CN101608069B - 一种复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种复合改性沥青及其制备方法，是将50％～89.9％(重)沥青、10％～49.9％(重)硬质沥青、0.1％～5％(重)聚合物按比例混合后，在80～240℃温度下，剪切搅拌0.1～3小时，得到的产物即为复合改性沥青。该沥青高低温性能突出、感温性好，使用温域宽，PG分级可达到或超过PG76-28，可广泛应用于道路、桥梁、机场跑道等路面铺设。

Description

一种复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于一种沥青材料组合物和其制备方法，更具体地说一种复合改性沥青及其制备方法。

背景技术

沥青作为道路、建筑及水利行业的铺装材料，发展非常迅速，但普通沥青对温度的敏感性较大，存在夏季高温流淌、冬季低温开裂的问题，因此，改性沥青的应用越来越受到人们的重视。

近年来，聚合物改性沥青作为筑路材料的优势逐渐被人们所认识，因此，其应用也是逐年提高。用于改性的聚合物种类很多，按照改性剂的不同一般可分为三类：

1、热塑性橡胶类。即热塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯(SE/BS)等。另外，还有聚酯弹性体、聚脲烷弹性体、聚乙烯丁基橡胶浆聚合物、聚烯烃弹性体等等。热塑性弹性体类改性剂可同时改善沥青的高低温性能。

2、橡胶类。如天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯(IR)、乙丙橡胶(EPDM)、丙烯晴丁二烯共聚物(ABR)、异丁烯异戊二烯共聚物(IIR)、苯乙烯异戊二烯橡胶(SIR)等，还有硅橡胶(SR)、氟橡胶(FR)等，这类改性剂主要用于改善沥青的低温性能。

3、树脂类，包括热塑性树脂和热固性树脂。前者如乙烯-乙烯乙酸酯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、无规聚丙烯(APP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺等，还包括乙烯乙基丙烯酸共聚物(EEA)、聚丙烯(PP)、丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物(NBR)等；后者如环氧树脂(EP)等也可作为沥青改性剂，这类改性剂多用于改善沥青的高温性能。

在这三大类聚合物改性剂中，由于SBS具有同时改善沥青高低温性能的能力，故已成为目前世界上应用最多的道路改性剂，在国内这种情况更为突出，大有SBS包打天下的趋势。

但是，由于SBS与沥青相容性不好、抗紫外线较差，使得SBS改性沥青一直面临着易离析、稳定性差和不耐老化等问题。另外，由于SBS网络结构的存在，使得SBS改性沥青存在假象问题。因为，这种网络结构在受热情况下很容易断裂，造成改性沥青性能迅速下降。因此，人们试图寻找性能更优的改性剂或改性方法来改变这种状况。

CN1148073A中公开了用25℃针入度在0～20(1/10mm)范围内的硬沥青用于制备用来修建或基础加固道路的含沥青覆盖层，覆盖层中沥青的含量是6％以上。该专利中提出因为硬沥青具有较高的模量可以作为高速公路的粘结材料，但只强调了硬沥青材料的刚性没有提到其柔性要求。

目前，道路沥青的产品分级主要有三种：针入度分级、粘度分级和性能分级(PG分级)。其中针入度分级是按所测得的沥青25℃针入度所处的水平来划分沥青牌号；粘度分级是按真空毛细管法所测得的沥青60℃粘度所处的水平来划分沥青的牌号；PG性能分级是按沥青所能够适应的最高和最低环境温度来划分沥青牌号的，如沥青PG性能分级为PG70-22，表示沥青能够适应的最高环境温度为70℃，最低环境温度为-22℃，并且该沥青在中等温度28℃下符合疲劳开裂的要求。

目前我国道路石油沥青产品标准是按针入度分级的，针入度分级的好处是测试时间短、方法比较完善、能够表征沥青的温度敏感性，但是针入度分级没有考虑到沥青在荷载作用下的性质及沥青在路面实际使用后的性质变化。PG性能分级不仅能够提供沥青所适用的施工区域，而且能够反映出沥青在荷载作用下及路面使用几年后的性质。

PG性能分级是美国公路战略研究计划(SHRP)的主要研究成果之一，它将沥青材料的粘弹性能的本质用流变学指标进行量化，提出了在高温、中温和低温下与路面使用环境相关的流变特性指标。PG分级中的高、中温性能是用动态剪切流变仪(DSR)中车辙因子(G*/sinδ)和疲劳因子(G*sinδ)来表征的，低温性能是用弯曲梁流变仪(BBR)中的蠕变劲度(S)和应力释放速率(m)值来表征的。

