專利名稱：一種瀝青改性劑、改性瀝青以及瀝青混合料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，具體涉及一種適用于鋼橋面鋪裝的高粘高彈浙青改性齊U，以及應(yīng)用該改性劑制得改性浙青和浙青混合料。
背景技術(shù)：
浙青鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)是一種鋪筑在鋼橋面板上的薄層浙青路面(通常在5-lOcm)，其質(zhì)量的好壞對(duì)于橋梁在建成營(yíng)運(yùn)期間的行車安全性、舒適性以及美觀性等方面都起著至關(guān)重要的作用。鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)所處的溫度及荷載環(huán)境相比一般路面復(fù)雜的多，主要有以下幾點(diǎn)一、溫度場(chǎng)更加嚴(yán)苛由于鋼箱梁具有良好的溫度傳導(dǎo)性，易受到外界溫度變化影響，致使其冬季極端溫度下可達(dá)-10°C以下，夏季高溫鋼箱梁頂面鋼板達(dá)70°C以上，且溫度變化梯度較大，因此對(duì)鋪裝層材料的高低溫性能、抗溫度疲勞性能提出更高要求。二、所處荷·載應(yīng)力復(fù)雜鋼箱梁本身振動(dòng)幅度變形較大，且變形復(fù)雜，要求鋪裝層與鋼板具有良好的追從變形能力，能承受反復(fù)振動(dòng)荷載作用而不產(chǎn)生應(yīng)力疲勞破壞；同時(shí)隨著重載、超載現(xiàn)象嚴(yán)重，使鋼橋面鋪裝層受力和變形比公路路面或機(jī)場(chǎng)道面復(fù)雜得多，加之極端溫度的共同作用，使鋼橋面鋪裝層極易出現(xiàn)車轍、坑槽、裂縫等早期病害。因此，鋼橋面鋪裝除需要滿足普通浙青路面的基本要求外，還必須具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?、良好的抗疲勞性能、較高的高溫穩(wěn)定性、良好的抗裂性能、抗剪能力及較好的變形隨從性。目前所用的橋面鋪裝層浙青膠結(jié)料多采環(huán)氧浙青，或者用橡膠粉與SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)復(fù)合改性，或者采用巖浙青、湖浙青對(duì)道路石油浙青復(fù)合改性。環(huán)氧浙青的優(yōu)勢(shì)是強(qiáng)度高變形小，但疲勞性能差，早期強(qiáng)度偏低，施工工藝復(fù)雜，工程養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)，造價(jià)昂貴。而其他的改性浙青疲勞性能優(yōu)于環(huán)氧浙青，施工工藝簡(jiǎn)單，但很難適應(yīng)橋面的特殊溫度及受力環(huán)境，剛性、彈性、韌性、變形隨從性顯著不足，浙青60°C動(dòng)力粘度較小，使其浙青混合料在重力荷載作用下易出現(xiàn)車轍，在界面剪應(yīng)力作用下出現(xiàn)推移、擁抱，在溫度差作用下鋼板變形較大而混合料變形協(xié)從性較差易出現(xiàn)開(kāi)裂，抗溫度疲勞和荷載疲勞性能較差易產(chǎn)生開(kāi)裂、脫落等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種浙青改性劑，并且應(yīng)用該改性劑制得改性浙青和浙青混合料，應(yīng)用該改性劑制得的改性浙青60°C動(dòng)力粘度可達(dá)300000Pa. s以上，性能分級(jí)達(dá)PG88-28 ;浙青混合料具有良好水穩(wěn)定性，較高的動(dòng)態(tài)模量，較高的車轍動(dòng)穩(wěn)定度及低溫破壞應(yīng)變，可以抵御鋼橋面復(fù)雜的力學(xué)及溫度環(huán)境。本發(fā)明所述的浙青改性劑，按重量份計(jì)，其原料組成為廢舊輪胎膠粉3-10份，聚乙烯廢棄物3-10份,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份,苯乙烯-異戍二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯樹(shù)脂1-5份，溶劑油5-10份，醇醚羧酸鹽界面劑O. 3-0. 7份。其中，廢舊輪胎膠粉是將廢舊輪胎粉中的子午線鋼絲以及纖維去除后常溫粉碎獲得的。廢舊輪胎膠粉的化學(xué)本質(zhì)決定其具有良好的浙青改性功能，其中的天然橡膠、合成橡膠使浙青具有寬廣的彈性溫度工作區(qū)間，炭黑及少量的氧化鈣使浙青具有良好的抗老化和耐磨性，因此廢舊輪胎膠粉在提高浙青低溫柔性、改善浙青抗疲勞特性方面具有優(yōu)異的效果，但其對(duì)浙青的高溫性能改善不明顯，單獨(dú)與浙青作用時(shí)與浙青的相容性較差，致使浙青存儲(chǔ)穩(wěn)定性較差。