CN102337036A - 含氧化聚乙烯蜡的改性沥青、该改性沥青的制备方法与沥青混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性沥青及其制备方法，以及一种沥青混凝土。该改性沥青以重量计，包括石油沥青100份、线型或星型SBS 3-5份、氧化聚乙烯蜡0.5-1.5份、相容剂1-3份和改性沥青稳定剂0.30-0.50份。该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入度为60-100，10℃延度为80-150cm。该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯的比例为28∶72-40∶60。该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000-5000，酸值为5-15mgkOH/g。该相容剂为富含芳香分的石油馏分，其100℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量75-100％。该改性沥青用于道路材料施工时，可较大幅度降低该沥青混凝土的拌合温度和摊铺温度，节约大量燃油，减少该沥青混凝土施工过程中的有毒烟气的排放，利于节能减排，还可提高道路的高温抗车辙能力。

Description

含氧化聚乙烯蜡的改性沥青、该改性沥青的制备方法与沥青混凝土

技术领域

本发明涉及道路用聚合物改性沥青领域，尤其涉及含氧化聚乙烯蜡的改性沥青及该改性沥青的制备方法，并涉及包括该改性沥青的沥青混凝土。

背景技术

自1989年修建第一条高速公路以来，我国的高速公路得到了快速的发展，到2010年底已达到了6.5万公里，仅次于美国，居世界第2位。高速公路的快速发展和建设加强了城市之间的联系，促进了不同地域的文化交流，增进了民族之间的团结，缩短了客货在途的时间，对整个国民经济的发展起到了重要的促进作用。随着重载渠化交通的增多及车辆轮胎气压的提高，车辙已成为沥青路面早期损坏的主要形式之一。尤其在长陡坡和急转弯较多的山岭重丘区高速公路上，重车行驶速度缓慢，车辆载荷作用于路面的时间加长，更容易出现较为严重的车辙等早期损坏现象，严重影响车辆正常、安全行驶。为预防高速公路的早期破坏和提高路面的抗车辙能力，增加沥青混凝土的强度是有效途径之一。

目前国内外提高沥青混凝土强度的方法主要从原材料的选择、集料级配设计、路面层结构设计、施工质量控制等方面着手。对原材料选择方面除了在集料选择上采用坚硬、粗糙、形状接近立方体、棱角性好、与沥青粘附性强的洁净粗、细集料，控制天然砂用量不超过10％等，并在沥青选择上选用粘度较高、针入度较小、软化点较高和含蜡量较低的沥青或采用外掺剂进行改性。实践证明，经过改性的沥青的相对抵抗永久变形的能力明显优于普通沥青。此外，有些项目还添加抗车辙剂，例如，法国的PR PLASTS，日本的TPS，SAK(SASOBIT)系列产品及国内厂家生产的各种抗车辙王就是一种专门用于改善热拌沥青混凝土特性，尤其是其抗车辙能力的聚合物。

随着社会的发展，人们对保护环境、节能减排的要求越来越高。对道路建设行业来说，特别是沥青道路施工部门，传统的高温热拌沥青混凝土施工作业能耗大、污染高、作业现场及周围环境非常恶劣，近年来温拌沥青混凝土技术蓬勃发展起来了。所谓温拌沥青混凝土(Warm Mix Asphalt，简称WMA)，也称温拌沥青技术，是通过一定的技术措施，使沥青能在相对较低的温度下进行拌和及施工，同时保持其不低于热拌沥青混凝土(Hot Mix Asphalt，简称HMA)的使用性能的沥青混凝土技术。该技术的关键是在不损伤HMA路用性能的前提下如何降低沥青在较低温度下的拌和粘度。目前，国际主流温拌技术主要通过外加材料降低沥青混凝土的高温粘度来实现。同时，先进的温拌沥青技术完全可以使温拌沥青混凝土达到热拌沥青混凝土的性能，且其较低的拌和温度及压实温度，使其与热拌沥青混凝土相比还有如下优点：

(1)降低了拌和成本。由于拌和温度一般可下降10～30℃，石料加热温度、沥青保温温度将相应下降。如此，燃油成本可下降20％～50％，拌和和裹覆难度下降，拌和能耗和机械损耗也相应下降。

(2)降低了沥青混凝土生产能耗、减轻老化，改善了路用性能。相对于热拌沥青混凝土，温拌沥青混凝土拌合温度降低了10～30℃，相当于生产1吨沥青混合料将节省1～1.5kg燃油，即沥青混凝土可节约30％的能源消耗。研究显示，当温度高于100℃时，沥青温度每提高10℃，其老化速率将提高1倍，而温拌沥青混凝土工作温度的降低，显著降低了沥青混凝土的老化现象，从而可以增加路面的使用寿命。

