一种特重交通高模量沥青混合料添加剂及其制备方法与流程

1.本发明属于道路工程材料领域，特别是涉及一种特重交通高模量沥青混合料添加剂及其制备方法。


背景技术：

2.高模量沥青混凝土技术与理念最初源于20世纪80年代的法国，这种技术通过使用低标号沥青或者在混合料中添加聚烯烃类外加剂来提高沥青混合料的动态模量，从而大幅降低整个路面结构层的应变水平，提高整个沥青路面面层高温抗永久变形能力。在21世纪初，高模量技术与理念先后进入了英国、意大利、葡萄牙、美国以及中国等国家，高模量沥青混凝土技术得到了进一步的应用与发展。迄今为止，提高沥青混凝土的高温模量比较有效的方式主要有使用低标号沥青、天然沥青或者添加聚烯烃类物质等三种方式，其中以聚烯烃类物质提高沥青混凝土模量的效果最为明显，采用这种方式的高模量沥青混凝土不仅15℃、10hz条件下动态模量达到14000mpa以上，并且，在高温45℃、10hz条件下及高温45℃、0.1hz条件下动态模量可分别达到2000mpa及500mpa以上，同时60℃、0.7mpa车辙动稳定度可达到6000次/mm～9000次/mm，较sbs改性沥青混凝土等技术取得了更好的抗早期车辙效果。
3.经过近些年长期的使用实践发现，在使用了高模量沥青混凝土技术的道路中，一些货车比重较大的特重交通路段及重交通的长大纵坡段，仍然会出现早期高温车辙病害，对这些路段不得不进行重复维修养护，造成了巨大的人力、物力和财力消耗，对正常交通也造成非常不利的影响。
4.产生此问题的原因主要有两个方面，一方面是特重交通车辆荷载水平较高，在路面结构层模量水平一定的情况下，会导致路面结构的应变水平较高；另一方面，在重载交通长大纵坡路段，车速较慢，车辆荷载相当于更低频率的动态荷载，而研究表明，沥青混合料动态模量随着频率的降低会大幅降低，此种情况下，高模量沥青混凝土就不再是“高模量”沥青混凝土了，几乎等同于基质沥青混凝土，从而导致整个结构层的应变水平大幅升高，结构层应变水平的提高必然会导致黏弹塑性显著的沥青混凝土的永久变形的加速累积，最终产生早期高温车辙病害。
5.此外，现有聚烯烃类高模量剂并不能改善沥青混合料的低温变形性能，并且，现有高模量沥青混凝土施工时还需要将集料加热至190℃以上，高出基质沥青混合料以及改性沥青混合料10～20℃，以保证外加剂的熔化，这样一方面导致了更大的能源消耗，另一方面还加重了沥青的老化，实际使用中，路面出现温缩裂缝的现象较为普遍。
6.因此，提出一种高温低频率动态模量更高、更高荷载条件下车辙动稳定度更高、并且低温柔韧性更好的高模量沥青混合料添加剂将可以解决以上问题，从而延长路面的使用寿命。