廢舊輪胎膠粉用量過(guò)大，其在浙青中不能充分溶脹，使改性浙青的粘度過(guò)大，影響浙青的施工和易性；用量過(guò)小，不具有明顯的改性效果，對(duì)浙青的低溫柔性及抗疲勞特性改善不明顯，因此需要控制其用量在3-10份。聚乙烯廢棄物以廢舊塑料為原料，也就是俗稱的“白色垃圾”為原始材料,高溫熔融，采用螺桿機(jī)擠出造粒得到。這種材料對(duì)浙青的高溫穩(wěn)定性有明顯的改善，用于改善浙青的高溫抗車轍能力，顯著提高浙青的60°C動(dòng)力粘度。采用電子顯微鏡研究聚乙烯改性浙青，可發(fā)現(xiàn)有絮狀的發(fā)絲狀的聯(lián)結(jié)，有一些柔順卷曲的聚乙烯支鏈相互結(jié)合，形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并裹復(fù)浙青折疊交聯(lián)在一起，形成立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而擴(kuò)大了浙青的粘彈性范圍，約束了浙青在外力作用下的流動(dòng)性，由此提高浙青在高溫狀態(tài)下的粘度和抗流動(dòng)變形能力。但是單獨(dú)作用，與浙青的相容性較差，其摻量過(guò)大對(duì)浙青的低溫性能損傷較大，因此其用量需要限定在一定范圍，發(fā)明人經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其用量為3-10份時(shí)制得的改性劑效果較好。綜合上述對(duì)于廢舊輪胎膠粉單獨(dú)與浙青作用時(shí)的效果描述，若聚乙烯廢棄物與廢舊輪 胎膠粉復(fù)合，則具有協(xié)同效應(yīng)，改善兩者在浙青中的相容性，共同改善浙青的高低溫性能。發(fā)明人經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙烯廢棄物為3-10份時(shí)，廢舊輪胎膠粉也為3-10份，兩者的協(xié)同作用較好，尤其是兩者的用量比為1:1時(shí)，效果最佳。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS為熱塑性彈性體。SBS作為優(yōu)良的浙青改性劑，對(duì)浙青的高低溫性能均有一定的改善，但若單獨(dú)作用，通常摻量較大，而其價(jià)格較高，更多的工作者希望尋找其替代品。SIS作為優(yōu)良的膠結(jié)劑，在膠水領(lǐng)域應(yīng)用較多，將其應(yīng)用于浙青改性，可提高浙青彈性及粘結(jié)特性。兩者在一定的配比下結(jié)合使用，既改善了改性浙青的高低溫性能又提高了改性浙青的彈性及粘結(jié)特性，而且不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。樹(shù)脂類產(chǎn)品在改善基質(zhì)稠度方面具有一定效應(yīng)，也是優(yōu)良的膠結(jié)劑。作為高粘高彈浙青改性劑，要求其改善浙青50-90°C之間的粘彈特性，使浙青具有更大的粘度，但希望浙青在135°C的粘度較低，以使改性浙青具有較好的施工和易性。因此選擇軟化點(diǎn)在90-110°C之間，酸值小于20mgK0H/g的萜烯樹(shù)脂。這種萜烯樹(shù)脂在溫度低于80°C時(shí)，在浙青中基本不流動(dòng)，起到錨固作用；但當(dāng)溫度達(dá)到90-100°C時(shí)，首先開(kāi)始軟化,改善浙青在120°C以上的粘彈性，確保改性浙青135°C不大于6Pa. s，具有良好的施工和易性。所述的溶劑油可以采用常規(guī)的糠醛抽出油，也可以采用廢棄食用油與糠醛抽出油的復(fù)合物。廢棄食用油為餐飲或家庭食用油廢棄物，其中的高級(jí)脂肪酸甘油酯與改性劑中多種高分子聚合物相容性較好；而糠醛抽出油為富芳烴組分，可加速浙青中改性劑的溶脹，促使改性劑在浙青中更好的相容。兩者復(fù)合使用，對(duì)于改性浙青的相容性提高具有更優(yōu)的價(jià)值。發(fā)明人通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者以重量比1:1復(fù)合時(shí)，可以取得較好的效果。所述的界面劑為醇醚羧酸鹽，例如AEC_9Na、AEC-1ONa, AEC-H，其中效果最好的是AEC-IONa0由于現(xiàn)存的浙青改性手段均為物理改性，改性劑在浙青體系中不會(huì)完全溶解，通常以較細(xì)小的顆粒存在，在熱存儲(chǔ)狀態(tài)下，這些微小的顆粒會(huì)在重力作用下產(chǎn)生沉降，造成改性浙青的離析。而醇醚羧酸鹽可有效降低固體微粒與浙青相的界面張力，增加改性浙青的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善改性浙青的彈性及韌性，確保改性浙青長(zhǎng)期的熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性，不發(fā)生尚析。