专利名称：地面用彩色结合料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及铺筑彩色地面的彩色结合料及其制造方法。
已有的彩色地面，有用彩色砖、彩色水泥、彩色水磨石铺筑的地面和交通用的彩色路面。目前，彩色地面技术在欧美及日本，普遍应用于交通工程的安全管理，如在停车场、事故多发点、自行车道等地铺筑彩色路面，可以使交通的管理更科学化、直观化。此外，彩色地面还广泛应用于生活环境、体育设施的装饰、美化；商业街区、旅游观光点等。彩色地面的铺筑材料已由初期的黑色沥青材料，发展到现在的浅色树脂类材料；地面的铺装方法也已由初期的涂布方法，发展到现在的薄层混凝土铺装方法。
在我国彩色地面主要是用彩色砖、彩色水泥、彩色水磨石铺筑的地面，而交通道路主要用单一色彩的混凝土或黑色沥青等材料铺筑。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有较好的高温稳定性、低温抗裂性、抗水害性及耐疲劳性能，能铺筑高等级公路、适应于不同的气候地区、色彩艳丽、成本低廉的地面用彩色结合料。
本发明的地面用彩色结合料，有如下组份及其按重量份计的含量石油树脂1-2份聚氨脂树脂 1-2份丁苯橡胶1-3份苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物80-90份钛白粉 2-12份邻苯二甲酸二辛酯1-2份颜料1-2份本地面用彩色结合料的制造方法，有如下工艺步骤(1)将石油树脂加热升温至75-90℃时，加入聚氨酯树脂充分搅拌，当温度升至85-95℃时，加入丁苯橡胶并以10000-20000转/分的转速剪切拌合，继续加热升温至105-115℃并搅拌，制成预聚体A；(2)将苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物加热至75-80℃时，加入钛白粉，继续加热升温至90-100℃时，以4000-6000转/分的转速剪切拌合，再继续加热升温至115-125℃并搅拌，制成预聚体B；(3)将(1)的预聚体A、(2)的预聚体B、邻苯二甲酸二辛脂、颜料，混合均匀后，加热并搅拌，升温至80-100℃后，以5000-11000转/分的转速剪切拌合，继续加热升温至115-120℃并剪切拌合脱净水份，再经加热至123-128℃的升温处理、过滤，即成本地面用彩色结合料。
本发明的地面用彩色结合料的筑地工艺将本地面用彩色结合料，用通常的拌合楼设备加热升温，当温度达到100℃后送入通常的拌合窗内进行拌合，同时加入适量的石料，经过3分钟的拌合，制成彩色石料，然后铺施到地面或路面上，依次用4-5吨的压路机碾压1次，6-8吨的压路机碾压1次，4-5吨的压路机碾压2次，6-8吨的压路机碾压2次，筑成彩色地面。
本发明的彩色结合料的各组份的性能和作用石油树脂本身具有优良的延展性、稳定性、抗水耐碱性。从而具有提高本彩色结合料的延展性、抗水耐碱性的作用。最好选用色泽浅淡的石油树脂。本彩色结合料中石油树脂含量根据所需延展性、使用寿命确定，石油树脂的含量越高，延展性越好、使用寿命越长，反之亦然。
聚氨酯树脂具有优良的耐气候性、低温稳定性，加入聚氨酯树脂，具有提高彩色结合料的耐候性和低温稳定性的作用，从而能延长本彩色结合料在低温地区的使用寿命。其含量根据使用地区的平均气温确定。即含量越高，本彩色结合料的耐候性能和低温稳定性能也越好。使用地区的气温越低，则含量应越高。
丁苯橡胶是一种高分子粘结剂。由于丁苯橡胶的分子活动力很弱，很难分解，加入丁苯橡胶并以10000-20000转/分的转速进行剪切拌合，使之与石油树脂、聚氨酯树脂的分子充分接触，而形成预聚体A的高分子结合物。本彩色结合料中丁苯橡胶的含量，根据石油树脂的含量确定。其含量越高，则本彩色结合料的高温稳定性越好。
苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物本身具有较高的高温稳定性、耐侯性、耐热性。因此加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物，能提高本彩色结合料的高温稳定性、耐候性、耐热性。本彩色结合料中苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物的含量根据铺筑地面地区的环境气温确定。苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物的含量越高，则越能适应环境气温越高的地区。
