CN105110685B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，高粘弹性温拌改性剂包括高粘弹性改性剂、温拌添加剂组分与反应剂，其中高粘弹性改性剂包括质量百分比为10‑90%的混合粘度聚合物和质量百分比为10‑90%的高弹性聚合物；且混合粘度聚合物包括至少一种高粘度聚合物和至少一种中等粘度聚合物；温拌添加剂组分包括至少两种温拌添加剂构成的混合物。本发明可以用于制备温拌沥青混凝土混合料，本发明能在温拌温度下生产所有改性沥青混凝土混合料，方便铺设耐久性强的改性沥青路面；具有降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化、缩短道路开放时段的优势，还有改善路面性能特征，并延长路面使用寿命。

Description

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

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。

韩国专利10-2006-0122508采用高密度聚乙烯(HDPE)作为粘度增稠剂，碎橡胶作为弹性增强剂。HDPE是部分结晶的聚合物，低温条件下会形成结晶，导致硬度增加，造成早期路面开裂，而且HDPE分子中没有官能团，它粘附集料的能力较差。最重要的是，HDPE与所用碎橡胶的相容性较差。所有这些证据说明了上述组分仅可生产出次级改性剂。

综上所述，在改性剂的传统组分中，作为粘度增稠剂的大部分聚合物树脂是粘度中等的通用聚合物树脂(如废旧PE、HDPE、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等)，而并非高粘度的材料。若在生产改性沥青结合料时加入常规量的聚合物，粘度方面则无法达到要求。路面相对容易出现车辙。相反，加入大量聚合物以提高粘度也不符合节约成本的原则。此外，高温下粘度较大的聚合物(如硬沥青、沥青岩、石油树脂、环氧树脂等)在低温下表现出脆性，易造成早期路面开裂。

近期，为了解决HMA生产中能源消耗和空气污染的问题，使用温拌沥青(WMA)取代热拌沥青(HMA)生产的方法得到了越来越多的关注，很多专利因此发布。韩国专利10-2012-0073529采用马来酸聚乙烯蜡和工艺油作为温拌添加剂，SBS或丁苯橡胶(SBR)作为改性剂。然而，SBS或SBR的粘度和弹性较差。因此，它几乎不会导致路面开裂，但由于粘度较差，产生车辙的可能性也更大。

韩国专利10-0823352提出采用费托合成法制成的工艺蜡(称作沙索蜡)，以它为温拌添加剂，胺或碱石灰为抗剥剂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和一种无机粉末为改性剂。然而，EVA树脂并不是合适的改性剂，因为它的粘度相对较弱，低温条件下没有弹性。作为温拌添加剂的沙索蜡也能提高低温条件下的脆性(裂缝)和高温条件下的软化度(车辙)。

韩国专利10-1166155从工艺油、塑化剂、亚麻籽油、豆油和稻米油中选择至少一种作为温拌添加剂，采用在催化剂(钴类、铅类、磷类)作用下与多元醇(或多胺)和异氰酸酯发生反应的聚氨酯(PU)作为改性剂。但该专利未能提供反应的聚合程度，因此不能确定聚合化聚氨酯(PU)的物理特性是否能达到改性剂的要求。

韩国专利10-102325从工艺油、石油树脂和沙索蜡中选择至少一种作为温拌添加剂，用SBS或水分散型丙烯酸乳剂作为改性剂。然而，改性沥青的总体粘度依然较弱，改性结合料仍有可能造成车辙问题。韩国专利10-1023425从松香、聚乙烯(PE)、高粘度船用油和沥青结合料中选择至少一种作为温拌添加剂，用EVA与SBS、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、LDPE、HDPE和PU片、三元乙丙橡胶(EPDM)片中的至少一种组成的混合物作为改性剂。该专利使用如SBS、SIS、PU片和EPDM片等弹性材料，展现出较好的抗裂性能，但由于通用聚合物EVA、LDPE或HDPE的粘度较弱，因此无法消除产生车辙问题的可能性。即使HDPE相对较高的粘度能提高抗车辙的性能，但它是非极性(与集料的粘附力较差)和晶状(低温下收缩易造成开裂)聚合物。

根据上述专利文献调查，大部分专利提出使用单一或至少一种材料作为温拌添加剂。专利提及的大部分改性剂有些具有良好的弹性和较低的粘度，有些具有较高的脆性和较低的弹性。几乎没有一种改性剂兼具了弹性和粘度。

