CN101289578B - 一种改性沥青及其沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性沥青，包括基质沥青和改性剂，其中所述的改性剂包括占基质沥青重量10～40％的布敦海底沥青(BMA)。本发明还提供含有该改性沥青的沥青混合料。本发明改性沥青针入度降低，软化点升高，说明提高了沥青的高温稳定性，降低了温度敏感性；特别是与SBR和SBS等改性剂合用具有改性的协同作用。而本发明的沥青混合料适用范围广，具有更佳的高温稳定性、抗车辙性能、抗裂性能及抗水损害能力。

Description

一种改性沥青及其沥青混合料

技术领域

本发明涉及沥青材料领域，特别涉及一种改性沥青及含有其的沥青混合料。

背景技术

随着我国高速公路的建设发展，公路等级的提高及交通量的激增和行车速度的加快，对路面行驶质量提出更高要求，平整、抗滑、耐久、减噪路面已成为高等级公路、市政道路的基本要求。目前高等级道路所使用的沥青混合料中使用的沥青多为在普通沥青中掺加改性剂及其它填料等的改性沥青。现国内外厂常用的改性剂有：橡胶类SBR(丁苯橡胶)；树脂类EVA、PE；热塑性弹性体SBS(丁苯热塑橡胶或称苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体)及其它PS和天然沥青等。其中，天然沥青和基质沥青有着非常好的配伍性，其混合物不存在离析现象，且天然沥青较其它橡胶、树脂等高分子聚合物改性剂的加工更简单，施工更容易。

天然沥青包括海底沥青、湖沥青和岩沥青。由于其良好的路用性能，在欧美许多国家的高速公路、机场道路、钢桥面铺装及隧道等工程中得到广泛应用。目前国际上使用较多的是特立尼达湖沥青(TLA)和北美岩沥青(如UINTAHITE)，但其价格较昂贵(6000～7000元/吨左右)。近几年来在南太平洋的印尼布敦岛的海底亦发现天然沥青岩石，简称BMA(Butonite MasticAsphalt)海底沥青(布敦海底沥青)，价格较低(2600元/吨左右)，但它的沥青含量不及上述湖沥青和岩沥青(TLA50～55％，UINTAHITE90％，BMA25～30％)，其是否能改善沥青混合料的性能，特别是能否适用于国内重载道路或特殊场合的路面材料，尚不得而知。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种价格低廉、具有较佳性能的改性沥青及含有其的沥青混合料。

本发明通过选择现国内常用的不同基质沥青，进行基质沥青与BMA海底沥青的配伍性试验，进行针入度、软化点、延度等性能指标的测试。通过大量试验惊奇地发现：本发明改性沥青的性能与BMA天然沥青的掺量具有一定的相关性，若掺量太小，则改善效果不显著；随着掺量增大，性能改善明显，但达到一定掺量之后，其改性效果不大，且会增加成本，影响其推广应用。另外，本发明还发现BMA有“半聚合”的作用，与其他现有常规改性剂，如SBS、SBR等具有协同作用，即采用BMA天然沥青与SBS、SBR等进行复合改性，可改变因单一掺加天然沥青而降低沥青延展性的负面作用，使沥青具有良好的综合性能。

因此，本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种改性沥青，包括基质沥青和改性剂，其中所述的改性剂包括占基质沥青重量10～40％的布敦海底沥青。

综合考虑改性效果及成本因素，所述布敦海底沥青占基质沥青重量的更佳比例为20～25％。

本发明所说的BMA海底沥青的有关特性指标如下表所示：

更佳地，所述的改性剂还包括丁苯橡胶(SBR)和/或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体(SBS)，与BMA协同进行复合改性。

上述改性剂SBR、SBS的掺量可同现有技术，使本发明复合改性后的沥青提高一个等级；也可以在得到同一等级的改性沥青而减少SBR、SBS的掺量。根据本发明，所述的丁苯橡胶的掺量优选为基质沥青重量的7～14％。

