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CN108559161B - 一种沥青混凝土高模量外加剂 - Google Patents

一种沥青混凝土高模量外加剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沥青混凝土高模量外加剂,该高模量外加剂通过改善沥青与石料间的界面力达到提高沥青混凝土模量的作用,使路面承载能力、抗疲劳能力、低温变形能力等得到全面的改善,能够兼顾沥青混凝土高低温指标。同时可使用回收的高分子垃圾材料进行二次合成加工,成本相对低廉,有利于减少白色污染,促进国产塑料垃圾的应用。

Description

一种沥青混凝土高模量外加剂
技术领域
本发明涉及沥青路面用材料技术领域,具体涉及一种沥青混凝土高模量外加剂。
背景技术
目前高速公路、普通公路车流量逐年增大,超载现象严重,车辙、开裂已成为沥青路面的主要病害,每年的维修养护任务繁重。
为延长路面养护周期,现有技术多采用抗车辙剂掺加到沥青混合料中。但由于抗车辙剂主要是以抵抗沥青混合料高温下的剪切变形为主要目的,使用后虽然高温稳定性显著增加,但混合料脆性较大,抗低温开裂、抗疲劳性能明显减弱,在北方地区特别是东北季节性冰冻地区使用效果不佳。
发明内容
为克服现有技术中抗车辙剂提高高温稳定性的同时损失低温抗开裂性能的缺陷,本发明针对沥青路面的生产、使用特点,结合高分子材料合成加工原理,开发出一种能够兼顾高低温指标,全面提升沥青混合料性能的高模量外加剂。该高模量外加剂通过改善沥青与石料间的界面力达到提高沥青混凝土模量的作用,使路面承载能力、抗疲劳能力、低温变形能力等得到全面的改善,而不是仅仅提高沥青混凝土强度使沥青混凝土趋于刚性方向发展。
为实现上述目的,本发明的技术方案为一种沥青混凝土高模量外加剂,所述外加剂以质量百分比计包括下列成分:低密度聚乙烯80-90%,聚丙烯10-20%,反丁烯二酸0.5-1.5%,过氧化二异丙苯0.1-0.3%,抗氧剂1010 0.1-0.2%,抗氧剂168 0.1-0.2%。
进一步的,所述外加剂以质量百分比计包括下列成分:低密度聚乙烯82-86%,聚丙烯12-16%,反丁烯二酸0.8-1.3%,过氧化二异丙苯0.15-0.25%,抗氧剂1010 0.1-0.2%,抗氧剂168 0.1-0.2%。
进一步的,所述外加剂以质量百分比计包括下列成分:低密度聚乙烯83-85%,聚丙烯13-15%,反丁烯二酸1.0-1.2%,过氧化二异丙苯0.18-0.22%,抗氧剂1010 0.14-0.18%,抗氧剂168 0.14-0.18%。
其中,低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯,是一种塑料材料,它适合热塑性成型加工的各种成型工艺,主要用途是作薄膜产品,还用于注塑制品、医疗器具、药品和食品包装材料、吹塑中空成型制品等。这些材料制品在生活和生产中常见,并且作为废弃物被大量抛弃。在一个实施方案中,本发明高模量外加剂的低密度聚乙烯成分可以采用回收的低密度聚乙烯制品,有利于降低成本,同时减少白色污染,开发国产塑料垃圾的应用。
聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂,为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物。聚丙烯具有许多优良特性:相对密度小,仅为0.89-0.91;良好的力学性能,耐冲击性好;具有较高的耐热性,连续使用温度可达110-120℃;化学性能好,几乎不吸水,与绝大多数化学药品不反应;电绝缘性好等。在一个实施方案中,本发明高模量外加剂的聚丙烯成分可以采用回收的聚丙烯制品,有利于降低成本,同时减少聚丙烯废弃物造成的污染。
反丁烯二酸又称富马酸(fumaric acid)、紫堇酸或地衣酸,由丁烯衍生出的羧酸,化学式是C4H4O4。耐化学腐蚀性能好,耐热性也好,是良好的粘合剂。
过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide),又称硫化剂DCP、过氧化二枯茗,是一种强氧化剂。可作为单体聚合的引发剂,高分子材料的硫化剂、交联剂、固化剂、阻燃添加剂等。主要用作天然橡胶、合成橡胶的硫化剂,聚合反应的引发剂,还可用作聚乙烯树脂交联剂等。可使乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)泡沫材料形成细微均匀的泡孔,同时提高制品的耐热性和耐候性。
