沥青改性剂、制备方法及含其的沥青混合料与流程

本发明属于沥青路面材料领域，具体涉及沥青改性剂的制备方法及含沥青改性剂的沥青混合料。
背景技术：
：随着交通运输业的快速发展，交通量的逐年提高，道路载重量的不断增加，传统的沥青路面已经很难继续满足现代交通的需求；改性沥青作为一种新型沥青材料，通过在实践应用中不断升级换代，正逐步成为国内外公路建设的主角，目前常见的改性沥青主要有sbs改性沥青、橡胶改性沥青等。我国是世界上最大的橡胶消费国，也是第一大轮胎生产国。据统计，2014年我国轮胎产量超过5.62亿条，而废轮胎产生量约为1500万吨，并正以每年5％～6％的速率增长。用废轮胎胶粉改性沥青无疑是发展绿色循环经济理念下的废轮胎的最佳利用形式；当前，橡胶改性沥青在公路上的主要用途有两种：一是用来拌制沥青混合料，铺筑沥青路面的上面层，以全面提高路面的使用性能；二是用作封层，即应力吸收层，以抑制路面基层裂缝的向上反射。湿拌橡胶沥青混凝土是将橡胶粉或橡胶颗粒与沥青混合或混炼形成的橡胶沥青，然后作为黏结剂再与矿料拌和而成的混合料，缺点是存储时间短，生产24h内必须使用，否则失效；工艺复杂，需要成套的专用加工设备。干拌橡胶沥青混凝土是将橡胶粉与集料先行拌和共混后，再喷入沥青拌制而成的混合料。干拌橡胶沥青的缺点是橡胶粉不易运输和投放。cn101671144公开了一种胶粉改性沥青及其制备方法，采用的是湿拌橡胶沥青混凝土的方法，得到的胶粉改性沥青虽然具有优秀的弹性、变形能力，且存储稳定性好，但其稳定性依赖于添加稳定剂，工艺复杂。cn105176115公开了一种sbs橡胶粉复合改性沥青，制备方法是将基质沥青预热至180℃，将sbs改性剂加入到热沥青中高速剪切分散20min，然后加入活化剂、橡胶粉和稳定剂，并在185℃下的条件下高速剪切分散2h，得到sbs橡胶粉复合改性沥青。该方法通过sbs与橡胶粉两种改性剂的改性作用，并减少sbs的用量，降低改性沥青的成本，但仍存在存储时间短的缺陷。寻找一种制备生产工艺简单、投放简单、可长期存储、价格低廉的橡胶改性沥青具有重要意义。技术实现要素：针对现有技术上的不足，本发明的目的之一在于提供一种沥青改性剂，所述沥青改性剂工艺简单、可长期存储、价格低廉；所述沥青改性剂的原料按重量百分含量包括如下组分：(a)废旧轮胎橡胶粉76-87wt％；(b)高密度低压聚乙烯3-14wt％；(c)橡胶再生剂3-10wt％；所述沥青改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％。所述橡胶再生剂指可在160-180℃下参与橡胶再生反应的再生剂，优选芳烃油、煤焦油、松焦油、妥尔油、环烷油、再生油脂任意一种或至少两种的组合。所述橡胶再生剂的含量为3-10wt％，例如3wt％、3.5wt％、4wt％、4.7wt％、6wt％、8wt％、9.2wt％、10wt％等，优选4-9wt％。所述废旧轮胎橡胶粉的目数为30-80目，例如30目、35目、40目、45目、50目、55目、60目、65目、70目、75目、80目等，优选45-65目。优选地，所述废旧轮胎橡胶粉由废轮胎粉碎得到，优选由货车900以上型号的轮胎胎面胶粉碎得到；本发明所述的橡胶粉可以通过商购获得。所述废旧轮胎橡胶粉的含量为76-87wt％，例如77wt％、79wt％、80wt％、81wt％、83wt％、84wt％、87wt％等，优选79-84wt％。所述高密度低压聚乙烯为挤出级高密度低压聚乙烯，进一步地所述的高密度低压聚乙烯可以通过商购获得，例如燕山石化的hdpe5000s、陶氏化学的挤出级hdpedgdd-2480nt、大韩油化的hdpepe-100等。优选地，所述高密度低压聚乙烯的密度为0.94-0.98g/cm3，例如0.945g/cm、0.947g/cm、0.951g/cm、0.956g/cm、0.961g/cm、0.968g/cm、0.974g/cm、0.979g/cm等，优选0.95-0.97g/cm，优选0.96g/cm；所述高密度低压聚乙烯分子量为40000-300000，例如42000、68000、85000、93000、125000、220000、289000等，优选为80000-200000；所述高密度低压聚乙烯的软化点为120-140℃，例如123℃、127℃、131℃、139℃等，优选125-135℃。所述高密度低压聚乙烯的含量为3-14wt％，例如3wt％、5wt％、7wt％、10wt％、12wt％、14wt％等，优选5-12wt％。作为优选技术方案，所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉79-84wt％；高密度低压聚乙烯5-12wt％；橡胶再生剂4-9wt％；所述沥青改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％。优选地，所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉80wt％；高密度低压聚乙烯11wt％；橡胶再生剂9wt％；所述沥青改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％。优选地，所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉83wt％；高密度低压聚乙烯11wt％；橡胶再生剂6wt％；所述沥青改性剂各组分的质量百分含量之和为100wt％。所述沥青改性剂成颗粒状黑色固体，粒径为1.8-4.8mm，例如1.8-2.3mm、2.3-2.8mm、2.8-3.3mm、3.3-3.8mm、3.8-4.3mm、4.3-4.8mm等，优选为2.0-3.0mm。本发明的目的之二是提供一种如本发明目的之一所述沥青改性剂的制备方法，所述制备方法，包括如下步骤：(1)废旧轮胎橡胶粉加热到160-180℃，如160℃、170℃、180℃等；(2)加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育40-60min，如42min、45min、48min、51min、54min、55min、56min、60min等；(3)加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，即得沥青改性剂。