一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及沥青改性领域，具体涉及一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及其制备方法和应用。

背景技术

在我国北方寒冷地区，低温持续时间长，四季温差变化大，易导致沥青路面出现低温裂缝，进而引发松散、坑槽等衍生病害，使路面整体结构强度降低，缩短了沥青路面的使用寿命，增加了公路养护成本。传统的高粘度胶粉改性沥青由于黏度大、施工难度高，再加上存储稳定性差、不宜长距离运输等条件的限制，影响了其大面积的推广应用。

并且，现阶段对于橡胶沥青技术的科学应用，不仅要求提高沥青路面结构与材料的可靠性(承载能力和使用寿命)、路面使用性能的耐久性(高温性能、低温性能、水稳性能和抗裂性能)、驾乘人员舒适性(行驶柔顺行车噪音低、摩擦系数大安全性高)，还要实现废旧轮胎资源在公路工程中的规模化应用，营造技术、经济、环境效益的多赢局面。

因此，提供一种高低温性能优异的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及其制备方法和应用。本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青具有低粘度和良好的高温和低温性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：基质沥青100份、废旧胶粉15～25份、相容剂4～6份、多聚磷酸0.5～1.0份、稳定剂1～3份、增塑剂0.05～0.15份和活化剂0.8～1.2份。

优选地，所述废旧胶粉的细度为40目、金属含量＜0.03wt％、纤维含量＜0.05wt％、橡胶烃含量≥50wt％、炭黑含量≥30wt％、丙酮抽出物≤20wt％、灰分＜8wt％。

优选地，所述相容剂为抽出油和渣油的混合物。

优选地，所述相容剂中渣油的质量百分含量为75～85wt％。

优选地，所述多聚磷酸为115％工业级多聚磷酸。

优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和葵二酸二辛脂的混合物。

优选地，所述增塑剂中的邻苯二甲酸二辛酯和葵二酸二辛脂的质量比为1：(0.9～1.1)。

本发明还提供了上述技术方案所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

将废旧胶粉与活化剂混合，得到活化胶粉；

将基质沥青、所述活化胶粉、多聚磷酸、稳定剂、增塑剂和相容剂混合后，发育，得到所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青。

优选地，所述发育的温度为170～175℃，时间为2～3h。

本发明还提供了上述技术方案所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青或上述技术方案所述制备方法制备得到的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青在年平均温度低于-20℃地区路面中的应用。

本发明提供了一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，包括如下组分：基质沥青100份、废旧胶粉15～25份、相容剂4～6份、多聚磷酸0.5～1.0份、稳定剂1～3份、增塑剂0.05～0.15份和活化剂0.8～1.2份。本发明通过在基质沥青中添加废旧胶粉，通过在活化剂的作用下可以激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与基质沥青更加稳定的形成交联网络结构，提升高温稳定性能，同时废旧胶粉在基质沥青中发生了降解，提高改性沥青的低温性能；多聚磷酸可以改善复合沥青的高温性能；相容剂和增塑剂改善低温性能；稳定剂改善复合改性沥青的储存稳定性；通过调整各原料的添加量，使各原料之间相互配合，提高改性沥青的综合性能。实验结果表明，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青针入度/0.1mm为60.4～69.5，软化点为81.2～92.4℃，5℃延度为25.2～42.3cm，135℃粘度为2.23～3.85Pa·s，具有低粘度和良好的高温和低温性能。

本发明通过在加入废旧胶粉之前先对废旧胶粉进行活化处理，激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与沥青更加稳定的形成交联网络结构，提高改性沥青的高温性能和低温性能；通过控制各原料的混合温度，并调整发育温度和发育时间，进一步提高改性沥青的高温性能和低温性能。

具体实施方式

本发明提供了一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，包括如下组分：基质沥青100份、废旧胶粉15～25份、相容剂4～6份、多聚磷酸0.5～1.0份、稳定剂1～3份、增塑剂0.05～0.15份和活化剂0.8～1.2份。

在本发明中，所述基质沥青优选为普通90#道路石油沥青。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括废旧胶粉15～25份，优选为20份。本发明将废旧胶粉的含量控制在上述范围内可以提高改性沥青的高温和低温性能。

在本发明中，所述废旧胶粉优选为细度为40目、金属含量＜0.03wt％、纤维含量＜0.05wt％、橡胶烃含量≥50wt％、炭黑含量≥30wt％、丙酮抽出物≤20wt％、灰分＜8wt％的废旧胶粉。本发明将所述废旧胶粉的细度和成分含量限定为上述范围内可以更有利于提高改性沥青的高温性能和低温性能。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括相容剂4～6份，优选为5份，本发明将相容剂的含量限定为上述范围内可以提高改性沥青的低温性能。

