一种抗车辙剂及含有该抗车辙剂的沥青混合料

摘要

本发明提供一种沥青混合料抗车辙剂，该抗车辙剂包括煤直接液化残渣、聚烯烃弹性体和添加剂，所述的煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的重量比为1：1-4，所述的添加剂占煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的重量和的5％～20％。本发明的沥青混合料高温性能突出，耐久性和低温性能好，可以用在道路中面层提高路面的抗车辙能力，延长路面使用寿命和维修周期。

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种含有煤直接液化残渣和 聚烯烃弹性体的沥青混合料添加剂、及含有该添加剂的沥青混合料。

背景技术

伴随着国家的快速发展，公路、尤其是高速公路，承担着越来越 多的货物运载量，与此同时，路面车辙病害日益严重。我国80％的沥 青路面维修都与车辙病害有关，而路面大中修期限只有6-8年，人力 物力损耗巨大。当前研发领域所关注的长寿命路面，其关键技术在于 路面承重层要使用高模量、抗车辙沥青材料。

目前国际上成功使用的抗车辙剂产品有法国生产的PR系列产 品，德国的Duroflex和路孚8000沥青混合料添加剂，美国壳牌生产的 SEAM硫磺沥青改性剂。但是国外产品普遍价格高昂，造成路面建设 成本大幅度提高，使其推广应用受到限制。近年来，国内相关企业也 开发了类似的产品，如专利技术CN1887951，CN1052740，CN1110693， CN1847318，CN1757663，CN101054469，CN1164548，CN101041744， CN100567400C等。国内的产品主要成分均是PE、PP等热塑性塑料， 或者再生塑料。选用某一种塑料作为改性剂，在抗车辙性能上有所提 高，但是在高温稳定性有一定的限制。单一的聚乙烯树脂熔点低，与 沥青混合料拌合时能形成一个良好的界面形态，但抗车辙性能不是最 优。单一的聚丙烯树脂虽然熔点提高，但其拌合困难，兼容性差导致 不容易分散。再生塑料使用前一般需要破碎等前处理工艺，增加了施 工的难度和费用。

煤直接液化残渣是一种组分复杂的混合物，不含水，高灰分，高 炭、高硫，发热量高，黏结性强。煤炭科学研究总院(北京)有2000 吨/年的煤直接液化装置，将产生近700吨/年的煤直接液化残渣；内 蒙神华煤制油有限公司有170万吨/年的煤直接液化装置，将产生50 万吨/年的煤直接液化残渣。这些煤直接液化残渣还没有很好地应用 途径。煤直接液化残渣制备抗车辙剂，不但解决了液化工艺中大量煤 直接液化残渣的去处，而且大大降低了沥青混合料的经济成本，有良 好的环境与经济效益。国内发明专利CN101844892B(煤直接液化残 渣制备沥青混凝土路面抗车辙剂的制备方法)公开了煤直接液化残渣 制备抗车辙剂的方法，制备的沥青混合料抗车辙性能好，高温稳定性 和水稳性能好。相关研究也表明，煤直接液化残渣可以显着增强沥青 混合料的高温性能和抗水损坏性能，但会使混合料的低温性能变差。

聚烯烃热塑性弹性体(POE)是由辛烯和乙烯共聚制备得到的， 其性能特点兼具有辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为物理 交联点，使它既有优异的韧性又有良好的加工性；POE分子结构中没 有不饱和双键，具有优良的耐老化性能；POE分子量分布窄，具有 较好的流动性，与聚烯烃兼容性好，制备抗车辙剂时加工性能优异。 POE良好的流动性可改善抗车辙剂在沥青混合料的分散效果，同时提 高了沥青混合料的高温稳定性和耐老化性。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的本发明的目的在于提 供一种低成本的抗车辙剂、制备方法和其用途，该制备方法简单易行、 生产过程污染小、原材料来源广、可连续生产。所得抗车辙剂在沥青 混合料中能够均匀分散，可以在在混合料生产直接投放使用。

本发明的另一目的是提出所述抗车辙剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提出含有所述抗车辙剂的沥青混合料。

