一种高稳定、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法

摘要

本发明是涉及的是一种道路路面铺设材料，属于道路材料制造领域，尤其涉及一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法。包括橡胶沥青、矿粉和集料，其中混合料的配比为：橡胶沥青5.5~6.5%、集料89.5~92.5%、矿粉1~4%。所述橡胶沥青成分包括基质沥青、橡胶粉和稳定剂，配比为：基质沥青73.5~80.5%、橡胶粉18~25%，稳定剂0.5~1.5%。1）将废旧橡胶制成橡胶粉；2）将基质沥青按放入沥青储罐，加温搅拌，将橡胶粉添加到基质沥青中，通过泵送将橡胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，成品橡胶沥青后，添加稳定剂材料，制成橡胶沥青；3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐；4）沥青拌和楼将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合均匀制备成沥青混合料。

说明书

技术领域

本发明是涉及的是一种道路路面铺设材料，属于道路材料制造领域，尤其涉及一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法。

背景技术

橡胶沥青现代意义上的应用开始于上世纪40年代的美国。在上世纪60年代以后，美国、瑞典、英国等国家先后开展了橡胶沥青和橡胶沥青混凝土的应用研究。我国对橡胶改性沥青应用于公路的研究始于20世纪80年代。橡胶沥青是指先将废旧轮胎破碎加工成为胶粉，再按一定的级配进行组合，同时添加一些改性剂，并在充分拌合的高温条件下（180℃以上），与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。与一般的沥青相比，橡胶沥青具有以下特点：1、具有优秀的弹性和变形能力，尤其适用于对抗疲劳性能要求较高的工程环境；2、针入度减小，软化点提高，粘度增大。沥青的高温稳定性提高，对高温下车辙、推挤现象有明显改善；3、增强粘附性。石料表面粘附的橡胶沥青膜厚度增加，可提高沥青路面抗水损害性能，延长公路寿命；4、减少和消除废轮胎的“黑色污染”，注重环保的同时又重复利用了资源。但橡胶沥青存在如下问题：1）性能不稳定。橡胶沥青生产加工过程中，胶粉与基质沥青将发生化学与物理的双重作用，影响因素较多，性能易衰变。2）易离析。橡胶沥青贮存过程中，胶粉容易沉淀，橡胶沥青产生离析，同时堵塞管道，影响施工。3）加工温度高。由于橡胶沥青粘度较大，摊铺温度和碾压温度要求较高。4）混合料设计困难。由于橡胶沥青中胶粉尺寸变化，导致混合料设计困难。5）油石比大，造价高。这些导致对橡胶沥青混合料的生产和现场施工提出了更高的要求。为了解决上述问题，必须找到一种高稳定、高相容橡胶沥青的制备方法，并得到合理的橡胶沥青混合料结构。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法。

一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料及其制备方法是采取以下技术方案实现的：

一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料包括橡胶沥青、矿粉和集料，该混合料的组分质量百分配比为：橡胶沥青5.5~6.5%、 集料89.5~92.5%、矿粉1~4%。

所述橡胶沥青成分包括基质沥青、橡胶粉和稳定剂，其中各成分的质量百分配比为：基质沥青73.5~80.5%、橡胶粉18~25%，稳定剂0.1~1.5%。

所述稳定剂选用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、接枝三元乙丙橡胶中的一种或混合物。

橡胶沥青的性质见表1。所述的基质沥青为满足交通部JTG2004规范的沥青，所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1.。

所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型或线型结构。所用接枝三元乙丙橡胶为回收乙丙橡胶接枝料。

表1 橡胶沥青试验检测结果

试验项目单位试验数值技术要求试验方法针入度25℃，100g，5s0.1mm54.4>25T0604-2000软化点T_R&B℃83.5>54T0606-2000运动粘度177 ℃Pa·s2.0501.5~4T0625-2000弹性恢复25℃%76>60T0662-2000相对密度/1.062/T0603-1993