技术实现要素：

7.本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种特重交通高模量沥青混合料添加剂及其制备方法。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：40％～88％；聚丙烯：3％～40％；相容剂：5％～10％；增韧剂：3％～6％；交联剂：0.05％～0.25％；防老剂：0.5％～4.5％。
9.进一步地，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯，密度大于0.94g/cm3，且熔融指数大于等于2.0g/10min(190℃，2.16kg)。
10.进一步地，所述的聚丙烯为等规共聚聚丙烯，且其熔融指数大于等于10.0g/10min(210℃，2.16kg)。
11.进一步地，所述的增韧剂为epdm、poe中的一种或者两种的组合。
12.进一步地，所述的相容剂为改性pp，其熔融指数150～1500g/10min(210℃，2.16kg)。
13.进一步地，所述的交联剂为过氧化二异丙苯dcp或者双叔丁基过氧异丙基苯bibp。
14.进一步地，所述的防老剂为炭黑与主抗氧剂及辅抗氧剂的混合物，主抗氧剂为抗氧剂1010及抗氧剂1076中的一种或两种；辅抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂dltp中的一种或两种。其中，抗氧剂1010具体为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗氧剂1076具体为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，抗氧剂168为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，抗氧剂dltp为硫代二丙酸双月桂酯。
[0015]
进一步地，以质量分数计，在特重交通高模量沥青混合料添加剂中防老剂的各组分含量为，炭黑：0.5％～1.0％；抗氧剂1010：0.05％～0.5％；抗氧剂1076：0.1％～0.5％；抗氧剂168：0.1％～1.0％；抗氧剂dltp：0.05％～1.5％。
[0016]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0017]
(1)将原料混合均匀；
[0018]
(2)用单螺杆或双螺杆或者多螺杆挤出机挤出造粒，得到沥青混合料高模量抗车辙剂。
[0019]
进一步地，挤出机各区温度设置为1区180℃～190℃；2区190℃～200℃；3区200℃～210℃；4区200℃～210℃；5区200℃～210℃；6区200℃～210℃；7区200℃～210℃；8区195℃～200℃；9区185℃～195℃，出料口温度180℃～190℃。
[0020]
进一步地，步骤(2)具体经过输送、熔融、混炼、排气、均化、挤出造粒，其中以水下切割或者风冷切割造粒，造粒时真空度高于0.08mpa，挤出机转速400～500r/min。
[0021]
与现有技术相比，本发明的设计原理及有益效果为：
[0022]
本发明在交联剂、相容剂、防老剂共同作用下，实现聚乙烯、聚丙烯以及增韧材料的有机组合、增强增韧，使本发明的高模量沥青混凝土添加剂同时具有改善混合料高低温性能与抗疲劳性能的功能，从而大幅提高沥青混合料的高温动态模量，以及在更高温度、更高荷载水平下的抗车辙能力，同时，高流动性聚丙烯作为相容剂，还可以降低混合料的拌合温度，节能环保。
[0023]
本发明提供了一种特重交通高模量沥青混合料添加剂，通过增强、增韧等手段，大幅提高高温动态模量与抗车辙能力，在45℃、0.1hz条件下动态模量可达到1000mpa以上，45
℃、10hz条件下动态模量可达到4000mpa以上，同时70℃、0.9mpa车辙动稳定度达到10000次/mm以上的特重交通高模量沥青混合料添加剂及其制备方法，这种材料尤其适用于季冻区特重交通路段及重交通的长大纵坡段等速度较低及缓行路段，并可有效降低路面结构层的应变水平，抵抗高温车辙病害的产生，低温柔韧性好，减少裂缝的产生，可以提高重载交通沥青路面的使用寿命，且该材料施工温度较现有材料低5℃～10℃，可节约能源、降低碳排放。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]
本发明提供一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：40％～88％；聚丙烯：3％～40％；相容剂：5％～10％；增韧剂：3％～6％；交联剂：0.05％～0.25％；防老剂：0.5％～4.5％。各组分含量之和为100％。
[0026]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将原料混合均匀；(2)用单螺杆或双螺杆或者多螺杆挤出机经过输送、熔融、混炼、排气、均化、挤出造粒，以水下切割或者风冷切割造粒，得到沥青混合料高模量抗车辙剂。
[0027]
具体原料及制备参数见各实施例。
[0028]
实施例1
[0029]
一种特重交通高模量沥青混合料添加剂，以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：64.0％的高密度聚乙烯fhc7260；聚丙烯：23.0％的聚丙烯9027；相容剂：8.0％的改性聚丙烯(熔指689g/10min)；增韧剂：3.0％的epdm8550c；交联剂：0.15％的过氧化二异丙苯dcp；防老剂：0.80％的炭黑、0.20％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.4％抗氧剂1076，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.325％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)及0.125％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp。
[0030]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法为：
[0031]
