一种沥青混和料性能增强剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种沥青混和料性能增强剂及其制备方法，具体涉及岩沥青与外掺剂 混合制备的沥青混和料性能增强剂以及其制备方法，属于道路材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 岩沥青的矿床，是由于地壳运动、断裂，使得蕴藏于地壳深处的原油不断涌向地 表，在自然条件下经过千百万年的时间，在温度、压力、日照、气体、无机物触媒、微生物及水 分的综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。
[0003] 由于长期存在于自然界并经受了恶劣自然环境的考验，岩沥青的性质极其稳定， 耐老化性能突出。岩沥青是天然沥青，通常不直接使用，而是作为改性材料与基质沥青、集 料混合、掺配，改善基质沥青的路用性能。岩沥青与基质沥青一样都是石油的衍生物，其与 基质沥青之间有着非常好的配伍性，和基质沥青混合时不存在离析现象。作为基质沥青的 性能增强剂，其与基质沥青的混溶性远远优于聚合物性能增强剂与基质沥青的混溶性。此 外，岩沥青中矿粉的主要成分是石灰岩，颗粒极细而且具有相当好的吸收沥青的能力，具有 加强沥青与集料的粘附性的作用。因此，单独使用岩沥青或岩沥青混合料对石油沥青进行 改性，将其与石油沥青铺筑在路面上，一方面在某种程度上可以提高路面的高温性能、抗水 损害性能及抗疲劳性能，但改性效果却很有限，另一方面低温性能不容乐观，岩沥青的加入 量越多对低温性能破坏越大。所以目前，有岩沥青质量百分比含量较低的添加剂，仅能改善 沥青混合料的高温稳定性，而无法有效改善混合料水稳定性低、低温抗裂性能差等问题。因 此，亟需开发一种既能实现高温稳定性，又能实现低温抗裂性能的岩沥青增强剂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有沥青混和料性能增强剂存在的水稳定性低、低温抗裂性 能差的问题，提出了一种由细密均匀的岩沥青颗粒(沥青含量M5%，颗粒粒径< 5mm)和外 掺剂混和而成的沥青混合料性能增强剂，本混合料性能增强剂易融化分布在沥青混和料 中，能充分发挥对沥青混和料的性能改善效能，在保持高温稳定性能的同时，还具有更好的 水稳定性和低温抗裂性。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种沥青混合料性能增强剂，由岩沥青和外掺剂组成，岩沥青和外掺剂的质量之 比大于9:1。
[0007] 所述外掺剂主要包括塑料、纤维、橡胶、树脂的一种或多种。其中，纤维可以是天然 纤维，也可以是化学合成纤维，优选木质纤维素或磨碎碳纤维;橡胶可以是天然橡胶或合成 橡胶，优选丁苯橡胶或氯丁橡胶;树脂优选低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或聚乙烯醇缩 丁醛。
[0008] 所述外掺剂中还可以包含接枝剂，接枝剂选用马来酸酐或富马酸酐，接枝剂的质 量百分含量占增强剂总质量的1 %。
[0009] 所述岩沥青中，沥青质量百分含量大于等于15%，软化点大于45°C。
[0010] 本发明还提供了一种所述沥青混合料性能增强剂的制备方法：
[0011] 首先将岩沥青破碎成颗粒，颗粒粒径< 5mm;然后烘干至其中水分质量 < 岩沥青总 质量的2%，再与外掺剂颗粒(粒径< 5mm)按质量比大于9:1混合拌匀，即得到沥青混合料性 能增强剂。
[0012] 本发明针对现有技术的问题，将增强剂中岩沥青质量百分比含量创造性地提高至 90%以上，再通过配比合理的其他组分的加入，有效地解决了混合料水稳定性低、低温抗裂 性能差等问题，且可以使高温稳定性得到更大程度的提高。
[0013] 检测结果表明，使用本发明提供的增强剂的沥青混合料与不含该增强剂的沥青或 沥青混合料相比，具有更好的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能;且本发明在外掺剂用 量较少的情况下能实现更好的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能，不仅节约了成本，还 减少了由外掺剂带来的环境污染。适宜在夏炎热潮湿多雨以及冬严寒地区的高速公路、城 市道路及其它公路沥青路面中使用。
[0014] 本沥青混合料性能增强剂的优点为：
[0015] (1)耐高温，抗车辙能力强，适应于炎热地区和寒冷地区：试验表明，掺配本沥青混 合料性能增强剂而得到的沥青混合料具有非常优良的高温性能，能显著提高路面的抗车辙 能力，具体为动稳定度可以达到6000次/mm以上，远大于国家规范要求的2800次/mm，以及不 含增强剂的沥青混合料的2300次/_。
[0016] (2)抗水损坏能力强，适应于多雨地区：本沥青混合料性能增强剂含氮量高，较普 通沥青高出几倍至几十倍不等，且氮元素以官能团形式存在，特别是集料的粘附性及抗剥 离性得到明显改善，抗水损坏能力更稳定且耐久。相比有机胺类物质提高沥青与集料的粘 附性，有机胺类在高温长时间条件下抗剥落性能会迅速降低。添加了本增强剂的沥青混合 料，其浸水马歇尔残留稳定度可达96%以上，冻融劈裂强度比可达88%，国家规范要求浸水 马歇尔残留稳定度为85%，冻融劈裂强度比为80%。
