一种半交联温拌胶粉改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青路面材料技术领域，尤其涉及一种半交联温拌胶粉改性沥青及其制备方法。

背景技术

胶粉改性沥青作为一种环保路面材料，不仅可以提高沥青路面的高、低温性能，还可以有效降低路面噪音。然而较高的黏度与较差的储存稳定性严重影响胶粉改性沥青的应用。胶粉颗粒与沥青之间的交联与相互作用随胶粉颗粒溶胀程度增加而先增加后降低。这是由于胶粉颗粒在充分溶胀后其内部可溶性物质完全融入沥青中，胶粉颗粒中剩余物质多为固体不溶物，使沥青与胶粉之间的相互作用能力降低，从而使胶粉改性沥青的性能变差。同时胶粉颗粒结构的完整性严重影响着胶粉改性沥青的性能。充分溶胀之后的胶粉改性沥青的高、低温性能均有所下降，这是由于胶粉颗粒结构不再完整，无法抵抗外力造成的。

已有专利申请(CN108659558A)针对胶粉改性沥青降粘提出了较好的解决方案，但是其在高、低温性能方面均没有更好的正面影响。其较为繁琐的制备方案与较长的生产时间导致能源消耗较大和胶粉颗粒较为严重的降解。从而导致其使用较高的花费却并未有效提高胶粉改性沥青的性能。已经公开的专利申请(CN 114213855A)提出了一种可以提高高、低温性能并且降低拌合黏度的方法，但是由于其较多的轻质组分破坏了胶粉颗粒本身的结构，从而导致其弹性恢复能力变差。这说明一个良好的生产方式与材料选择对胶粉改性沥青的性能具有积极意义。

专利申请(CN115304841A)公开了一种用于大掺量橡胶改性沥青的预处理胶粉及其制备方法，其预溶胀脱硫的方案需要高温高压且较长的时间，这需要更专业设备与更高的成本。

为了解决现有的胶粉改性沥青生产方式复杂，高粘度，高、低温性能不佳，低储存稳定性，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半交联温拌胶粉改性沥青及其制备方法，本发明制备的胶粉改性沥青具有易于生产施工，较好的高、低温性能，较好的储存稳定性与较低的黏度。这不仅可以提高路面性能，降低摊铺成本还可以降低能源消耗。具有低能耗，低黏度，易生产施工和高性能的特性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、2～4份预溶胀剂、4～10份保护剂、0.5～1份抗剥落剂和0.5～1份分散剂。

优选的，一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、2～4份预溶胀剂、4～8份保护剂、0.5～1份抗剥落剂和0.5～1份分散剂。

更优选的，一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、2～4份预溶胀剂、4～6份保护剂、0.5～1份抗剥落剂和0.5～1份分散剂。

最优选的，一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5～1份抗剥落剂和0.5～1份分散剂。

进一步地，所述沥青为70#基质沥青。

进一步地，所述废胶粉为施工拌合站常用废胶粉，所述废胶粉的颗粒粒径为0.125mm～0.85mm，废胶粉的颗粒粒径小于0.425mm的占60％～70％。

进一步地，所述预溶胀剂为环保芳烃油和/或环烷基橡胶油；优选的，所述预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油的混合物；更优选的，所述预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物。

进一步地，所述保护剂为硅烷偶联剂和隔离剂按质量比1：1的混合物；所述硅烷偶联剂选自KH-500、KH-550和KH-570中任一种；所述隔离剂选自RH温拌剂、乙撑双硬酯酰胺(EBS)和聚丙烯蜡(优选分子量为2000～3000)中任一种。所述RH温拌剂为交通运输部公路科学研究院研发，其由占总重30-80％的裂解聚乙烯蜡(PE蜡)和占总重20-70％的硬脂酸组成，其中裂解聚乙烯蜡由低密度聚乙烯高温裂解得到。

进一步地，所述抗剥落剂选自Zycosoil纳米抗剥落剂、单十二烷基磷酸酯和磷酸甘油酯中任一种；优选的，所述抗剥落剂为Zycosoil纳米抗剥落剂。

进一步地，所述分散剂选自八乙烯基笼形聚倍半硅氧(OvPOSS)、聚乙烯和石墨烯中任一种。

本发明还公开了上述半交联温拌胶粉改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量份数计，将20份废胶粉与2～4份预溶胀剂混合，75℃下发育15min，制得预溶胀废胶粉；