發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)摸索發(fā)現(xiàn)，按重量份計(jì)，當(dāng)浙青改性劑的原料組成為廢舊輪胎膠粉3份，聚乙烯廢棄物3份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物6份，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物2份，萜烯樹(shù)脂4份，溶劑油6份，醇醚羧酸鹽界面劑O. 7份時(shí)，改性效果最好。制備本發(fā)明所述的浙青改性劑，其具體步驟為將溶劑油、醇醚羧酸鹽界面劑、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯廢棄物、廢舊輪胎膠粉、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、萜烯樹(shù)脂按重量比例在180-190°C下剪切研磨混合均勻，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，通過(guò)切粒機(jī)切粒，得高粘高彈改性浙青改性劑。溫度為180-190°C可以確保上述原料能熔融接枝，并能開(kāi)始造粒。 另外，本發(fā)明應(yīng)用上述的浙青改性劑制得了一種改性浙青，按重量份計(jì)，其原料組成為基質(zhì)浙青70-80份，浙青改性劑15-30份，穩(wěn)定劑O. 05-0. 4份。其中，改性劑的用量過(guò)小，不能賦予浙青顯著的改性效果，浙青的高低溫性能及抗疲勞性能改善效果不顯著；改性劑用量過(guò)大，改性浙青的粘度過(guò)大，影響浙青的施工和易性；此外，改性劑的用量還需考慮改性劑在浙青中的相容性問(wèn)題，由于本發(fā)明中采用不同高聚物復(fù)合改性劑，不同高聚物之間具有協(xié)同效果，使復(fù)配后改性劑具有較好的相容性，但改性劑的用量還應(yīng)控制在合適范圍內(nèi)。發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)摸索發(fā)現(xiàn)當(dāng)基質(zhì)浙青78份，改性劑22份，穩(wěn)定劑O. 3份時(shí)，效果最好。所述的穩(wěn)定劑為硫化劑，例如硫磺、四硫化雙五甲撐秋蘭姆、N_(對(duì)甲苯磺酰胺基)一 N’ 一苯基對(duì)苯二胺、二丁基二硫代氨基甲酸鎳等，使改性劑與浙青發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可以提高改性劑在浙青中的穩(wěn)定性，是改性浙青必不可少的一部分。本發(fā)明所述的改性浙青的制備方法，其具體步驟為(I)將基質(zhì)浙青加熱至流動(dòng)狀態(tài)，剪切至混合均勻；(2)將改性劑按比例在高速剪切條件下加入上述混合物中，溫度保持在185-200°C，剪切至混合均勻；(3)保持溫度為185_200°C，將穩(wěn)定劑按比例加入上述混合物中，混合均勻；(4)將上述混合物于175_185°C攪拌l_3h，即可得到高粘高彈改性浙青。當(dāng)改性劑與基質(zhì)浙青混合時(shí)，溫度為185_200°C，有利于改性劑顆粒在基質(zhì)浙青中溶脹，并加大基質(zhì)浙青的流動(dòng)性。本發(fā)明中，穩(wěn)定劑的作用是使改性劑與基質(zhì)浙青充分交聯(lián)，交聯(lián)必將使整個(gè)混合體系在短暫的時(shí)間內(nèi)較粘稠，溫度過(guò)低，不利于充分交聯(lián)，因此，力口入穩(wěn)定劑時(shí)，控制整個(gè)體系溫度為185-200°C。待交聯(lián)反應(yīng)一段時(shí)間后，可以將整個(gè)混合體系的溫度適當(dāng)?shù)慕档?，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間保持高溫容易造成整個(gè)混合體系的老化，因此加完穩(wěn)定齊U，待整個(gè)混合體系較穩(wěn)定后，可以將溫度降溫至175-185°C攪拌得高粘高彈改性浙青。為了確保改性劑不會(huì)因沉降而造成離析，攪拌時(shí)間為l_3h。本發(fā)明所制得的改性浙青,其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表I ;表2為按照美國(guó)Superpave浙青膠結(jié)料PG等級(jí)的性能分級(jí)結(jié)果，依照ASTM D6373標(biāo)準(zhǔn)。表I高粘高彈改性浙青技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種浙青改性劑，其特征在于按重量份計(jì)，其原料組成為廢舊輪胎膠粉3-10份，聚こ烯廢棄物3-10份，苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物3-8份，苯こ烯-異戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物1-5份，萜烯樹(shù)脂1-5份，溶劑油5-10份，醇醚羧酸鹽界面劑O. 