CN101445658A - 天然复合改性沥青及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然复合改性沥青及其生产方法，其由下述重量配比的原料制成：基质沥青30－95份、特立尼达湖沥青(TLA)5－70份、岩沥青1－40份。该方法的工艺步骤为：1.在温度120℃－140℃下将基质沥青熔化；2.在温度165℃－195℃下将TLA熔化；3.将上述熔化的基质沥青和TLA混合，在温度165℃－195℃将上述基质沥青和TLA的混合物搅拌10－50min，在搅拌过程中加入岩沥青的粉末，即为成品。本改性沥青能改善温度敏感性、增加稳定性和抗变形能力、增加韧性和抗裂性能、增加抗疲劳开裂强度和耐久性。可以延长路面使用寿命，减少养护及大修次数，降低维护费用。本改性沥青同时还具有优良的环保性能，可以减少聚合物改性剂生产过程中产生的污染。

Description

天然复合改性沥青及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青及其生产方法，尤其是一种天然复合改性沥青及其生产方法。
背景技术
随着公路建设的大规模开展，道路石油沥青特别是路面面层使用的改性沥青改性技术得到了很大的发展。使用改性沥青的目的除了提高路面沥青混合料的力学性能之外，还有很重要的一点是同时提高沥青的抗老化性能。目前，能够满足这一特殊要求的产品为SBS及TLA湖沥青复合改性沥青。
TLA湖沥青产自南美洲特立尼达和多巴哥共和国的沥青湖，以含蜡量为零、抗高温、耐老化、抗低温、防水性能好、降噪音、使用寿命长、降低维护保养成本而闻名世界。用其作为改性剂可以使基质沥青的抗老化性能得到很大的改善，高温稳定性也得到较大程度的提高。TLA湖沥青改性沥青是TLA湖沥青与基质沥青按照一定比例掺配后形成的改性沥青，其抗高温性能优越同时抗老化性能较好。在长期的恶劣使用环境中，可以有效的提高路面的稳定性和抗老化性能。
SBS改性剂是热塑性橡胶的一种，具有良好的弹性(变形的自恢复性及裂缝的自愈性)，是目前世界上使用最为普遍的道路沥青改性剂。在SBS的嵌段共聚物中，聚苯乙烯与聚丁二烯聚集在一起，形成许多约束成分的物理交联区域，形成了网状结构，使SBS在沥青基体中形成“互传立构网络”结构，从而提高沥青的力学性能。SBS改性沥青的优越性为：脆点温度很低，低温性能好；在常温下粘度很大，能抵抗车辙，而在高温时则粘度迅速降低，具有良好的施工和易性。
通过将SBS和TLA湖沥青这两种改性剂共同使用进行复合改性可以得到兼具这两种改性剂优点的改性沥青。这种复合改性沥青具有高温抗变形、低温抗开裂的特性，但其抗剥落性并无大的改善，与酸性石料同时使用时需要添加抗剥落剂来提高路面的水稳定性。不添加抗剥落剂时，沥青和石料容易发生剥落、脱离，从而影响路面的水稳定性，造成路面的早期破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高路面的使用性能、提高沥青混合料水稳定性的天然复合改性沥青及其生产方法，以适应恶劣环境。
为解决上述技术问题，本发明由下述重量配比的原料制成：
基质沥青30—95份、特立尼达湖沥青(TLA)5—70份、岩沥青1—40份。
本发明方法的工艺步骤为：
(1)、在温度120℃—140℃下将基质沥青熔化；
(2)、在温度165℃—195℃下将特立尼达湖沥青(TLA)熔化；
(3)、将上述熔化的基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)混合，在温度165℃—195℃将上述基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)的混合物搅拌10—50min，在搅拌过程中加入岩沥青的粉末，得到的混合均匀的混合物即为成品。
特立尼达湖沥青(TLA)产自南美洲特立尼达和多巴哥共和国的沥青湖，是世界上最有名的天然沥青。它以含蜡量为零、抗高温、耐老化、抗低温、防水性能好、降噪音、使用寿命长、降低维护保养成本而闻名世界。
岩沥青也是一种天然沥青。它是古代石油渗透到岩层间，经过长期的海底沉淀、承受压力和地质变化而形成的沥青岩。该沥青具有高含氮量(一般沥青中很少含氮)，所以沥青粘度大，抗氧化性强，特别是与集料有很好的粘附性及抗剥离性。其化学结构与沥青相近，故与沥青的相容性非常好，与沥青平均分子量3000相比，它的分子量高达9000，故高温粘度也大。因此，岩沥青具有抗剥离、耐久、高温抗车辙、抗老化四大特点。
岩沥青在世界范围得到了广泛的应用，如美国、澳大利亚、挪威、日本、新加坡、德国、中国等。在欧美许多国家的高速公路都使用了岩沥青改性，尤其是在承受高应力作用的路面、抗车辙的重车车道、收费站附近路面、城市快速路与主干道、桥面铺装、车辆经常停车起步的停车场、交叉路口、车站、弯道、坡道等特殊条件下更受到青睐，其特点是能显著提高沥青混合料的稳定性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)、改善改性沥青及混合料的温度敏感性：试验结果表明，本改性沥青的针入度指数PI为—0.02，温度敏感性能够满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中对沥青的感温性指标针入度指数PI的要求(A级沥青：—1.5～+1.0；B级沥青：—1.8～+1.0)。