钛白粉具有较强的溶解性和相溶性，因此能提高本彩色结合料各组份分子间的相溶性。组份的相溶性越好，则相溶时间越短，制备时间也越短，从而提高本彩色结合料的生产率。由于苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物本身的溶解性很差，因此，本彩色结合料中钛白粉的含量根据苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物的含量确定。
邻苯二甲酸二辛酯为油性和易挥发物质，其分子活动能力很强，能插入到预聚体预聚体A和预聚体B的分子之间，削弱分子间的引力，提高分子链之间的结晶度，从而提高彩色结合料的可塑性。邻苯二甲酸二辛酯的含量越高，则本彩色结合料的可塑性越好。
颜料用于本彩色结合料的着色。可以是常用的无机颜料，也可以是有机颜料，如氧化铁红、酞青兰、酞青绿、酞青红、氧化铬绿、荧光黄、中铬黄、永固黄等。根据常用颜料的特性，无机颜料的耐热性、耐晒性和遮盖力比有机颜料好，但价格较高。而有机颜料具有相对密度小、色泽鲜艳和色谱齐全的优点。在选用颜料及其含量时，应根据设计所需本彩色结合料的色调、色饱和度、使用地区气温，和颜料的着色力、对地面的遮盖力、耐气候性、耐磨性以及价格确定。使本地面用彩色结合料不仅光彩夺目，而且不退色，经久耐用，价格低廉。
本发明的彩色结合料的工艺特点在加热升温条件下，以高速剪切和均匀拌合，使各组份的分子充分接触，充分相容相混，使其分子撕裂，改变分子间的结构，从而获得性能优良的本彩色结合料。
根据热力学理论，由于本发明的预聚体A、预聚体B、邻苯二甲酸二辛脂的溶度参数接近，其相溶性好，因此即使以任意比例相混，也能形成均相体，使各组分特性互相补充，改善材料的特性。
本发明在加热升温条件下，以高速剪切和均匀拌合的制备工艺，提供了优良的混溶条件，使各组份能相互扩散而形成性能稳定的共混物，提高共混物两相间的粘结强度。即使组份间不具备热力学混溶性，采用本工艺在剪切力作用下，少量大分子链会断裂生成嵌段或接枝共聚物，形成结构稳定的共混物，制成本采色结合料。
本地面用彩色结合料采用下以方法进行实验检测混合料试件的制备按已确定的矿料级配和本结合料路面用彩色结合料用量，以马歇尔试验所得容量为控制标准分别制作不同形状的混合料试件。本检测采用三种尺寸的试件①马歇尔试件101.6×63.5mm采用轻型(正反各50次)，重型(正反各75次)击实，轻型试件用于改进的10比man试验，重型击实试件用于劈裂和残留稳定度试验。②小梁试件5×5×24cm，按马歇尔试验的容量作为控制，碾压制成30×30×6cm板，然后切割成上述尺寸的试件，进行疲劳试验。③板式试件30×30×5cm，按马歇尔试验容量作为控制，碾压成型用于车辙试验。
沥青混合料的疲劳是材料在重复荷载作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象。实验检测本路面用彩色结合料和重交混合料疲劳的区别，采用传统的疲劳理论方法，英国诺丁汉大学教授(P.S.Pell)和美国加利福尼亚大学教授莫尼密斯(C.L.Monismith)等已通过大量室内试验，经回归分析整理得出关于控制应力的控制应变加载模式的疲劳寿命公式Nf＝k(l/σ)n，Nf＝c(l/ε)m。式中，Nf为疲劳寿寿命，σ为采用应力控制加载模式时，对试件每次施加的常量应力最大幅值。ε为采用应变控制加载模式时，对试件每次施加的常量应变最大幅值。k、c、n、m为试验常数，受沥青混合料的成份、特性和试验温度、加载方式等的影响。本试验采用美国MIS材料试验机，它是一套精密的闭环伺服液系统，可通过微程序板对试验进程进行控制，试验结果由计算机自动采集，具体试验条件如下①试件尺寸5×5×24cm，棱柱状试件；②加载方式，采用筒支双点加载，筒支跨径15cm，双点间距为5cm；③荷载波形，正弦波；④加载频率，10Hz；⑤试验温度15℃；⑥控制方法，采用控制应力的加载模式。
沥青路面在水与车辆同时作用下，易引起沥青路面石料界面粘附性降低，并导致剥离、掉粒、松散、坑洞等破坏，这是沥青路面主要破坏形式之一，尤其在雨后及春融期，对路面危害十分严重，这就对沥青混合料提出了水稳定性要求，沥青路面的水稳定性，与许多因素有关，主要有沥青与石料的性质、水、温度、荷载、大气等，本实验就本路面用彩色结合料的水稳定性作研究探讨，目前研究沥青混合料水稳定性的试验方法很多，有残留稳定度试验，壳牌石油公司研究所提出的真空饱水后的浸水马歇尔试验，Lottman法实验，改进的Lottman法(即AASHTOT-282法)以及英国提出的浸水车辙试验等。本实验按部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的规定，采用残留稳定度试验和冻融劈裂强度试验来评价彩色混合料的水稳定性。