專利名稱：一種原位接枝改性制備道路瀝青混凝土抗車轍劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路浙青混凝土添加劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及道路浙青混凝土抗車轍劑的原位接枝改性制備方法。
背景技術(shù)：
車轍災(zāi)害是國內(nèi)外浙青混凝土路面早期破壞的主要因素之一。20世紀(jì)60 70年代，美國的調(diào)查表明在州際和主要公路上車轍所致的路面損害約占70%，80年代日本的調(diào)查表明，由車轍所引起的路面損害高達(dá)80%。在我國，由于缺乏修建高等級公路用的高質(zhì)量重交通道路浙青，有些工程不得不采用性能不好的普通多蠟質(zhì)浙青修建；或即使使用了國產(chǎn)或進(jìn)口的重交通道路浙青，但某些路段由于交通量過大、運(yùn)輸超載嚴(yán)重，或者氣候條件惡劣等因素，使得車轍已成為我國浙青路面潛在的最嚴(yán)重的破壞形式之一。浙青混凝土路面車轍主要包括(1)磨耗型車轍，產(chǎn)生的原因是在交通車輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損、面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落；在冬季路面鋪撒防滑料(如砂)時，磨損型車轍會加速發(fā)展。(2)結(jié)構(gòu)型車轍，產(chǎn)生的主要原因是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強(qiáng)度不足，在交通荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生向下的永久變形，作用或反射于路面。失穩(wěn)型車轍，絕大多數(shù)車轍是由于在交通荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的作用下，路面層材料失穩(wěn)，凹陷和橫向位移形成的。(4)壓密型車轍，產(chǎn)生原因是由于施工時碾壓不足，開放交通后被車輛壓密而形成車轍。壓密型車轍可以通過控制路面施工質(zhì)量而改進(jìn)，其它三種類型的車轍均可以添加外加抗車轍劑來預(yù)防。目前國際、國內(nèi)市場上的抗車轍劑產(chǎn)品主要有法國PRI公司的ra PLASTS、德國巴賽爾集團(tuán)的DUR0FLEX、殼牌浙青公司的SEAM、深圳海川工程科技有限公司與歐洲大型筑路公司共同研發(fā)的RAD SPUNRIE車轍王等。目前這些抗車轍劑的價格均較昂貴，而且產(chǎn)量有限，不能滿足國內(nèi)日益增長的需求。西安高遠(yuǎn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司的徐培華等人將高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、石油浙青、硅藻土等采用單螺桿擠出機(jī)共混制得了性能優(yōu)良的抗車轍外加劑(中國專利CN1887951A)。四川省成綿(樂)高速公路建設(shè)指揮部、交通部公路科學(xué)研究院、武漢理工大學(xué)等單位也開展了相關(guān)的研究工作。從改善浙青混凝土抗車轍性能的機(jī)理看，抗車轍劑可設(shè)計(jì)為嵌擠、彈性恢復(fù)和增容作用，從而改善浙青混合料的高溫穩(wěn)定性。針對其作用機(jī)理，抗車轍劑應(yīng)滿足以下要求 (1)具有較小的粒徑；( 具有一定的彈性；C3)比道路浙青有更高的熱穩(wěn)定性；(4)與道路浙青有較好的相容性；(5)與道路浙青混凝土集料有較好的相容性；(6)在滿足上述五個條件下，盡可能降低抗車轍劑的原料成本。以聚烯烴作為主體原料，可以滿足以上⑵ ⑷ 的條件。由于聚烯烴材料易于加工和成型，其粒徑可自由控制。將聚烯烴進(jìn)行功能化，賦予聚烯烴極性，其表面活性基團(tuán)能夠提高其與道路浙青混凝土中極性集料的粘附性能，改善浙青在集料表面的吸附，提高浙青混凝土的強(qiáng)度。在道路浙青混凝土抗車轍劑組分中添加少量的浙青、礦物填料等能進(jìn)一步提高抗車轍劑的綜合性能。本發(fā)明人曾將馬來酸酐接枝改性聚烯烴、聚烯烴、無機(jī)礦物填充料和浙青充分混合后，通過熔融共混的方法制備了性能優(yōu)良的道路浙青混凝土抗車轍劑(中國專利CN101955335A)。這種方法需事先制備好馬來酸酐接枝改性的聚烯烴。