将64.0％的高密度聚乙烯fhc7260、23.0％的聚丙烯9027、8.0％的改性聚丙烯(熔指689g/10min)、3.0％的epdm8550c、0.15％的过氧化二异丙苯dcp、0.80％的炭黑、0.20％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.4％抗氧剂1076，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.325％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)及0.125％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp混合均匀后，喂料，转速420rpm，各区加热温度为1区190℃；2区195℃；3区200℃；4区200℃；5区205℃；6区205℃；7区205℃；8区200℃；9区195℃，出料口温度190℃，真空度0.09mpa。挤出切割造粒，即可得高模量沥青混合料添加剂。
[0032]
实施例2
[0033]
一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：85.0％的高密度聚乙烯西布尔hd85612im；聚丙烯：3.5％的聚丙烯扬子石化ypj-1215c；相容剂：7.0％的改性聚丙烯(熔指1051g/10min)；增韧剂：3.5％的poe美国陶氏
8150；交联剂：0.20％的过氧化二异丙苯dcp；防老剂：0.55％的炭黑、0.120％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.130％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)。
[0034]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法为：
[0035]
将85.0％的高密度聚乙烯西布尔hd85612im、3.5％的聚丙烯扬子石化ypj-1215c、7.0％的改性聚丙烯(熔指1051g/10min)、3.5％的poe美国陶氏8150、0.20％的过氧化二异丙苯dcp、0.55％的炭黑、0.120％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.130％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)混合均匀后，喂料，转速400rpm，各区加热温度为1区180℃；2区190℃；3区205℃；4区200℃；5区200℃；6区205℃；7区200℃；8区195℃；9区190℃，出料口温度190℃，真空度0.09mpa。挤出切割造粒，即可得高模量沥青混合料添加剂。
[0036]
实施例3
[0037]
一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：46.4％的高密度聚乙烯tr571m；聚丙烯：36.0％的聚丙烯k7726h；相容剂：9.5％的改性聚丙烯(熔指158g/10min)；增韧剂：5.5％的epdm吉化4045；交联剂：0.10％的双叔丁基过氧异丙基苯bipb；防老剂：1％的炭黑、0.1％抗氧剂1076，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.4％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)及1％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp。
[0038]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法为：
[0039]
将46.4％的高密度聚乙烯tr571m、36.0％的聚丙烯k7726h、9.5％的改性聚丙烯(熔指158g/10min)、5.5％的epdm吉化4045、0.10％的双叔丁基过氧异丙基苯bipb、1.0％的炭黑、0.1％抗氧剂1076，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.4％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)及1.0％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp混合均匀后喂料，转速450rpm，各区加热温度为1区190℃；2区195℃；3区200℃；4区205℃；5区210℃；6区210℃；7区210℃；8区200℃；9区195℃，出料口温度190℃，真空度0.09mpa。挤出切割造粒，即可得高模量沥青混合料添加剂。
[0040]
实施例4
[0041]
一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：88.0％的高密度聚乙烯8008；聚丙烯9027：3％；相容剂：5.0％的改性聚丙烯(熔指866g/10min)；增韧剂：3.0％的epdm美国陶氏4770；交联剂：0.25％的过氧化二异丙苯dcp；防老剂：0.5％的炭黑、0.10％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.10％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、0.05％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp。
[0042]
上述特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法为：
[0043]
将88.0％的高密度聚乙烯8008、3％聚丙烯9027、5.0％的改性聚丙烯(熔指866g/10min)、3.0％的epdm美国陶氏4770、0.25％的过氧化二异丙苯dcp、0.5％的炭黑、0.10％的抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、0.10％的抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、0.05％的抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯dltp，混合均匀后，喂料，转速500rpm，各区加热温度为1区180℃；2区190℃；3区200℃；4区200℃；5区200
