本发明属于道路沥青混合料改性技术领域，涉及一种环保型温拌抗车辙剂、该种环保型温拌抗车辙剂的制备方法及使用种环保型温拌抗车辙剂来制备制备沥青混合料的方法。
背景技术：
沥青混凝土广泛应用于高速公路、市政公路和机场跑道的面层建设中。随着交通量增长、轴载加重和渠化交通现象的出现，使得沥青路面的车辙问题越来越严重，特别是夏季平均温度较高的地方，这一问题尤其突出。为了有效应对沥青路面使用中出现的车辙问题，减少高温车辙病害的发生，道路工作者采用了许多措施来提高沥青混合料的高温使用性能。其中一种解决途径就是使用抗车辙剂，抗车辙剂指以预防沥青路面车辙病害为主要应用目的的沥青改性剂，它通过嵌挤作用、加筋作用、胶结作用、变形恢复作用使得沥青混合料抵抗高温路面病害能力增强。工程实践和试验研究表明，在沥青混合料中添加颗粒状添加剂进行性能改性是一种有效便利的方法。因此，针对沥青混合料高温抗变形能力不足的问题，开发颗粒状抗车辙添加剂来改善沥青路面是行之有效的。
废弃塑料是我国常见固体废弃物，由于塑料使用量大、分解困难，在处置不当时容易形成大面积的“白色污染”，如何回收再利用这些废弃的塑料成为目前环保工作的一个重点。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种环保型温拌抗车辙剂，解决现有技术中沥青混凝土存在的车辙问题，同时，本发明提出了该种环保型温拌抗车辙剂的制备方法及使用种环保型温拌抗车辙剂来制备制备沥青混合料的方法。
为实现上述目的，本发明采用了下列的技术方案。
环保型温拌抗车辙剂，它由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，温拌剂8～18份，填充剂3-8份，助剂10～28份；所述改性主剂由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，其中废塑料粉的质量含量为30％～45％，余量为废橡胶粉，所述废橡胶粉的粒度为40～80目；所述温拌剂为sasobit，所述填充剂为天然硅藻土，所述助剂为石油树脂。
进一步地，所述环保型温拌抗车辙剂由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，改性主剂中废塑料粉的质量含量为35％，温拌剂12份，填充剂6份，助剂15份。
进一步地，所述助剂为c9石油树脂。
同时，本发明提出的一种制备环保型温拌抗车辙剂的方法，该制备方法具体过程为：将改性主剂和助剂混合均匀在185℃～195℃下进行混炼，得到改性剂母料，然后将填充剂、温拌剂加入该改性剂母料，并输送至第二混炼段，第二混炼段的温度控制为80℃～90℃，混炼时间为30min～45min，充分混合均匀后输送至双螺杆挤出机出口，挤出速度为40～50r/min，切粒机造粒后得到圆柱体环保型温拌抗车辙剂。
进一步地，所述切粒机造粒时温度控制在70℃～90℃范围内。
进一步地，使用所述环保型温拌抗车辙剂制备温拌抗车辙沥青混合料的方法包括以下步骤：步骤一、采用连续密级配ac13或ac20，通过干法工艺将温拌抗车辙剂加入到基质沥青中，搅拌制备温拌抗车辙沥青混合料；所述温拌抗车辙剂的质量占所述温拌抗车辙沥青混合料总质量的0.3％～0.8％；制备过程为首先对集料进行加热并搅拌，将集料加热到155～161℃，搅拌至少60s；然后加入所述温拌抗车辙剂并喷入温度为130℃～150℃的沥青，搅拌至少90s；之后加入矿粉，搅拌至少90s，得到温拌抗车辙沥青混合料；步骤二、通过马歇尔法确定温拌抗车辙沥青混合料的最佳油石比。
进一步地，上述步骤一中所述基质沥青为70#沥青，其技术性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)要求，加热温度为155℃。
进一步地，上述步骤一中所述连续密级配ac13或ac20根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中ac13或ac20级配上下限范围进行级配设计。
