一种路强剂及含有该路强剂的沥青混合物
阅读说明：本技术 一种路强剂及含有该路强剂的沥青混合物 (Road strength agent and asphalt mixture containing same ) 是由 胡丽丽 龙泽高 于 2021-11-03 设计创作，主要内容包括：一种路强剂,其由以下重量份数的组分制备而成：高密度聚乙烯25～50份,白炭黑10～20份,纳米碳酸钙2～10份,橡胶粉5～10份,离子液体0.1～0.5份,石墨烯0.1～0.5份,蜡类增塑剂5～15份,烷基磷酸酯0.5～2份。该路强剂能够提高沥青混合料的水稳性能及低温抗开裂性等性能,同时能够显著提高沥青混合料的高温抗车辙能力。在使用方式上,该路强剂使用相当简单,在施工过程中可以直接投放,稳定性良好。(The road strength agent is prepared from the following components in parts by weight: 25-50 parts of high-density polyethylene, 10-20 parts of white carbon black, 2-10 parts of nano calcium carbonate, 5-10 parts of rubber powder, 0.1-0.5 part of ionic liquid, 0.1-0.5 part of graphene, 5-15 parts of wax plasticizer and 0.5-2 parts of alkyl phosphate. The road strength agent can improve the water stability, low-temperature cracking resistance and other properties of the asphalt mixture, and can also obviously improve the high-temperature anti-rutting capability of the asphalt mixture. In the use mode, the road strengthening agent is quite simple to use, can be directly put in the construction process, and is good in stability.)
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种路强剂及含有该路强剂的沥青混合物。
背景技术
近年来，随着经济的发展及社会的进步，公路建设急速发展。在我国的沥青道路上，越来越多的病害开始出现。而这些病害的种类繁多，如某些路段会由于温度较低而出现开裂的情况，有的路段会出现较明显的车辙，还有不容忽视的疲劳和溢油等现象。
路桥病害不管是对行车安全以及道路的使用年限方面还是路面后期保养等都有着较大的影响，不仅会对路面正常行驶的车辆带来一定的威胁，其次是连锁效应，当某一种病害出现时，其他病害也随之而来，后期的保养和维修难度会直线上升。
因此，开发一种能和沥青能更好的结合，即相容性好，同时具有较高强度，抗车辙性能的路强剂，对道路建设具有非常重要的作用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的道路病害问题，本发明的目的在于提供一种路强剂及含有该路强剂的沥青混合物。
本发明提供一种路强剂，其由以下重量份数的组分制备而成：
以及，提供上述路强的制备方法，其包括如下步骤：
按照上述路强剂的重量分数称取各组分；
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂、烷基磷酸酯与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。
进一步，本发明还提供一种含有该路强剂的沥青混合物，所述沥青混合料包括上述路强剂、矿料和基质沥青；其中，所述路强剂、矿料、基质沥青的重量比为0.05～2∶93～97∶2～6。
本发明实施例提供的路强剂，解决了现有路强剂成本高、相容性差、分散性差、强度低等问题，充分发挥各组分的优异性能，获得了一种造价适中、强度高、耐冲击性能优良，耐久性好，并且制备工艺简单，操作方便的路强剂，适合交通条件恶劣的桥隧路面，具有明显的经济性和技术质量可靠性。
具体实施方式
本发明的前述和进一步的特征将从以下仅示例性地提供的优选实施例的描述中体现出来。但是应当理解，这些具体实施例只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是用于限制本发明。
本发明实施例提供一种路强剂，其由以下重量份数的组分制备而成：
所述高密度聚乙烯(HDPE)为挤出级高密度聚乙烯。高密度聚乙烯能够显著的提升沥青混合料的高温性能，同时，HDPE与沥青的相容性较其他聚合物更好，能够弥补路强剂在直投过程中由于相容性问题导致的拌和时间增加、需要提高拌合温度等缺陷。此外，由于HDPE的分子结构特性，较容易与芳香组分混溶，通过添加离子液体，利用离子液体和石墨烯的作用，再与高密度聚氯乙烯混合，会更容易在沥青分子中形成牢固的三维网络结构，减少路强剂的用量。优选地，所述高密度聚乙烯为30～40份。
所述白炭黑优选为沉淀白炭黑，白炭黑能够改善沥青的高温、低温和抗老化性能。
所述纳米碳酸钙能够提高抗老化性能，与白炭黑以及石墨烯的配合下，能够显著提高路面抗车辙性能。优选地，所述纳米碳酸钙为3～5份，适宜的添加量不会对沥青混合料的其他性能(例如水稳性能，低温抗开裂性)造成损害，还会使沥青混合料的高温抗车辙能力显著提升。
所述橡胶粉为粒径20～40目的橡胶粉，离子液体与石墨烯复合后可以增加沥青与橡胶粉界面相容性，增强橡胶粉吸收溶胀过程中对沥青分子吸收的选择性，增强改性沥青与骨料的相互作用，使路强剂与基质沥青、矿物均匀复合，保证沥青混合料的均匀度和一致性。