℃；6区205℃；7区205℃；8区200℃；9区195℃，出料口温度190℃，真空度0.09mpa。挤出切割造粒，即可得高模量沥青混合料添加剂。
[0044]
采用ac-20级配对本发明的高模量沥青混合料添加剂进行性能验证，沥青采用辽河90号基质沥青，油石比为4.5～4.7％。按照中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)及中华人民共和国国家标准《塑料热塑性塑料熔体质量流动速率(mfr)和熔体体积流动速率(mvr)的测定第1部分：标准方法》(gb/t 3682.1-2018)开展相关性能试验。试验具体过程：将以上实施例获得的高模量沥青混合料添加剂以矿料与沥青总质量的0.4％的掺加量添加到混合料中，矿料加热180～185℃，沥青加热150～160℃，外加剂与矿料先拌和1min，然后加入沥青拌合3min，制备动态模量试件与车辙试件。制备动态模量试件时，压力为600kpa，旋转压实125次，试件凉至室温后，钻芯、切割，制成标准试样。制备车辙试件时，线荷载为9kn，先碾压10个往返，然后调转180
°
，再碾压10个往返，试件凉至室温后，即可开展车辙动稳定度试验，试验时，橡胶轮压强0.9mpa(加载100kg)，70℃条件下保温7～8小时，确保试件达到试验温度且温度均匀。试验结果如下表所示。
[0045]
表1、添加高模量沥青混合料添加剂(0.4％)沥青混合料试验结果
[0046][0047]
由试验数据可以看出：实施例1、2、3、4拌合温度更低，拌合时间更短，但是性能优良，尤其是高温性能，其中70℃、0.9mpa的车辙动稳定度达到10000次/mm以上，45℃、0.1hz动态模量仍然可以达到1000mpa以上，这说明实施例1、2、3、4混合料具有良好的高温抗永久
变形能力，尤其可应用于特重交通路段；实施例1、2、3、4的-10℃的低温弯曲破坏微应变均达到2600με以上，与基质沥青混合料相比，有较大改善，说明实施1、2、3、4具有良好的低温变形能力；此外，掺加本发明外加剂的混凝土还具有良好的抗水损害性能和抗疲劳性能。综上所述，本发明提供的高模量沥青混合料添加剂不但可大幅提高高温动态模量，并且具有良好的低温性能、抗水害性能、抗疲劳性能，此外，本发明提供的高模量沥青混合料添加剂拌合温度还可较以往材料降低5℃左右，且拌合时间更短，这将会提高混合料施工时的均匀性与稳定性，具有环保性，施工稳定性更高，本发明提供的高性能沥青混合料是一种可以用作特重交通沥青混凝土面层的优质添加剂。
[0048]
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：40％～88％；聚丙烯：3％～40％；相容剂：5％～10％；增韧剂：3％～6％；交联剂：0.05％～0.25％；防老剂：0.5％～4.5％。2.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯，密度大于0.94g/cm3，且熔融指数大于等于2.0g/10min。3.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的聚丙烯为等规共聚聚丙烯，且其熔融指数大于等于10.0g/10min。4.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的增韧剂为epdm、poe中的一种或者两种的组合。5.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的相容剂为改性pp，其熔融指数150～1500g/10min。6.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的交联剂为过氧化二异丙苯dcp或者双叔丁基过氧异丙基苯bibp。7.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，所述的防老剂为炭黑与主抗氧剂及辅抗氧剂的混合物，主抗氧剂为抗氧剂1010及抗氧剂1076中的一种或两种；辅抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂dltp中的一种或两种。8.根据权利要求1所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂,其特征在于，以质量分数计，在特重交通高模量沥青混合料添加剂中防老剂的各组分含量为，炭黑：0.5％～1.0％；抗氧剂1010：0.05％～0.5％；抗氧剂1076：0.1％～0.5％；抗氧剂168：0.1％～1.0％；抗氧剂dltp：0.05％～1.5％。9.根据权利要求1～8其中任意一项所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将原料混合均匀；(2)用单螺杆或双螺杆或者多螺杆挤出机挤出造粒，得到沥青混合料高模量抗车辙剂。10.根据权利要求9所述的一种特重交通高模量沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于，挤出机各区温度设置为1区180℃～190℃；2区190℃～200℃；3区200℃～210℃；4区200℃～210℃；5区200℃～210℃；6区200℃～210℃；7区200℃～210℃；8区195℃～200℃；9区185℃～195℃，出料口温度180℃～190℃。

技术总结
本发明提供一种特重交通高模量沥青混合料添加剂及其制备方法,所述添加剂以质量分数计，原料中各组分含量为，聚乙烯：40％～88％；聚丙烯：3％～40％；相容剂：5％～10％；增韧剂：3％～6％；交联剂：0.05％～0.25％；防老剂：0.5％～4.5％。制备方法为将聚乙烯、聚丙烯、增韧剂、相容剂、防老剂以及交联剂混合均匀，然后使用挤出机挤出造粒，即得。本发明提供特重交通高模量沥青混合料添加剂，通过增强、增韧等手段，大幅提高高温动态模量与抗车辙能力，其高温动态模量45℃、10Hz大于4000MPa以上，45℃、0.1Hz大于1000MPa以上，尤其适用于货车较多的特重交通的长大纵坡等速度较低及缓行路段。段。


技术研发人员：高明 刘云全 孙继伟 崔哲宝 范兴华 李巍 赵东明 王福浩 高爽
受保护的技术使用者：辽宁智信公路工程技术咨询有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/6