发明内容

本发明的目的在于提供降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化的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，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂，包括：

a.高粘弹性改性剂，其中高粘弹性改性剂包括质量百分比为10-90％的混合粘度聚合物和质量百分比为10-90％的高弹性聚合物；且混合粘度聚合物包括至少一种高粘度聚合物和至少一种中等粘度聚合物；

b.温拌添加剂组分，其中温拌添加剂组分包括至少两种温拌添加剂构成的混合物；

c.反应剂。

作为本发明进一步的方案：反应剂采用过氧化苯甲酰、马来酸酐、乙醛、铂催化剂中的一种；高粘度聚合物至少含有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯(或尼龙)、聚丙烯(PP)、聚丙烯和聚乙烯(PE)的共聚物和涂覆了一层铝膜的聚合物中的一种聚合物；中等粘度聚合物至少含有低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丁烯(PB)和涂覆了一层铝膜的同种聚合物中的一种聚合物；高弹性聚合物至少含有苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、废旧轮胎(或碎橡胶)、废橡胶粉、天然橡胶粉、三元乙丙橡胶(EPDM)粉、液态天然橡胶、甲基丙烯酸甲酯(MMA)树脂、聚氨酯(PU)粉末中的一种聚合物；温拌添加剂组分至少含有12-羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、沙索蜡、石油树脂、香豆酮-茚树脂、松香树脂、乙烯-醋酸乙烯(EVA)蜡、聚乙烯(PE)蜡、聚酰胺蜡、马来酸PE蜡、液体Evotherm、聚链烷、乙烯-醋酸乙烯(EVA)乳剂、丙烯酸乳剂、丁苯橡胶(SBR)乳剂、芳香族工艺油、脂肪族工艺油、芳香族和脂肪族工艺油的混合物、稀释沥青、重质油、低粘度/中等粘度/高粘度船用油、沥青乳剂、工业用油、植物油、动物油中的两种物质。

作为本发明进一步的方案：温拌添加剂组分还含有弹性材料，按照质量百分比的成分包括：20-100％的的两种以上混合温拌添加剂以及0-80％的弹性材料。

作为本发明进一步的方案：弹性材料至少含有乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、废旧轮胎(或碎橡胶)、废橡胶粉、天然橡胶粉、液态天然橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)粉、甲基丙烯酸甲酯(MMA)树脂、聚氨酯(PU)粉末和其他高弹性材料其中的一种。

所述高粘弹性温拌改性剂的生产方法，包括三种，任选其中的一种均能用于生产；

1)将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分放入班伯里重型双轴混合机或强力混合机中，加热融化，搅拌均匀，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末；

2)将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末；

3)在室温下用压碎机或粉碎机将高粘弹性温拌改性剂的各组分分别制成细粒或粉末，然后将各组分混合。

所述高粘弹性温拌改性剂的用途，其特征在于，用于制备温拌沥青混凝土混合料，且温拌沥青混凝土混合料，按照质量百分比的成分包括：0.05-2％的高粘弹性温拌改性剂、1-10％的沥青结合料、质量百分比为85-98.75％的集料、质量百分比为0.2-5％的填充料

作为本发明进一步的方案：还包括抗剥剂和抗氧化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用以适当比例混合的高弹性聚合物、粘度聚合物和抗裂温拌添加剂制成的高粘弹性温拌改性剂，就能在温拌温度下生产所有改性沥青混凝土混合料，方便铺设耐久性强的改性沥青路面。本发明中提及的路面生产和施工具有降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化、缩短道路开放时段的优势(温拌作用)，还有改善路面性能特征，并延长路面使用寿命(提高沥青结合料的粘弹性)。沥青路面适合作为改性沥青路面的面层、中间层和底层，按路面功能性分类为一般交通情况、低噪音多孔、RAP回收、寒冷和炎热地区、桥面和SMA路面，按路面用途分类为主干道、城市和城郊道路、工业重交通道路、当地高速道路和机场滑行道。由于延长了路面的使用寿命，这种具有环保性能的改性温拌沥青路面能缩减路面的维护成本。

附图说明

图1是：I-单一和混合温拌添加剂的降温作用图；

图2：Ⅱ-单一和混合温拌添加剂的降温作用图；

图3：含弹性材料(R)的沙索蜡的弹性作用图；

图4：含弹性材料(R)的单一温拌添加剂(CM)的弹性作用图；

图5：含弹性材料(R)的混合温拌添加剂(CM+CHO)的弹性作用图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