优选地，所述剪切、搅拌、挤压、切粒步骤在塑料挤压机，或高速剪切机中进行。本发明采用的主要原材料-废旧轮胎橡胶粉为工业、生活中的废旧轮胎，而高密度低压聚乙烯可以选用工业废料颗粒，二者的采用处理了“白色”“黑色”垃圾污染，真正实现了废旧轮胎、工业废料的重新再利用，并且降低了原料成本，实现绿色循环经济的发展；成品稳定性好，可长时间存储，成品呈现粒状颗粒，运输、投料方便；并且所述性沥青改性剂制备方法工艺简单、易行。本发明的目的之三是提供一种如本发明目的之一所述沥青改性剂的使用方法，所述方法包括如下步骤：(1)处于室温的权利要求1-5之一所述的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌20-30s，例如20s、21s、24s、25s、27s、30s等；(2)加入160-180℃的沥青，搅拌90s；(3)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。优选地，步骤(1)中所述集料的温度为180-190℃，如180℃、181℃、185℃、186℃、189℃、190℃等。所述集料又称骨料，是本领域技术人员所公知的沥青混凝土的组成材料之一。在铺设路面时，本领域技术人员均知，集料的选择符合jtgf40-2004中的有关规定，典型但非限制性的集料为选取9.5-13.2mm碎石:4.75-9.5mm碎石:2.36-4.75mm碎石:0-2.36mm碎石:河砂＝37:20:7:24.5:7。所述矿粉是符合工程要求的石粉及其代用品的统称，在用于沥青混凝土中时，本领域技术人员公知矿粉由石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到。在铺设路面时，本领域技术人员均知，矿粉的选择符合jtgf40-2004中的有关规定。本发明的目的之四是提供一种沥青混合料，所述沥青混合料按质量百分含量包括如下组分：优选地，所述沥青混合料中，目的之一所述的沥青改性剂的添加量为4-5wt％，优选4.5wt％。进一步地，所述沥青混合料按所述沥青改性剂的使用方法得到。本发明所述的沥青混合料中，添加5％的如本发明目的之一所述的沥青改性剂，其动稳定度能够达到5000/次以上，稳定度能够达到12/kn以上，而成本比sbs改性沥青低15％；当然，在实际的路面铺设过程中，添加5％的如本发明目的之一所述的沥青改性剂，就可以达到实际的需求。所述沥青混合料制备完成后，可直接进行摊铺道路，即将沥青混合料摊铺压实。所述沥青混合料可以有效提高路面的使用寿命1-3倍，并且可以采用直投的方式节约成本。本发明目的之五是提供一种废旧轮胎的用途，所述废旧轮胎制备成橡胶粉添加在沥青改性剂中。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)工艺简单：本发明中的沥青改性剂制备工艺简单；而所述沥青改性剂的使用过程中，只需要将沥青改性剂在沥青混合料在计量热集料的同时，将沥青改性剂投放进去即可，无需将沥青混合料的各组分分别分时段加入，工艺简单易操作，无需严格控制加入时机。(2)成本低：本发明提供的沥青改性剂中，加入有大量的工业废料，能够降低成本，环保性能好，而为了同时获得良好的效果，调节了合适的配方组成，如加入合适量的高密度聚乙烯来获得良好的机械性能、冻融劈裂残留强度、浸水残留稳定度等；加入在160-180℃下参与橡胶再生反应的再生剂能够使得在制备沥青改性剂的过程中完成对废旧轮胎橡胶的改性，使沥青改性剂加入沥青混合料后，可以提高沥青混合料的稳定性，如动稳定度、稳定度、冻融劈裂残留强度、浸水残留稳定度等。(3)综合性能好：沥青改性剂最终呈颗粒状，运输方便、存储时间长；沥青混合料可以提高道路使用寿命1-3倍，橡胶中炭黑使路面增黑，与标线的对比度高，提高道路行驶的安全性；可以有效降低沥青铺层厚度，改善路面抗低温裂缝的能力。附图说明图1是本发明所述的沥青改性剂制备工艺流程图；图2是本发明所述的沥青混合料的拌和工艺流程图。具体实施方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1：一种沥青改性剂，按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉76wt％；高密度低压聚乙烯14wt％；橡胶再生剂10wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到160℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育60min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为1.8-2.3mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例1：将实施例1提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料90wt％；沥青3wt％；矿粉4wt％；实施例1提供的沥青改性剂3wt％。制备方法为：(1)将集料加热至180℃，(2)将处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌30s，(3)加入160℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例2：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉80wt％；高密度低压聚乙烯11wt％；橡胶再生剂9wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到170℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育45min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为2.3-2.8mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例2：将实施例2提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料87wt％；沥青3.5wt％；矿粉6wt％；实施例2提供的沥青改性剂3.5wt％。