(2)、增加在高温环境下的稳定性和抗变形能力：本改性沥青与TLA湖沥青改性沥青相比，其各项指标也有一定改善。采用本改性沥青比采用TLA湖沥青混合料稳定度有一定程度的提高。本改性沥青的动稳定度能够满足JTGF40-2004规定的沥青混合料车辙试验动稳定度不小于3000的技术要求。
(3)、增加在低温环境下的韧性和抗裂性能：本改性沥青的低温弯曲试验和冻融劈裂试验均能满足JTG F40-2004规定的相关要求，说明本改性沥青路面的低温抗裂性能和抗水害能力较好。
(4)、增加抗疲劳开裂强度和减少龟裂：TLA湖沥青和岩沥青的分子量大，当其溶于基质沥青后，在高温和小分子包围的作用下，造成天然沥青大胶束破裂，暴露出很多活性点，这些活性点迅速与小分子结合形成半聚合作用，提高了本改性沥青的抗疲劳开裂强度，同时减少路面龟裂。
(5)、增加耐久性，延长使用寿命，降低维护保养成本：TLA湖沥青和岩沥青抗微生物侵蚀的作用很强，并具有在自由表面形成致密光亮保护膜的特点。岩沥青和TLA湖沥青同时加入到基质沥青中后会极大改善基质沥青的耐候性和抗紫外线能力，对提高沥青路面的耐久性，减缓沥青老化速度有较大帮助，可以延长道路的使用寿命，降低中期养护、维修的成本。
(6)、对基质沥青有广泛的适应性，混合高蜡成分沥青后也有效提高沥青的使用性能：TLA湖沥青和岩沥青中不含石蜡，将岩沥青和TLA湖沥青加入到含蜡量高的沥青中，会降低石蜡在沥青中的危害。我国的国产石油沥青大部分含蜡量很高，采用本工艺进行改性可以大大提高国产沥青的应用范围，减少进口沥青的使用量，降低工程造价。
(7)、与酸性石料同时使用时，可不使用或减少使用抗剥落剂：岩沥青中沥青质含量很高，沥青质大分子中含有较高的氧、氮、硫等较强的极性官能团，该类沥青质在岩石表面能产生强吸附力，其吸附自由能及其在花岗岩、石英岩等酸性石料表面的吸附量，都比TLA湖沥青改性沥青高，从而具有良好的抗剥落性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：按照图1所示流程生产，
1、将基质储罐中的7吨(t)的AH-90基质沥青加热至140℃，将基质沥青熔化，基质沥青在140℃时的密度为1092Kg/m3。
2、把3t湖沥青投放到熔化罐进行在195℃彻底熔化，完全熔化后熔化罐内温度保持在195℃。
3、将基质沥青从基质储罐中用泵打入搅拌罐；然后用泵将TLA湖沥青从熔化罐打入搅拌罐。
4、开启搅拌罐的搅拌器，搅拌40min，同时搅拌罐内温度保持在165℃。在搅拌的同时，在搅拌罐中缓慢均匀地加入4t岩沥青粉末，使岩沥青粉末充分熔化。
5、搅拌完成后，TLA湖沥青、岩沥青和基质沥青均匀混合后即为合格的天然复合改性沥青。
实施例2：
1、将基质储罐中的9t的AH-70基质沥青加热至130℃，将基质沥青熔化。
2、把1t湖沥青投放到熔化罐进行在195℃彻底熔化，完全熔化后熔化罐内温度保持在195℃。
3、将基质沥青从基质储罐中用泵打入搅拌罐；然后用泵将TLA湖沥青从熔化罐打入搅拌罐。
4、开启搅拌罐的搅拌器，搅拌20min，同时搅拌罐内温度保持在165℃。在搅拌的同时，在搅拌罐中缓慢均匀地加入1t岩沥青粉末，以使岩沥青粉末充分熔化。
5、搅拌完成后，TLA湖沥青、岩沥青和基质沥青均匀混合后即为合格的天然复合改性沥青。
实施例3：
1、将基质储罐中的3t的AH-110基质沥青加热至140℃，将基质沥青熔化。
2、把7t湖沥青投放到熔化罐进行在195℃彻底熔化，完全熔化后熔化罐内温度保持在195℃。
3、将基质沥青从基质储罐中用泵打入搅拌罐；然后用泵将TLA湖沥青从熔化罐打入搅拌罐。
4、开启搅拌罐的搅拌器，搅拌50min，同时搅拌罐内温度保持在170℃。在搅拌的同时，在搅拌罐中缓慢均匀地加入3t岩沥青粉末，使岩沥青粉末充分熔化。
5、搅拌完成后，TLA湖沥青、岩沥青和基质沥青均匀混合后即为合格的天然复合改性沥青。
实施例4：
1、将基质储罐中的8t的AH-70基质沥青加热至140℃，将基质沥青熔化。
2、把2t湖沥青投放到熔化罐进行在195℃彻底熔化，完全熔化后熔化罐内温度保持在195℃。
3、将基质沥青从基质储罐中用泵打入搅拌罐；然后用泵将TLA湖沥青从熔化罐打入搅拌罐。
4、开启搅拌罐的搅拌器，搅拌30min，同时搅拌罐内温度保持在170℃。在搅拌的同时，在搅拌罐中缓慢均匀地加入1t岩沥青粉末，使岩沥青粉末充分熔化。
5、搅拌完成后，TLA湖沥青、岩沥青和基质沥青均匀混合后即为合格的天然复合改性沥青。
(2)增加在高温环境下的稳定性和抗变形能力。
天然复合改性沥青(NCC)与TLA湖沥青改性沥青相比，其各项指标也有一定改善。具体试验数据如下：
性能检测试验：下述各试验的方法均采用本技术领域的常规检测方法，用实施例4所得到的产品进行实验。
1、本改性沥青的马歇尔试验：
 