2)将步骤1)中制得的预溶胀废胶粉与4～10份保护剂进行混合，110℃下发育15min，制得半交联预溶胀废胶粉；

3)将步骤2)中制得半交联预溶胀废胶粉、0.5～1份抗剥落剂、0.5～1份分散剂和100份基质沥青混合，160℃，1000rpm条件下剪切1h，制得半交联温拌胶粉改性沥青。

本发明的有益效果是：

本发明所制备的半交联温拌胶粉改性沥青增强其高低温性能，提高其储存稳定性，降低施工生产、拌合与摊铺温度。本发明的生产方式简单，胶粉改性沥青性能优良和能源消耗较少，具有良好的发展前景，尤其具备如下优点：

(1)低温下预溶胀工艺使胶粉颗粒提前溶胀并且减少胶粉颗粒在预溶胀工艺期间的降解。由于胶粉颗粒与轻质组分相互作用从外逐渐向内，合适的轻质组分含量与反应时间可以在保证胶粉颗粒与沥青之间具有较好的相互作用前提下保护胶粉颗粒结构的完整性，使其在最终成品时性能处于最佳状态。预溶胀剂均为轻质油，在剪切时由于胶粉颗粒会破碎，部分预溶胀剂返回沥青中提高沥青中轻质组分含量，从而表现出降粘能力。

(2)针对胶粉颗粒进行保护处理，降低胶粉颗粒内部可溶性物质进入沥青中，确保胶粉颗粒结构的完整性。硅烷偶联剂裹附在胶粉颗粒表面，阻隔胶粉颗粒与沥青相互作用，替代胶粉颗粒与沥青的交互作用界面，提高二者结合紧密程度。隔离剂以RH温拌剂为例，RH温拌剂阻隔胶粉颗粒与沥青相互作用，保护胶粉颗粒结构的完整性。同时RH温拌剂在橡胶颗粒表面，降低胶粉颗粒间摩擦力，以达到降粘目的。将保护剂提前与胶粉颗粒拌合可以使保护剂与胶粉颗粒结合更为紧密。此时胶粉颗粒表面部分为硅烷偶联剂，部分为RH温拌剂，剩下一部分为胶粉原表面。硅烷偶联剂使胶粉颗粒与沥青结合更为紧密，RH温拌剂使胶粉颗粒与沥青无法接触结合，剩下部分为胶粉颗粒与沥青正常接触表面，此时胶粉颗粒表面为一部分胶粉颗粒表面与沥青交联，一部分为胶粉颗粒无法与沥青交联，呈半交联状态。阻隔胶粉颗粒与沥青之间的交互作用目的在于保护胶粉颗粒结构完整性，提高胶粉改性沥青高、低温性能。乙撑双硬酯酰胺(EBS)、聚丙烯蜡因为在拌合过程中会牢牢地吸附在胶粉颗粒表面起润滑与隔离作用能起到与RH温拌剂相近似的作用。

(3)抗剥落剂可以弥补胶粉中可溶性物质未进入沥青相中所带来的抗剥落性能降低。

(4)分散剂可以更好的使沥青四组分与胶粉颗粒均匀分散在胶粉改性沥青中，从而带来储存稳定性的提升。更均匀的分布使分子间摩擦力降低和重质组分的团聚减少，从而降低黏度。

(5)添加剂的引入使胶粉改性沥青的黏度降低，从而使胶粉改性沥青的生产摊铺温度降低。减少有害气体的产生与能源的消耗。

(6)本发明的生产方式简单，更贴近实际生产需求，有助于在生产条件不变情况下提高产品质量。因此，该半交联温拌胶粉改性沥青具有良好的发展前景。

附图说明

图1为本发明所用废胶粉的外观图；

图2为本发明制得的预溶胀废胶粉的外观图；

图3为本发明制得的半交联预溶胀废胶粉的外观图；

图4为本发明制备半交联温拌胶粉改性沥青的剪切过程图；

图5为本发明所用废胶粉颗粒的SEM图(放大2000X)；

图6为本发明实施例三制得的预溶胀废胶粉颗粒的SEM图(放大2000X)；

图7为本发明实施例三制得的预溶胀废胶粉颗粒的显微镜图(放大40X)；

图8为本发明对比例五制得的半交联温拌胶粉改性沥青的显微镜图(放大100X)。

由图5和图6可知，预溶胀后胶粉颗粒表面更为饱满，沟槽消失，仅有部分颗粒突出，证明预溶胀程度较好。由图7显微镜体积观测可见在75℃添加胶粉质量20％的预溶胀剂的胶粉颗粒在预溶胀15min后胶粉颗粒体积不在变化，证明其在15min时已充分预溶胀。

