CN102061100B - 一种复合改性剂改性道路沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合改性剂改性道路沥青及其制备方法，该道路沥青是通过硫化橡胶粉协同热塑性丁苯橡胶（SBS）复合改性得到。该复合改性剂改性道路沥青的制备是通过在基质沥青中添加一定量的硫化橡胶粉，并配以改性剂热塑性丁苯橡胶（SBS）、稳定剂，经胶体磨剪切、磨细后获得，具有生产成本较低、工艺简单、产品质量高、抗车辙和低温抗裂性能较突出、环保的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合改性剂改性道路沥青及其制备方法，属石油化工领域。
背景技术
城市的不断进步和社会经济的发展，使得城市道路的质量、建设和施工等面临着更加严峻的考验：例如，现代公路和道路交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，普遍实行分车道单向行驶，要求进一步提高路面抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命。用于道路铺设的主要材料之一的沥青，其在道路铺设中的使用性能的优化和改进，在业内受到了持续的关注。经过数十年的研究和工程上的实际应用，改性沥青的出现使得传统沥青的部分缺陷得以改进或克服，加快了产业的发展。
改性沥青一般是将橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），掺加如沥青中，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成，通过改变沥青化学组成，或是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构来实现沥青的改性。
利用废旧轮胎橡胶粉改性沥青的方法，由于可以将废旧轮胎再生利用，实现资源回用，有利于消除环境污染，同时，用废旧轮胎橡胶粉改性后的沥青还可以用于降噪路面的铺筑施工，利于减少城市交通噪音，此外，用这种改性沥青铺设的路面耐热、耐寒性、防滑性能较好，还具有原料丰富、性价比高等优势，因此，在近几年也得到了广泛关注。例如中国专利ZL 200410040237.9、ZL 200510016293.3、ZL200610023919.8等针对胶粉的生产、胶粉改性沥青的方法、设备均进行了相关的研究并取得较好的成果。
但是废胶粉由于来自废旧轮胎，是经过硫化的胶粉，其在结构上为三维空间网络结构并含有各种添加剂，成分复杂，比一般常用的原生胶粉或是热塑性丁苯橡胶（SBS）等聚合物更难以在沥青中溶胀和分散。现有的废轮胎胶粉改性沥青工艺常常是将一定细度的废轮胎胶粉在沥青中进行高温溶胀、物理剪切、研磨和分散搅拌，由于受到废轮胎胶粉自身的反应惰性的影响，使用废旧轮胎胶粉改性沥青会使得沥青的贮存、稳定性能较差，且最终的改性效果不理想。为解决这一问题，人们提出了一些办法，例如专利CN1114258A提出将废橡胶轮胎削成细条状或细粉与沥青混合使用，这种方法也仅是生产现场使用，没能解决实际的贮存稳定性问题；还有的提出利用脱硫胶粉改性沥青的方法，如 CN1597782、CN1441005等，但其方法工艺较为繁琐复杂，且需要加入相应的溶剂或其他聚合物，使得成本偏高。这些利用胶粉改性的方法均未能较好的解决实际问题，因而此种方法的发展受到限制。
我们国家标准的70#、90#重交沥青，其软化点都在50℃左右，实际使用中在较高（夏天）或较低温度（冬天特别是北方）环境下，性能显得不能满足使用要求。为解决这问题，目前国内外流行的做法，是用SBS做沥青的改性剂，来改善重交沥青的高温和低温性能。
用SBS作改性剂，目前存在有两个问题。其一是成本高。现在市售的SBS，价格都在20000元/吨左右，如按投料量4.5%算，（一般改性沥青改性剂的用量在4%—5%）每吨改性沥青改性剂的资金就在900元左右；其二是抗老化性能差。SBS的橡胶段，是未经硫化交联的生胶，故耐老化性肯定差；再者SBS在整个改性沥青体中，占的份额较少。基于这些原因，只用SBS来改善道路沥青的性能，确实存在上述一些难解决的问题。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种复合改性剂改性道路沥青及其制备方法，该复合改性剂改性道路沥青采用硫化橡胶粉协同热塑性丁苯橡胶（SBS）复合改性这一新途径，通过在基质沥青中添加一定量的硫化橡胶粉，并配以SBS、稳定剂进行沥青的复合改性，经胶体磨剪切、磨细后获得。该改性道路沥青具有生产出成本较低、工艺简单、产品质量高、抗车辙和低温抗裂性能较突出且环保的特点。
本发明采取的技术方案如下：
1. 取基质沥青，占基质沥青质量7%-10%的硫化橡胶粉，占基质沥青质量5.1%-7%的热塑性丁苯橡胶（SBS），占基质沥青质1‰-2‰的稳定剂作为本发明复合改性剂改性道路沥青的组成。
2. 本发明的复合改性剂改性道路沥青采用以下步骤进行制备：
（1）将占基质沥青质量7%-10%的硫化橡胶粉与基质沥青在反应釜V1内混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A；
（2）待温度上升到250℃时，停止加温。开泵，将混合物A抽到反应釜V2，加入占基质沥青质量5.1%-7%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B；