进一步地，上述步骤二中马歇尔法确定最佳油石比，ac-13初始油石比为4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％，设计空隙率为4.0％；ac-20初始油石比为3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％，设计空隙率为5.0％。
进一步地，上述步骤二中马歇尔法确定最佳油石比时，马歇尔试件压实温度为146℃。
所述马歇尔法是沥青混合料配合比设计方法的一种，对本领域技术人员来说，属于公知技术。
本发明环保型温拌抗车辙添加的改性主剂母料由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，通过废橡胶粉弥补废塑料粉存在的不足，改性主剂母料采用废塑料粉、废橡胶粉和石油树脂助剂通过高温混炼制得。废塑料粉属于热塑性树脂类材料，能够提高沥青混合料的高温稳定性，但冷却后固化变硬；废橡胶粉是橡胶类材料，废橡胶粉的加入能够弥补废塑料粉变硬的弊端，使沥青混合料具有弹性和韧性，同时使耐久性有所改善，使沥青混合料兼具高温稳定性、低温稳定性和耐久性。
使用橡胶粉改性沥青混合料采用的橡胶粉目数不是越高越好，也不是越小越差，有一定合适的范围。根据橡胶粉数目对沥青或沥青混合料改性研究和胶体结构理论可知，随着橡胶粉目数的增加，单位质量的橡胶粉比表面积增大、溶胀率增加，同时橡胶粉也越容易与沥青混合料混合，达到的改性效果越好。但是溶胀率增加也存在一定的峰值，橡胶粉目数达到一定数值后，再增大橡胶粉目数，改善效果不明显，并且会严重增加橡胶粉制备造价。因此本发明选用了40～80目数的废橡胶粉制备为改性主剂，使沥青改性效果达到最佳。
本发明的制备环保型温拌抗车辙剂的方法中，采用两阶段混炼法，第一阶段在高温作用下借助强烈的机械剪切作用，使得废塑料粉和废橡胶粉分别熔融和溶胀，并且发生化学接枝反应；第二阶段考虑到温拌剂sasobit的熔点在100℃左右，因此第二阶段采用较低的温度确保温拌剂的结构不被破坏，主要借助机械和剪切作用，使得填充剂硅藻土和温拌剂sasobit与第一阶段混炼制得的改性剂母料充分混合混匀。在第一混炼阶段，基于力化学原理，废橡胶粉首先和助剂中的轻质组分发生作用，废橡胶粉颗粒逐渐软化，网状结构被撑开，部分分子结构由三维网状结构裂解成链状结构，在高温和机械剪切搅拌作用下，废塑料颗粒熔融并发生分子间位移，产生不饱和键，不饱和键与废橡胶粉颗粒中裂解成链状结构的分子发生化学接枝反应，使废橡胶粉颗粒与废塑料粉紧密地结合，形成均相体系，并且部分废橡胶粉颗粒恢复了生胶的性质，粘性和可塑性大大提高，有助于提高沥青混合料高温稳定性和低温抗裂性。而废橡胶粉的加工温度存在一个合理的温度范围，温度越高，废橡胶粉越容易分散，越容易溶胀。但若高于200℃，废橡胶粉内部的脱硫也越严重，因此要求废橡胶粉加工中废橡胶粉易于分散且不要产生严重的脱硫反应。因此，废橡胶粉合理加工温度应控制为180～200℃，同时本发明考虑废塑料粉的高温熔融，选用185℃～195℃的混炼温度。
本发明采用天然硅藻土是借助其多孔性来改善沥青结合料与集料的裹覆性，提高沥青混合料的抗水损害性和耐久性。
本发明与现有技术相比产生了如下的有益效果。(1)将温拌技术与添加抗车辙剂的方法有机结合在一起，显著提高了沥青混合料的高温稳定性能和水稳定性能，同时改善了沥青混合料的高温抗变形能力和耐久性。(2)利用废塑料和废橡胶制成改性主剂作为原料，不仅少了环境中的白色垃圾废塑料和黑色垃圾废橡胶轮胎，降低了能源消耗，同时利于保护环境，节省能源，变废为宝。(3)提出的制备工艺及应用方法简单且环保效益和经济效益显著，使用后能够延长沥青路面的使用寿命，在道路工程技术领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的环保型温拌抗车辙剂由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，温拌剂12份，填充剂6份，助剂15份。其中，改性主剂由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，改性主剂中废塑料粉的质量含量为35％，余量为废橡胶粉；温拌剂为sasobit；填充剂为天然硅藻土；助剂为c9石油树脂。所述废橡胶粉的粒度优选为80目。