在本发明中，所述相容剂优选为抽出油和渣油的混合物；所述相容剂中渣油的质量百分含量优选为75～85wt％。在本发明中，所述抽出油优选为伊朗抽出油和糠醛抽出油的一种或两种；本发明对伊朗抽出油和糠醛抽出油的厂家没有特殊限定，采用本领域市售和常用的伊朗抽出油和糠醛抽出油即可。在本发明中，所述渣油优选为废机油渣油。本发明对废机油渣油没有特殊限定，采用本领域常用的废机油渣油即可。本发明将相容剂的种类及含量比例限定为上述范围内可以更好的提高改性沥青的低温性能。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括多聚磷酸0.5～1.0份，优选为0.7份；所述多聚磷酸优选为115％工业级多聚磷酸。本发明将多聚磷酸的含量和种类限定为上述范围内可以有效提升改性沥青的高温性能和抗老化性能，且价格低廉，相容性和稳定性良好。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括稳定剂1～3份，优选为2份。本发明将稳定剂的含量限定为上述范围内可以提高改性沥青的储存稳定性。

在本发明中，所述稳定剂优选为硫磺；所述硫磺的形态优选为固体粉末状或片状；所述硫磺的纯度优选≥99％。本发明将硫磺的形态及纯度限定为上述范围内可以更好的提升改性沥青的储存稳定性。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括增塑剂0.05～0.15份，优选为0.1份。本发明将增塑剂的含量限定为上述范围内可以提高改性沥青的低温性能。

在本发明中，所述增塑剂优选为邻苯二甲酸二辛酯和葵二酸二辛脂的混合物；所述增塑剂中的邻苯二甲酸二辛酯和葵二酸二辛脂的质量比优选为1：(0.9～1.1)，更优选为1：1；所述邻苯二甲酸二辛酯和葵二酸二辛脂的纯度优选均≥99％。本发明将增塑剂的种类、质量比及纯度限定为上述范围内，可以有效改善沥青的低温性能。

以所述基质沥青的质量份为基准，本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青包括活化剂0.8～1.2份，优选为1份；所述活化剂优选为硅烷偶联剂；所述活化剂的纯度优选≥99％。本发明通过活化剂可以激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与沥青更加稳定的形成交联网络结构，提升高温稳定性能。

本发明提供的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青通过在基质沥青中添加废旧胶粉，通过在活化剂的作用下可以激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与基质沥青更加稳定的形成交联网络结构，提升高温稳定性能，同时废旧胶粉在基质沥青中发生了降解，提高改性沥青的低温性能；多聚磷酸可以改善复合沥青的高温性能；相容剂和增塑剂改善低温性能；稳定剂改善复合改性沥青的储存稳定性；通过调整各原料的添加量，使各原料之间相互配合，提高改性沥青的综合性能。

本发明还提供了上述技术方案所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

将废旧胶粉与活化剂混合，得到活化胶粉；

将基质沥青、所述活化胶粉、多聚磷酸、稳定剂、增塑剂和相容剂混合后，发育，得到所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青。

本发明将废旧胶粉与活化剂混合，得到活化胶粉。

在本发明中，所述混合优选在高速剪切机中进行；所述混合的温度优选为室温；所述混合的时间优选为10min；所述高速剪切机的转速优选为1200r/min。本发明将混合的设备、温度、时间和转速限定为上述范围内，可以使得活化剂与废旧胶粉充分接触活化胶粉表面，激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与沥青更加稳定的形成交联网络结构，提升稳定性能和高温性能。

得到活化胶粉后，本发明将基质沥青、所述活化胶粉、多聚磷酸、稳定剂、增塑剂和相容剂混合后，发育，得到所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青。

本发明中优选将所述基质沥青在使用前进行预处理，得到预处理的基质沥青。

在本发明中，所述预处理优选为将基质沥青在130～140℃恒温加热至牛顿流体状态。本发明通过对基质沥青进行预处理有利于后续各原料的混合。

本发明优选将预处理的基质沥青加热后，再与废旧活化胶粉、多聚磷酸、稳定剂、增塑剂和相容剂混合。

在本发明中，所述加热的升温速率优选为8～10℃/min；所述加热后得到产物的温度优选为175～185℃。本发明将加热温度和加热速率限定为上述范围内可以使后续反应更充分。

在本发明中，所述混合的过程优选为先添加废旧活化胶粉，再添加多聚磷酸和稳定剂，最后添加增塑剂和相容剂。

本发明优选在添加活化胶粉后进行搅拌；所述搅拌优选在高速剪切机中进行，所述搅拌的时间优选为10min。本发明对搅拌的具体操作没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的操作将活化胶粉和基质沥青混匀即可。本发明通过搅拌可以使活化胶粉均匀分散在基质沥青中。

本发明优选在添加多聚磷酸和稳定剂后进行搅拌；所述添加多聚磷酸和稳定剂后进行的搅拌优选在高速剪切机中进行，所述添加多聚磷酸和稳定剂后进行的搅拌时间优选为5min。本发明对添加多聚磷酸和稳定剂后进行的搅拌的具体操作没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的操作即可。本发明通过搅拌可以使废旧胶粉和基质沥青充分发生化学反应而形成稳定结构体系，胶粉颗粒分散成更小的颗粒均匀分散在沥青中，并随着搅拌而逐渐形成交联网络结构，提高改性沥青的高温和低温性能。