①残留稳定度试验，即一组马歇尔试件在60℃热水中恒温30-40分钟后测其稳定度，另一组马歇尔试件在6O℃水中恒温48小时后测其稳定度，再将二者进行对比分析。试件的浸水残留稳定度的计算式MS0＝MS/MS1×100％。式中，MS0为试件的浸水残留稳定度(％)，MS1为试件浸水48小时后稳定度(kw)，MS为试件浸水30-40min后的稳定度(kw)。②冻融劈裂试验，冻融壁裂强度试验试件成型方法，同马歇尔试验，但击实次数为正反各50次，试件泡水方法一组在25℃水浴中浸泡2小时后测试，另一组泡永过程如下a)常温下(约25℃)浸水20min；b)0.09MPa浸水抽真空15min；c)-18℃冰箱中置放16小时；d)量于60℃水溶中恒温24小时；e)25℃水中浸饱2小时，测试方法在MIS材料试验机上安装两根压条，测定劈裂强度。测出压裂时的压力值Fr按公式R＝0.00628Fr/n换算为强度，第一组强度为R1，第二组强度为R2，则劈裂强度TSR＝R2/R1×100％。
我国“八五”攻关专题针对沥青与沥青结合料的使用性能，提出沥青及混合气候分区，对各地区的沥青与沥青混合料的性能提出合理的要求。由于我国气候的特点，尤其是缺乏路面温度与空气温度关系的测定数据，采用沥青路面的温度还不具备条件，再加上我国进行沥青使用性能分级尚属首次，因此不能完全套用国外标准。
地面用彩色结合料在我国刚刚起步，因而在国家标准与部颁标准中尚未列出该种材料技术性能指标要求，为此本发明的地面用彩色结合料采用国际彩色路面用结合料生产先进国家日本的同类产品以及我国重交沥青技术指标，作为标准进行性能对比，如下表。
从表可以看出，本发明的路面用彩色结合料性能指标完全达到日本同类产品的要求，符合我国现行路面用重交通道路石油沥青技术(简称重交沥青)的性能标准。
本发明的彩色结合料的温度敏感性比重交沥青的好，在高温下稳定性二者大体相当。其低温抗裂性比重交沥青好，性能能达到“八五”攻关专题建议的重交沥青技术要求中AH-90的指标，即满足七月平均最高气温大于30℃，年极端最低气温小于-37℃的地区地要求，而重交沥青只能满足AH-130的指标，即满足七月平均最高气温20～30℃，年极端最低气温-21.5～37℃地区的要求。在水稳定性方面，本彩色结合料的残留稳定度比重交沥青混合料(沥青、砂、石子混合)增大了11％，而冻融劈裂强度增大了13％。车辙试验中，本彩色结合料的车辙动稳定度比重交沥青混合料高80％，这说明本彩色结合料具有优良的高温稳定性。接“八五”攻关专题建议的沥青混合料技术性能考查，本彩色结合料可以满足年平均最高气温大于30℃的地区的要求。在低温试验中，本彩色结合料变形能力大，低温抗裂性好。
除此之外，本发明的彩色结合料性能价格比高，其成本仅为同类国外产品的1/2左右。本彩色结合料的消耗定额与重交沥青和日本同类型产品的比较按铺设1吨计算成本，重交沥青为6320-6600元，日本同类型产品为38000-53000元，而本彩色结合料为19600-25000元，虽然高于重交沥青，但低于日本同类型产品。由此可见，本路面用彩色结合料与日本同类产品相比，实为价廉物美。
综上所述，本发明的地面用彩色结合料具有如下的明显优点和显著效果。
一、本彩色结合料经交通部西安公路工程检测中心对比检测确认，其主要性能技术指标，如针入度、延度、软化点、闪点、脆点等，性能指标完全达到日本同类产品的技术标准，符合我国重交沥青技术性能指标，可满足我国“八五”攻关专题提出的重交通道路石油沥青技术要求中的AH1-90的要求。
本彩色结合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗水害性及耐疲劳性能均优于国产重交沥青，能满足高等级公路的修筑要求。可适应于不同气候的地区，且具有优良的路用性能。
二、本彩色结合料色彩艳丽，有宽阔的色谱，如红、黄、绿、蓝、青等多种色彩，且可根据客户的要求定做，能很好的保证用户对彩色路面不同色泽的要求。
三、本彩色结合料的制造成本低廉。
本彩色结合料可用于停车场、生活住宅小区、公共娱乐场所、道路车道划分及高速公路。
下面，再用实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1-4本发明的地面用彩色结合料，有如下组份及其按重量份计的含量
上述实施例中的颜料，按需要选用，可以是耐晒艳红、酞青兰、永固黄、氧化铁红、酞青绿、酞青红、氧化铬绿、荧光黄、中铬黄等中的一种。当选用耐晒艳红时彩色结合料为鲜红色，当选用酞青兰时彩色结合料为兰色，当选用永固黄时彩色结合料为黄色，当选用氧化铁红时彩色结合料为铁红色。
上述实施例1特别适用于我国西北地区使用，实施例2特别适用于我国东北地区使用，实施例3特别适用于我国南方地区使用，实施例4特别适用于我国西南地区使用。