大部分用作粘度增稠剂的聚合物并不能完全避免路面车辙的问题，因为这些通用聚合物的粘度不足。因此，可以尝试通过使用通用树脂中发现的刚性和坚硬的聚合物来提高粘度。然而，硬度提高会导致冬季路面早期开裂。通常而言，可以在多种改性剂中加入弹性聚合物以防止低温条件下的开裂，然而，大部分改性剂以粘度较弱甚至全无粘度的聚合物作为粘度增稠剂。在炎热的夏天，这些改性剂的粘度降低，路面很容易出现车辙。因此，本发明的主题是提出可与弹性化合物共同作用的粘度聚合物种类，有助于提高材料在夏季的抗车辙性以及冬季的抗裂性。

本发明还包括使用温拌添加剂为改性沥青混合料提供温拌作用的主题。在此，不同于简单使用一种或至少一种温拌混合料添加剂，有关使用哪种温拌添加剂以及什么是有效添加剂的理想组分成为了主要问题。此外，本专利还公开了沥青混凝土混合料的组分以及采用新型改性剂和温拌添加剂进行生产的技术。

为了减少土地污染、缩减建设费用、节约自然资源，回收使用更多RAP(再生沥青路面、建筑废料)材料成为一个需要适时解决的难题。由于性能较差(如车辙、开裂等)，现有RAP再生路面易出现早期路面损坏。因此，路面寿命缩短也是另一个急待解决的问题。

提供了突破上述技术局限的的方法。即，在考虑到环境和经济优势的情况下，首选生产温拌沥青(“WMA”)(100-140℃)而不是热拌沥青(“HMA”)(150-180℃)。为了提高普通温拌沥青的新料(或回收料)的和温拌改性沥青的新料(或回收料)的路面质量，本发明提供了高粘弹性温拌沥青改性剂的新组分及生产方法，该改性剂即使在夏季和冬季的苛刻气候条件下也可表现出色的性能特征。此外，本发明还提供了用新型高粘弹性改性剂生产的温拌改性沥青的新料(或回收料)的组分和生产方法。

用新型高粘弹性温拌改性剂生产的温拌改性沥青的新料(或回收料)是由质量百分比为0.05-2的高粘弹性温拌改性剂、质量百分比为1-8％的沥青结合料、质量百分比为85-98.75％的集料、质量百分比为0.2-5％的填充料、少量胺类抗剥剂和极少量抗氧化剂构成的。在80-180℃下，在沥青搅拌设备中加入含有上述组分的特殊材料，经充分搅拌后生成温拌改性沥青的新料(或回收料)(或未添加温拌添加剂的热拌沥青)。

新型高粘弹性温拌改性剂是由质量百分比低于100％的高粘弹性改性剂、质量百分比低于100％的抗裂温拌添加剂和少量反应剂(如过氧化苯甲酰、马来酸酐、乙醛、铂催化剂等)的总和，质量百分比为100％。

这种高粘弹性改性剂是指质量百分比为10-90％的混合粘度聚合物和质量百分比为10-90％的高弹性聚合物的总和，质量百分比为100％。普遍而言，沥青结合料或改性沥青结合料具有粘弹性，但大部分结合料表现出粘度较强、弹性较低，或粘度较弱、弹性较高。几乎没有一种聚合物能够同时具有较高的粘度和弹性。为了使改性剂兼具两种性质，必须通过适当的方式结合高粘度聚合物和高弹性聚合物。

如上所述，与中等粘度的普通聚合物相比，高粘度聚合物是指粘度极强的聚合物。例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯(或尼龙)、聚丙烯(PP)、聚丙烯和聚乙烯(PE)的共聚物和涂覆了一层铝膜的聚合物。然而，若在高温下混合作为改性剂的高粘度聚合物和液态沥青结合料，两种液体粘度的巨大差异可导致最终生成的结合料出现分散性不佳问题。因此，为了使聚合体在高温下有效分散于沥青结合料中，最好将中等粘度的普通聚合物与高粘度聚合物混合。因此，本发明提出了至少含一种高粘度聚合物和中等粘度聚合物的混合粘度聚合物。本发明中，中等粘度聚合物是指低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丁烯(PB)和涂覆了一层铝膜的同种聚合物等。

此外，混合粘度聚合物包括一种高粘度聚合物片材(或膜材)和一种通用聚合物片材(或膜材)之间的粘合剂片材(或膜材)，粘合剂片的一面涂覆了一层铝膜。这些复合片材的作用与混合高粘度聚合物和普通粘度聚合物是相同的。

上述粘度聚合物片材被广泛应用于市场中，作为液体药物、曲奇、液体和固体食物、液体饮料等商品的包装材料。

混合粘度聚合物和高弹性聚合物能形成高粘弹性改性剂，这种改性剂兼具较强的粘度和较高的弹性。本发明中提及的高弹性聚合物包括苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、废旧轮胎(或碎橡胶)、废橡胶粉、天然橡胶粉、三元乙丙橡胶(EPDM)粉、液态天然橡胶、甲基丙烯酸甲酯(MMA)树脂、聚氨酯(PU)粉末等。