熔融接枝聚合是通過反應(yīng)性擠出，在聚合物分子鏈上接枝極性官能團(tuán)、賦予產(chǎn)品一些特殊性能的聚合物改性方法，已在聚烯烴改性中得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，使其具有工藝簡單，且制得的道路浙青混凝土抗車轍劑能顯著提高浙青混凝土的抗車轍性能等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明提供的這種原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，包括以下步驟步驟一將聚烯烴、無機(jī)礦物填充料和浙青，與接枝改性單體和引發(fā)劑在常溫常壓下充分混合均勻，各物質(zhì)的用量為聚烯烴75 95wt%， 無機(jī)礦物填充料0 15wt %，浙青0 10wt%，接枝改性單體的用量為聚烯烴質(zhì)量的0. 5% 10%，引發(fā)劑的用量為聚烯烴質(zhì)量的0. 05% 5% ；步驟二將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，制得道路浙青混凝土抗車轍劑。上述方法所述的引發(fā)劑是過氧化物類聚合引發(fā)劑，具體可以是過氧化二異丙苯、 過氧化苯甲酸叔丁酯、氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化叔戊酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)己酯中的一種或幾種；所述的聚烯烴是聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的一種或幾種；所述的無機(jī)礦物填充料是微米碳酸鈣、納米碳酸鈣、滑石粉、石英砂、硅石、玻璃微珠、高嶺土中的一種或幾種；所述的浙青是巖浙青、湖浙青中的一種或兩種；所述的接枝改性單體是c2_8羧酸酯、C2_8羧酸酐、C2,烯烴中的一種或幾種，其中(:2-8羧酸酯具體可以是甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯和/或丙烯酸甲酯，c2-8羧酸酐具體可以是馬來酸酐，CV1。烯烴具體可以是苯乙烯。上述方法步驟二中所述的將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出的具體方法是將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，在180 230°C和30 IOOrpm的螺桿轉(zhuǎn)速下熔融擠出。如果需要，可將螺桿擠出機(jī)中熔融擠出擠的產(chǎn)物經(jīng)過切粒機(jī)造粒，于60 180°C 干燥，制得粒狀道路浙青混凝土抗車轍劑。本發(fā)明將熔融接枝方法應(yīng)用于道路浙青混凝土抗車轍劑的制備，在各種原料熔融共混過程中，實(shí)現(xiàn)聚烯烴的原位接枝改性。這種方法能簡化制備工序、降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的制備方法制得的道路浙青混凝土抗車轍劑，能顯著提高浙青混凝土的抗車轍性能。將由本發(fā)明方法所制得的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑與浙青、集料和礦料，采用《公路浙青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中的AC-13型級配，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 052-2000)標(biāo)準(zhǔn)中的《浙青混合料試件制作方法》(T0719-1993)標(biāo)準(zhǔn)，采用輪碾法制成長300mm、寬300mm、厚50mm的浙青混合料試件，由本發(fā)明方法所制得的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑的添加量為0.4% (占浙青混合料的質(zhì)量分率)，油石比為5. 3%。浙青混合料試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 052-2000)標(biāo)準(zhǔn)中的《浙青混合料車轍試驗(yàn)》(T0719-199;3)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行動穩(wěn)定度 (產(chǎn)生Imm變形的行走次數(shù))測定，用于衡量上述浙青混合試件的抗車轍性能。試驗(yàn)溫度 60°C、輪壓0. 7MPa、試驗(yàn)輪往返碾壓速率42次/min，試驗(yàn)開始后在45min 60min時間范圍內(nèi)按照公式(1)計(jì)算動穩(wěn)定度。同一浙青混合料至少平行試驗(yàn)3個試件，當(dāng)3個試件動穩(wěn)定度變異系數(shù)小于20 %時，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)變異系數(shù)大于20 %時，追加試驗(yàn)次數(shù)。 DS= , ’ (!)
