[发明专利]一种沥青改性剂、改性沥青以及沥青混合料

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种适用于钢桥面铺装的高粘高弹沥青改性剂，以及应用该改性剂制得改性沥青和沥青混合料。

背景技术

沥青钢桥面铺装结构是一种铺筑在钢桥面板上的薄层沥青路面（通常在5-10cm），其质量的好坏对于桥梁在建成营运期间的行车安全性、舒适性以及美观性等方面都起着至关重要的作用。

钢桥面铺装结构所处的温度及荷载环境相比一般路面复杂的多，主要有以下几点：一、温度场更加严苛：由于钢箱梁具有良好的温度传导性，易受到外界温度变化影响，致使其冬季极端温度下可达-10℃以下，夏季高温钢箱梁顶面钢板达70℃以上，且温度变化梯度较大，因此对铺装层材料的高低温性能、抗温度疲劳性能提出更高要求。二、所处荷载应力复杂：钢箱梁本身振动幅度变形较大，且变形复杂，要求铺装层与钢板具有良好的追从变形能力，能承受反复振动荷载作用而不产生应力疲劳破坏；同时随着重载、超载现象严重，使钢桥面铺装层受力和变形比公路路面或机场道面复杂得多，加之极端温度的共同作用，使钢桥面铺装层极易出现车辙、坑槽、裂缝等早期病害。因此，钢桥面铺装除需要满足普通沥青路面的基本要求外，还必须具有足够的强度和适当的刚度、良好的抗疲劳性能、较高的高温稳定性、良好的抗裂性能、抗剪能力及较好的变形随从性。

目前所用的桥面铺装层沥青胶结料多采环氧沥青，或者用橡胶粉与SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）复合改性，或者采用岩沥青、湖沥青对道路石油沥青复合改性。环氧沥青的优势是强度高变形小，但疲劳性能差，早期强度偏低，施工工艺复杂，工程养护周期较长，造价昂贵。而其他的改性沥青疲劳性能优于环氧沥青，施工工艺简单，但很难适应桥面的特殊温度及受力环境，刚性、弹性、韧性、变形随从性显著不足，沥青60℃动力粘度较小，使其沥青混合料在重力荷载作用下易出现车辙，在界面剪应力作用下出现推移、拥抱，在温度差作用下钢板变形较大而混合料变形协从性较差易出现开裂，抗温度疲劳和荷载疲劳性能较差易产生开裂、脱落等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种沥青改性剂，并且应用该改性剂制得改性沥青和沥青混合料，应用该改性剂制得的改性沥青60℃动力粘度可达300000Pa.s以上，性能分级达PG88-28；沥青混合料具有良好水稳定性，较高的动态模量，较高的车辙动稳定度及低温破坏应变，可以抵御钢桥面复杂的力学及温度环境。

本发明所述的沥青改性剂，按重量份计，其原料组成为：废旧轮胎胶粉3-10份，聚乙烯废弃物3-10份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯树脂1-5份，溶剂油5-10份，醇醚羧酸盐界面剂0.3-0.7份。 

其中，废旧轮胎胶粉是将废旧轮胎粉中的子午线钢丝以及纤维去除后常温粉碎获得的。废旧轮胎胶粉的化学本质决定其具有良好的沥青改性功能，其中的天然橡胶、合成橡胶使沥青具有宽广的弹性温度工作区间，炭黑及少量的氧化钙使沥青具有良好的抗老化和耐磨性，因此废旧轮胎胶粉在提高沥青低温柔性、改善沥青抗疲劳特性方面具有优异的效果，但其对沥青的高温性能改善不明显，单独与沥青作用时与沥青的相容性较差，致使沥青存储稳定性较差。废旧轮胎胶粉用量过大，其在沥青中不能充分溶胀，使改性沥青的粘度过大，影响沥青的施工和易性；用量过小，不具有明显的改性效果，对沥青的低温柔性及抗疲劳特性改善不明显，因此需要控制其用量在3-10份。

聚乙烯废弃物以废旧塑料为原料，也就是俗称的“白色垃圾”为原始材料，高温熔融，采用螺杆机挤出造粒得到。这种材料对沥青的高温稳定性有明显的改善，用于改善沥青的高温抗车辙能力，显著提高沥青的60℃动力粘度。采用电子显微镜研究聚乙烯改性沥青，可发现有絮状的发丝状的联结，有一些柔顺卷曲的聚乙烯支链相互结合，形成交联网状结构，并裹复沥青折叠交联在一起，形成立体的网状结构，因而扩大了沥青的粘弹性范围，约束了沥青在外力作用下的流动性，由此提高沥青在高温状态下的粘度和抗流动变形能力。但是单独作用，与沥青的相容性较差，其掺量过大对沥青的低温性能损伤较大，因此其用量需要限定在一定范围，发明人经过多次实验发现其用量为3-10份时制得的改性剂效果较好。综合上述对于废旧轮胎胶粉单独与沥青作用时的效果描述，若聚乙烯废弃物与废旧轮胎胶粉复合，则具有协同效应，改善两者在沥青中的相容性，共同改善沥青的高低温性能。发明人经过多次实验发现当聚乙烯废弃物为3-10份时，废旧轮胎胶粉也为3-10份，两者的协同作用较好，尤其是两者的用量比为1:1时，效果最佳。