本地面用彩色结合料的制备过程如下制备本发明的地面用彩色结合料，采用通常的可控温反应釜制备，可控温反应釜由搅和系统、加热系统、保温系统、控制系统、铺助系统和高速剪切系统组成，其容积为2m3至10m3，功率为10.5千瓦至25千瓦。可控温反应釜的搅和系统，由电动机带动-形搅拌叶；加热系统为导热油炉；高速剪切系统为以10000-20000转/分钟高速旋转的高速剪切混合乳化机。
1、将石油树脂放入可控温反应釜中，启动加热系统加热升温，使各组份的分子在稳定的温度条件下充分反应，以使制成品质量稳定。当温度升至75-90℃时，加入聚氨酯树脂，再启动搅和系统以40-50转/分的转速进行搅拌，使各组份充分接触，分子间充分渗透。当温度达到85-95℃时，加入丁苯橡胶，同时启动高速剪切系统，以10000-20000转/分的转速剪切拌合，使其断裂生成嵌段或接枝共聚物，从而提高了它们之间的混溶性、和稳定性。改善各组份分子链之间的引力，使它们重新组合成新的稳定的分子链，以提高成品的高温稳定性和低温抗裂性。继续加热升温至105-115℃，制成预聚体A。
2、将苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物放入可控温反应釜中，启动加热系统进行加热升温，当温度达到75-80℃时，加入钛白粉，继续加热升温至90-100℃，启动高速剪切系统，以4000-6000转/分的转速剪切拌合，再继续加热升温至115-125℃并搅拌，制成预聚体B。
3、将上述制成的预聚体A、预聚体B，和邻苯二甲酸二辛脂、颜料，经反复拌合使各组份混合均匀，然而放入可控温反应釜内，启动搅和系统、加热系统开始升温，当温度升至80-100℃后，各组份在高温下改变自身分子结构，然后启动高速剪切系统，以5000-10000转/分的转速剪切拌合，继续加热升温至115-120℃并剪切拌合，直至各组份所含水份完全脱落，再经加热至125-128℃的升温处理、过滤，制成本地面用彩色结合料成品。将成品盛桶包装待用。
上述实施例的彩色结合料制品经交通部西安公路工程检测中心对比检测确认，其主要性能技术指标，如针入度、延度、软化点、闪点、脆点等，均已接近或超过国际同类型先进产品性能指标，满足并超过我国现行路面用重交通道路石油沥青技术的性能标准。从而填补了我国公路建设上的一大空白。
权利要求
1.地面用彩色结合料，其特征在于有如下组份及其按重量份计的含量石油树脂1-2份聚氨脂树脂 1-2份丁苯橡胶1-3份苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物 80-90份钛白粉 2-12份邻苯二甲酸二辛酯 1-2份颜料1-2份
2.根据权利要求1所述的地面用彩色结合料的制造方法，其特征在于有如下工艺步骤(1)将石油树脂加热升温至75-90℃时，加入聚氨酯树脂充分搅拌，当温度升至85-95℃时，加入丁苯橡胶并以10000-20000转/分的转速剪切拌合，继续加热升温至105-115℃并搅拌，制成预聚体A；(2)将苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段物加热至75-80℃时，加入钛白粉，继续加热升温至90-100℃时，以4000-6000转/分的转速剪切拌合，再继续加热升温至115-125℃并搅拌，制成预聚体B；(3)将(1)的预聚体A、(2)的预聚体B、邻苯二甲酸二辛脂、颜料，混合均匀后，加热并搅拌，升温至80-100℃后，以5000-11000转/分的转速剪切拌合，继续加热升温至115-120℃并剪切拌合脱净水份，再经加热至123-128℃的升温处理、过滤，即成本地面用彩色结合料。
全文摘要
本发明涉及铺筑彩色地面用的材料及制法。旨在提供一种耐候性好、抗水害性强、耐疲劳性高、色彩艳丽、成本低的彩色结合料。其组份有石油树脂、聚氨酯树脂、丁苯橡胶、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段物、钛白粉、邻苯二甲酸二辛酯、颜料。其工艺为:用石油树脂、聚氨酯树脂、丁苯橡胶制成预聚体A;用苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段物、钛白粉制成预聚体B;再用预聚体A、预聚体B、邻苯二甲酸二辛酯、颜料制成本结合料。用于铺筑多种气候地区的彩色地面。
文档编号C08L25/00GK1247208SQ9911512
公开日2000年3月15日 申请日期1999年9月13日 优先权日1999年9月13日
发明者袁永长, 郝培文 申请人:四川正兴实业有限责任公司