(3)减少了有害气体以及粉尘的排放量，降低了环境污染、改善了工人工作环境质量。单位混合料成品的燃油消耗减少，本身就会显著降低拌和过程当中的有害气体和温室气体的排放。由于拌和温度的下降，沥青混凝土在拌和到现场压实的整个过程中产生沥青烟雾粉尘污染均会明显减少。在摊铺过程中，基本可以实现无烟尘作业。工人劳动条件显著改善，沥青路面对工人健康损害减轻。同时，混合料拌和沥青路面作业对道路沿线居民的生理影响也显著减少。用温拌沥青技术，路面在施工时可节省加热燃油20％到30％，可使二氧化碳排放减少46％，一氧化碳减少约2/3，二氧化硫减少40％，氧化氮类气体减少近60％，而摊铺时产生的有毒的“沥青烟”，能减少达80％，这在很大程度上保护了环境和施工技术人员的身体健康。

(4)延长施工季节，增加了沥青路面施工的灵活性、便利性。由于料温与环境温度的差异缩小，温拌沥青混凝土的储运过程中降温速率下降，允许储存时间和运输时间均显著延长。温拌沥青混凝土卸车时料车底部因低温产生粘结和混合料粘料车现象也显著减少。

(5)设备无需改造即可进行生产。温拌沥青混凝土可基本上全部利用现有的热拌沥青混凝土设备，以满足热拌沥青混凝土的标准要求进行生产，且成品混合料性能良好，几乎完全具备和热拌沥青混凝土一样的施工和易性和路用性能。

(6)降温速率减缓，混合料的可压实时间显著延长，压实更有保障；同时，更易于边角和补救位置的手工操作；温拌混合料对路表和环境温度的要求相对低，路面施工季节和日施工时间延长，比热拌更适合夜间施工。

(7)延长沥青混凝土拌和设备使用寿命，降低设备使用成本。由于生产温度的降低，混合料生产过程中对钢铁制的生产设备的损耗也相应降低，可以延长设备使用期，降低成本；另外，温拌沥青混凝土的生产备料或余料，均可灵活而有效地存储较长时间，增加了生产能力，降低了有关厂家的设备损耗；同样，沥青拌和厂家的产品使用范围也随之扩大，温拌沥青混凝土一旦铺设完成，路面就可迅速投入使用，使工期提前。

(8)较快的开放交通。由于温拌混合料完成压实后，其温度已经处在较低水平，在碾压完成后可以较快的开放交通从而减少施工作业对交通的干扰。

然而，温拌沥青混凝土技术目前在我国并没得到大规模推广，其主要原因是要么温拌沥青路面的性能还达不到热拌沥青混凝土路面的要求，如有些温拌沥青混凝土的高低温性能、抗水损坏性能较差，要么在实施该技术过程中成本较传统热拌技术高出很多。

因此，有必要提供一种沥青混凝土来降低路面施工成本、提高路面高温抗车辙能力和节能减排。

发明内容

为提高沥青混凝土道路的抗车辙能力、降低改性沥青混凝土的拌合温度与摊铺温度和减少改性沥青混凝土生产施工的废气排放，本发明提供一种利于降低沥青混凝土施工成本、提高路面高温抗车辙能力并实现沥青混凝土施工节能减排的改性沥青。

该改性沥青，以重量计，包括石油沥青100份、线性或星型SBS 3-5份、氧化聚乙烯蜡0.5-1.5份、相容剂1-3份和改性沥青稳定剂0.30-0.50份。该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入度为60-100，10℃延度为80-150cm。该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯的比例为28∶72-40∶60。该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000-5000，酸值为5-15mgkOH/g。该相容剂为富含芳香分的石油馏分，其100℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量75-100％。该稳定剂优选为硫磺与过氧化二异丙苯的混合物，其中硫磺与过氧化二异丙苯的重量比为40∶60-70∶30。

本发明还提供一种改性沥青的制备方法。该制备方法包括：以重量计，混合100份该石油沥青和1-3份该相容剂，加热至140-190℃后搅拌5min-30min；加入3-5份线型或星型SBS和0.5-1.5份氧化聚乙烯蜡，于185-200℃搅拌溶胀10-150min；加入0.30-0.50份稳定剂，于185-195℃下剪切研磨10-60min，于180-195℃下搅拌发育反应60min-240min。