而本发明要提供的沥青混合料，其中的沥青成分选用本发明上述改性沥青，其用量以及其它组分诸如集料、矿粉等可同现有技术。

本发明改性沥青针入度降低，软化点升高，说明BMA提高了基质沥青的高温稳定性，降低了温度敏感性；特别是与SBR和SBS等改性剂合用具有改性的协同作用，可改变因单一掺加天然沥青而降低沥青延展性的负面作用，使沥青具有良好的综合性能。而本发明的沥青混合料具有更佳的高温稳定性、抗车辙性能、抗裂性能及抗水损害能力；适用范围广，可应用于车流量大的道路或高等级公路，城市道路十字路口和交通指示灯、停车线等车辆缓行区域，道路斜坡和桥面，公共汽车道、出租车道和车站，飞机跑道和机场停机坪以及集装箱堆放货场等。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

实施例1～13本发明的改性沥青

配方：

 

实施例	BMA	基质沥青类型	SBR	SBS
					1	10％	韩国70#，90％
2	20％	韩国70#，80％
					3	25％	韩国70#，75％
4	30％	韩国70#，70％
					5	40％	韩国70#，60％
6	20％	泰州90#，80％
					7	20％	韩国70#，76％		4％
8	25％	韩国70#，71％		4％
					9	20％	泰州70#，80％
10	20％	泰州70#，73％	7％
					11	20％	泰州70#，66％	14％
12	20％	壳牌70#，76％		4％
					13	25％	壳牌70#，71％		4％

上述实施例1～6、9～11仅需要在150～170℃温度范围各组分简单搅拌即可制备；实施例7、8、12、13需先按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规定制备成品SBS改性沥青，再在SBS改性沥青中加入BMA在150～170℃温度范围简单搅拌即可制备。

上述百分比均为各改性剂占基质沥青的重量百分比。其中所说的韩国70#为“SK”牌产品，泰州90#、70#为“中海”牌产品；SBR为燕山石化产品；SBS为“LG”牌产品。

实施例14～15本发明的改性沥青混合料

按照AC-13I级配，将5.7％的实施例2或实施例3的改性沥青和94.3％的粒料(90.3％集料+4％矿粉)通过沥青拌和机自动拌和：先将改性沥青和集料分别加热(改性沥青加热至160～170℃，集料加热至190～220℃)，再按各组分所加比例依照先加集料，再加沥青和矿粉，拌和60秒即可。也可先将集料加热至160～170℃，加入BMA搅拌10～20秒，再按比例加入基质石油沥青，湿拌时间不小于40秒即可。

实施例16～17本发明的改性沥青混合料

按照AK-13A，将5.3％的实施例12或实施例13的改性沥青和94.7％的粒料(90.7％集料+4％矿粉)混合，制备方法同实施例14～15。

上述百分比均为重量百分比。

试验实施例1本发明改性沥青性能分析

1、BMA改性的沥青

结合国内气候条件，以及高等级公路和城市主干道的交通条件，以满足沥青路面抗变形、抗车辙、抗开裂的需要。因此，以实施例1～6进行常规路用性能指标值：沥青针入度、延度、软化点和薄膜烘箱加热试验(采用JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》)，重点评价BMA改性沥青在高温和低温条件下的性能，以及耐久性。

1.1进口韩国AH-70#沥青为基质沥青的改性沥青

韩国沥青进入我国的时间不长，但发展速度较为迅速。韩国沥青虽为进口沥青，但并非优质沥青，与埃索和壳牌沥青尚有一定距离。但价格较为便宜，所以使用已较为广泛。因此，对韩国沥青进行改性，使其适用于重要的道路工程建设是十分必要的。韩国AH-70#沥青改性前后(本发明实施例1～5)的常规路用性能指标：沥青针入度、延度、软化点值如表1-1.1所示。

