CN101445661A - 道路用抗车辙改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

抗车辙改性材料是发明人研发的一种天然改性沥青产品，具有强化沥青高低温性能的特点。其主要成分是以高分子量和极性较强的大分子天然沥青质为主，使其在石料表面能产生更强的吸附能力，它与石灰石、高岭石、石英岩和硅铝酸岩表面的吸附量比普通沥青高出几倍。抗车辙主要从选用沥青材料入手，采用粘附性强的抗车辙改性材料，作为沥青混合料粘结剂，可大大改善和提高沥青与石料的裹附性、粘结力和内摩阻力，达到提高沥青混合料的抗剪切强度。同时采用适宜的级配和优化面层的结构，可以提高沥青混合料的高温抗变形能力，进而提高沥青路面抗车辙能力，又可节约工程造价。

Description

道路用抗车辙改性沥青材料及其制备方法

所属技术领域

本发明涉及一种道路用抗车辙改性沥青材料及其制备方法，用此种工艺制作的抗车辙改性沥青材料具有较好的抗车辙能力。

背景技术

交通是制约国民经济发展的一个重要因素。随着我国国民经济的迅速发展，公路交通也随之迅速发展。以往，我国铺设公路的主要材料是普通道路沥青，这种沥青存在低温脆裂、高温流淌，对应变值适应性和耐疲劳性差等缺点。由于公路长期受水和空气中湿气的作用，沥青会分解并丧失对砂和集料的粘结力，使路面使用寿命很短。

目前国外公路大多采用改性沥青作为铺路材料。这些改性沥青具有良好的耐久性、抗磨性、高温不软化、低温抗开裂性能，可成倍地延长路面使用寿命。国内一些高等级公路也采用改性沥青用为铺路材料，但主要还是采用国外进口改性沥青。

我国是一个沥青需求大国，每年需要各类沥青数百万吨，仅改性沥青就需约300万吨。如果能充分利用我国的沥青资源，将它们改性成可与国外改性沥青性能相当的高等级路面铺筑材料，不仅会为我们国家创造巨大的经济效益，而且还可节约大量的外汇，促进我国公路交通乃至经济的发展。

抗车辙改性材料是发明人研发的一种以天然沥青、高分子聚合物及糠醛油为复合改性剂制作的改性沥青产品，具有强化沥青高低温性能的特点。其主要成分是以高分子量和极性较强的大分子天然沥青质为主，化学构成为：碳81.7％、氢7.5％、氧2.3％、氮1.95％、硫4.4％、铝1.1％、硅0.18％、铁0.6％及其他金属0.27％。其中碳、氢、硫、氧、氮的含量较高，几乎每个沥青质大分子中都含有上述各元素的极性官能团，使其在石料表面能产生更强的吸附能力，它与石灰石、高岭石、石英岩和硅铝酸岩表面的吸附量比普通沥青高出几倍。抗车辙主要从选用沥青材料入手，采用粘附性强的抗车辙改性材料，作为沥青混合料粘结剂，可大大改善和提高沥青与石料的裹附性、粘结力和内摩阻力，达到提高沥青混合料的抗剪切强度。同时采用适宜的级配和优化面层的结构，可以提高沥青混合料的高温抗变形能力，进而提高沥青路面抗车辙能力，又可控制造价。

其中的SBS、SBR和糠醛油具有调节和弥补天然沥青性能上的一些弱点，具有提高改性沥青高温性能和改善低温性能。

本发明的目的是提供一种道路用抗车辙沥青改性沥青材料，该材料在相同改性剂成本近似下各项性能有明显的提高，而在改性沥青相近性能情况下，成品成本明显降低，同时提供优良的抗车辙性能。本发明的另一个目的是提供该材料的制备方法。

发明内容

本发明提供的道路用抗车辙改性沥青材料，其主要成分是以高分子量和极性较强的大分子天然沥青质、高分子聚合物及糠醛油为主要改性剂，其中主要成分天然沥青中碳、氢、硫、氧、氮的含量较高，几乎每个沥青质大分子中都含有上述各元素的极性官能团，使其在石料表面能产生更强的吸附能力，它与石灰石、高岭石、石英岩和硅铝酸岩表面的吸附量比普通沥青高出几倍。

一种较理想的道路用抗车辙改性沥青材料，按重量份数计，包括以下组份经反应混合而成：

沥青         100份

天然沥青     2—12份

SBS          0.3—3份

SBR          0.3—3.5份

糠醛油       0.3—5份

一种制备该道路用抗车辙改性沥青材料的方法是按上述比例，在改性沥青生产设备中将沥青与适量天然沥青、SBS、SBR、糠醛油等进行剪切搅拌，剪切温度为170℃左右，剪切时间为20—40min，即得该改性沥青材料。另一种制备该道路用橡胶改性沥青材料的方法是按上述比例，先将沥青注入带有搅拌设备的储藏罐中加热至170℃，在此过程中按比例人工投入适量天然沥青、SBS、SBR、糠醛油等添加剂，达到指定温度后搅拌30—60min即得该改性沥青材料。

在抗车辙改性沥青性能的研究过程中，首先按照所述要求，将各类不同添加剂按照一定的比例制备成改性沥青添假剂，然后比例在试验室加工工艺完成，经加工质量外观检查合格的产品进行沥青的三大指标(针入度、软化点、延度)试验。

本发明提供的改性沥青材料采取不同掺配比的试验结果见下表

表1  抗车辙改性沥青试验结果

抗车辙改性沥青试验结果综合表中的试验数据表明，随着沥青改性剂掺量的提高抗车辙改性沥青的延度和针入度均有所降低，而软化点则相应提高，这也体现出了该沥青改性剂基本特征：当沥青改性剂的掺量提高时，改性沥青的软化点有明显的提高，可见其对改善沥青的高温性能具有较好的贡献。

