CN101649122B - 一种sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SBS改性沥青及其制备方法，所述SBS改性沥青基于SBS改性沥青原料的总重量，在所述SBS改性沥青原料中包含3-8重量％的抑烟改性剂，所述抑烟改性剂由30-80重量％的裂解聚乙烯蜡和20-70重量％的硬脂酸组成。本发明采取的技术方案与现有技术相比的有益效果是：降低所述SBS改性沥青在高温下拌合的粘度；因此，其拌合、成型温度可降低20-40℃，从而大大减少了沥青烟气污染；且不削弱沥青混合料的性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青，特别涉及一种SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面作为一种连续式路面，具有减震、行车舒适、易维修等优点，是高等级路面采用的主要方式。但沥青路面作为一种粘弹性材料，也容易出现高温车辙、低温裂缝等病害，因此目前我国许多路面工程采用SBS改性沥青材料来减少这些病害的过早出现，延长路面寿命。
SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，用它进行改性的基质沥青称为SBS改性沥青。SBS改性沥青的最大特点是高温、低温性能都较好，同时具有优良的抗老化、抗疲劳和粘结能力，能明显提高路面抗裂缝和抗车撤能力，从而改善路面材料的综合性能，提高耐久性。
目前绝大多数沥青路面是通过热拌沥青混合料(沥青和集料)来实现的。随着大家认识水平的不断提高，热拌沥青混合料在拌制、运输以及摊铺的过程中出现的热老化、有害气体排放以及过多能耗等问题，逐步为各国的科技工作者所关注。热拌沥青混合料的拌制和施工温度是相当高的，基质沥青达160℃，如果采用SBS改性沥青，拌合温度还要提高20℃左右，在如此高的温度并且是有氧气的情况下，沥青的老化是不可避免的，沥青混合料的路用性能不可避免的将受到不利影响。从另外一个角度看，沥青和集料分别加热至如此高的温度，必然要消耗大量的燃料能源。
由于热拌沥青混合料的拌和温度高，所以混合料拌制过程乃至摊铺时青烟阵阵的现象是非常普遍的。热拌沥青混合料在拌制和摊铺过程中挥发出来的“青烟”除了污染大气环境外，对操作人员的呼吸系统也存在强烈的刺激。而冷拌沥青混合料由于操作温度低，基本没有沥青烟的危害，在环保、能耗等方面有一定优势，但由于总体上其路用性能与热拌沥青混合料相比还有较大差距，因此只能用于沥青路面的修补、低交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层。鉴于此，如何保留热拌沥青混合料性能良好的特点并克服其存在上述问题，或从另外一个角度说，如何在保留冷拌沥青混合料环保方面优势的同时克服其性能的不足，这成为科研人员努力的方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述技术缺陷提供一种高性能的包含抑烟改性剂的SBS改性沥青，这种SBS改性沥青能够在其他性能变化不大的前提下，使得高温施工粘度大大降低，从而降低施工温度，大大减少沥青烟气产生及其危害。
本发明采取的技术方案是：
一种SBS改性沥青，其特征在于基于SBS改性沥青原料的总重量，在所述SBS改性沥青原料中包含3-8重量％的抑烟改性剂，所述抑烟改性剂由30-80重量％的裂解聚乙烯蜡和20-70重量％的硬脂酸组成。
本发明采取的技术方案与现有技术相比的有益效果是：降低所述SBS改性沥青在高温下拌合的粘度；因此，其拌合、成型温度可降低20-40℃，从而大大减少了沥青烟气污染；且不削弱沥青混合料的性能指标；节约拌合能耗，施工简单方便、环保节能。
本发明还涉及所述SBS改性沥青的制备方法，其特征在于在140℃-180℃温度下，将所述抑烟改性剂与所述SBS改性沥青原料搅拌5分钟-60分钟。
该方法具有添加方便、成本低；简单易行，易于应用在工业化生产中；且利用该方法生产的SBS改性沥青具有上述优点。
具体实施方式
以下将详细描述本发明，其中百分含量都是重量百分比。