优选地，所述离子液体为咪唑类离子液体和/或季胺类离子液体，所述咪唑类离子液体的阳离子结构为R1，R2，为相同或者不同的CnH2n+1，1≤n≤20；所述季胺类离子液体的阳离子为[N2221]+、[N4441]+和[N4444]+种的至少一种，如下图所示。进一步，所述季铵离子液体的阳离子优选为[N4441]+和[N4444]+，离子液体中长的碳氢链和胺族与集料表面和部分碳氢反应直接生成结合物，在亲水集料和憎水沥青表面充当一个“桥梁”，保证了它们之间的强结合力，在一定程度上起到了抗剥落剂的作用，同时相对于市售很多抗剥落剂，由于是离子液体，所以热稳定性更高。
进一步，所述离子液体的阴离子选自BF4 -、PF6 -、HCOO-、CH3COO-、C2H5COO-、C6H5COO-、HOCH2COO-、HSO4 -、CH3SO3 -、H2PO4 -、(CH3O)2PO2 -中的至少一种。更优选地，所述2≤n≤6，所述阴离子选自HCOO-、CH3COO-、C2H5COO-、C6H5COO-、HOCH2COO-、H2PO4 -、(CH3O)2PO2 -中的至少一种。
所述石墨烯优选为氧化石墨烯，尺寸大于500nm。
所述蜡类增塑剂与离子液体复合石墨烯可以起到一加一大于二的作用，能够显著提高高温抗车辙能力，且同时兼顾低温抗裂特性。
所述烷基磷酸酯具有抗剥落效果，优选地，所述烷基磷酸酯的碳链长度大于12，更优选地，所述脂肪族胺的碳链长度大于12小于20，其与离子液体协同作用，少量添加便可以具有良好的抗剥落效果，且具有耐长期老化的性能。
本发明实施例还提供上述路强剂的制备方法，其包括如下步骤：
按照上述路强剂的重量分数称取各组分；
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂、烷基磷酸酯与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。
优选地，所述双螺杆挤出机进料口温度为110℃～130℃，熔融阶段温度为135℃～140℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
进一步，本发明还提供一种含有该路强剂的沥青混合物，所述沥青混合料包括上述路强剂、矿料和基质沥青；其中，所述路强剂、矿料、基质沥青的重量比为0.05～2∶93～97∶2～6。
本发明实施例提供的路强剂不仅能够显著提高沥青混合料的高温抗车辙能力，在沥青混合料最佳油石比确定时不会因掺入抗车辙剂而发生改变，同时会提高沥青混合料的水稳性能及低温抗开裂性。在使用方式上，路强剂的使用相当简单，在施工过程中可以直接投放，稳定性良好。与普通沥青混合料相比，加入路强剂后，高温抗车辙能力提高三倍以上，改善沥青的极性，同时提高沥青与集料之间的物理化学吸附性。
以下参考实施例说明本发明的路强剂的制备方法和有益效果。
实施例1：
按照以下重量组分称取原料：
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。所述双螺杆挤出机进料口温度为120℃，熔融阶段温度为135℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
实施例2：
按照以下重量组分称取原料：
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。所述双螺杆挤出机进料口温度为120℃，熔融阶段温度为135℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
实施例3：
按照以下重量组分称取原料：
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。所述双螺杆挤出机进料口温度为120℃，熔融阶段温度为135℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
实施例4：
按照以下重量组分称取原料：
将所述离子液体与石墨烯混合，得混合物一；
将所述混合物一与橡胶粉混合，得混合物二；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂与混合物二混合，得混合物三；
将所述混合物三进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。所述双螺杆挤出机进料口温度为120℃，熔融阶段温度为135℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
对比例1：
按照以下重量组分称取原料：
将所述石墨烯与橡胶粉混合，得混合物一；
将所述高密度聚乙烯、白炭黑、纳米碳酸钙、蜡类增塑剂与混合物一混合，得混合物二；
将所述混合物二进入双螺杆挤出机进行塑化、密炼、造粒、冷却，获得到所述路强剂。所述双螺杆挤出机进料口温度为120℃，熔融阶段温度为135℃，热混第一二阶段温度为140℃，五区温度140℃，出料口温度为135℃。
上述对实施例获得的路强剂与矿料、基质沥青按照重量比为0.3∶96∶4的比例制备沥青混合料。
沥青材料性能的描述是为便于本技术领域的技术人员能对所述路强剂的性能有直观的了解。其他未详尽列出的技术指标均能够满足交通部部颁标准JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。
添加实施例1～4路强剂的沥青混合物性能如表1所示。
表1
为评价沥青混合料掺加路强剂后的抗拉伸性能，将实施例3获得的路强剂按照路强剂、矿料、基质沥青重量比为0.4∶96∶4的比例制备沥青混合料比例制备沥青混合料进行弯曲试验，试验温度-10℃。掺加路强剂后沥青混合料的弯曲性能满足要求，抗拉伸性能较好。
表2
为评价沥青混合料掺加路强剂后的抗拉伸性能，将实施例2获得的路强剂与矿料、基质沥青按照重量比为0.4∶96∶4的比例制备沥青混合料进行弯曲试验，其水稳定性满足要求。
表3
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。