在寒冷地区，路面的弹性性质在防止路面收缩导致开裂的过程中起到了重要作用。同时，在炎热地区，路面的粘度性质在防止路面软化产生车辙的过程中起到了重要的作用。因此，为应对严酷的气候条件，应根据当地的天气调节粘度聚合物和高弹性聚合物的比例。为此，两种性质的聚合物的质量百分比应在10-90％混合粘度聚合物和10-90％高弹性聚合物之间。

高粘弹性改性剂生产改性热拌沥青(HMA)会产生诸如有害气体溢出、燃料废物和沥青结合料氧化老化加速等问题。然而，由于生产过程的温度下降，改性温拌沥青(WMA)生产能够大幅度减少改性HMA生产中出现的问题。因此，通过在高粘弹性改性剂中加入抗裂温拌剂，生产出高粘弹性温拌改性剂，而不是高粘弹性热拌改性剂。如上所述，高粘弹性温拌改性剂的组分是以下材料的100质量百分比总和；它们是质量百分比低于100的高粘弹性改性剂、质量百分比低于100的抗裂温拌添加剂和少量反应加速剂。本发明中，质量百分比为100意味着仅使用对应材料，而不添加其他材料。然而，质量百分比为100是指加入高粘弹性改性剂、抗裂温拌添加剂和少量反应剂，令总和为100％。

下面将探讨抗裂温拌添加剂的组分特性。

普遍而言，温拌添加剂是通过降低沥青结合料的粘度，在低于普通热拌沥青的温度下生产沥青混合料并进行路面施工的制剂。通过查看温拌添加剂的专利可以发现，大部分专利仅采用一种或至少一种添加剂，却不了解使用至少两种添加剂能够产生不同的作用。本专利首次提出以至少两种添加剂混合作为温拌添加剂。这一声明是以针对温拌添加剂降温作用进行的大量科学实验为依据的。

实施例1

本发明实施例中，表1中列出了实践组(1、2、3)和对照组(1、2、3)中使用的高粘弹性温拌改性剂的组分。在180℃下充分混合表1显示的每种改性剂和已知量的沥青结合料，搅拌2小时后生成均匀的改性沥青结合料。在25℃下对这些改性沥青结合料进行针入度试验，测定结果如表1所示。为测定高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料的物理特性，在140℃下用马歇尔搅拌机均匀混合955千克10毫米的密实型集料(质量百分比为30的RAP回收料+质量百分比为70的新料)、35千克沥青结合料(AC-20)、4千克填充料(石灰粉)和6千克实践组和对照组中的改性剂。将每种混凝土混合料装入马歇尔模具中，模具每面击打75下，充分压实，制成改性混合料样本。每种样本在室温下固化一天，此后从模具中取出样本。按照检测表面对每种样本进行马歇尔稳定性试验，结果列于表1中。

表1呈现了粘弹性温拌改性沥青结合料的针入度值，(本发明)实践组中使用的沥青混凝土混合料的马歇尔稳定性试验结果超越了对照组的通用沥青结合料或其他改性沥青混凝土混合料。

表1

表1中，在中等温度(130℃)下均匀熔化沥青结合料中的一定量温拌添加剂，制成试验样本。在特定温度下，通过Brookfield旋转粘度计测定样本的粘度。通过参照沥青结合料的粘度来分析测出的样本粘度，以评估每种温拌添加剂降低温度的性能，结果如图1所示。图1清晰地显示了为制成100克温拌沥青结合料样本所需融于沥青结合料(98.8克和97.6克)中的每种温拌添加剂(I(1.2克和2.4克)、A(1.2克和2.4克)、B(1.2克和2.4克)和C(1.2克和2.4克))的温度降低值以及为制成100克温拌沥青结合料样本所需融于同种沥青结合料(98.8克和97.6克)中的两种混合温拌添加剂(I+A(0.6+0.6克和1.2+1.2克)、I+B(0.6+0.6克和1.2+1.2克)、I+C(0.6+0.6克和1.2+1.2克)的温度降低值。

如图1所示，1.2克和2.4克的单一温拌添加剂(I、A、B和C)分别使平均温度降低了3.7℃和7.1℃，而(0.6+0.6)克和(1.2+1.2)克的I+A、I+B、I+C混合温拌添加剂分别使平均温度降低了8.0℃(提高至2.2倍)和10.3℃(提高至1.45倍)。这一结果证明了使用等量集料时，两种添加剂的组合能够比单一添加剂更有效地降低生产温度。