实现本发明目的的具体技术方案为：

一种抗车辙剂，该抗车辙剂包括煤直接液化残渣、热塑性弹性体 和添加剂，所述的煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的重量比为1：1-4， 所述的添加剂占煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的重量和的 5％～20％。

优选地，煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的重量比为1：1-1.6。

煤经过高温高压加氢后，其中大部分有机质转化为轻质组分，以 气体或液体形式排出，并产生约占原煤质量30％的重质产物。称为煤 直接液化残渣。软化点一般大于150℃。

优选地，本申请优选沥青质含量为60-85％；C和H元素相对含 量为70-90％的煤直接液化残渣。

沥青质是沥青中含有的复杂的芳香族材料，其极性很强；沥青质 作为胶体溶液的核心分散在沥青的其他组分中，对沥青形成稳定的胶 体体系和沥青材料的性能有较大影响。比如沥青的感温性，高温性能 等。

其中，所述的添加剂选自沥青，油，硬脂酸盐和色母粒中的一种 或者几种，

其中，所述的沥青是煤沥青或者天然沥青；所述的油选自橡胶油、 芳烃油、煤焦油或者环烷油中的一种或者几种；所述的硬脂酸盐为硬 脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或者几种。

本发明所述抗车辙剂的制备方法，包括步骤：将煤直接液化残渣、 聚烯烃弹性体和添加剂按比例混合，经橡胶密炼机混炼、螺杆挤出机 挤出、风冷模面切粒设备造粒制得。

进一步地，橡胶密炼机的混炼温度为80-160℃，混炼时间为3-60 分钟，所述螺杆挤出机的挤出温度为150-230℃。

采用本发明的方法，造粒后所得的粒子尺寸小于4mm，熔融指 数大于6g/10min(190℃，2.16kg)。

含有本发明所述抗车辙剂的沥青混合料。

一种沥青混合料，其包括抗车辙剂、矿料和基质沥青，所述抗车 辙剂、矿料和基质沥青的重量比为0.2-1.4：94-96：2.9-5.4，所述抗 车辙剂为本发明所述的抗车辙剂。

本发明所述沥青混合料的制备方法，该方法包括：将抗车辙剂与 热矿料拌合，然后再将拌合后的混合物与液态基质沥青拌合，所述抗 车辙剂为本发明所述的抗车辙剂。

优选地，所述热矿料的温度为140-210℃，所述抗车辙剂与热矿 料拌合的时间为5-30秒，所述拌合后的混合物与液态基质沥青拌合 的时间为20-90秒。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的抗车辙剂，是将含有煤直接液化残渣、聚烯烃弹 性体和添加剂的混合物经过混炼和挤出过程中的强剪切作用，使原有 的煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体的粒子的粒径减小，结构疏松，在 添加剂作用下，煤直接液化残渣和聚烯烃弹性体达到了相似相容。因 此在使用本发明的抗车辙剂拌和混合料时，使达到理想改性效果的时 间明显降低，可采用干法工艺生产使用。

(2)本发明的抗车辙剂的密度可与基质沥青接近，在将该抗车辙剂 与基质沥青混合使用时可以减少离析，提高沥青混合料的稳定性，尤 其该抗车辙剂使用了性能优异的热塑性弹性体，制备的沥青混合料的 马歇尔性能、水稳定性能、高温稳定性能及低温开裂性能等各项性能 均很好。

(3)本发明抗车辙剂的制备方法中，抗车辙剂的生成过程烟气污染 小，进行干法工艺拌制沥青混合料时能快速分散，与湿法工艺相比， 更加节能环保。

(4)使用本发明的抗车辙剂拌制沥青混合料时，对基质沥青的改性 效果与湿法工艺相当，但工艺简单、设备资金投入低、可连续生产、 运输方便、储存稳定、易推广使用。具有很好的经济效益社会效益。

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。

实施例中使用的原料

煤直接液化残渣(DCLR)(神华煤制油有限公司)，软化点为190 ℃。其中沥青质含量比为80.2％，C和H元素相对含量实测为80％。

POE(乙烯-辛烯共聚物弹性体，美国杜邦，7467)