表1-1.1韩国AH-70#沥青改性前后的常规路用性能指标值

从表1-1.1的试验数据可以看出随着天然沥青BMA掺加量增加，软化点上升使沥青的高温稳定性提高，针入度减少，沥青的温度敏感性降低。当掺加量为20％时软化点为51.8℃，25％时软化点为52.6℃，但随着BMA掺加量增加针入度减小，说明掺加量过大时低温抗裂性能不是最好。因此可见天然沥青最佳掺加量为20％～25％。

沥青改性的主要目的有两个，除降低沥青的温度敏感性之外，另一个必须增强沥青和混合料的耐久性。围绕这一要求，采用薄膜烘箱试验，在163℃，5小时环境条件下测试实施例2的质量损失，针入度比及延度技术指标，以未改性的基质沥青作为对照。结果如表1-1.2所示。

表1-1.2改性的韩国沥青的技术指标

从上述试验结果可以得出，本发明改性沥青老化后针入度比由原来82％提高到88％，表明具有耐老化性能。

1.2国产(中海36-1)AH-90#沥青为基质沥青的改性沥青

在国产沥青中，中海36-1重交通AH-90#沥青是近几年来江浙地区使用较多的沥青，但仍不能满足重交通条件，高速行车和不良气候的综合作用。表1-2是采用天然沥青(BMA)改性前后(本发明实施例6)的常规路用指标值。

表1-2“中海36-1”AH-90#沥青改性前后的常规路用指标值

由表2所示的结果可知，本发明改性后沥青的针入度由原来的92下降69，软化点由51.3℃提高到54.0℃；改性前5℃延度试验不出，试模受拉就断裂，但是掺加20％BMA天然沥青后5℃延度达到33cm。说明本发明改性沥青具有更佳的高温和低温性能。

2、BMA+SBS复合改性的沥青

本发明实施例7、8复合改性的沥青为试验组，以单独以BMA为改性剂的实施例2为对照。试验结果见表2。

表2BMA+SBS复合改性沥青的主要技术指标

根据针入度指数的计算公式(采用JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》)，得到实施例7和实施例8复合改性沥青PI分别为0.12和0.31，而基质沥青和BMA改性沥青(实施例2)的PI分别为-1.47和1.32，可见复合改性沥青的温度敏感性得到了较大改善。虽然较单一的BMA改性沥青温度敏感性有所降低，但其沿袭了SBS改性沥青在低温下良好的弹性特征，5℃和15℃延度分别提高了69％和94％，增加幅度显著，从而提高了沥青的抗裂能力。

另外结合上述的研究结果(表1-1.1)，BMA掺量从20％增加到25％，软化点从51.8℃增加到52.6℃，仅增加0.8℃；而对于BMA+SBS复合改性沥青，BMA掺量从20％增加到25％，软化点从60.5℃增加到63℃，增加2.5℃。由此可见，BMA与SBS有协同作用，具有更佳的改性效果。

3、BMA+SBR复合改性的沥青

3.1本发明实施例10、11复合改性的沥青为试验组，以单独以BMA为改性剂的实施例9及未改性的基质沥青为对照。试验结果见表3-1。

表3-1BMA和SBR复合改性沥青主要性能指标

由上述试验结果可以发现，采用BMA和SBR复合改性方法，沥青的高温性能改善效果明显，而延度也具有一定的提高。

选择壳牌70#沥青作为基质沥青，对SBS改性沥青(SBS掺量同实施例12、13)及SBS+BMA复合改性沥青(实施例12、13)进行性能试验，主要对低温性能进行比较，试验方法采用测力延度试验。5℃时的测力延度试验结果见表3-2所示。

表3-2BMA和SBS复合改性沥青测力延度(5℃)试验结果

根据测力延度试验，在SBS改性沥青中掺入天然沥青BMA后，延度虽降低较大，但它的粘韧性并未损失，反而提高了，与未掺天然沥青BMA的SBS改性沥青相比，掺入20％和25％的天然沥青BMA的粘韧性分别提高32.7％和69.2％，即BMA和SBS复合改性，能显著地增加材料抵抗外力拉伸破坏的能力。