制备方法为：(1)将集料加热至190℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌20s，(3)加入170℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例3：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉83wt％；高密度低压聚乙烯11wt％；橡胶再生剂6wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到180℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育40min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为2.8-3.3mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例3：将实施例3提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料82wt％；沥青5wt％；矿粉9wt％；实施例3提供的沥青改性剂4wt％。制备方法为：(1)将集料加热至185℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌25s，(3)加入180℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例4：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉87wt％；高密度低压聚乙烯3wt％；橡胶再生剂10wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到165℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育50min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为3.3-3.8mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例4：将实施例4提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料79wt％；沥青6.5wt％；矿粉10wt％；实施例4提供的沥青改性剂4.5wt％。制备方法为：(1)将集料加热至187℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌26s，(3)加入175℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例5：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉87wt％；高密度低压聚乙烯10wt％；橡胶再生剂3wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到161℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育49min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为3.8-4.3mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例5：将实施例5提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料78wt％；沥青7wt％；矿粉10wt％；实施例5提供的沥青改性剂5wt％。制备方法为：(1)将集料加热至180℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌30s，(3)加入160℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例6：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉79wt％；高密度低压聚乙烯12wt％；橡胶再生剂9wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到172℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育58min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为4.3-4.8mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例6：将实施例6提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料81wt％；沥青6wt％；矿粉7.5wt％；实施例6提供的沥青改性剂5.5wt％。