本发明亦提供一种沥青混凝土。该沥青混凝土包括集料、矿粉与前述改性沥青。

相较于传统SBS改性沥青，本技术方案的沥青混凝土选择与石油沥青相容性较好的氧化聚乙烯蜡作为部分沥青改性剂，以添加物理相容剂、稳定剂及机械搅拌、剪切等手段，综合利用物理增容及化学反应增容原理，实现了在不增加传统SBS改性沥青成本的条件下，大幅度地提高了改性沥青混凝土的高温抗车辙能力，同时基本不影响改性沥青混凝土的低温性能。并且，在不改变传统SBS改性沥青混凝土拌合方法的前提下，较大幅度降低了沥青混凝土的拌合温度和摊铺温度，可节约大量燃油，减少沥青混凝土施工过程中的有毒烟气的排放，从而实现了节能减排。

具体实施方式

以下将结合具体实施例详细说明本技术方案提供的改性沥青及其制备方法，以及环保节能型且具有高强度的沥青混凝土。

实施例1

本实施例提供一种含氧化聚乙烯蜡的改性沥青的制备方法。该方法包括以下步骤：

第一步：使用相容剂调和基质沥青。

该基质沥青可为市售道路石油沥青。本实施例中，选用市售70号道路石油沥青A，其软化点为47℃，25℃针入度为72(0.1mm)，10℃延度为＞100cm。

所述相容剂可为市售普通糠醛抽出油。优选地，该相容剂的100℃运动粘度30-50cst，按重量百分比计，芳香分含量75-100％。本实施例中选用市售伊朗产芳烃油，其100℃运动粘度35cst，芳香分含量91.27％。

该相容剂调和基质沥青包括：以重量比计，混合100份该市售70号道路沥青A与2份该伊朗产芳烃油，并在140℃-190℃下搅拌5至30min，得沥青调和物。

第二步：在该沥青调和物中溶胀SBS和氧化聚乙烯蜡。

所述SBS为市售普通线型或星型SBS。本实施例中选用的市售SBS的数均分子量约110000，分子中苯乙烯与丁二烯的比例为30∶70，结构特征为线型。

所述氧化聚乙烯蜡为市售普通氧化聚乙烯蜡。优选地，该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000-5000，酸值：5-15mgkOH/g。本实施例选用的氧化聚乙烯蜡的数均分子量约为1500，酸值为9mgkOH/g。

所述SBS和氧化聚乙烯蜡于该沥青调和物中的溶胀工艺包括：以重量比计，取所述沥青调和物102份，加入SBS791H 3.5份和氧化聚乙烯蜡1份，将温度升至180℃-190℃，搅拌溶张60min。

第三步：添加稳定剂，剪切。

所述稳定剂可为市售本领域常用的石油沥青稳定剂。本实施例中，该稳定剂为市售硫磺与过氧化二异丙苯(DCP)的混合物。其中，硫磺与DCP的重量比为45∶55。所述添加稳定剂后剪切工艺包括：以重量比计，取第二步所得改性沥青混合物106.5份，添加稳定剂0.35份后，在190℃下剪切30min。

第四步：搅拌发育。

该搅拌的速度不宜太快或太慢。若发育搅拌速度太慢，则改性沥青的发育效果不好；若搅拌发育速度太快，则沥青的轻组分挥发较快，对改性沥青的低温延度(5℃延度)不利。优选地，该搅拌发育速度为30-100rpm。该搅拌发育的时间为60-240min，优选搅拌发育时间90-180min。本实施例中，搅拌发育速度为60rpm，搅拌发育时间为120min，该搅拌发育温度保持在185-190℃之间。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型SBS791H 3.5份、氧化聚乙烯蜡1份、相容剂2份和稳定剂0.35份。

实施例2

与实施例1相比，本实施例中，SBS791H 4.0份和氧化聚乙烯蜡0.5份，其他步骤及工艺参数同于实施例1。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型SBS791H 4.0份、氧化聚乙烯蜡0.5份、相容剂2份和稳定剂0.35份。

实施例3

与实施例1相比，本实施例中，SBS791H 3.0份和氧化聚乙烯蜡1.5份，其他步骤及工艺参数同于实施例1。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型SBS791H3.0份、氧化聚乙烯蜡1.5份、相容剂2份和稳定剂0.35份。