抗氧剂1010的分子式:C73H108O12,化学名为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,又称为四丙酸季戊四醇酯,白色结晶粉末,化学性状稳定,为酚类抗氧剂,对聚丙烯、聚乙烯有卓越的抗氧化性能,可有效地延长制品的使用期限。在本发明产品中作为主抗氧剂。
抗氧剂168的分子式:C42H63O3P,化学名为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯,又称亚磷酸酯,是一种性能优异的亚磷酸酯抗氧剂,其抗萃取性强,对水解作用稳定,并能显著提高制品的光稳定性,可以与多种酚类抗氧剂复合使用。在本发明中作为辅助抗氧剂,与主抗氧剂复配,有很好的协同效应,可有效地防止聚丙烯、聚乙烯在基础注塑中的热降解,给聚合物额外的长效保护。
本发明还提供了所述沥青混凝土高模量外加剂的制备方法,所述方法包括下列步骤:
(1)将所述各成分去除杂质,清洗、干燥,在常温下均匀拌合;
(2)采用双螺杆或三螺杆挤出机成型,出料口温度:200℃,成型制品粒径控制在3-5mm。
进一步的,所述双螺杆或三螺杆挤出机具备九个加热区,九个加热区温度分别设置在:1区:130℃;2区:145℃;3区:160℃;4区:170℃;5区:180℃;6区:180℃;7区:185℃;8区:190℃;9区:190℃。
本发明还提供了所述沥青混凝土高模量外加剂的使用方法,所述方法包括向沥青混凝土中添加所述高模量外加剂,添加比例以质量百分比计为所述沥青混凝土的0.35-0.45%。
进一步的,所述高模量外加剂的添加比例以质量百分比计为所述沥青混凝土的0.4%。
本发明采用以聚丙烯改性低密度聚乙烯的方法合成高模量外加剂,在计量上严格控制各成分含量,保证在一定强度范围内保留低密度聚乙烯与沥青混合料相容性好韧性强的特点,使掺加外加剂后的沥青混合料在高低温性能两个方面更好地匹配兼容。
本发明方法具有如下优点:
1、本发明与抗车辙剂原理不同,通过提高混合料动态模量的方法提高沥青混合料高温稳定性,由于弹性恢复功能得到较好的保留,保障了混合料抗低温开裂、抗疲劳开裂的性能并且略有提高。
2、与现有产品相比对制备原材料要求较低,可使用回收的高分子垃圾材料进行二次合成加工,成本相对低廉。对于减少白色污染,促进国产塑料垃圾的应用,抵制洋垃圾具有积极意义。
附图说明
图1为本发明一个实施方案中获得的高模量外加剂产品的外观照片。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中沥青混凝土高模量外加剂以质量百分比计包括下列成分:回收低密度聚乙烯84.5%,回收聚丙烯14%,反丁烯二酸1.0%,过氧化二异丙苯0.2%,抗氧剂10100.15%,抗氧剂168 0.15%。
制备方法包括:
(1)将所述各成分去除杂质,清洗、干燥,在常温下均匀拌合;
(2)采用具备九个加热区的双螺杆挤出机成型,九个加热区温度分别设置在:1区:130℃;2区:145℃;3区:160℃;4区:170℃;5区:180℃;6区:180℃;7区:185℃;8区:190℃;9区:190℃,出料口温度:200℃,成型制品粒径控制在3mm。
获得的产品见图1。
实施例2
本实施例中沥青混凝土高模量外加剂以质量百分比计包括下列成分:回收低密度聚乙烯83.5%,聚丙烯15%,反丁烯二酸1.0%,过氧化二异丙苯0.22%,抗氧剂10100.14%,抗氧剂168 0.14%。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例中沥青混凝土高模量外加剂以质量百分比计包括下列成分:低密度聚乙烯86%,回收聚丙烯12.7%,反丁烯二酸0.8%,过氧化二异丙苯0.15%,抗氧剂10100.18%,抗氧剂168 0.17%。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例中沥青混凝土高模量外加剂以质量百分比计包括下列成分:低密度聚乙烯82.8%,聚丙烯15.5%,反丁烯二酸1.3%,过氧化二异丙苯0.2%,抗氧剂1010 0.1%,抗氧剂168 0.1%。
制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例中沥青混凝土高模量外加剂以质量百分比计包括下列成分:回收低密度聚乙烯88%,回收聚丙烯10.5%,反丁烯二酸1.0%,过氧化二异丙苯0.3%,抗氧剂10100.1%,抗氧剂168 0.1%。
制备方法同实施例1。
实验例
分别向沥青混合料AC20型、ATB25型以及AC25型中按沥青混合料质量百分比0.4%添加实施例1制备的高模量外加剂,混合均匀后,对获得的沥青混凝土进行检测,结果见表1-3。
表1高速公路路面中面层高模量沥青混合料AC20型级配