3-0. 7份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浙青改性劑，其特征在于按重量份計(jì)，其原料組成為廢舊輪胎膠粉3份，聚こ烯廢棄物3份，苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物6份，苯こ烯-異戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物2份，萜烯樹(shù)脂4份，溶劑油6份，醇醚羧酸鹽界面劑O. 7份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浙青改性劑，其特征在干所述的萜烯樹(shù)脂軟化點(diǎn)為90-110°C，酸值小于 20mgK0H/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浙青改性劑，其特征在于所述的溶劑油為糠醛抽出油或廢棄食用油與糠醛抽出油的復(fù)合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浙青改性劑，其特征在于所述的廢棄食用油與糠醛抽出油的復(fù)合物中廢棄食用油與糠醛抽出油的重量比為1:1。
6.制備權(quán)利要求I所述的浙青改性劑的方法，其特征在于其具體步驟為將溶劑油、醇醚羧酸鹽界面劑、苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物、聚こ烯廢棄物、廢舊輪胎膠粉、苯こ烯-異戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物、職烯樹(shù)脂按重量比例在180-190°C下剪切研磨混合均勻，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，通過(guò)切粒機(jī)切粒，得浙青改性劑。
7.—種改性浙青,其特征在于包含權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述的浙青改性劑,按重量份計(jì)，其原料組成為基質(zhì)浙青70-80份，浙青改性劑15-30份，穩(wěn)定劑O. 05-0. 4份。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改性浙青，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為硫化劑。
9.制備權(quán)利要求7所述的改性浙青的方法，其特征在于其具體步驟為 (1)將基質(zhì)浙青加熱至流動(dòng)狀態(tài)，剪切至混合均勻； (2)將改性劑按比例在高速剪切條件下加入上述混合物中，溫度保持在185-200°C，剪切至混合均勻； (3)保持溫度為185-200°C，將穩(wěn)定劑按比例加入上述混合物中，混合均勻； (4)將上述混合物于175-185°C攪拌l_3h，即可得到高粘高彈改性浙青。
10.一種浙青混合料,其特征在于由集料與權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述的改性浙青混合制備而成。
全文摘要
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，具體涉及一種適用于鋼橋面鋪裝的高粘高彈瀝青改性劑，所述的瀝青改性劑，按重量份計(jì)，其原料組成為廢舊輪胎膠粉3-10份，聚乙烯廢棄物3-10份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯樹(shù)脂1-5份，溶劑油5-10份，醇醚羧酸鹽界面劑0.3-0.7份。另外，本發(fā)明在該改性劑基礎(chǔ)上制得了改性瀝青和改性瀝青混合料，應(yīng)用該改性劑制得的改性瀝青60℃動(dòng)力粘度可達(dá)300000Pa.s以上，性能分級(jí)達(dá)PG88-28；瀝青混合料具有良好水穩(wěn)定性，較高的動(dòng)態(tài)模量，較高的車轍動(dòng)穩(wěn)定度及低溫破壞應(yīng)變，可以抵御鋼橋面復(fù)雜的力學(xué)及溫度環(huán)境。
文檔編號(hào)C08L45/00GK102838874SQ20121034400
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者王鵬, 王立志, 任瑞波, 高曉寧, 徐強(qiáng), 耿立濤 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)