所述集料为玄武岩，所述矿粉为市售矿粉。集料及矿粉的技术参数见表2。

表2 集料(玄武岩)和矿粉试验结果

一种高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料制备方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度为20~80目； 

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将橡胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将橡胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将橡胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按混合料的组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合均匀制备成沥青混合料，便得到该高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

传统的橡胶沥青的生产方式为现场法生产，采用的橡胶粉细度为20~40目，混熔的方法是搅拌与高速剪切，可以提高橡胶粉与基质沥青的混熔，但解决不了胶粉颗粒较大而引起的离析与沉淀现象，在《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》中要求橡胶沥青在24h内使用完毕，超过24h后橡胶沥青的离析达到2℃以上（改性沥青离析技术要求为不大于2.5℃）。而本发明橡胶沥青在生产中采用胶体磨将胶粉磨细后与沥青混熔，并且辅之以稳定剂等材料，使得沥青储存中离析现象大大减小，成品橡胶沥青在储存7天后离析依然能控制在2℃以内，称为高稳定性和高相容性。这样对于现场施工组织更加简单，可以合理安排沥青混合料的生产时间。

通过以上方法生产的高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料，还具备以下优点：1、优异的水稳定性、高温抗变形性能与低温抗开裂性能；2、大幅度提高路面降噪性能和行车舒适性；3、明显改善橡胶沥青的稳定度与相容性，从而为实现混合料工厂化生产提供条件。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

混合料配比为：橡胶沥青5.5%、集料92.5%、矿粉2%。混合料的级配如下表所示。

表1-1混合料级配范围

表1-2橡胶沥青混合料体积性质

本例中，橡胶沥青混合料的配置方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度控制在20~80目；所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1.；

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和接枝三元乙丙橡胶，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；所述基质沥青、橡胶粉和稳定剂的质量百分配比为：基质沥青73.5%、橡胶粉25%，稳定剂1.5%； 

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按上述混合料组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合制备成沥青混合料，便得到该高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

 

嵌挤密实橡胶沥青混合料性能试验

水稳定性检验

本发明分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂试验方法进行沥青混合料的水稳定性评价。

从下表中可看出该混合料水稳定性结果良好，满足技术要求。

表1-3  浸水马歇尔稳定度试验结果

表1-4  AASHTO T283试验结果

高温稳定性检验

①车辙试验

在60℃，0.7MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表1-5。

表1-5  车辙试验动稳定度

②模量试验

动态模量试验采用SPT试验机，根据NCHRP9-29进行不同温度、围压条件下，采用应变控制85με~115με进行加载，最终得出不同条件下的模量值，一般用来拟合车辙预估模型。

在10Hz的频率下，进行动模量的测试，详细结果见表1-6。

 

表1-6 动态模量试验结果表(频率10Hz)

低温性能检验

采用低温小梁弯曲的方法对橡胶沥青混合料的低温性能进行评价，试验结果见表1-7，远超过规范中对于2500（με）破坏应变的要求，橡胶沥青混合料的低温性能满足技术要求。

表1-7  小梁弯曲试验结果

疲劳性能检验

采用COOPER试验机对混合料进行疲劳性能进行试验评价，试验结果见表1-8。

表1-8 四点疲劳梁试验结果表

实施例2

混合料配比为：橡胶沥青6.5%、集料92.5%：矿粉1%。混合料的级配如下表所示。

表2-1混合料级配范围

表2-2橡胶沥青混合料体积性质

本例中的橡胶沥青混合料的配置方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度为20~80目；所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1.； 

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；所述基质沥青、橡胶粉和稳定剂的质量百分配比为：基质沥青80.5%、橡胶粉18%，稳定剂1.5%； 

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按上述混合料组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合制备成沥青混合料，便得到该高稳定性和高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

 