本发明涉及一种SBS改性沥青，基于SBS改性沥青原料的总重量，在所述SBS改性沥青原料中加入了3-8重量％的抑烟改性剂，所述抑烟改性剂由30-80重量％的裂解聚乙烯蜡(polyethylene蜡，下文中，简称为“PE蜡”)和20-70重量％的硬脂酸(stearic acid，下文中，简称为“SA”)组成。其中进一步优选，所述抑烟改性剂由50-70重量％的裂解聚乙烯蜡和30-50重量％的硬脂酸组成。本发明通过混合裂解聚乙烯蜡和硬脂酸的复合粒子，将SBS改性沥青原料中添加裂解聚乙烯蜡和硬脂酸的混合物，搅拌即可得到分散均匀的本发明的SBS改性沥青。
本发明的SBS改性沥青中，降低了所述SBS改性沥青在高温下拌合的粘度；因此，其拌合、成型温度可降低20-40℃，从而大大减少了沥青烟气污染。其中，加入硬脂酸能够软化SBS原料中S段的结合，所以降低了改性沥青粘度，但软化点也降低，明显消弱了SBS改性沥青原料的高温性能；此时，添加裂解蜡不但进一步降低SBS改性沥青原料的粘度，还能提高SBS改性沥青原料的高温性能，可弥补加入硬脂酸所带来的高温性能变差的缺陷，从而将二者结合起来在降低粘度的同时保持SBS改性沥青原料的性能。
本发明的SBS改性沥青中，所述裂解聚乙烯蜡可以选用市售产品，或可以由低密度聚乙烯高温下裂解而得。其中，优选用低密度聚乙烯高温下裂解而得，更优选采用废的低密度聚乙烯高温下裂解而得，从而进一步降低生产成本。其中，还优选采用所述裂解聚乙烯蜡熔点100-110℃，在135℃的粘度0.2-0.5Pa.S；所述硬脂酸熔点65-70℃，以得到更好的技术效果。
生产实施例
以下将通过实施例来说明本发明的实施方案，但是本发明并不限于这些特定的实施例。
原料
SBS改性沥青原料(江苏宝利沥青股份有限公司生产，SBS(I-C)型)
低密度聚乙烯(上海精良建材有限公司生产，二级黑料)
硬脂酸(上海延安油脂化工厂，一级)
(1)裂解聚乙烯蜡的生产例A1-A4
按照如下表A所示的操作参数，将低密度聚乙烯在反应釜或高压釜中进行裂解反应，裂解反应后卸压出料冷却，粉碎得到裂解聚乙烯蜡。
表A
| 操作参数 | 生产例A1 | 生产例A2 | 生产例A3 | 生产例A4 |
| 裂解温度(℃) | 410 | 430 | 390 | 410 |
| 裂解压力(atm) | 2 | 2.2 | 1.8 | 2 |
| 裂解时间(min) | 30 | 10 | 20 | 20 |
(2)SBS改性沥青的生产例B1-B4
在例如张家港贝斯特有限公司产的高速捏合机S350型的混合设备中，按照如下表B所示的操作参数，将所述抑烟改性剂与所述SBS改性沥青原料搅拌均匀即可得本发明的SBS改性沥青，所述抑烟改性剂为由硬脂酸和如上所得的裂解聚乙烯蜡组成的混合物。
表B
| 操作参数 | 生产例B1 | 生产例B2 | 生产例B3 | 生产例B4 |
| 温度(℃) | 140 | 180 | 160 | 170 |
| 搅拌时间(min) | 60 | 30 | 5 | 40 |
效果实施例
下文中，如果没有特别指明，各指标和检测方法是根据交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)》来定义，技术指标的标准值来自交通部行业标准《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》。
抑烟SBS改性沥青的关键是降低其在高温下拌合的粘度，这一粘度通常用135℃时的旋转粘度表示。
效果实施例1
表1 裂解PE蜡用量对SBS改性沥青粘度的影响
| PE蜡含量 | 0 | 1％ | 3％ | 5％ | 7％ |
| 135℃粘度(Pa.S) | 1.21 | 1.15 | 1.03 | 0.98 | 0.80 |
| 软化点(℃) | 86.5 | 86.5 | 87.5 | 88.0 | 89.0 |
裂解PE蜡用量对SBS改性沥青的粘度和软化点影响如表1所示。可看出，裂解PE蜡对SBS沥青也具有比较好的降粘效果，特别是当其用量为7％时，效果比较明显。随着PE蜡用量增加，改性沥青的软化点将增加。
效果实施例2
表2 硬脂酸用量对SBS改性沥青粘度的影响
| 硬脂酸含量 | 0 | 1％ | 3％ | 5％ | 7％ |