ιλ 2 C^i式中DS表示浙青混合料的動穩(wěn)定度(次/mm)；t2表示試驗(yàn)開始后60min，或試件變形達(dá)到25mm的時間；ti表示試驗(yàn)開始后45min，或t2前15min ；Cl1表示對應(yīng)于時間、的變形量(mm)；d2表示對應(yīng)于時間t2的變形量(mm)；N表示試驗(yàn)輪往返碾壓速度(次/mm)。表1為由本發(fā)明方法所制備的不同類型的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑的組分質(zhì)量配比，及添加由相應(yīng)組分制得的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑后浙青混合料試件的動穩(wěn)定度結(jié)果。為考察原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑對浙青混合料試件的動穩(wěn)定度的影響，制備了未添加道路浙青混凝土抗車轍劑的浙青混合料試件對比樣，并測得對比樣的動穩(wěn)定度為> 1600次/mm。對比樣除了未添加道路浙青混凝土抗車轍劑外，其制備方法與條件、試件的動穩(wěn)定度測試方法與條件均與添加了由本發(fā)明方法所制備的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑的浙青混合料試件相同。表1中的1 7組實(shí)驗(yàn)為本發(fā)明方法實(shí)施例1 7所述的原位接枝改性方法制備道路浙青混凝土抗車轍劑中各組分配比，以及添加相應(yīng)組分制得的抗車轍劑后浙青混合料試件的動穩(wěn)定度。從表1可用看出，雖然未添加道路浙青混凝土抗車轍劑的道路浙青混凝土的動穩(wěn)定度僅為> 1600次/mm，但添加本發(fā)明方法所制備的原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑后，浙青混凝土的動穩(wěn)定度可達(dá)到大于10000次/mm，其抗車轍性能顯著提高。對比各組別實(shí)驗(yàn)的動穩(wěn)定度性能，可以看出由本發(fā)明方法所制備原位接枝改性道路浙青混凝土抗車轍劑組分中聚烯烴的種類、組分配比，以及接枝改性單體和引發(fā)劑的種類、用量對浙青混凝土的抗車轍性能影響比較大。表1 原位接枝改性方法制備道路浙青混凝土抗車轍劑中各組分配比及添加相應(yīng)組分制得的抗車轍劑后浙青混合料試件的動穩(wěn)定度
權(quán)利要求
1.一種原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，包括以下步驟步驟一將聚烯烴、無機(jī)礦物填充料和浙青，與接枝改性單體和引發(fā)劑在常溫常壓下充分混合均勻，各物質(zhì)的用量為聚烯烴75 95wt%，無機(jī)礦物填充料0 15wt%，浙青0 IOwt %，接枝改性單體的用量為聚烯烴質(zhì)量的0. 5% 10%，引發(fā)劑的用量為聚烯烴質(zhì)量的0. 05% 5% ；步驟二 將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，制得道路浙青混凝土抗車轍劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的引發(fā)劑是過氧化物類聚合引發(fā)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的過氧化物類聚合引發(fā)劑是過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酸叔丁酯、氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化叔戊酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)己酯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，步驟二中所述的將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出的具體方法是將步驟一得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，在180 230°C和30 IOOrpm的螺桿轉(zhuǎn)速下熔融擠出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，將螺桿擠出機(jī)中熔融擠出擠的產(chǎn)物經(jīng)過切粒機(jī)造粒，于60 180°C干燥，制得粒狀道路浙青混凝土抗車轍劑。
6.如權(quán)利要求1所述制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的聚烯烴是聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的無機(jī)礦物填充料是微米碳酸鈣、納米碳酸鈣、滑石粉、石英砂、硅石、玻璃微珠、高嶺土中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求1所述的原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的浙青是巖浙青、湖浙青中的一種或兩種。
9.如權(quán)利要求1所述的原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的接枝改性單體是c2-8羧酸酯、c2-8羧酸酐、C2,烯烴中的一種或幾種。
10.如權(quán)利要求9所述的原位接枝改性制備道路浙青混凝土抗車轍劑的方法，其特征在于，所述的C2_8羧酸酯具體可以是甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯和/或丙烯酸甲酯；所述的c2-8羧酸酐具體可以是馬來酸酐；所述的C2-K1烯烴具體可以是苯乙烯。
全文摘要
本發(fā)明屬于道路瀝青混凝土添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種原位接枝改性制備道路瀝青混凝土抗車轍劑的方法。首先將聚烯烴、無機(jī)礦物填充料、瀝青，與接枝改性單體、引發(fā)劑充分混合均勻，再將上述混合物加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，制得道路瀝青混凝土抗車轍劑，本發(fā)明方法制備的道路瀝青混凝土抗車轍劑能顯著提高瀝青混凝土的抗車轍性能。
文檔編號C04B24/36GK102250287SQ20111011904
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者周興平, 廖永貴, 曾繁滌, 解孝林 申請人:華中科技大學(xué)