制备方法为：(1)将集料加热至185℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌25s，(3)加入180℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例7：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉84wt％；高密度低压聚乙烯8wt％；橡胶再生剂4wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到178℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育59min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为3.3-3.8mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例7：将实施例7提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料80wt％；沥青7wt％；矿粉7wt％；实施例7提供的沥青改性剂6wt％。制备方法为：(1)将集料加热至190℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌20s，(3)加入170℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。实施例8：所述沥青改性剂按质量百分含量包括：废旧轮胎橡胶粉86wt％；高密度低压聚乙烯5wt％；橡胶再生剂9wt％。制备方法为：废旧轮胎橡胶粉加热到164℃，加入橡胶再生剂，经剪切、搅拌、混合发育48min，最后加入加热融化后的高密度聚乙烯，继续搅拌、挤压、成粒，最后降温至室温，制得粒径为1.8-2.3mm的颗粒状黑色固体，即得沥青改性剂。应用实施例8：将实施例1提供的沥青改性剂按比例添加到沥青混合料中，具体步骤如下：沥青混合料按质量百分含量包括：集料85wt％；沥青4wt％；矿粉5wt％；实施例8提供的沥青改性剂6wt％。制备方法为：(1)将集料加热至185℃，(2)处于室温的沥青改性剂投入到加热的集料中，干拌22s，(3)加入180℃的沥青，搅拌90s；(4)加入室温的矿粉，搅拌90s，即得到沥青混合料。对比例1采用应用实施例1中所述沥青作为对比例1.对比例2一种sbs改性沥青混合料，按质量百分含量包括如下组分：集料90wt％；sbs改性沥青5wt％；矿粉5wt％。其中，sbs改性沥青是本领域技术人员公知的采用sbs对沥青进行改性。sbs改性沥青各项指标均符合jtgf40-2004的规定。sbs改性沥青混合料的制备方法为：将集料和矿粉加热至180℃，加入160℃的sbs改性沥青，搅拌90s；即得到sbs改性沥青混合料。对比例3与实施例1和应用实施例1的区别仅在于沥青改性剂的配方组成不同，对比例3所使用的沥青改性剂按质量百分含量包括如下组分：废旧轮胎橡胶粉84wt％；高密度低压聚乙烯14wt％；橡胶再生剂2wt％。对比例4与实施例1和应用实施例1的区别仅在于沥青改性剂的配方组成不同，对比例4所使用的沥青改性剂按质量百分含量包括如下组分：废旧轮胎橡胶粉75wt％；高密度低压聚乙烯14wt％；橡胶再生剂11wt％。性能测试：以应用实施例1为例，对沥青混合料进行性能测试，如下：(1)动稳定度测试沥青混合料制成标准试件，尺寸为300mm×300mm×50mm，在60℃的规定温度下，以一个轮压为0.7mpa的实心橡胶轮胎在其上行走，速度为6次往返/分，测试试件在变形稳定时期，即实验开始50min后，每增加1mm变形需要行走的次数，即动稳定度。(2)稳定度测试将试件及马歇尔上下压头置于60℃恒温水浴槽，保温40min，将试件装于上下压头之间，并对准荷载测试的压头及传感器；在测试过程中使试件承受荷载，加载速度为(50±5)mm/min，荷载测试装置读取的最大值即为试样稳定度。(3)冻融劈裂实验试件的成型参照(zy01-243-2008)进行，冻融试件为双面击实50次。标准样放入25℃水温浸泡2h后，测定劈裂强度；冻融样先放入负压容器中，真空浸水15min恢复常压后再在水中放置0.5h，饱水后试件放入装有10ml水的塑料袋中，放入-18℃环境中冰冻16h，再将试件放入60℃水浴24h，最后将试件放入25℃水中浸泡2h，测定劈裂强度。冻融劈裂残留强度比＝(冻融后样品劈裂抗拉强度/标准样劈裂抗拉强度)×100％(4)浸水残留稳定度浸水马歇尔试验方法与标准马歇尔试验方法(稳定度测试方法)的唯一不同之处在于，试件在60℃恒温水槽中保温时间为48h。浸水残留稳定度由下式得到：浸水残留稳定度＝(试样浸水48h后的稳定度/试样稳定度)×100％参照上述测试，对应用实施例1-8进行性能测试，测试结果如表1所示：表1沥青混合料性能测试结果由表1可知，本发明得到的沥青混合料动稳定度达5000次/mm以上，稳定度达12kn以上，冻融劈裂残留强度比达80％以上，这些性能证实本发明提供的沥青混合料能够延长道路的使用寿命。对比例1-4进行以上性能测试，得到测试结果，将应用实施例1、对比例1和对比例2进行性能对比，数据见表2：表2应用对比例1、对比例1和对比例2的性能测试结果混凝土工艺指标对比例1对比例2应用实施例1动稳定度(次/mm)100030005000稳定度(kn)7.911.412.0冻融劈裂残留强度比/％75.084.380.2浸水残留稳定度/％80.085.185.0材料成本/％100120105由表2可知，本发明提供的沥青混合料与sbs改性沥青相比，具有更高的动稳定度，即路面具有更长的使用寿命。虽然sbs改性沥青与本发明其他性能相差不大，但是由于sbs价格较高，相比于sbs改性沥青，本发明成本更低。应用实施例1、对比例3和对比例4性能数据见表3：表3应用对比例1、对比例3和对比例4的性能测试结果混凝土工艺指标对比例3对比例4应用实施例1动稳定度(次/mm)301031205000稳定度(kn)10.110.512.0冻融劈裂残留强度比/％77.278.380.2浸水残留稳定度/％82.683.185.0由表1、表2和表3可知，本发明通过调整沥青改性剂的配方，进而将其加入沥青混合料中，得到性能优异的沥青混合料，其中，动稳定度达5000次/mm以上，稳定度达12kn以上，冻融劈裂残留强度比达80％以上，这些性能证实本发明提供的沥青混合料能够延长道路的使用寿命。并且，由实施例以及应用实施例可以看出，本发明的沥青改性剂和沥青混合料的制备工艺简单易行。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12