[发明专利]用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂及其生产方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及路面材料领域，具体是用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂及其生产方法和用途。

背景技术

道路是社会的基础设施，在大多数人们出行和货物运输过程中发挥了纽带作用。全球超过80％的道路采用了沥青路面，沥青路面结构层能够吸收大部分交通重载产生的应力。重载交通、冲击力和施工不规范会缩短路面的使用寿命。国家每年需要花费数十亿经费修复或维护受损路面，延长沥青路面的使用寿命能够大大减少建设预算。沥青路面主要是按基底层、中间层、面层的顺序在路基上铺设铺路沥青混凝土(由沥青结合料、集料和填充料在高温下混合而成)，每铺一层都由压路机压实，直到完成路面铺设。在施工过程规范的情况下，沥青结合料和集料成为决定路面质量的重要原料。然而，由于集料的大小普遍统一，因此，集料的大小和等级并非关键性因素，而沥青结合料的变化较多，可能大大影响路面的质量。

沥青结合料的分子量相对较小，其物理特性劣于分子量较大的聚合物。因此，使用具有出色物理特性的聚合物树脂能够改善沥青结合料的性质，进而延长路面的使用寿命。用于此目的的聚合物添加剂称为改性剂，含改性剂的沥青结合料称为改性沥青结合料。然而，需要注意的是，基于使用的改性剂不同，沥青结合料的物理特性的改良程度也不尽相同。在通过添加改性剂或改性沥青结合料生产改性沥青混凝土混合料(改性ASCON)时，可以采用高温加热(160-170℃，热拌沥青，HMA)或中温加热(120-140℃，温拌沥青，WMA)两种生产方法。后者(温拌沥青生产法)较受欢迎，因为它具有减少环境污染、节约能源等特点。此外，对RAP(再生沥青路面)热拌再生沥青中加入新料的需求日益增加，以避免土地污染，节约工程费用。本发明属于改性RAP回收(或新)温拌沥青生产的技术领域，涵盖上述所有技术。

普遍而言，沥青路面的性能特征易受交通载荷的程度和季节温度变化的影响，这两项因素通常会造成沥青路面的车辙和疲劳开裂。即，在重载交通的情况下，低温(低于-10℃)可能会造成材料收缩进而导致硬度增加，沥青路面会出现不同的裂缝情况。高温(高于50℃)则会导致路面粘度下降，材料的剪切流会导致车辙的出现。受现代社会经济扩张的刺激，汽车、交通流量和重载卡车不断增加，上述路面问题持续加剧，大幅缩短了现有路面的使用寿命。因此，主要道路常用改性沥青路面来替代普通路面，以防止路面使用寿命缩短。在改性沥青路面的施工过程中，可将改性剂作为关键材料。改性剂通常由弹性材料(在冬季用于防止开裂)和粘度材料(在夏季用于防止车辙)构成，也可以是单一聚合物(如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、低密度聚乙烯(LDPE))等。

让我们回顾以往的聚合物改性剂技术。韩国专利2002-0344967采用硬沥青作为粘度增稠剂，用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯作为弹性增强剂；韩国专利2003-004579采用硬沥青作为粘度增稠剂，用碎橡胶作为弹性增强剂；韩国专利10-0669079采用沥青岩粉末和聚乙烯(PE)粉末作为粘度增稠剂，用碎橡胶作为弹性增强剂。硬沥青(一种高粘度液体)和沥青岩(固体粉末)是产于美国犹他州东北部的天然材料。两种材料均采用沥青质作为主要成分，具有刚性和硬度较大的特点。由于硬度较大，这些材料也可能在早期导致路面开裂。因此，与其他更佳的粘度增稠剂相比，2002-034496和2003-004579中使用的粘度增稠剂——硬沥青并不是路面性能方面的理想之选。为了解决上述脆性问题，韩国专利10-2007-00669079中加入了聚乙烯(PE，一种通用聚合物)。PE的增加会降低脆性，导致集料粘着力不足，这是由于PE分子中不含有可提高粘着力的官能团。

韩国专利10-2003-005537采用环氧树脂和石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶作为弹性增强剂；韩国专利10-2003-006911采用石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶作为弹性增强剂。由于环氧树脂和石油树脂也具有较强的脆性，也表现出早期路面开裂的缺点，因此，含有这些化合物的改性剂并不理想。此外，环氧树脂的价格较高。

韩国专利10-2005-0076461仅采用废旧PE膜作为粘度增稠剂，未使用弹性增强剂。即使废旧PE膜的成本低廉，但如上所述，它并不是理想的粘度增稠剂。废旧PE膜毫无弹性，很容易在冬季造成路面开裂。

韩国专利10-2001-0037903采用芳香族石油树脂作为粘度增稠剂，SBS和橡胶作为弹性增强剂，另外加入芳香族工艺油和抗氧化剂。即使这样，由于石油树脂的脆性较强，它依然不是粘度增稠剂的理想之选。