具体实施方式

以下是申请人结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明权利要求书请求保护的范围并不限于这些实施例。

以下各实施例及对比例，所用基质沥青均为70#基质沥青；

所用废胶粉为施工拌合站常用废胶粉，外观见图1，SEM图见图5，其粒径呈级配分布，粒径分布见表1：

表1废胶粉颗粒级配分布表

所用环保芳烃油购自凯萱塑料科技有限公司；

所用环烷基橡胶油购自济南鲁营化工有限责任公司，型号KN4006；

所用硅烷偶联剂购自加比特(广州)新材料有限公司，型号KH550；

所用RH温拌剂为交通运输部公路科学研究院研发，其由占总重30-80％的裂解聚乙烯蜡(PE蜡)和占总重20-70％的硬脂酸组成，其中裂解聚乙烯蜡由低密度聚乙烯高温裂解得到。

所用EBS(乙撑双硬酯酰胺)购自上海运河材料科技有限公司；

所用费托蜡购自石家庄昌耀化工有限公司；

所用抗剥落剂为Zycosoil纳米抗剥落剂；

所用分散剂为八乙烯基笼形聚倍半硅氧(OvPOSS)。

以下各实施例及对比例，每质量份按3g规模进行试验。

实施例一

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、2份预溶胀剂、4份保护剂、1份抗剥落剂与1份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法包括以下步骤：

(1)按质量份数计，将20份废胶粉与2份预溶胀剂混合在75℃下发育15min，制得预溶胀废胶粉。

(2)将(1)中制得的预溶胀废胶粉与4份保护剂进行混合，110℃下发育15min，制得半交联预溶胀废胶粉。

(3)将(2)中制得半交联预溶胀废胶粉与1份抗剥落剂、1份分散剂和100份基质沥青混合，160℃，1000rpm条件下剪切1h，即制得半交联温拌胶粉改性沥青。

实施例二

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、2份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法与实施例一相同。

实施例三

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法与实施例一相同。

实施例四

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、6份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法与实施例一相同。

实施例五

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其配方相比于实施例三，采用的预溶胀剂不同。其制备方法与实施例三基本相同，仅在于采取的预溶胀剂原料不同。

实施例六

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环烷基橡胶油，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其配方相比于实施例三，采用的预溶胀剂不同。其制备方法与实施例三基本相同，仅在于采取的预溶胀剂原料不同。

实施例七

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和EBS按质量比1：1的混合物。其配方相比于实施例三，采用的保护剂不同。其制备方法与实施例三基本相同，仅在于采取的保护剂原料不同。

对比例一

一种胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份与废胶粉20份。其制备方法包括以下步骤：

将20份废胶粉在75℃下发育15min，随后在110℃下发育15min，然后和100份基质沥青混合。160℃，1000rpm条件下剪切1h，即可制得胶粉改性沥青。

对比例二

一种温拌胶粉改性沥青，其配方与实施例三相同，与实施例三的区别在于制备方法不同，其制备方法为：

取所有组分混合，160℃，1000rpm条件下剪切1h，即可制得温拌胶粉改性沥青。

对比例三

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、10份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法与实施例一基本相同，仅在于所用的预溶胀剂用量不同。

对比例四

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、10份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和RH温拌剂按质量比1：1的混合物。其制备方法与实施例一基本相同，仅在于所用的保护剂用量不同。

对比例五

一种半交联温拌胶粉改性沥青，按质量份数计，由如下原料制成：基质沥青100份、废胶粉20份、4份预溶胀剂、4份保护剂、0.5份抗剥落剂与0.5份分散剂。所用预溶胀剂为环保芳烃油和环烷基橡胶油按质量比1：2的混合物，所用保护剂为硅烷偶联剂和费托蜡按质量比1：1的混合物。其配方相比于实施例五，采用的保护剂不同。其制备方法与实施例三基本相同，仅在于采取的保护剂原料不同。