沥青混合料类别 密度(g/cm3) 孔隙率(％) 稳定度(KN)
25％TLA湖沥青+4％SBS改性沥青 2.528 3.73 16.22
本天然复合改性沥青 2.516 3.67 16.98
试验结果表明采用本天然复合改性沥青(NCC)比采用TLA湖沥青+SBS复合改性沥青混合料的稳定度有一定程度的提高。
2、车辙试验动稳定度试验：通过对本天然复合改性沥青(NCC)混合料试件进行60℃下轮压0.7Mpa的车辙试验。试验数据如下：
 
沥青混合料类别 油石比(％) 试件密度(g/cm3) 试件尺寸(cm) 动稳定度(次/mm) 规范要求动稳定度(次/mm)
 
本天然复合改性沥青 4.0 2.557 30×30×5 3488 3000
试验结果表明，本改性沥青的动稳定度能够满足JTG F40-2004规定的沥青混合料车辙试验动稳定度不小于3000的技术要求。
3、低温弯曲和冻融劈裂试验：
低温弯曲试验结果
 
沥青混合料类别 成型温度(℃) 试件尺寸(mm) 试件破坏最大荷载(N) 破坏应变(με) 规范要求破坏应变(με)
本天然复合改性沥青 160 250×30×35 1494.5 3518 2800
冻融劈裂试验结果
 
沥青混合料类别 未冻融劈裂抗拉强度(Mpa)      冻融劈裂抗拉强度(Mpa) 劈裂抗拉强度比(％) 规范要求劈裂抗拉强度比(％)
本天然复合改性沥青 1.48 1.38 93.15 80
试验结果表明，本天然复合改性沥青(NCC)混合料的低温弯曲试验和冻融劈裂试验均能满足JTG F40-2004规定的相关要求。说明本天然复合改性沥青路面的低温抗裂性能和抗水害能力较好。
4、岩沥青和湖沥青是纯天然沥青，与SBS改性剂相比，它不需要化工合成工序，也就避免了在合成过程中对环境造成的污染，具有很好的环保特点。

Claims (8)

1、一种天然复合改性沥青，其特征在于它由下述重量配比的原料制成：基质沥青30—95份、特立尼达湖沥青(TLA)5—70份、岩沥青1—40份。
2、根据权利要求1所述的天然复合改性沥青，其特征在于它由下述重量配比的原料制成：基质沥青50—90份、特立尼达湖沥青(TLA)10—50份、岩沥青3—10份。
3、根据权利要求2所述的天然复合改性沥青，其特征在于它由下述重量配比的原料制成：基质沥青70—90份、特立尼达湖沥青(TLA)10—30份、岩沥青3—10份。
4、根据权利要求1、2或3所述的天然复合改性沥青，其特征在于所述的基质沥青为：AH-50、AH-70、AH-90、AH-110或AH-130。
5、根据权利要求4所述的天然复合改性沥青，其特征在于所述的基质沥青为AH-70基质沥青。
6、一种生产权利要求1所述的天然复合改性沥青的生产方法，其特征在于该方法的工艺步骤为：
(1)、在温度120℃—140℃下将基质沥青熔化；
(2)、在温度165℃—195℃下将特立尼达湖沥青(TLA)熔化；
(3)、将上述熔化的基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)混合，在温度165℃—195℃将上述基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)的混合物搅拌10—50min，在搅拌过程中加入岩沥青的粉末，得到的混合均匀的混合物即为成品。
7、根据权利要求6所述的天然复合改性沥青的生产方法，其特征在于在温度140℃下将基质沥青熔化；在温度195℃下将特立尼达湖沥青(TLA)熔化；在温度170℃下搅拌基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)的混合物。
8、根据权利要求6或7所述的天然复合改性沥青的生产方法，其特征在于基质沥青和特立尼达湖沥青(TLA)的混合物搅拌30min，在搅拌过程中加入岩沥青的粉末。
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