发明内容

本发明的目的是在现有技术基础上提供一种复合改性沥青及其制备方法。

本发明提供的复合改性沥青以重量计其组成包括：

基质沥青                 50％～89.9％，

硬质沥青                 10％～49.9％，

聚合物                   0.1％～5％。

优选的组成包括：

基质沥青                 57％～79.5％，

硬质沥青                 20％～40％，

聚合物                   0.5％～3％。

所述的基质沥青选自直馏沥青、减压渣油、氧化沥青、溶剂脱沥青工艺所得沥青和调和沥青中的一种或几种。优选的是针入度为60～120(1/10mm)的道路石油沥青。

所述的硬质沥青的针入度≤30(1/10mm)，软化点为90～160℃。

优选的所述的硬质沥青是通过深度氧化工艺制备的硬质石油沥青。

更优选的所述的硬质沥青是将下述组合物，以重量计其组成包括：

石油残渣                    94％～99.4％，

三氯化铁或五氧化二磷        0.1％～1％，

石油环烷酸                  0.5％～5％，

在反应条件：温度为150～300℃，空气吹入量为1～10(1/kg·min)，吹风氧化1～15小时的情况下进行反应所得产物。

所述的硬质沥青是在优选的反应条件：温度为200～250℃，空气吹入量为3～6(1/kg·min)，吹风氧化5～10小时下得到的。

所述的聚合物是丁苯橡胶。

本发明利用硬质沥青作为改性剂加入普通道路沥青中改善沥青高温性能，增强材料的刚性，同时添加丁苯橡胶SBR改善沥青低温性能，使得最终产品具有优良的高低温性能

制备上述复合改性沥青的方法，先将基质沥青、硬质沥青、聚合物按比例混合，然后在80～240℃，优选140～180℃温度下，经剪切搅拌0.1～3，优选0.5～2小时，即可得到复合改性沥青。该沥青高低温性能突出、感温性好，使用温域宽，PG分级可达到或超过PG76-28，可广泛应用于道路、桥梁、机场跑道等路面铺设。

本发明的优点：

(1)生产工艺简单。在生产硬质沥青的工艺上仅采用石油加工工业中常用的氧化装置，工艺成熟，操作简单；在加工复合改性沥青的工艺上仅采用简单的物理搅拌混融，无需大量的电力和高昂的设备投资。

(2)改性效果好。本发明提供的复合改性沥青及其制备方法有效地解决了SBS改性沥青的不足，本发明用硬质沥青改善高温性能，用橡胶改善低温性能，从而达到同时改善沥青高低温性能得目的。该沥青高低温性能突出、感温性好，使用温域宽，从SHRP评测角度分析，PG分级可达到或超过PG76-28，该沥青有效地改善了普通沥青高温易流淌、低温易开裂的问题，可广泛应用于道路、桥梁、机场跑道等路面的铺设。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。

按本专利所述方法和步骤，分别制备了6个复合改性沥青样品，具体配方和SHRP评价结果见实施例1～6；按同样方法和步骤处理的基质沥青评价结果见对比例1、2；以热塑性弹性体SBS为改性剂制备的改性沥青评测结果见对比例3、4。

由上述具体实例和SHRP评价结果可见：采用本发明所制备复合改性沥青，其综合性能显著优于基质沥青，也优于SBS改性沥青。因此，以本发明制备的复合改性沥青可以全部或部分取代基质沥青及聚合物改性沥青应用于道路、建筑、水利等领域。

表1

表2

表3

工艺配方	对比例1	对比例2
			基质沥青	A	B
硬质沥青	-	-
			基质沥青/硬质沥青，重％	-	-
反应条件	170℃，搅拌1小时	170℃，搅拌1小时
			针入度(25℃，100g，5s)/(1/10mm)	86	89
软化点(环球法)/℃	45	44
			延度(5℃，)/cm	2	3
PG分级	PG58-22	PG58-22

表4

工艺配方	对比例3	对比例4
			基质沥青	A	A
聚合物	SBS	SBS
			基质沥青/聚合物，重％	96/4	95/5
反应条件	180℃，剪切1小时，搅拌2小时	180℃，剪切1小时，搅拌2小时
			针入度(25℃，100g，5s)/(1/10mm)	68	64
软化点(环球法)/℃	65	78
			延度(5℃，)/cm	37	34
PG分级	PG70-22	PG76-22

Claims (7)

1.一种复合改性沥青，其特征在于以重量计其组成为：

基质沥青              50％～89.9％，

硬质沥青              10％～49.9％，

聚合物                0.1％～5％，

所述的硬质沥青是将下述组合物，以重量计其组成包括：

石油残渣                    94％～99.4％，

三氯化铁或五氧化二磷        0.1％～1％，

石油环烷酸                  0.5％～5％，

在反应条件：温度为150～300℃，空气吹入量为1～10l/kg·min，吹风氧化1～15小时的情况下进行反应所得产物，

所述的聚合物是丁苯橡胶。

2.按照权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于以重量计其组成为：

基质沥青        57％～79.5％，

硬质沥青        20％～40％，

聚合物          0.5％～3％。

3.按照权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于所述的基质沥青选自直馏沥青、减压渣油、氧化沥青、溶剂脱沥青工艺所得沥青和调和沥青中的一种或几种。

4.按照权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于所述的基质沥青是针入度为60～120l/10mm的道路石油沥青。

5.按照权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于所述的硬质沥青的针入度≤30l/10mm，软化点为90～160℃。

6.一种制备权利要求1-5任一种复合改性沥青的方法，其特征在于先将基质沥青、硬质沥青、聚合物按比例混合，然后在80～240℃温度下，经剪切搅拌0.1～3小时，即可得到复合改性沥青。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于先将基质沥青、硬质沥青、聚合物按比例混合，然后在140～180℃温度下，经剪切搅拌0.5～2小时，即可得到复合改性沥青。