本发明优选在添加增塑剂和相容剂后进行搅拌；所述添加增塑剂和相容剂后进行的搅拌优选在高速剪切机中进行，所述添加增塑剂和相容剂后进行的搅拌时间优选为10min。本发明对添加增塑剂和相容剂后进行的搅拌的具体操作没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的操作即可。本发明添加增塑剂和相容剂后搅拌可以使物料充分的混合均匀，并提升该稳定体系的低温性能。

在本发明中，所述混合过程的温度优选为175～185℃。本发明将混合过程的温度限定为上述范围内，可以使胶粉溶胀更充分，有利于提高改性沥青的低温和高温性能。

在本发明中，所述发育优选在储存缸中进行；所述储存缸优选为具有搅拌和恒温功能的储存缸；所述发育的温度优选为170～175℃，时间优选为2～3h。本发明通过发育过程可以进一步提高改性沥青的高温稳定性能、抗老化性能和水损害性能，同时改善改性沥青的低温性能。

本发明通过在加入废旧胶粉之前先对废旧胶粉进行活化处理，激活胶粉表面的惰性基团，使得胶粉表面处理后带有极性酯基基团，便于与沥青更加稳定的形成交联网络结构，提高改性沥青的高温性能和低温性能；通过控制各原料的混合温度，并调整发育温度和发育时间，进一步提高改性沥青的高温性能和低温性能。

本发明还提供了上述技术方案所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青或上述技术方案所述制备方法制备得到的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青在年平均温度低于-20℃地区路面中的应用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸0.5份、硫磺(纯度≥99％)1份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.025份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.025份和硅烷偶联剂0.025份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法，由如下步骤组成：

(1)将废旧胶粉在常温状态下，添加硅烷偶联剂在高速剪切机中以1200r/min搅拌10min，得到活化胶粉；

(2)将基质沥青在135℃恒温加热至牛顿流体状态，再以10℃/min迅速加热基质沥青至180℃，添加活化胶粉，在高速剪切机中充分搅拌10min，然后再添加多聚磷酸和硫磺搅拌5min后，保持稳定结构体系温度不变，添加邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛脂、糠醛抽出油和废机油渣油搅拌10min后，在储存缸中以170℃的恒温发育2h，得到所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青。

实施例2

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸0.5份、硫磺(纯度≥99％)1份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.075份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.075份和硅烷偶联剂0.075份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例3

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸0.5份、硫磺(纯度≥99％)3份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.025份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.025份和硅烷偶联剂0.025份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例4

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸0.5份、硫磺(纯度≥99％)3份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.075份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.075份和硅烷偶联剂0.075份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例5

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸1份、硫磺(纯度≥99％)1份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.025份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.025份和硅烷偶联剂0.025份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例6

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸1份、硫磺(纯度≥99％)1份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.075份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.075份和硅烷偶联剂0.075份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例7

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸1份、硫磺(纯度≥99％)3份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.025份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.025份和硅烷偶联剂0.025份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

实施例8

一种多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下组分组成：90#道路石油沥青100份、废旧胶粉20份、相容剂5份、多聚磷酸1份、硫磺(纯度≥99％)3份、邻苯二甲酸二辛酯(纯度≥99％)0.075份、葵二酸二辛脂(纯度≥99％)0.075份和硅烷偶联剂0.075份；所述相容剂为糠醛抽出油和废机油渣油的混合物；所述相容剂中废机油渣油的质量百分含量为80wt％；

所述多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青的制备方法同实施例1。

对比例1

一种90#道路石油沥青。

对比例2

在实施例1的基础上省去相容剂和增塑剂，其它均与实施例1相同。

对比例3

在实施例1的基础上省去增塑剂，其它均与实施例1相同。

对比例4

在实施例1的基础上省去废旧胶粉，其它均与实施例1相同。

对比例5

在实施例1的基础上省去多聚磷酸，其它均与实施例1相同。

对实施例1～8制备出的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及对比例1～5制备出的沥青进行针入度、软化点、延度和粘度检测，具体检测方法如下：

针入度：根据T 0604-2011《沥青针入度试验》进行检测；

软化点：根据T 0606-2011《沥青软化点试验(环球法)》进行检测；

延度：T 0605-2011《沥青延度试验》进行检测；

粘度：T 0620-2000《沥青动力黏度试验(真空减压毛细管法)》进行检测。

实施例1～8制备出的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及对比例1～5制备出的沥青的针入度、软化点、延度和粘度如表1所示：

表1实施例1～8制备出的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青及对比例1～5制备出的沥青的针入度、软化点、延度和粘度

由表1可以看出：当多聚磷酸与废旧胶粉复配时，不仅提高了其高温性能，而且使得低温性能满足聚合物改性沥青的要求。本发明方法制备的多聚磷酸复合废旧胶粉改性沥青针入度/0.1mm为60.4～69.5，软化点为81.2～92.4℃，5℃延度为25.2～42.3cm，135℃粘度为2.23～3.85Pa·s，具有低粘度和良好的高温和低温性能，能够应用于年平均温度低于-20℃地区路面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。