[0017] ⑶低温抗裂性能强，可用于寒冷地区：可以使掺杂了增强剂的沥青混合料的-10 °C小梁弯曲破坏应变提高至3026.37με，远大于基质沥青混合料的_10°C小梁弯曲破坏应变 2305.39με，符合国家规范中要求的冬严寒区的-l〇°C小梁弯曲破坏应变不小于3000με。
[0018] (4)抗老化能力强，具有很好的耐候性：由于本沥青混合料性能增强剂中的岩沥青 已在自然环境、中存在了千百万年，其原始组成中易老化、易被腐蚀的成分早已消失，现有 成分的性质特别稳定。本沥青混合料性能增强剂能够在自由表面形成致密、光亮、富集的保 护层，保护了基质沥青不被侵蚀。本沥青混合料性能增强剂的高含氮量使改性后的沥青混 和料粘度显著提高，抗氧化性增强。这些作用提高了沥青路面的耐候性，减缓沥青老化速 度，从而延长道路使用寿命。
[0019] (5)无需加热运输，可在施工现场堆放，混合料生产方便环保:本沥青混合料性能 增强剂是不流动的粉末状材料，储存时不会结块，易于堆存，可提前在施工现场备料。而本 沥青混合料性能增强剂与基质沥青有着非常好的配伍性，不存在离析现象，且混合料生产 工艺简单(采用干法工艺），混合料质量稳定。
[0020] (6)本沥青混合料性能增强剂与基质沥青的混融性优良，抗老化和抗疲劳性能优 良；采用成熟的干法工艺生产本沥青混合料性能增强剂不需要长时间高温加热，混合料性 能稳定，其抗老化和抗疲劳性能远远优于SBS混合料和TLA等采用湿法生产的沥青混合料。
[0021] (7)可再生利用，节约能源，符合绿色环保的发展趋势：
[0022] 本沥青混合料性能增强剂可节约基质沥青的使用，减少对石油沥青的依赖。且本 沥青混合料性能增强剂的生产过程中无需专用设备，基质沥青不需要长时间加热，可降低 能耗减少C0 2、N0X、S02等排放量。
[0023] 综上所述，本发明的综合效益主要表现在：1)改善沥青混合料的温度敏感性，增加 在高温环境下的稳定性和抗变形能力，增加在低温环境下的韧性和抗裂性能；2)对沥青混 合料增强耐久性，增加抗疲劳开裂强度和减少龟裂，降低维护保养成本，延长使用寿命;3) 对沥青混合料增强防滑力，改善道路交通安全;4)对沥青混合料增强防水性能，提高抗水损 害能力；5)对沥青混合料增强在恶劣环境和繁重交通条件下的正常使用能力;6)对沥青混 合料减少基质沥青的用量，而且对基质沥青有广泛的适应性，同时可有效提高沥青的使用 性能;7)对沥青混合料可与其他各种性能增强剂和外掺剂混合使用，适应任何硬度和粘度 的基质沥青，只须调节不同的掺配比例，即可达到改性目的；8)对沥青混合料使用本沥青混 合料性能增强剂所增加的综合成本低于聚合物改性沥青混合料、其他改性沥青(如SBS、TLA 等)混合料和国外进口的同类产品。
[0024] 运用范围：1)高等级公路或车流量大的城市道路;2)城市道路十字路口和交通指 示灯、停车线等车辆缓行区域以及斜坡、桥面;3)公共汽车道、出租车道、车辆站场和集装箱 堆放货场;4)飞机跑道和机场停机坪;5)水泥路面加铺沥青混合料防滑磨耗层等等。
【具体实施方式】 [0025] 实施例1
[0026] 沥青混合料性能增强剂1:由91wt%岩沥青、8wt%线性低密度聚乙稀和lwt%富马 酸酐组成。其中，岩沥青中，沥青质量占岩沥青总质量的15%，软化点为85°C。
[0027]具体制备步骤如下：将沥青质量占岩沥青总质量15%的岩沥青破碎成颗粒，颗粒 粒径为3.53mm;然后烘干至水分质量占总质量的1.28%，再与粒径为4mm的线性低密度聚乙 稀和富马酸酐颗粒按照质量比为岩沥青:线性低密度聚乙稀:富马酸酐=91:8:1混合拌勾， 即得到沥青混合料性能增强剂。
[0028] 实施例2 [0029] 对比试验：
[0030] 沥青混合料性能增强剂0:由80wt%岩沥青、20wt%线性低密度聚乙稀组成。其中， 岩沥青中，沥青质量占岩沥青总质量的25%，软化点为85°C。
[0031]沥青混合料性能增强剂2:
[0032]由91wt%岩沥青、8wt%线性低密度聚乙烯和lwt%非线性低密度聚乙烯组成。其 中，岩沥青中，沥青质量占岩沥青总质量的25%，软化点为75°C。
[0033] 具体制备步骤如下：将沥青质量占岩沥青总质量25%的岩沥青破碎成颗粒，颗粒 粒径为2.82mm，然后烘干至水分质量占总质量的1.25%，再与粒径为5mm的线性低密度聚乙 烯和非线性低密度聚乙烯颗粒按91:8:1的质量比例混合拌匀，即得到沥青混合料性能增强 剂2。
[0034] 采用干法工艺进行室内试验，将预热的目标级配集料加入试验用的拌和机中，掺 入本实施案例中的沥青混合料性能增强剂，再加入基质沥青拌合、制备试件。试验温度为60 摄氏度。高温和低温动稳定度测试相关参数分别如表1和表2所示：
[0035] 表1沥青混合料性能增强剂2的高温动稳定性能试验结果(试验温度:60°C)
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