（3）搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在180℃—200℃，将混合物B在胶体磨磨盘上剪切、磨细，循环2-3次；在混合物B经胶体磨剪切时加入占基质沥青质量1‰-2‰的稳定剂共磨，磨解完毕即得复合改性剂改性道路沥青。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
由于采用了硫化橡胶粉协同热塑性丁苯橡胶（SBS）进行复合改性这一新途径，在沥青中加入胶粉，可减少SBS的参与量，从而大大降低成本，二者的协同作用还可以改善沥青的高、低温性能；加入的稳定剂有利于促进硫化橡胶粉在沥青中的分散，提高沥青的稳定性；此外，通过这一复合改性途径生产出来的改性道路沥青，其路用实验结果完全符合国家标准，其中抗车辙和低温抗裂性能较突出，产品质量得到提高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1
将基质沥青质量7%的硫化橡胶粉与90#重交沥青在反应釜V1内混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A。待温度上升到250℃时，停止加温。将混合物A抽到反应釜V2，加入占基质沥青质量5.1%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B。搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在185℃，将混合物B在磨盘上剪切、磨细，循环2次，最后一次循环时，加入基质沥青质量1‰的硫磺，循环结束得改性道路沥青成品。
实施例2
将基质沥青质量8%的硫化橡胶粉与70#重交沥青混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A。待温度上升到250℃时，停止加温。开泵，将混合物A抽到反应釜，加入基质沥青质量5.5%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B。 搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在180℃，将混合物B在磨盘上剪切、磨细，循环2次，第一次循环时，加入基质沥青质量1.5‰的硫磺，循环结束得改性道路沥青成品。
实施例3
将基质沥青质量9%的硫化橡胶粉与70#重交沥青混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A。待温度上升到250℃时，停止加温。开泵，将混合物A抽到反应釜，加入基质沥青质量7%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B。 搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在190℃，将混合物B在磨盘上剪切、磨细，循环3次，第一次循环时，加入基质沥青质量1.5‰的硫磺，循环结束得改性道路沥青成品。
实施例4
将基质沥青质量10%的硫化橡胶粉与90#重交沥青混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A。待温度上升到250℃时，停止加温。开泵，将混合物A抽到反应釜，加入基质沥青质量6.5%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B。 搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在200℃，将混合物B在磨盘上剪切、磨细，循环3次，第二次循环时，加入基质沥青质量2‰的表面活性剂，循环结束得改性道路沥青成品。
实施例5
将基质沥青质量8.5%的硫化橡胶粉与90#重交沥青混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A。待温度上升到250℃时，停止加温。开泵，将混合物A抽到反应釜，加入基质沥青质量5.5%的热塑性丁苯橡胶（SBS），边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B。搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在180℃，将混合物B在磨盘上剪切、磨细，循环3次，第二次循环时，加入基质沥青质量2‰的表面活性剂，循环结束得改性道路沥青成品。
实施例6
按照国标全套试验对该复合改性剂改性沥青进行评价试验，试验结果如下表所示。
表-1 改性沥青评价试验结果
结论：该改性沥青各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)“聚合物改性沥青技术要求”SBS(I-D)的相关规定。
实施例7
沥青混合料使用性能评价试验。
1水稳定性
1.1残留马歇尔稳定度试验
采用最佳沥青用量(油石比)5.25%制备马歇尔试件，按 JTJ052~2000 T0709-2000规程进行了AC-13F沥青混合料浸水马歇尔试验，试验结果见AC-13F级配浸水马歇尔试验结果(表-2)，其残留稳定度为85.8%，满足密级配改性沥青混合料浸水马歇尔试验配合比设计检验指标马歇尔残留稳定度大于85%的要求。
表-2 AC-13F级配浸水马歇尔试验结果
1.2冻融劈裂试验
采用最佳沥青用量(油石比)5.25%制备马歇尔试件，按JTJ052-2000 T0729-2000规程进行了AC-13F沥青混合料冻融劈裂试验，试验结果见AC-13F目标配合比级配冻融劈裂试验结果 (表-3),其冻融劈裂试验残留强度比为82.3%，满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中冻融劈裂残留强度比大于80%的要求。