制备上述的环保型温拌抗车辙剂的具体过程为：将改性主剂和助剂混合均匀在185℃～195℃下进行混炼，得到改性剂母料，然后将填充剂、温拌剂加入该改性剂母料中，并输送至第二混炼段。第二混炼段温度控制为80℃～90℃，混炼时间为30min～45min，充分混合均匀后输送至双螺杆挤出机出口，挤出速度为40～50r/min，切粒机造粒后得到圆柱体环保型温拌抗车辙剂，所述切粒机造粒时温度控制在90℃。
进一步地，应用上述环保型温拌抗车辙剂制备温拌抗车辙沥青混合料的方法，包括以下步骤。
步骤一、采用连续密级配ac13，通过干法工艺将温拌抗车辙剂加入到基质沥青中，搅拌制备温拌抗车辙沥青混合料。其中，所述温拌抗车辙剂掺配比例为0.5％，也就是温拌抗车辙剂的质量占所述温拌抗车辙沥青混合料总质量的0.5％。
其中，根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中ac-13级配上下限范围进行级配设计，确定设计级配如表1所示。
表1：ac-13设计级配
步骤二、通过马歇尔法确定温拌抗车辙沥青混合料的最佳油石比。
根据设计级配称取集料，初始油石比为为4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％，将温度为155～161℃的集料加入搅拌锅并搅拌60s，然后加入掺量为0.5％温拌抗车辙剂，根据油石比喷入定量温度为130℃～150℃的沥青沥青，搅拌90s，之后加入矿粉，搅拌90s，得到温拌抗车辙沥青混合料。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的要求成型马歇尔试件，成型温度为146℃。
为了进一步改进，将成型好的试件在测试其物理指标后，放入60℃的恒温水浴中保温30min-40min，最后测试其稳定度和流值。根据马歇尔试验及计算结果，结合设计空隙率，确定ac-13最佳油石比为4.8％。
在最佳油石比下制备温拌抗车辙沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中要求，成型马歇尔试件及车辙板，按照规程中规定的测试方法，对温拌抗车辙沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行测试，并与《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中sma改性沥青混合料性能指标要求做对比，测试结果见表2。
实施例2
本实施例中的环保型温拌抗车辙剂由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，温拌剂12份，填充剂6份，助剂15份。其中，改性主剂由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，改性主剂中废塑料粉的质量含量为35％，余量为废橡胶粉；温拌剂为sasobit；填充剂为天然硅藻土；助剂为c9石油树脂。所述废橡胶粉的粒度优选为80目。
制备上述的环保型温拌抗车辙剂的具体过程为：将改性主剂和助剂混合均匀在185℃～195℃下进行混炼，得到改性剂母料，然后将填充剂、温拌剂加入该改性剂母料中，并输送至第二混炼段。第二混炼段温度控制为80℃～90℃，混炼时间为30min～45min，充分混合均匀后输送至双螺杆挤出机出口，挤出速度为40～50r/min，切粒机造粒后得到圆柱体环保型温拌抗车辙剂，所述切粒机造粒时温度控制在90℃。
进一步地，应用上述环保型温拌抗车辙剂制备温拌抗车辙沥青混合料的方法，包括以下步骤。
步骤一、采用连续密级配ac13，通过干法工艺将温拌抗车辙剂加入到基质沥青中，搅拌制备温拌抗车辙沥青混合料。其中所述所述温拌抗车辙剂掺配比例为0.75％，也就是温拌抗车辙剂的质量占所述温拌抗车辙沥青混合料总质量的0.75％。
其中，根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中ac-13级配上下限范围进行级配设计，确定设计级配如实施例1中的表1所示。
步骤二、通过马歇尔法确定温拌抗车辙沥青混合料的最佳油石比。