| 135℃粘度(Pa.S) | 1.21 | 1.02 | 0.85 | 0.72 | 0.67 |
| 软化点(℃) | 86.5 | 82.0 | 78.5 | 68.0 | 60.5 |
硬脂酸用量对SBS改性沥青粘度的影响如表2所示，从表2可看出，硬脂酸对SBS改性沥青也具有比较好的降粘效果，特别是当其用量较小时，效果就比较明显。但随其用量增加，改性沥青的软化点逐渐下降，沥青的高温性能变差。
效果实施例3
由于硬脂酸降低了改性沥青软化点，而PE蜡则能提高，因此将二者结合起来共同降低粘度，能同时保持SBS改性沥青的性能。几个不同比例下试验结果如表3所示。
表3 SA和PE蜡并用对SBS改性沥青(中)粘度及主要指标的影响
| 指标 | 粘度(135℃) | 粘度(160℃) | 针入度dmm | 软化点℃ | 延度(5℃) |
| 0 | 1.21 | 0.36 | 71.2 | 74.0 | 35.0 |
| 2％SA | 0.89 | 0.29 | 98.5 | 69.5 | 52.1 |
| 2％SA+2％PE蜡 | 0.78 | 0.28 | 84.7 | 72.0 | 44.6 |
| 2％SA+4％PE蜡 | 0.74 | 0.25 | 78.2 | 72.5 | 36.3 |
| 2％SA+6％PE蜡 | 0.59 | 0.19 | 72.4 | 72.0 | 31.8 |
从上表可看出，硬脂酸可明显降低改性沥青的粘度，低温延度虽有大幅度提高，但是其针入度太高，不适合应用。通过加入PE蜡，其高温粘度进一步降低，针入度逐渐得到降低，软化点也得到了提高。当添加2％SA+6％PE蜡时，135℃粘度降低到0.60Pa.S以下，为初始粘度的1/2。
将硬脂酸和PE蜡加入到SBS改性沥青中时改性沥青经过163℃下48h高温热贮存试验表明，上下软化点分别为74.5和73.0℃，差别仅为-1.5℃，保持了较好的贮存稳定性，软化点也没有发生衰减。
效果实施例4
为了验证所得抑烟SBS改性沥青的效果，进行了混合料试验。对比了SBS改性沥青混合料分别在140和160℃下成型后的全面性能，与添加5％裂解PE蜡硬脂酸混合物(下称抑烟剂)的SBS改性沥青在140℃下成型后的性能。
沥青混合料的类型选择为AC13C型，矿料级配见表4.1，最佳油石比根据交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000)》确定为4.9％。
表4.1 AC-13沥青混合料合成级配
| 筛孔尺寸，mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 试验级配 | 100 | 94.4 | 82.4 | 55.0 | 30.2 | 22.6 | 17.7 | 12.9 | 8.4 | 4.4 |
分别采用SBS改性沥青原料、SBS改性沥青原料掺加沥青质量的5％抑烟剂(裂解PE蜡/硬脂酸(2/1)在140℃下添加)进行对比，由于加入抑烟剂后会降低沥青的粘度，所以加入抑烟剂后的沥青混合料的试件击实成型温度(击实成型温度是指沥青混合料在施工中适宜压路机碾压达到密实状态的温度，低于此温度时由于沥青粘度过大，则较难达到密实状态)降低20℃，同时SBS改性沥青原料之一也降低20℃击实成型试件，进行对比试验。下表为各种沥青的击实成型温度：
表4.2 不同沥青的击实成型温度
| 沥青种类 | SBS-160 | SBS-140 | SBS+5％抑烟剂 |
| 击实成型温度(℃) | 160 | 140 | 140 |
根据要求，按规范方法对混合料进行各种使用性能的检验。
(1)马歇尔度稳定度
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0709-1993)中规定的方法和条件进行标准马歇尔试验，试验测试结果见表4.3。
表4.3 马歇尔稳定度试验结果
| 试验指标 | 单位 | SBS-160 | SBS-140 | SBS+5％抑烟剂 |
| 稳定度 | kN | 12.2 | 12.4 | 11.5 |
| 流值 | 0.1mm | 35.0 | 40.0 | 34.0 |