嵌挤密实橡胶沥青混合料性能试验

水稳定性检验

本发明分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂试验方法进行沥青混合料的水稳定性评价。

从下表中可看出该混合料水稳定性结果良好，满足技术要求。

表2-3  浸水马歇尔稳定度试验结果

表2-4  AASHTO T283试验结果

高温稳定性检验

①车辙试验

在60℃，0.7MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表2-5。

表2-5  车辙试验动稳定度

②模量试验

动态模量试验采用SPT试验机，根据NCHRP9-29进行不同温度、围压条件下，采用应变控制85με~115με进行加载，最终得出不同条件下的模量值，一般用来拟合车辙预估模型。

在10Hz的频率下，进行动模量的测试，详细结果见表2-6。

表2-6 动态模量试验结果表(频率10Hz)

低温性能检验

采用低温小梁弯曲的方法对橡胶沥青混合料的低温性能进行评价，试验结果见表2-7，远超过规范中对于2500（με）破坏应变的要求，橡胶沥青混合料的低温性能满足技术要求。

表2-7  小梁弯曲试验结果

疲劳性能检验

采用COOPER试验机对混合料进行疲劳性能进行试验评价，试验结果见表2-8。

表2-8 四点疲劳梁试验结果表

实施例3

混合料配比为：橡胶沥青6. %、集料91%、矿粉4%。混合料的级配如下表所示。

表3-1混合料级配范围

表3-2橡胶沥青混合料体积性质

本例中的橡胶沥青混合料的配置方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度为20~80目；所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1.。 

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料接枝三元乙丙橡胶，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；所述基质沥青、橡胶粉和稳定剂的质量百分配比为：基质沥青77.9%、橡胶粉22%，稳定剂0.1%； 

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按上述混合料组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合制备成沥青混合料，便得到该高稳定性、高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

 

嵌挤密实橡胶沥青混合料性能试验

水稳定性检验

本发明分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂试验方法进行沥青混合料的水稳定性评价。

从下表中可看出该混合料水稳定性结果良好，满足技术要求。

表3-3  浸水马歇尔稳定度试验结果

表3-4  AASHTO T283试验结果

高温稳定性检验

①车辙试验

在60℃，0.7MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表3-5。

 

表3-5  车辙试验动稳定度

②模量试验

动态模量试验采用SPT试验机，根据NCHRP9-29进行不同温度、围压条件下，采用应变控制85με~115με进行加载，最终得出不同条件下的模量值，一般用来拟合车辙预估模型。

在10Hz的频率下，进行动模量的测试，详细结果见表3-6。

 

表3-6 动态模量试验结果表(频率10Hz)

低温性能检验

采用低温小梁弯曲的方法对橡胶沥青混合料的低温性能进行评价，试验结果见表3-7，远超过规范中对于2500（με）破坏应变的要求，橡胶沥青混合料的低温性能满足技术要求。

表3-7  小梁弯曲试验结果

疲劳性能检验

采用COOPER试验机对混合料进行疲劳性能进行试验评价，试验结果见表3-8。

表3-8 四点疲劳梁试验结果表

实施例4

混合料配比为：橡胶沥青6.5%、集料89.5%、矿粉4%。混合料的级配如下表所示。

表4-1混合料级配范围

表4-2橡胶沥青混合料体积性质

本例中的橡胶沥青混合料的配置方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度为20~80目；所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1； 

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和接枝三元乙丙橡胶，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；所述基质沥青、橡胶粉和稳定剂的质量百分配比为：基质沥青76%、橡胶粉23%，稳定剂1%； 

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按上述混合料组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合制备成沥青混合料，便得到该高稳定性和高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

 

嵌挤密实橡胶沥青混合料性能试验

水稳定性检验

本发明分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂试验方法进行沥青混合料的水稳定性评价。

从下表中可看出该混合料水稳定性结果良好，满足技术要求。

 

表4-3  浸水马歇尔稳定度试验结果

表4-4  AASHTO T283试验结果

高温稳定性检验

①车辙试验

在60℃，0.7MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表4-5。

表4-5  车辙试验动稳定度

②模量试验

动态模量试验采用SPT试验机，根据NCHRP9-29进行不同温度、围压条件下，采用应变控制85με—115με进行加载，最终得出不同条件下的模量值，一般用来拟合车辙预估模型。