检测项目 单位 技术要求 试验值 试验方法
车辙试验动稳定度 次/mm ≥5000 6720 T0719
低温弯曲破坏应变 με ≥2300 2532 T0715
动态模量(15℃,10Hz) Mpa ≥14000 15640
动态模量(45℃,0.1Hz) Mpa ≥2000 2380
表2普通公路路面下面层高模量沥青混合料ATB25型级配
检测项目 单位 技术要求 试验值 试验方法
车辙试验动稳定度 次/mm ≥5000 8040 T0719
低温弯曲破坏应变 με ≥2300 2411 T0715
动态模量(15℃,10Hz) Mpa ≥14000 16430
动态模量(45℃,0.1Hz) Mpa ≥2000 2128
表3高速公路路面下面层高模量沥青混合料AC25型级配
检测项目 单位 技术要求 试验值 试验方法
车辙试验动稳定度 次/mm ≥5000 7720 T0719
低温弯曲破坏应变 με ≥2300 2318 T0715
动态模量(15℃,10Hz) Mpa ≥14000 15420
动态模量(45℃,0.1Hz) Mpa ≥2000 2223
通过上述发明内容部分的说明以及实施例部分的数据可以看出,本发明产品可显著提高沥青路面高温抗车辙、低温抗开裂性能,使用后可使路面保持较长的耐久性能。通过提高沥青混合料的动态模量使路面在正常荷载甚至超载作用下具有较好的应力扩散效果及弹性恢复效果,在保障高温稳定性的同时兼顾了低温效果,为保障沥青道路的服务功能,延长路面维修养护周期提供了有效的办法。与同类型产品相比指标更稳定,成本更低廉。同时对于消化不可回收或回收后性能衰减严重的塑料垃圾具有较大的环保意义。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种沥青混凝土高模量外加剂,其特征在于,所述外加剂以质量百分比计由下列成分组成:低密度聚乙烯80-90%,聚丙烯10-20%,反丁烯二酸0.5-1.5%,过氧化二异丙苯0.1-0.3%,抗氧剂1010 0.1-0.2%,抗氧剂168 0.1-0.2%;各成分的质量百分比之和为百分之百。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土高模量外加剂,其特征在于,所述外加剂以质量百分比计由下列成分组成:低密度聚乙烯82-86%,聚丙烯12-16%,反丁烯二酸0.8-1.3%,过氧化二异丙苯0.15-0.25%,抗氧剂1010 0.1-0.2%,抗氧剂168 0.1-0.2%;各成分的质量百分比之和为百分之百。
3.根据权利要求1所述的沥青混凝土高模量外加剂,其特征在于,所述外加剂以质量百分比计由下列成分组成:低密度聚乙烯83-85%,聚丙烯13-15%,反丁烯二酸1.0-1.2%,过氧化二异丙苯0.18-0.22%,抗氧剂1010 0.14-0.18%,抗氧剂168 0.14-0.18%;各成分的质量百分比之和为百分之百。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的沥青混凝土高模量外加剂,其特征在于,所述低密度聚乙烯成分采用回收的低密度聚乙烯制品。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的沥青混凝土高模量外加剂,其特征在于,所述聚丙烯成分采用回收的聚丙烯制品。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的沥青混凝土高模量外加剂的制备方法,其特征在于,所述方法包括下列步骤:
(1)将所述各成分去除杂质,清洗、干燥,在常温下均匀拌合;
(2)采用双螺杆或三螺杆挤出机成型,出料口温度:200℃,成型制品粒径控制在3-5mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述双螺杆或三螺杆挤出机具备九个加热区,九个加热区温度分别设置在:1区:130℃;2区:145℃;3区:160℃;4区:170℃;5区:180℃;6区:180℃;7区:185℃;8区:190℃;9区:190℃。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的沥青混凝土高模量外加剂的使用方法,其特征在于,所述方法包括下列步骤:向沥青混凝土中添加所述高模量外加剂,添加比例以质量百分比计为所述沥青混凝土的0.35-0.45%。
9.根据权利要求8所述的使用方法,其特征在于,所述高模量外加剂的添加比例以质量百分比计为所述沥青混凝土的0.4%。
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