依照获取图1数据的同一实验流程，测定了Ⅱ、A、B、C等不同温拌添加剂和两种混合物组合的温度降低值，结果参见图2。如图2所示，与100克纯沥青结合料相比，用以制成100克温拌沥青结合料的1.2克单一添加剂(Ⅱ、A、B、C)使平均温度下降了4.1℃，加入2.4克添加剂可使平均温度下降6.4℃。同时，1.2(0.6+0.6)克和2.4(1.2+1.2)克两种混合添加剂(Ⅱ+A、Ⅱ+B、Ⅱ+C)分别使平均温度下降了7℃(比单一添加剂提高1.7倍)和8.2℃(比单一添加剂提高1.3倍)。因此，图2的结论与图1相同；即，与使用等量的单一添加剂相比，使用两种混合温拌添加剂能够比等量的单一添加剂降低更多温度。因此，本发明主张使用至少两种添加剂代替单一添加剂以提高温拌作用。

如上所述，本发明中提到的温拌添加剂含有至少两种全固体混合温拌添加剂、或至少两种全液体混合温拌添加剂、或至少一种固体添加剂和至少一种液体添加剂的组合，每种组合的比例随意。

上文表明，固体温拌添加剂含12-羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、沙索蜡、石油树脂、香豆酮-茚树脂、松香树脂、乙烯-醋酸乙烯(EVA)蜡、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、马来酸聚乙烯蜡以及本文未提及的其他所有固态热拌添加剂。

上文表明，液体温拌添加剂含液体Evotherm、聚链烷、乙烯-醋酸乙烯(EVA)乳剂、丙烯酸乳剂、丁苯橡胶(SBR)乳剂、芳香族工艺油、脂肪族工艺油、芳香族和脂肪族工艺油的混合物、稀释沥青、重质油、低粘度/中等粘度/高粘度船用油、沥青乳剂、工业用油(汽车发动机油、润滑剂、压缩机油、船舶发动机油)、植物油(棕榈油、椰子油、亚麻籽油、大豆油、其他豆油、紫苏籽油、蓖麻油)、动物油(牛油、猪油、鱼油)、多种表面活性剂、多种塑化剂以及本文未提及的其他所有液态热拌添加剂。

液态温拌添加剂被广泛使用，但抗裂温拌添加剂可能并不为人所熟知。本发明首次推出了抗裂温拌添加剂。熔点为80-120℃的蜡类添加剂通常用作温拌添加剂。这类蜡能够在熔点以上大幅降低粘度，并在熔点以下显著提高硬度，起到了温拌添加剂的作用。熔点以下蜡质的硬化作用造成材料整体变硬，对路面的交通载荷产生积极作用，但对局部裂缝形成不利，最终会导致大范围的路面裂缝。这主要是由于蜡类温拌添加剂的硬化作用造成的。为避免这一不利影响，并改善抗裂性，可在温拌添加剂中加入少量弹性材料。这种添加剂被称为抗裂温拌添加剂，促进减少低温下的路面裂缝。

本发明中的抗裂温拌添加剂的质量百分比(wt.％)为100，其中含有质量百分比为20-100的温拌添加剂和质量百分比低于80的弹性材料。温拌添加剂最小质量百分比为20代表产生温拌作用所需的最少温拌添加剂含量，温拌添加剂最大质量百分比为100代表全部使用温拌添加剂且不添加弹性材料。

本发明首次提出通过加入弹性材料的方式以生产抗裂温拌添加剂。图3显示了用费托(Fisher-Tropsh)合成法制成的沙索蜡的粘弹性能，该材料被普遍用作温拌添加剂。在将质量百分比为2的沙索蜡融于质量百分比为98的沥青结合料中，使用动态剪切流变仪(DSR)测定样本在40-80℃下的储能模量、损耗模量和相角(δ)。利用这三个性能计算所测温度下材料的动态剪切模量和三个粘弹性能(如正弦(δ)、余弦(δ)和正切(δ))。此处，正弦(δ)用于表示温拌沥青样本的粘弹性能，因为制定样本的三种性能表现出相同的粘弹性。根据弹性物质的含量，正弦(δ)数值通常在0.3-1.0的范围内波动。正弦(δ)等于1代表全粘度，小于1的正弦(δ)表示弹性增加，粘度相对降低。需要注意的是，当温度足够高时，所有粘弹性液体表现出正弦(δ)接近1的趋势，而当温度下降时，粘弹性液体的弹性升高，即，正弦(δ)＜1。