对比实施例

与实施例1相比，本对比实施例中，SBS791H 4.5份和氧化聚乙烯蜡0份，其他步骤及工艺参数同于实施例1。

可以理解，以重量计，本对比实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型SBS791H 4.5份、相容剂2份和稳定剂0.35份。

表1各实施例制得的改性沥青的组成与性能

本技术方案提供的改性沥青可用于制备各种密级配沥青混凝土，于此，仅以制备密级配AC-16沥青混凝土为例来说明该改性沥青于道路领域中的应用。

分别取等量的前述各实施例制得的改性沥青，按相同配比，将每份改性沥青与集料、矿粉混合，采用业内常用工艺，制成密级配AC-16沥青混凝土试件。其中，该集料和该矿粉采用广州市番禺区生产的石灰石碎石和矿粉，二者的质量检测数据见表2、表3。该沥青混凝土试件的级配情况见表4。该沥青混凝土试件的性能见表5。

表2各实施例集料质量指标数据

表3矿粉质量指标值

表4密级配AC-16沥青混凝土试件的组成

表5密级配AC-16沥青混凝土试件的物理体积指标与路用性能

注：所述规范指公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)

从表5可知，以本发明各实施例提供的改性沥青制成密级配AC-16沥青混凝土马歇尔试件时，击实温度较对比实施例均下降至少10℃，对应地，集料的加热温度、改性沥青的加热温度、混凝土的拌和温度及摊铺温度均将下降显著，由此可节约大量能耗，减少废物排放，从而实现降低沥青混凝土施工成本和节能减排。并且，本发明各实施例制得的沥青混凝土试件在标准温度60℃条件下养护后，采用标准轮压测定的动稳定度均大幅度提高，反映出高温抗车辙能力得到显著提高，同时低温性能基本不受影响。

值得一提的是，本发明提供的改性沥青各组分的含量并不限于前述各实施例。本领域技术人员可根据实际需求按下述比例调节该改性沥青的各组分，以重量计，该改性沥青可包括石油沥青100份、线性或星型SBS 3-5份、氧化聚乙烯蜡0.5-1.5份、相容剂1-3份、改性沥青稳定剂0.30-0.50份。

Claims (6)

1.一种改性沥青，以重量计，包括石油沥青100份、线型或星型SBS 3-5份、氧化聚乙烯蜡0.5-1.5份、相容剂1-3份和改性沥青稳定剂0.30-0.50份，其中，该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入度为60-100，10℃延度为80-150cm；该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯的比例为28∶72-40∶60；该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000-5000，酸值为5-15mgkOH/g；该相容剂为富含芳香分的石油馏分，其100℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量75-100％。

2.如权利要求1所述的改性沥青，其特征是，该稳定剂为硫磺与过氧化二异丙苯的混合物，其中硫磺与过氧化二异丙苯的重量比为40∶60-70∶30。

3.一种改性沥青的制备方法，包括：

以重量计，混合100份石油沥青和1-3份相容剂，加热至140-190℃后搅拌5min-30min，该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入度为60-100，10℃延度为80-150cm；该相容剂为富含芳香分的石油馏分，其100℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量75-100％；

加入3-5份线型或星型SBS和0.5-1.5份氧化聚乙烯蜡，于185-200℃搅拌溶胀10-150min，该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯的比例为28∶72-40∶60；该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000～5000，酸值：5～15mgkOH/g；

加入0.30-0.50份稳定剂，于185-195℃下剪切研磨10-60min，于180-195℃下搅拌发育反应60min-240min。

4.如权利要求3所述的改性沥青的制备方法，其特征是，该稳定剂为硫磺与过氧化二异丙苯的混合物，该硫磺与过氧化二异丙苯的重量比为40∶60-70∶30。

5.一种沥青混凝土，包括集料、矿粉和改性沥青，该改性沥青以重量计，包括石油沥青100份、线型或星型SBS 3-5份、氧化聚乙烯蜡0.5-1.5份、相容剂1-3份和改性沥青稳定剂0.30-0.50份，其中，该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入度为60-100，10℃延度为80-150cm；该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯的比例为28∶72-40∶60；该氧化聚乙烯蜡的数均分子量在1000-5000，酸值为5-15mgkOH/g；该相容剂为富含芳香分的石油馏分，其100℃运动粘度为30-50cst，芳香分含量75-100％。

6.如权利要求5所述的沥青混凝土，其特征是，该稳定剂为硫磺与过氧化二异丙苯的混合物，其中硫磺与过氧化二异丙苯的重量比为40∶60-70∶30。