综上所述，在不同标号和品种的基质沥青中掺加天然沥青BMA后，针入度降低，针入度指数增加，软化点升高。说明本发明改性沥青的高温稳定性提高，温度敏感性降低，使沥青等级提高。另外，BMA改性沥青的性能与天然沥青BMA的掺量具有一定的相关性，随着掺量增大，性能改善明显，但达到一定掺量之后，其改性效果不大。通过试验研究表明，天然沥青的最佳掺加用量为基质沥青用量的20％～25％。在此范围内，沥青的综合性能具有显著的改善提高。再者，采用天然沥青BMA与其他改性剂，如SBS、SBR等进行复合改性，可改变因单一掺加BMA而降低沥青延展性的负面作用，使改性沥青具有良好的综合性能。

试验实施例2本发明沥青混合料性能测试

1、以本发明实施例14、15的沥青混合料为试验组，以未改性的基质沥青[沥青含量为5.5％，94.5％的粒料(90.5％？集料+4％矿粉)]配制的沥青混合料作为对照组，以《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)为规范要求，进行高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害性等性能试验。结果如下表4所示。

表4

 

组别	马歇尔稳定度(KN)	动稳定度(次/mm)	小梁弯曲破坏应变(με)	残留稳定度(％)	冻融劈裂强度比(％)
						对照组	7.52	850	2568	86	75
实施例14	8.32	2104	3119	89	85
						实施例15	8.95	2715	3340	93	91
规范要求	>8.0	>1000	>2000	>80	>75

2、以实施例16、17为研究对象，以未改性的基质沥青[沥青含量为5.3％，94.7％的粒料(90.7％集料+4％矿粉)]配制的沥青混合料作为对照组，对其抗水损害能力进行了试验评价。浸水马歇尔和冻融劈裂试验结果分别见表5-1和表5-2。

表5-1浸水马歇尔试验结果

表2-14冻融劈裂试验结果

根据浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果，本发明改性沥青提高了的粘结强度，增大了沥青与集料之间的粘附能力，从而使沥青混合料能更好地经受动水压力作用，抗水损害能力具有一定程度的提高。

从上述试验可见，采用本发明改性沥青制成的沥青混合料具有较佳的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害性等性能。

应用实施例1

2001年在上海市外环线西北段3.3标同济路立交工程铺筑了本发明改性沥青路面，包括两段地面机动车道和一段高架匝道。其中地面道路交通以集装箱卡车占据了相当大的比例，而匝道为钢桥面。地面机动车道的AC-30I底面层、AC-13I表面层以及AK-13A铺装上层，其沥青混合料中的沥青均为添加了20％BMA海底沥青的本发明改性沥青。

在本应用实施例中，AC-30I、AC-13I、AK-13A沥青混合料的配合比设计和生产施工方法均参照《沥青路面施工及验收规范》(GB50092-96)。

铺筑至今已经受了5年的交通荷载作用，在大交通量、重轴载的车辆及近年来夏季连续高温天气的考验下，本发明改性沥青路面显示出良好的路用性能，路面无明显车辙现象，纵横向平整度很好，无裂缝、坑洞、泛油、推移等病害。经检测，本发明改性沥青面层的构造深度为0.82mm，比设计值(0.55mm)高出49％；摩擦系数为64.7BPN，比规范值(45BPN)高出44％，可见其抗滑性能非常良好。

Claims (3)

1.一种改性沥青，包括基质沥青和改性剂，其特征在于所述的改性剂包括占基质沥青重量20～25％的布敦海底沥青，还包括丁苯橡胶和/或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体。

2.如权利要求1所述的改性沥青，其特征在于所述的丁苯橡胶的掺量为基质沥青重量的7～14％。

3.一种包括权利要求1或2所述的改性沥青的沥青混合料。