图3比较了含有沙索蜡质量百分比为3的温拌沥青和另加质量百分比为3的弹性材料(R)的温拌沥青的正弦(δ)值。在所有检测温度条件下，后者的正弦(δ)值均小于前者(即弹性更高)。当温度最低(40℃)时，正弦(δ)差值增加，当温度最高(80℃)时，两种方法几乎没有差别。由于低温会导致材料收缩，容易造成沥青路面开裂。事实上，温拌添加剂的正弦(δ)值随温度降低而下降(或弹性增加)，意味着路面抗裂性能有所增加。图3中，最低温度为40℃，当温度降到40℃以下时，前者和后者的正弦(δ)差值甚至更大。由此表示，我们含弹性材料的抗裂温拌添加剂可提高路面的低温抗裂性能，进而避免局部路面开裂。

图4显示了在40-80℃的温度范围内，一种沥青结合料(I)、含有质量百分比为3的R(一种弹性材料)的沥青结合料(Ⅱ)、含有质量百分比为3的R和质量百分比为0.8的CM(一种温拌添加剂)的沥青结合料(Ⅲ)、含有质量百分比为3的R和含有质量百分比为2的CM的沥青结合料(IV)的正弦(δ)值。与图3相同，每一项正弦(δ)差值证明了其与温度下降的关系，而在80℃时差值为零(所有正弦(δ)值接近1，即，全粘度液体)。Ⅱ的弹性优于I，而含0.8％CM(温拌添加剂)的Ⅲ的抗裂性能优于不添加CM的Ⅱ。值得注意的是，Ⅲ和IV之间并无差异。这意味着少量CM即足够。

图5显示了在40-80℃的温度范围内，一种沥青结合料(I)、含有质量百分比为3的R(一种弹性材料)的沥青结合料(Ⅱ)、含有质量百分比为3的R和质量百分比为0.8的CM(一种温拌添加剂)的沥青结合料(Ⅲ)、含有质量百分比为3的R和质量百分比为3的混合温拌添加剂(质量百分比为0.6的CM和质量百分比为0.2的HCO)的沥青结合料(Ⅲ)的正弦(δ)值。图5中的正弦(δ)值表现出与图3和图4相近的趋势，含有质量百分比为3的R和质量百分比为3的混合温拌添加剂(质量百分比为0.6的CM和质量百分比为0.2的HCO)的沥青结合料(Ⅲ)但含有质量百分比为0.8的混合温拌添加剂(含有质量百分比为0.6的CM和含有质量百分比为0.2的HCO)产生更好的弹性(正弦(δ)低于使用含有质量百分比为0.8的单一温拌添加剂(CM))。

根据上文中对抗裂温拌添加剂的研究结果可以得出以下结论；首先，混合温拌添加剂的温拌作用优于单一添加剂；第二，若在温拌添加剂中加入弹性材料，可显著提高低温抗裂作用；第三，混合温拌添加剂的抗裂性能也优于单一添加剂。

用于制造抗裂温拌添加剂的弹性材料与上文所述高弹性聚合物一致，唯一的差别是防裂添加剂中的用量相对较少。这类高弹性聚合物至少含有乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、废旧轮胎(或碎橡胶)、废橡胶粉、天然橡胶粉、液态天然橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)粉、甲基丙烯酸甲酯(MMA)树脂、聚氨酯(PU)粉末和其他高弹性材料其中的一种。

下面将探讨高粘弹性温拌改性剂的生产方法。高粘弹性温拌改性剂可以是颗粒、薄膜、薄板、片材、瓶状、电线涂层、短纤维、废料、粉末或上述形式的混合物。材料状态可以是全新、再生、废弃或者以上状态的混合物。为了减少环境污染、促进废物循环利用和减轻经济负担，我们倾向于使用废料。下文将介绍三种生产方法，任选一种均可用于生产。

首先，将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分放入班伯里重型双轴混合机(或强力混合机)中，加热融化，搅拌均匀，形成均一的熔料。熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒。这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。该方法用于生产最均匀的高粘弹性温拌改性剂。

第二，将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分直接放入挤压机中，不经过班伯里重型双轴混合机(或强力混合机)。挤压后的程序与第一种方法完全相同。由于设备的购置成本降低，生成过程得到简化，因此第二种方法优于第一种。

第三，在室温下用压碎机或粉碎机将高粘弹性温拌改性剂的各组分分别制成细粒或粉末，然后将各组分混合。这是步骤最简单、成本最低廉的生产方法，但缺陷是各组分不均匀。由于材料的总体性质一致，高粘弹性温拌改性剂的不均一性不会造成问题。

