中掺入本发明抗车辙剂4‰时，TSR高达96.6％。
实施例7
将实施例1-5制得的直投式抗车辙剂添加于基质沥青混合料，具体步骤为：
(一)首先将矿料加热至165℃-175℃，同时将沥青加热至145℃-155℃；矿料的级配比例及基质沥青重量，由国家规范确定的沥青混合料配合比设计确定；
(二)将矿料加入到拌和缸中，然后投入直投式抗车辙剂拌合30秒，然后再加入沥青拌合30秒，制备得到沥青混合料。
其中，基质沥青混合料的各组份和重量份见表6
表6基质沥青混合料组成
矿料级配见表7
表7矿料级配组成
基质沥青混合料的相关性能测试结果如下：
(1)、AC-20沥青混合料抗车辙性能测试结果如表8：
表8抗车辙性能测试
表8中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。表8说明本发明抗车辙剂能够大幅度提高基质沥青混合料的抗车辙能力。在60℃，0.7Mpa车辙试验条件下，沥青混合料中掺入3‰抗车辙剂，即可使动稳定度高达4000次/mm；掺入量为4‰时，动稳定度可超6000次/mm，可见该抗车辙剂改善基质沥青混合料抗车辙效果显著。
(2)、AC-20基质沥青混合料抗低温弯曲性能测试结果见表8
表9抗低温弯曲性能测试(-10℃)
表9中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。从表9可以看到，随着本发明抗车辙剂的掺入量的增加，基质沥青混合料的弯拉强度和劲度模量逐步提高，但是弯拉应变变化幅度不大，可见，本发明抗车辙剂可以有效地改善沥青混合料的低温性能。
(3)、AC-20基质沥青混合料冻融劈裂实验结果参见表10
表10冻融劈裂实验结果
表10中，AC-20、AC-20+1‰，AC-20+3‰，AC-20+4‰分别指不加入本发明抗车辙剂，加入1‰抗车辙剂，加入3‰抗车辙剂，加入4‰抗车辙剂。依表10可见，本发明抗车辙剂还可以大幅提高基质沥青混合料冻融前后的劈裂强度以及残留比。当AC-20中掺入本发明抗车辙剂4‰时，TSR超过90％。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。
Claims (5)
1.一种直投式抗车辙剂，其特征在于:包括下述组分及其重量份混合而成：
再生聚烯烃类塑料：20～40份
再生聚酯类塑料：10～20份
再生蜡：2～10份
细粒径无机粉体：2～10份
硬沥青：5～10份；
所述再生蜡为回收聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料高温裂解得到的再生聚乙烯蜡、再生聚丙烯蜡、再生聚氯乙烯蜡中的一种或多种，所述再生聚乙烯蜡、再生聚丙烯蜡、再生聚氯乙烯蜡的分子量均为900～4500；
所述细粒径无机粉体为贝壳、虾壳、蟹壳的纳米粉体，纳米羟基磷灰石粉，微米或纳米活性氧化铝粉体的一种或多种，所述贝壳、虾壳、蟹壳的纳米粉体，所述纳米羟基磷灰石粉和所述纳米活性氧化铝粉体的粒径范围为50～200nm，所述微米活性氧化铝粉体的粒径范围为10～150μm；
所述硬沥青的环球法软化点为95～120℃；
所述再生聚酯类塑料为再生聚醋酸乙烯酯、再生聚甲基丙烯酸甲酯、再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、再生聚甲基丙烯酸羟乙酯、再生聚丙烯酸甲酯、再生聚丙烯酸乙酯中的一种或多种，所述再生聚醋酸乙烯酯的分子量为1～50万；所述再生聚甲基丙烯酸甲酯分子量为5～100万；所述再生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的VA值为5～40%；所述再生聚甲基丙烯酸羟乙酯的分子量为1～5万；所述再生聚丙烯酸甲酯的分子量为1～10万；所述再生聚丙烯酸乙酯的分子量2～10万。
2.根据权利要求1所述直投式抗车辙剂，其特征在于:所述再生聚烯烃类塑料为工业回收的再生低密度聚乙烯、再生低密度聚氯乙烯、再生聚丙烯中的一种或多种，所述再生低密度聚乙烯和所述再生低密度聚氯乙烯的分子量为1.5～10万；所述再生聚丙烯的分子量为10～20万。
3.一种如权利要求1或2所述的直投式抗车辙剂的制备方法，制备步骤如下：
（一）在150℃～170℃条件下，以2r/min～5r/min搅拌加热所述硬沥青5min～15min；
（二）待步骤（一）完成后，向热的硬沥青中加入所述再生聚烯烃类塑料、所述再生聚酯类塑料、所述再生蜡和所述细粒径无机粉体，以5r/min～10r/min的转速搅拌2min～5min，然后在130℃～140℃条件下加热2h～6h；
（三）将步骤（二）的混合物在150℃～170℃条件下，以20r/min～40r/min的转速，搅拌20min～60min；
（四）完成步骤（三）后，通过单螺杆或双螺杆挤出机成型、剪切造粒，得到直投式抗车辙剂。
4.一种采用如如权利要求1或2所述的直投式抗车辙剂制备沥青混合料的方法，其特征在于：包括如下步骤
（一）将矿料加热至165℃～200℃，同时将沥青加热至145℃～185℃；
（二）将矿料加入到拌和缸中，然后投入所述直投式抗车辙剂拌合，所述直投式抗车辙剂为所述矿料及所述沥青的合计重量的0.5‰～6‰，然后再加入沥青拌合，制备得到沥青混合料。
5.根据权利要求4所述的制备沥青混合料的方法，其特征在于：所述沥青为SBS改性沥青或SBR改性沥青或基质沥青。
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