根据设计级配称取集料，初始油石比为为4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％，将温度为155～161℃的集料加入搅拌锅并搅拌60s，然后加入掺量为0.75％的温拌抗车辙剂，根据油石比喷入定量温度为130℃～150℃的沥青沥青，搅拌90s，之后加入矿粉，搅拌90s，得到温拌抗车辙沥青混合料。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的要求成型马歇尔试件，成型温度为146℃。
为了进一步改进，将成型好的试件在测试其物理指标后，放入60℃的恒温水浴中保温30min-40min，最后测试其稳定度和流值。根据马歇尔试验及计算结果，结合设计空隙率，确定ac-13最佳油石比为4.8％。
在最佳油石比下制备温拌抗车辙沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中要求，成型马歇尔试件及车辙板，按照规程中规定的测试方法，对温拌抗车辙沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行测试，并与《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中sma改性沥青混合料性能指标要求做对比，测试结果见表2。
表2实施例1和2制备的温拌抗车辙沥青混合料技术指标测试结果
从表2中可以看出，实施例1和实施例2中使用本发明的环保型温拌抗车辙剂制备的温拌抗车辙沥青混合料的各项指标均优于sma改性沥青混合料的技术要求，满足重载交通的技术要求，具有良好的高温性能和较强的抗车辙性能。
同时表明该环保型温拌抗车辙剂具有良好的性价比，根据工程实际需求，可以调整添加剂掺量，获得预期性能的沥青混合料。
实施例3
本实施例中的环保型温拌抗车辙剂由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，温拌剂15份，填充剂4份，助剂20份。其中，改性主剂由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，改性主剂中废塑料粉的质量含量为40％，余量为废橡胶粉；温拌剂为sasobit；填充剂为天然硅藻土；助剂为c9石油树脂。所述废橡胶粉的粒度优选为80目。
制备上述的环保型温拌抗车辙剂的具体过程为：将改性主剂和助剂混合均匀在185℃～195℃下进行混炼，得到改性剂母料，然后将填充剂、温拌剂加入该改性剂母料中，并输送至第二混炼段。第二混炼段温度控制为80℃～90℃，混炼时间为30min～45min，充分混合均匀后输送至双螺杆挤出机出口，挤出速度为40～50r/min，切粒机造粒后得到圆柱体环保型温拌抗车辙剂，所述切粒机造粒时温度控制在90℃。
进一步地，应用上述环保型温拌抗车辙剂制备温拌抗车辙沥青混合料的方法，包括以下步骤。
步骤一、采用连续密级配ac20，通过干法工艺将温拌抗车辙剂加入到基质沥青中，搅拌制备温拌抗车辙沥青混合料。其中所述所述温拌抗车辙剂掺配比例为0.5％，也就是温拌抗车辙剂的质量占所述温拌抗车辙沥青混合料总质量的0.5％。
其中，根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中ac-20级配上下限范围进行级配设计，确定设计级配如表3所示。
表3ac-20设计级配
步骤二、通过马歇尔法确定温拌抗车辙沥青混合料的最佳油石比。
根据设计级配称取集料，初始油石比为3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％，将温度为155～161℃的集料加入搅拌锅并搅拌60s，然后加入掺量为0.5％的温拌抗车辙剂，根据油石比喷入定量温度为130℃～150℃的沥青沥青，搅拌90s，之后加入矿粉，搅拌90s，得到温拌抗车辙沥青混合料。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的要求成型马歇尔试件，成型温度为146℃。