采用混合质量百分比为0.05-2％的高粘弹性温拌改性剂、质量百分比为1-10％的沥青结合料、质量百分比为85-98.75％的集料、质量百分比为0.2-5％的填充料和少量抗剥剂和抗氧化剂(若需要)的方法来制成高粘弹性温拌沥青混凝土混合料的新料或再生料。高粘弹性温拌沥青混凝土混合料的新料或再生料的一般生产方法是将该组分加热至80-180℃，并在沥青混凝土生产设备中搅拌均匀。

在上述沥青混凝土混合料的组分中，高粘弹性温拌改性剂的用量质量百分比介于0.05-2之间。本专利中，改性剂作用的最小质量百分比为0.05，质量百分比超过2则会造成粘度过高而导致难以生产。因此，使用量的质量百分比为0.05-2。

在上述组分中，使用沥青结合料的质量百分比介于1-10之间。本专利中，通过使用100％再生沥青路面(RAP)集料生产路面基底层所需的最低沥青结合料质量百分比为1，沥青结合料的最大质量百分比表示需要沥青结合料生产地沥青粘剂。但大部分高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料使用沥青结合料的质量百分比介于1-10之间。

在上述组分中，集料是指所有新料或RAP回收料或新料和RAP回收料的混合集料。尤其是考虑到环境和经济因素，路面施工行业对RAP回收的需求越来越大，因此采用RAP集料铺设再生沥青路面(RAP)的必要性也愈加明显。为了统一描述新料和RAP集料的使用量，集料总质量百分比为100，由质量百分比少于100的新料和质量百分比少于100的RAP组合而成。质量百分比为100的新集料是指质量百分比为100的高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料的新料；质量百分比为100的RAP回收料是指质量百分比为100的高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料的回收料；由新集料的质量百分比加上RAP回收料的质量百分比组成的集料总质量百分比为100的集料是指部分高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料的RAP回收料。集料粒径最大为53mm，最小为0.001mm。根据粒径分布，大部分底层和中间层适合使用粒径为19-53mm的集料，大部分面层、磨损层和砂胶层适合使用粒径小于19mm的集料。比如，小于19mm的面层集料粒径包括所有密实型、抗车辙、砂胶、低噪音多孔、桥面、SMA(表面基质集料)、机场滑行道、高性能沥青路面、孔隙和设计师指定的任意等级。在上述组分中，质量百分比为85-98.75％的集料表示除去其他所有组分后总质量百分比100中的集料百分比。

在炎热的夏季，靠近路面的集料上摊铺的通用沥青和改性沥青结合料软化，通过松弛作用缓慢流入下面的空隙。结合料粘度下降幅度越大，松弛速度越快，空隙速率也越快。因此，由于面层集料厚度减少，集料容易与路面分离。为了通过提高粘度防止发生结合料松弛的现象，应在沥青结合料中加入填充料。如果结合料中加入适量填充料，填充料可以强化沥青路面，提高硬度和抗裂性，减少车辙和疲劳开裂。对于多孔沥青路面，填充料尤为重要，因为它能防止原气孔坍塌。

在上述组分中，填充料包括集料粉、石灰粉、矿渣粉、纤维素纤维、玻璃纤维、聚合物纤维(如聚乙烯(PE)纤维、聚丙烯(PP)纤维、尼龙纤维等)、炭黑、浮尘、陶土粉、碳酸钙粉、苛性钠、碱石灰、水泥、钢渣粉和其他填充料。当填充料的质量百分比低于0.2％时，可以忽略填充料的作用，当质量百分比超过5％时，沥青结合料的粘度过高，难以生产和施工。同样，填充料过量会导致沥青混合料本身的硬度升高，加速了路面开裂。因此，填充料的质量百分比应介于0.2-5％之间。

为了铺设高粘弹性温拌改性沥青路面，应生产对应的沥青混凝土混合料(高粘弹性温拌ASCON)。可在两种生产方法中任选一种。

在将质量百分比为0.05-2％的粉末(或颗粒)状高粘弹性温拌改性剂和质量百分比为1-10％的沥青结合料加入液体搅拌罐后，开始加热和搅拌的工序，并通过胶体磨，生产均匀的液态高粘弹性温拌沥青结合料。将液态结合料转移到沥青搅拌设备中，并贮存在改性沥青储罐内。泵送液态结合料，喷洒在已经装入沥青搅拌设备的集料和填充料上。在温拌温度下混匀所有原料后生成高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料。这一生产方法称为预拌法。