橡胶油(中海沥青滨州有限公司)

硬脂酸锌、硬脂酸钡(北京乐泰化工有限公司)

色母粒(北京乐泰化工有限公司)

煤沥青(河北旭阳煤化工公司)

煤焦油(河北旭阳煤化工公司)

天然沥青(布敦岩沥青)

沥青：中海70#石油沥青；

油石比：4.3％；

矿料，选用AC20型，其矿料级配见表1：

表1：矿料级配

实施例1：

将POE 4000g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，煤沥青 480g，色母粒60g，在橡胶密炼机(南京凯驰机械有限公司)在90 ℃下混炼10分钟，然后使用双螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限 公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广 达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙剂。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为2.5g/10min(190 ℃，2.16kg)。

实施例2：

将POE 3200g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，硬脂酸锌 480g，布敦岩沥青480g，色母粒60g，在橡胶密炼机(南京凯驰机械 有限公司)在中90℃下混炼10分钟，使用单螺杆挤出机(张家港市 创佳机械有限公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒 设备(南京广达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙剂BH-2。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为8.0g/10min(190 ℃，2.16kg)。

实施例3：

将POE 2000g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，硬脂酸锌 480g，煤沥青480g，在橡胶密炼机(南京凯驰机械有限公司)在中 90℃下混炼10分钟，使用单螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限公 司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广达 橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙剂BH-3。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为6.5g/10min(190 ℃，2.16kg)。

实施例4：

将POE 2800g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，硬脂酸钡 480g，天然沥青480g，在橡胶密炼机(南京凯驰机械有限公司)在 中90℃下混炼10分钟，使用单螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限 公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广 达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙剂BH-3。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为7.3g/10min(190 ℃，2.16kg)。

测试上述实施例得到的抗车辙剂的熔融指数。并将上述的添加剂 置入沥青混合料中(将抗车辙剂37.7g投入到容纳有160℃热矿料 5100g中干法拌和10秒，再通过沥青泵喷入中海70#基质沥青212.3g 中拌和40秒)观察分散均匀性，结果见表2。

表2熔融指数和分散性结果

编号 熔融指数 分散性

  (190℃/2.16kg) (180℃) 实施例1 2.5 一般 实施例2 8.0 好 实施例3 6.5 好 实施例4 7.3 好

从表2可以看出，添加有实施例2、3和实施例4添加剂的沥 青混合料已经达到基本要求，其分散性良好。

实施例5：制备沥青混合料

将实施例2所得到的抗车辙剂(37.7g)投入到容纳有160℃热矿 料(5100g)的拌和机中干法拌和10秒，再通过沥青泵喷入中海70# 基质沥青(212.3g)拌和40秒，得到沥青混合料。

实施例6：制备沥青混合料

将实施例3所得到的抗车辙剂(50.5g)投入到容纳有150℃的热 矿料(5100g)的拌和机中干法拌和30秒，再通过沥青泵喷入中海 70#基质沥青(230g)拌和20秒，得到沥青混合料。

实施例7：制备沥青混合料

将实施例4所得到的抗车辙剂(50.5g)投入到容纳有150℃的热 矿料(5100g)的拌和机中干法拌和30秒，再通过沥青泵喷入中海 70#基质沥青(230g)拌和20秒，得到沥青混合料。

性能测试

按照交通行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的测试方法，分别对70#基质石油沥青混合料以及上述 实施例中制备得到的沥青混合料进行高低温和水稳定性等性能测试。

测试结果见表3。

表3沥青混合料性能验证结果

从上述数据可知，实施例2、3、4制抗车辙剂产品在抗车辙、抗 水损坏、低温抗裂和抗老化等路用性能方面性能较好，可显着延长重 载交通、高温多雨地区沥青路面的使用寿命，本产品具有强大的抗车 辙能力。且经测算，本项目添加剂价格低廉，具有极大的性价比优势。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应 当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。对本领域技术人 员来说，从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，或 现有技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，都能实现本专利描述 的功能和效果，均属本专利保护范围。