在10Hz的频率下，进行动模量的测试，详细结果见表4-6。

 

表4-6 动态模量试验结果表(频率10Hz)

低温性能检验

采用低温小梁弯曲的方法对橡胶沥青混合料的低温性能进行评价，试验结果见表4-7，远超过规范中对于2500（με）破坏应变的要求，橡胶沥青混合料的低温性能满足技术要求。

表4-7  小梁弯曲试验结果

疲劳性能检验

采用COOPER试验机对混合料进行疲劳性能进行试验评价，试验结果见表4-8。

表4-8 四点疲劳梁试验结果表

实施例5

混合料质量百分配比为：橡胶沥青5.5%、集料92.5%、矿粉2%。混合料的级配如下表所示。

表5-1混合料级配范围

表5-2橡胶沥青混合料体积性质

本例中的橡胶沥青混合料的配置方法包括如下步骤：

1）将废旧橡胶中的杂质除去，进行机械破碎，制成橡胶粉颗粒，颗粒细度为20~80目；所述橡胶粉为卡车胎和轿车胎常温法磨制胶粉，该橡胶粉目数为20~80目，卡车胎和轿车胎粉的质量配比为1：1.； 

2）将基质沥青按质量百分配比放入沥青储罐（30~100吨），加温搅拌，将胶粉按质量百分配比一起添加到温度为176℃～226℃的基质沥青中，通过泵送将胶粉与沥青的混合材料打入胶体磨，利用胶体磨将胶粉磨细后均匀地储在基质沥青中，经过胶体磨的橡胶沥青打入另一沥青储罐（30~100吨）。为使橡胶粉与基质沥青等密度存在，保持橡胶沥青的高稳定性与高相容性，上述过程需要经过3~4遍，即需要经过3~4道胶体磨，最终胶粉细度从最初的20~80目制备成100~180目的成品橡胶沥青后，按质量百分配比添加稳定剂材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，进一步提高橡胶沥青的高稳定性与高相容性，最后制成橡胶沥青；所述基质沥青、橡胶粉和稳定剂的质量百分配比为：基质沥青79.2%、橡胶粉20%，稳定剂0.8%； 

3）制成的橡胶沥青经过运输至工地现场后，加入沥青拌和楼的沥青储罐（50~150吨），存放时间在15天以内；

4）沥青拌和楼按上述混合料组分质量百分配比，将集料、矿粉与橡胶沥青拌混合制备成沥青混合料，便得到该高稳定性和高相容性的嵌挤密实橡胶沥青混合料。

 

嵌挤密实橡胶沥青混合料性能试验

水稳定性检验

本发明分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂试验方法进行沥青混合料的水稳定性评价。

从下表中可看出该混合料水稳定性结果良好，满足技术要求。

表5-3  浸水马歇尔稳定度试验结果

表5-4  AASHTO T283试验结果

高温稳定性检验

①车辙试验

在60℃，0.7MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表5-5。

表5-5  车辙试验动稳定度

②模量试验

动态模量试验采用SPT试验机，根据NCHRP9-29进行不同温度、围压条件下，采用应变控制85με~115με进行加载，最终得出不同条件下的模量值，一般用来拟合车辙预估模型。

在10Hz的频率下，进行动模量的测试，详细结果见表5-6。

 

表5-6 动态模量试验结果表(频率10Hz)

低温性能检验

采用低温小梁弯曲的方法对橡胶沥青混合料的低温性能进行评价，试验结果见表5-7，远超过规范中对于2500（με）破坏应变的要求，橡胶沥青混合料的低温性能满足技术要求。

表5-7  小梁弯曲试验结果

疲劳性能检验

采用COOPER试验机对混合料进行疲劳性能进行试验评价，试验结果见表5-8。

表5-8 四点疲劳梁试验结果表