为了进一步改进，将成型好的试件在测试其物理指标后，放入60℃的恒温水浴中保温30min-40min，最后测试其稳定度和流值。根据马歇尔试验及计算结果，结合设计空隙率，确定ac-20最佳油石比为4.2％。
在最佳油石比下制备温拌抗车辙沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中要求，成型马歇尔试件及车辙板，按照规程中规定的测试方法，对温拌抗车辙沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行测试，并与《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中sma改性沥青混合料性能指标要求做对比，测试结果见实施例4中的表4。
实施例4
本实施例中的环保型温拌抗车辙剂由以下重量份的原料制成：改性主剂100份，温拌剂8份，填充剂8份，助剂24份。其中，改性主剂由废塑料粉和废橡胶粉混合而成，改性主剂中废塑料粉的质量含量为45％，余量为废橡胶粉；温拌剂为sasobit；填充剂为天然硅藻土；助剂为c9石油树脂。所述废橡胶粉的粒度优选为80目。
制备上述的环保型温拌抗车辙剂的具体过程为：将改性主剂和助剂混合均匀在185℃～195℃下进行混炼，得到改性剂母料，然后将填充剂、温拌剂加入该改性剂母料中，并输送至第二混炼段。第二混炼段温度控制为80℃～90℃，混炼时间为30min～45min，充分混合均匀后输送至双螺杆挤出机出口，挤出速度为40～50r/min，切粒机造粒后得到圆柱体环保型温拌抗车辙剂，所述切粒机造粒时温度控制在90℃。
进一步地，应用上述环保型温拌抗车辙剂制备温拌抗车辙沥青混合料的方法，包括以下步骤。
步骤一、采用连续密级配ac20，通过干法工艺将温拌抗车辙剂加入到基质沥青中，搅拌制备温拌抗车辙沥青混合料。其中所述所述温拌抗车辙剂掺配比例为0.35％，也就是温拌抗车辙剂的质量占所述温拌抗车辙沥青混合料总质量的0.35％。
其中，根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中ac-20级配上下限范围进行级配设计，确定设计级配如实施例3中的表3所示。
步骤二、通过马歇尔法确定温拌抗车辙沥青混合料的最佳油石比。
根据设计级配称取集料，初始油石比为为3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％，将温度为155～161℃的集料加入搅拌锅并搅拌60s，然后加入掺量为0.35％的温拌抗车辙剂，根据油石比喷入定量温度为130℃～150℃的沥青沥青，搅拌90s，之后加入矿粉，搅拌90s，得到温拌抗车辙沥青混合料。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的要求成型马歇尔试件，成型温度为146℃。
为了进一步改进，将成型好的试件在测试其物理指标后，放入60℃的恒温水浴中保温30min-40min，最后测试其稳定度和流值。根据马歇尔试验及计算结果，结合设计空隙率，确定ac-20最佳油石比为4.2％。
在最佳油石比下制备温拌抗车辙沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中要求，成型马歇尔试件及车辙板，按照规程中规定的测试方法，对温拌抗车辙沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行测试，并与《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中sma改性沥青混合料性能指标要求做对比，测试结果见表4。
表4实施例3和4制备的温拌抗车辙沥青混合料技术指标测试结果
从表4中可以看出，实施例1和实施例2中使用本发明的环保型温拌抗车辙剂制备的温拌抗车辙沥青混合料的各项指标均优于sma改性沥青混合料的技术要求，满足重载交通的技术要求，具有良好的高温性能和较强的抗车辙性能。
同时表明该环保型温拌抗车辙剂具有良好的性价比，根据工程实际需求，可以调整添加剂掺量，获得预期性能的沥青混合料。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。