第二，将装有已知量粉末(或颗粒)状高粘弹性温拌改性剂的乙烯薄膜袋转运至沥青厂，并将指定数目的乙烯薄膜袋放入已装有一定量集料和填充料的搅拌设备中。在温拌温度下喷洒通用沥青结合料，生成高粘弹性温拌改性沥青混凝土混合料。这一生产方法称为厂拌法。

预拌生产法是提前混合沥青结合料和高粘弹性温拌改性剂，生成均匀的高粘弹性温拌液态沥青结合料。将材料运至沥青厂，喷洒于集料和填充料上，制成相应的改性温拌沥青。而厂拌法是分别在沥青搅拌设备中装入沥青结合料、一定量的高粘弹性温拌改性剂、集料和填充料，并在温拌温度下混匀，制成相应的改性温拌沥青(WMA)。以上这两种方法都可生成相同的改性温拌沥青(WMA)，因此可任选其中。

由上述组分构成的高粘弹性温拌改性剂可用于多种沥青路面的施工；比如，采用低噪音多孔集料的低噪音改性温拌多孔沥青路面；采用密实型或高性能沥青集料的改性温拌通用沥青路面的面层和基底层；采用RAP回收料和新料的混合集料或仅RAP回收集料制成的改性温拌RAP再生沥青路面；采用桥面集料的改性温拌桥面；采用SMA集料的改性温拌SMA沥青路面；采用机场滑行道集料的改性温拌机场滑行道沥青路面。改性剂在改善上述的路面功能、性能和使用寿命中发挥了重要作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂，其特征在于，包括：

a.高粘弹性改性剂，其中高粘弹性改性剂包括质量百分比为10-90％的混合粘度聚合物和质量百分比为10-90％的高弹性聚合物；且混合粘度聚合物包括至少一种高粘度聚合物和至少一种中等粘度聚合物；

b.温拌添加剂组分，其中温拌添加剂组分为两种温拌添加剂构成的混合物；

c.反应剂；

反应剂采用过氧化苯甲酰、马来酸酐、乙醛、铂催化剂中的一种；高粘度聚合物至少含有聚酯或尼龙的共聚物中的一种聚合物；中等粘度聚合物至少含有低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁烯和涂覆了一层铝膜的同种聚合物中的一种聚合物；高弹性聚合物至少含有苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、丁苯橡胶、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、废橡胶粉、天然橡胶粉、三元乙丙橡胶粉、液态天然橡胶、甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氨酯粉末中的一种聚合物；温拌添加剂组分含有12-羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、沙索蜡、石油树脂、香豆酮-茚树脂、松香树脂、乙烯-醋酸乙烯蜡、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、马来酸PE蜡、液体Evotherm、乙烯-醋酸乙烯乳剂、丙烯酸乳剂、丁苯橡胶乳剂、芳香族工艺油、脂肪族工艺油、芳香族和脂肪族工艺油的混合物、稀释沥青、重质油、低粘度/中等粘度/高粘度船用油、沥青乳剂、工业用油、植物油、动物油中的两种物质。

2.根据权利要求1所述的用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂，其特征在于，温拌添加剂组分还含有弹性材料，按照质量百分比的成分包括：20-100％的两种温拌添加剂构成的混合物以及0-80％的弹性材料。

3.根据权利要求2所述的用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂，其特征在于，弹性材料至少含有乙烯-异戊二烯-苯乙烯、丁苯橡胶、SBR乳胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、废旧轮胎或碎橡胶、废橡胶粉、天然橡胶粉、液态天然橡胶、三元乙丙橡胶粉、甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氨酯粉末中的一种。

4.如权利要求1-3任一所述的用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂的生产方法，其特征在于，包括三种方法，任选其中的一种均能用于生产；

1)将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分放入班伯里重型双轴混合机或强力混合机中，加热融化，搅拌均匀，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末；

2)将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末；

3)在室温下用压碎机或粉碎机将高粘弹性温拌改性剂的各组分分别制成细粒或粉末，然后将各组分混合。

5.如权利要求1-3任一所述的用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂的用途，其特征在于，用于制备温拌沥青混凝土混合料，且温拌沥青混凝土混合料按照质量百分比的成分包括：0.05-2％的高粘弹性温拌改性剂、1-10％的沥青结合料、质量百分比为85-98.75％的集料、质量百分比为0.2-5％的填充料。

6.根据权利要求5所述的用于沥青路面的高粘弹性温拌改性剂的用途，其特征在于，还包括抗剥剂和抗氧化剂。