(2)高温稳定性检验。
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0719-1993)中规定方法与试验条件进行标准车辙试验，试验测试结果见表4.4。
表4.4 车辙试验动稳定度指标检验
| 试验项目 | SBS-160 | SBS-140 | SBS+5％抑烟剂 |
| 动稳定度(次/mm) | 5406 | 2801 | 4864 |
(3)水稳定性检验
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0709-1993、T0729-1993)中规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，分别测定残留稳定度及冻融劈裂残留强度比，试验结果见表4.5、4.6。
表4.5 马歇尔残留稳定度指标检验
| 编号 | 马歇尔稳定度KN | 浸水马歇尔稳定度KN | 残留稳定度％ |
| SBS-160 | 12.2 | 10.6 | 86.8 |
| SBS-140 | 12.4 | 11.0 | 88.5 |
| SBS+5％抑烟剂 | 11.5 | 10.8 | 93.9 |
表4.6 冻融劈裂试验残留强度比指标检验
| 编号 | 标准条件劈裂强度MPa | 冻融条件劈裂强度MPa | 残留强度比(TSR)％ |
| SBS-160 | 1.17 | 1.04 | 88.9 |
| SBS-140 | 0.96 | 0.84 | 88.0 |
| SBS+5％抑烟剂 | 1.038 | 0.889 | 85.7 |
(4)低温性能
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0715-1993)中规定的试验方法进行低温弯曲试验，试验结果见表4.7。
表4.7 低温小梁弯曲试验指标检验
| 编号 | 弯拉强度MPa | 弯拉劲度模量MPa | 破坏应变με |
| SBS-160 | 8.24 | 2445 | 3388 |
| SBS-140 | 8.37 | 2636 | 3205 |
| SBS+5％抑烟剂 | 6.87 | 3075 | 3473 |
根据前述试验数据可以看出，添加抑烟剂在较低温度(140℃)下成型的沥青混合料高温稳定性和水稳定性显著优于同条件下的SBS改性沥青，低温性能基本持平，与高温成型(160℃)条件下的SBS性能差别不大。说明抑烟剂可以显著降低沥青混合料成型温度，而不会削弱混合料的性能指标，具有良好的“温拌”效果。
Claims (8)
1.一种SBS改性沥青，其特征在于基于SBS改性沥青原料的总重量，在所述SBS改性沥青原料中包含3-8重量％的抑烟改性剂，所述抑烟改性剂由50-70重量％的裂解聚乙烯蜡和30-50重量％的硬脂酸组成。
2.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于所述裂解聚乙烯蜡由低密度聚乙烯高温下裂解而得。
3.根据权利要求2所述的SBS改性沥青，其特征在于所述裂解聚乙烯蜡是由低密度聚乙烯在410℃±20℃下，压力为2atm下，裂解10-30min，卸压出料冷却，粉碎而得。
4.根据权利要求2所述的SBS改性沥青，其特征在于所述裂解聚乙烯蜡的熔点为100-110℃，在135℃的粘度为0.2-0.5Pa.S。
5.根据权利要求2所述的SBS改性沥青，其特征在于所述硬脂酸的熔点为65-70℃。
6.一种制备权利要求1所述的SBS改性沥青的方法，其特征在于在140℃-180℃温度下，将所述抑烟改性剂与所述SBS改性沥青原料搅拌5分钟-60分钟而得所述SBS改性沥青。
7.根据权利要求6所述的SBS改性沥青的制备方法，其特征在于所述裂解聚乙烯蜡由低密度聚乙烯高温下裂解而得。
8.根据权利要求7所述的SBS改性沥青的制备方法，其特征在于所述裂解聚乙烯蜡是由低密度聚乙烯在410℃±20℃下，压力为2atm下，裂解10-30min，卸压出料冷却，粉碎而得。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |