用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂及其生产方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及路面材料领域，具体是用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂及其生产 方法和用途。
【背景技术】
[0002] 道路是社会的基础设施，在大多数人们出行和货物运输过程中发挥了纽带作用。 全球超过80%的道路采用了沥青路面，沥青路面结构层能够吸收大部分交通重载产生的应 力。重载交通、冲击力和施工不规范会缩短路面的使用寿命。国家每年需要花费数十亿经 费修复或维护受损路面，延长沥青路面的使用寿命能够大大减少建设预算。沥青路面主要 是按基底层、中间层、面层的顺序在路基上铺设铺路沥青混凝土（由沥青结合料、集料和填 充料在高温下混合而成），每铺一层都由压路机压实，直到完成路面铺设。在施工过程规范 的情况下，沥青结合料和集料成为决定路面质量的重要原料。然而，由于集料的大小普遍统 一，因此，集料的大小和等级并非关键性因素，而沥青结合料的变化较多，可能大大影响路 面的质量。
[0003] 沥青结合料的分子量相对较小，其物理特性劣于分子量较大的聚合物。因此，使用 具有出色物理特性的聚合物树脂能够改善沥青结合料的性质，进而延长路面的使用寿命。 用于此目的的聚合物添加剂称为改性剂，含改性剂的沥青结合料称为改性沥青结合料。然 而，需要注意的是，基于使用的改性剂不同，沥青结合料的物理特性的改良程度也不尽相 同。在通过添加改性剂或改性沥青结合料生产改性沥青混凝土混合料（改性ASC0N)时，可 以采用高温加热（160-170°C，热拌沥青，HMA)或中温加热（120-140°C，温拌沥青，WMA)两 种生产方法。后者（温拌沥青生产法）较受欢迎，因为它具有减少环境污染、节约能源等特 点。此外，对RAP(再生沥青路面）热拌再生沥青中加入新料的需求日益增加，以避免土地 污染，节约工程费用。本发明属于改性RAP回收（或新）温拌沥青生产的技术领域，涵盖上 述所有技术。
[0004] 普遍而言，沥青路面的性能特征易受交通载荷的程度和季节温度变化的影响，这 两项因素通常会造成沥青路面的车辙和疲劳开裂。即，在重载交通的情况下，低温（低 于_l〇°C)可能会造成材料收缩进而导致硬度增加，沥青路面会出现不同的裂缝情况。高温 (高于50°C)则会导致路面粘度下降，材料的剪切流会导致车辙的出现。受现代社会经济 扩张的刺激，汽车、交通流量和重载卡车不断增加，上述路面问题持续加剧，大幅缩短了现 有路面的使用寿命。因此，主要道路常用改性沥青路面来替代普通路面，以防止路面使用寿 命缩短。在改性沥青路面的施工过程中，可将改性剂作为关键材料。改性剂通常由弹性材 料（在冬季用于防止开裂）和粘度材料（在夏季用于防止车辙）构成，也可以是单一聚合 物（如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS)、低密度聚乙烯（LDPE))等。
[0005] 让我们回顾以往的聚合物改性剂技术。韩国专利2002-0344967采用硬沥青作为 粘度增稠剂，用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯作为弹性增强剂；韩国专利2003-004579采用硬 沥青作为粘度增稠剂，用碎橡胶作为弹性增强剂；韩国专利10-0669079采用沥青岩粉末和 聚乙烯（PE)粉末作为粘度增稠剂，用碎橡胶作为弹性增强剂。硬沥青（一种高粘度液体） 和沥青岩（固体粉末）是产于美国犹他州东北部的天然材料。两种材料均采用沥青质作 为主要成分，具有刚性和硬度较大的特点。由于硬度较大，这些材料也可能在早期导致路 面开裂。因此，与其他更佳的粘度增稠剂相比，2002-034496和2003-004579中使用的粘 度增稠剂一一硬沥青并不是路面性能方面的理想之选。为了解决上述脆性问题，韩国专利 10-2007-00669079中加入了聚乙烯（PE，一种通用聚合物）。PE的增加会降低脆性，导致集 料粘着力不足，这是由于PE分子中不含有可提高粘着力的官能团。
[0006] 韩国专利10-2003-005537采用环氧树脂和石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶 作为弹性增强剂；韩国专利10-2003-006911采用石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶作 为弹性增强剂。由于环氧树脂和石油树脂也具有较强的脆性，也表现出早期路面开裂的缺 点，因此，含有这些化合物的改性剂并不理想。此外，环氧树脂的价格较高。
[0007] 韩国专利10-2005-0076461仅采用废旧PE膜作为粘度增稠剂，未使用弹性增强 剂。即使废旧PE膜的成本低廉，但如上所述，它并不是理想的粘度增稠剂。废旧PE膜毫无 弹性，很容易在冬季造成路面开裂。
[0008] 韩国专利10-2001-0037903采用芳香族石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶作 为弹性增强剂，另外加入芳香族工艺油和抗氧化剂。即使这样，由于石油树脂的脆性较强， 它依然不是粘度增稠剂的理想之选。
[0009] 韩国专利10-2006-0122508采用高密度聚乙烯（HDPE)作为粘度增稠剂，碎橡胶作 为弹性增强剂。HDPE是部分结晶的聚合物，低温条件下会形成结晶，导致硬度增加，造成早 期路面开裂，而且HDPE分子中没有官能团，它粘附集料的能力较差。最重要的是，HDPE与 所用碎橡胶的相容性较差。所有这些证据说明了上述组分仅可生产出次级改性剂。
[0010] 综上所述，在改性剂的传统组分中，作为粘度增稠剂的大部分聚合物树脂是粘度 中等的通用聚合物树脂（如废旧PE、HDPE、低密度聚乙烯（LDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA)等），而并非高粘度的材料。若在生产改性沥青结合料时加入常规量的聚合物，粘度 方面则无法达到要求。路面相对容易出现车辙。相反，加入大量聚合物以提高粘度也不符 合节约成本的原则。此外，高温下粘度较大的聚合物（如硬沥青、沥青岩、石油树脂、环氧树 脂等）在低温下表现出脆性，易造成早期路面开裂。
[0011] 近期，为了解决HMA生产中能源消耗和空气污染的问题，使用温拌沥青（WMA) 取代热拌沥青（HMA)生产的方法得到了越来越多的关注，很多专利因此发布。韩国专利 10-2012-0073529采用马来酸聚乙烯蜡和工艺油作为温拌添加剂，SBS或丁苯橡胶（SBR)作 为改性剂。然而，SBS或SBR的粘度和弹性较差。因此，它几乎不会导致路面开裂，但由于 粘度较差，产生车辙的可能性也更大。
[0012] 韩国专利10-0823352提出采用费托合成法制成的工艺蜡（称作沙索蜡），以它为 温拌添加剂，胺或碱石灰为抗剥剂，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)和一种无机粉末为改性 剂。然而，EVA树脂并不是合适的改性剂，因为它的粘度相对较弱，低温条件下没有弹性。 作为温拌添加剂的沙索蜡也能提高低温条件下的脆性（裂缝）和高温条件下的软化度（车 辙）。
[0013] 韩国专利10-1166155从工艺油、塑化剂、亚麻籽油、豆油和稻米油中选择至少一 种作为温拌添加剂，采用在催化剂（钴类、铅类、磷类）作用下与多元醇（或多胺）和异氰 酸酯发生反应的聚氨酯（PU)作为改性剂。但该专利未能提供反应的聚合程度，因此不能确 定聚合化聚氨酯（PU)的物理特性是否能达到改性剂的要求。
[0014] 韩国专利10-102325从工艺油、石油树脂和沙索蜡中选择至少一种作为温拌添加 剂，用SBS或水分散型丙烯酸乳剂作为改性剂。然而，改性沥青的总体粘度依然较弱，改性 结合料仍有可能造成车辙问题。韩国专利10-1023425从松香、聚乙烯（PE)、高粘度船用油 和沥青结合料中选择至少一种作为温拌添加剂，用EVA与SBS、苯乙稀-异戊二稀-苯乙稀 (SIS)、LDPE、HDPE和PU片、三元乙丙橡胶（EPDM)片中的至少一种组成的混合物作为改性 剂。该专利使用如SBS、SIS、PU片和EPDM片等弹性材料，展现出较好的抗裂性能，但由于通 用聚合物EVA、LDPE或HDPE的粘度较弱，因此无法消除产生车辙问题的可能性。即使HDPE 相对较高的粘度能提高抗车辙的性能，但它是非极性（与集料的粘附力较差）和晶状（低 温下收缩易造成开裂）聚合物。
[0015] 根据上述专利文献调查，大部分专利提出使用单一或至少一种材料作为温拌添加 剂。专利提及的大部分改性剂有些具有良好的弹性和较低的粘度，有些具有较高的脆性和 较低的弹性。几乎没有一种改性剂兼具了弹性和粘度。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于提供降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化的用于沥青 路面的高粘弹性温拌改性剂及其生产方法和用途，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0017] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：