上述各实施例及对比例所制备的胶粉改性沥青的性能结果见表2：

表2胶粉改性沥青性能实验结果

表2为实施例与对比例性能数据。由表2可知：

实施例一与实施例二相对比发现，更多的分散剂与抗剥离剂对半交联温拌胶粉改性沥青性能影响较小，且实施例二已经具有较好性能。实施例二，实施例三与对比例三对比说明预溶胀剂超过沥青含量的4％时会降低胶粉改性沥青的高、低温性能以及粘附等级，即过多的预溶胀剂对半交联温拌胶粉改性沥青性能具备不良影响，综合各性能考虑，预溶胀剂掺量为沥青含量的2％～4％。实施例三，实施例四与对比例四对比发现，随着保护剂掺量增加，黏度降低，高温性能提升，低温性能降低，若在高温地区使用，推荐保护剂掺量为沥青含量的4％～10％；若综合各性能考虑，推荐保护剂掺量为沥青含量的4％～8％，4％～6％更佳。

各实施例其各项性能均优于对比例一，这说明本发明中添加剂的选择与合适添加可以有效降低黏度并且提高胶粉改性沥青的各项性能。

由对比例二与实施例三可知，直接拌合时胶粉颗粒溶胀降解程度更高，无法维持较好的颗粒结构。同时由于直接添加各添加剂无法与胶粉颗粒进行预结合，导致结合程度不够紧密。从而导致对比例二中的黏度上升，高温与低温性能降低。由于胶粉颗粒并未被保护剂包裹，导致胶粉颗粒与沥青相密度差距变大，从而降低对比例二的储存稳定性。

实施例三，实施例五和实施例六对比，说明单一预溶胀剂存在性能偏向，将两者混合后可以得到更为均衡的性能。环保芳烃油降粘能力与高温能力较差，而环烷基橡胶油低温性能与储存稳定性较差。二者混合后环保芳烃油的降粘能力与高温能力被环烷基橡胶油提高，环烷基橡胶油的低温性能与储存稳定性被芳烃油弥补。同时两者混合后胶粉改性沥青储存稳定性进一步提高，证明两者混合具有更均衡和更优秀的性能。

实施例三与实施例七对比，发现EBS可以更有效降低黏度，提高高温性能，但是其低温性能与储存稳定性稍差。这是由于EBS中含有C＝O键，具备更高的极性，会导致分子间聚集更高，进而提高高温性能而降低低温性能。然而由于其优秀的润滑性，故其黏度降低效果更佳。

实施例三与对比例五相比，由于费托蜡无法像RH温拌剂一样有效裹附在胶粉颗粒表面，随剪切过程费托蜡逐渐脱离胶粉颗粒表面，无法有效保持胶粉颗粒结构。同时由于缺少有效的保护导致胶粉颗粒的平均粒径降低，更小的胶粉颗粒会更早进入降解阶段。这使得对比例五的性能全面落后于实施例三。图8为本发明对比例五制得的半交联温拌胶粉改性沥青的显微镜图(放大100X)。图8中红色圈内物质为费托蜡，经过剪切后掉落。此时红色圈内物质尺寸与胶粉颗粒尺寸相当，然而四周没有黑色胶粉颗粒不溶物存在，所以其为包裹在胶粉颗粒表面脱落的费托蜡。同时已有研究表明，费托蜡的加入并不会阻止胶粉颗粒与沥青中组分交互作用，进一步说明费托蜡不具有保护作用。

性能测试介绍如下：

按公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTGE20-2011执行；具体地：

(1)160℃布氏黏度/Pa·s：按T0625执行；沥青旋转黏度试验(布洛克菲尔德黏度计法)；

(2)软化点/℃：按T0606执行；沥青软化点试验(环球法)；

(3)5℃断裂功/N·mm：按T0605执行；沥青延度试验；

(4)分离指数：按T0661执行；聚合物改性沥青离析试验；

(5)粘附性等级：按T0616执行；沥青与粗集料的黏附性试验。