延度指标主要是作为一种衡量沥青材料低温性能的指标。由于天然沥青中矿物质含量较高，就造成了天然沥青作为改性剂来生产的改型沥青的延度相对基质沥青要有所降低而且在反复的加温过程中往往使延度会在一定程度上再次下降，这已经成为了大部分天然沥青的特点。

天然沥青对于针入度指标的影响主要表现在在相同的实验条件下，随着沥青掺量的增加，针入度相应有所下降，从材料特性上表现出沥青掺量较高的抗车辙改性沥青粘稠程度较高。

显然，本发明提供的道路用橡胶改性沥青材料及其制备方法，具有相当明显的技术提高效果，同时也提高了橡胶在沥青中的分散稳定性，在公路交通领域具有良好的应用价值，尤其是在高速公路及重交通公路具有广阔的应用前景。

抗车辙改性沥青及沥青混合料拌制工艺

1、掺配方法

1)采用内掺法：

沥青        100份

天然沥青    2—12份

SBS         0.3—3份

SBR         0.3—3.5份

糠醛油      0.3—5份

2、采用高速剪切机或搅拌器对改性沥青进行剪切或搅拌。

3、试验掺配工艺如下：

1)将一定质量的基质沥青加热至160℃左右后，加入适量的SBS，然后用高速剪切机剪切或用胶体磨研磨10—20min。高速剪切机或胶体磨转速可控制在3000r/min-4000r/min；

2)然后依次加入适量的SBR、天然沥青、糠醛油，保持高速剪切机或胶体磨转速在4000r/min左右20-30min，随着高速剪切机剪切或胶体磨研磨时自身产生的能量，改性沥青的温度逐步上升，调整加热设备，控制沥青的最高温度在175℃以下。

3)改性沥青加工完成后应及时检测改性沥青性能指标。如条件不具备，可通过检验改性沥青均匀性以及颗粒分散状况间接判断改性沥青性能，可用铁棒或玻璃棒将改性后沥青涂在白纸上，目测改性沥青在涂膜上是否存在结团或颗粒现象，无结团或无颗粒为合格，若有少量结团或颗粒，应适当延长剪切或搅拌时间。

4)改性沥青加工完成后，尽可能减少改性沥青加热遍数，及时用于沥青性能及沥青混合料性能试验；试验条件不允许，应在室内温度下把改性沥青降至常温，并密封保管，以确保改性沥青质量达到要求。

(二)抗车辙改性沥青混合料拌制方法

1、将各种集料加热至180-190℃，并不断搅拌，加入适量抗车辙改性沥青，拌和1-10分钟。抗车辙改性沥青加热温度应控制在165℃范围内，以确保改性沥青质量不发生老化。

2、改性沥青混合料击实或碾压成型的温度控制，比普通改性混合料温度高出10-20℃即可。

具体实施方式

实施例1

取930g道路用A级石油沥青放入恒温烘箱中加热至160，取出放在电热炉上加热至175℃，取抗车辙质量为70g，均匀加入基质沥青中，用高速乳化剪切机进行剪切30分钟，剪切温度为175℃，待混合均匀混合后放入烘箱160℃养护1小时。其主要性能指标为针入度(25℃ 0.1mm)：52，延度(15℃，5cm/min，cm)：24，软化点(℃)：55.2

实施例2

将930g道路用A级石油沥青加热至130℃，后加入70g抗车辙改性剂，用玻璃棒均匀混合。然后放入烘箱中加热至175℃并保持30min，取出用剪切机剪切30min，待混合均匀混合后放入烘箱160℃养护1小时。其主要性能指标为针入度(25℃ 0.1mm)：51，延度(15℃，5cm/min，cm)：21，软化点(℃)：56.4

实施例3

将930g道路用A级石油沥青加热至130℃，后加入70g抗车辙改性剂，用电热炉加热至175℃并保持30min，期间用玻璃棒不停搅拌。然后放入烘箱中恒温160℃养护1小时。其主要性能指标为针入度(25℃ 0.1mm)：55，延度(15℃，5cm/min，cm)：27，软化点(℃)：54.6。

Claims (5)

1、一种道路用抗车辙改性沥青材料其特征在于主要采用高分子量和极性较强的大分子天然沥青和其他高分子聚合物与基质沥青进行化学改性而成混合物。

2、根据权利要求1中所述的材料，按重量份数计，包括以下组份经反应混合而成：沥青100份、天然沥青2—12份、SBS 0.3—3份、SBR 0.3—3.5份、糠醛油0.3—5份。

3、一种制备权利要求1至2中所述材料的方法，按所述比例，在改性沥青生产设备中依次加入沥青、SBS、SBR、天然沥青、糠醛油进行剪切搅拌，剪切温度为175℃左右，剪切时间为20—40min，即得该改性沥青材料。

4、一种制备权利要求1至3中所述材料的方法，按所述比例，另一种制备该道路用橡胶改性沥青材料的方法是按上述比例，先将沥青注入带有搅拌设备的储藏罐中加热至175℃，然后按比例人工投入天然沥青改性剂，搅拌30—60min即得该改性沥青材料。

5、一种制备权利要求1至4中所述材料的方法，按所述比例，另一种制备该道路用橡胶改性沥青材料的方法是先将沥青改性剂按上述比例加工成抗车辙复合改性剂，然后投入到已充满沥青并加热的改性沥青生产设备中进行剪切、搅拌，加热温度控制在175℃，搅拌30—60min即得该改性沥青材料。