表-3 沥青混合料冻融劈裂试验结果
2高温稳定性
2.1国标动稳定度试验
采用沥青用量5.25%制备车辙试件，按JTJ052-2000 T0719-2000规程进行了AC-13F沥青混合料车辙试验，试验结果见表-4 AC- 13F沥青混合料车辙试验结果，其动稳定度DS=5045次/mm，满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中车辙试验动稳定度大于3000次/mm的要求。
表-4 AC- 13F沥青混合料车辙试验结果
2.2 CPN车辙试验
尝试使用了一种较新式的车辙试验装置，即 CPN车辙仪(Rotary Loaded Wheel Tester or RUTMETER)亦称多轮车辙仪来评价沥青混合料的高温性能与车辙抵抗能力。
试验温度取60℃，加载次数取16,000次或车辙深度6.35mm时加载次数。按油石比5.25%成型标准马歇尔试件，然后使用高精密度双面锯将马歇尔试件双面同步切割为50mm厚试件进行实验，切割试件测完体积参数后，放入试模内预热,预热完成后开始进行试验，试验结果见表-5。从试验结果看，改性沥青高温性能较好。
表-5 室内马歇尔试样CPN车辙试验结果（平均值）
3疲劳性能
采用芬兰产振动轮碾成型设备成型40×30×7.5cm大型沥青混合料板式试件，用高精密度双面锯双面同步切割技术获取38×6.4×5cm的沥青混合料小梁试件。用COOPER NU-14气动伺服试验系统和美国公路发展战略研究计划推出的沥青混合料四分点弯曲应变疲劳试验夹具进行应变控制方式的沥青混合料疲劳试验；试验温度为我国沥青路面设计规范规定温度： 15℃。作为对比研究，选用同—应变水平——600微应变，其试验结果见表-6。
表-6 600微应变时改性沥青混合料应变疲劳试验结果（平均值）
备注：疲劳寿命定义为混合料劲度模量为初始劲度模量的50%时的试验次数。
4低温性能
按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000 T0715-1993中规定的标准条件进行了小梁弯曲破坏试验，试验结果见表-7。
表-7 沥青混合料-10低温弯曲试验结果（平均值）
沥青混合料使用性能评价试验结论：由于AC-13F型沥青混合料是悬浮密实型结构，能较好反映沥青胶浆性能，另选用南方常用花岗岩碎石，具有代表性，因此上述试验设计对评价沥青路用性能具有较好代表性。该复合改性沥青能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)“聚合物改性沥青技术要求”SBS(I-D)的 相关规定；用其制备的沥青混合料水稳定性能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)“沥青混合料水稳定检验技术要求”。该复合改性沥青路用性能高温稳定性、疲劳性能、低温抗裂性能较好且满足规范要求。
Claims (8)
1.一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述改性道路沥青其组成如下：基质沥青，占基质沥青质量7%-10%的硫化橡胶粉，占基质沥青质量5.1%-7%的热塑性丁苯橡胶（SBS)，占基质沥青质1‰-2‰的稳定剂；
所述改性道路沥青的制备方法包括以下步骤：
（1）将占基质沥青质量7%-10%的硫化橡胶粉与基质沥青在反应釜V1内混合，边加温边搅拌，以形成充分塑化、混合均匀的混合物A；
（2）待温度上升到250℃时，停止加温；开泵，将混合物A抽到反应釜V2，加入基质沥青质量5.1%-7%的热塑性丁苯橡胶（SBS)，边加料边搅拌，加料完毕后，继续搅拌25分钟，得到混合物B；
（3）搅拌结束后，开动胶体磨，控制温度在180℃-200℃，将混合物B在胶体磨磨盘上剪切、磨细，循环2-3次；混合物B经胶体磨剪切时加入占基质沥青质量1‰-2‰的稳定剂共磨，磨解完毕即得复合改性剂改性道路沥青。
2.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述基质沥青为国家标准的70#、90#重交沥青中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述基质沥青为国家标准的70#、90#重交沥青中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述硫化橡胶粉粒径为通过80目筛的硫化橡胶粉。
5.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述硫化橡胶粉粒径为通过80目筛的硫化橡胶粉。
6.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述稳定剂为硫磺。
7.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述稳定剂为表面活性剂。
8.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法，其特征在于所述的稳定剂的加入顺序可以在混合物B经胶体磨任何一次循环作用时加入。
9.根据权利要求1所述的一种复合改性剂改性道路沥青的制备方法得到复合改性剂改性道路沥青。
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