CN102618046A - Sbs改性再生剂及其制备方法和沥青再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SBS改性再生剂，其各组分质量百分比如下：SBS10～20%，90A沥青15～60%，抽出油20～60%，DOP4～20%，稳定剂0.05～0.3%。同时公开了其制备方法以及本发明SBS改性再生剂用于SBS改性沥青再生的方法，制得再生SBS改性沥青。本发明SBS改性再生剂，原材料易于采购，工艺简单，方便生产加工，存储稳定性好，物理化学性质稳定，适合作为就地热再生施工和厂拌热再生专用再生剂。对老化SBS改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性、弹性等各项指标均有明显提高。

Description

SBS改性再生剂及其制备方法和沥青再生方法

技术领域

本发明涉及一种公路沥青再生剂及其制备方法，具体说是一种用于对高等级公路路面老化SBS改性沥青进行再生的SBS改性再生剂及其制备方法，同时，涉及一种利用本发明再生剂对SBS改性沥青再生方法。

背景技术

SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物(Styrene Butadiene styrene block polymer)称为热塑性丁苯嵌段共聚物或热塑性丁苯橡胶。SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。

我国的高速公路从20世纪80年代开始建设，截止2010年底，全国已建成通车的公路总里程达到398.4万公里，其中高速公路通车里程已达7.4万公里。SBS改性沥青因其高温抗车辙、低温抗裂、弹性恢复好、抗老化性能强等优点被广泛应用于高等级公路上。路面沥青在经过长时间的空气、雨水、紫外线、温度交替、车轮荷载的共同作用后会产生老化，形成各种各样的路病，传统的养护方法是铣刨重铺，但这种方法工序多、投资大、不利于环保。就地热再生(HIR)是通过现场加热、耙松、喷洒再生剂及热沥青、复拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现旧沥青混凝土路面的100%就地再生利用，真正做到了“石料再用、沥青再生”的要求，具有无需铣刨、收集和运输这些废旧沥青混合料等优点，所以，就地热再生施工速度快，效率高。而且通常采用单车道施工，对公路运营影响程度低，与传统道路养护维修工艺相比较，沥青路面就地热再生技术具有节能、环保、施工质量高、路面使用寿命长等优点。然而目前市场上并没有一种专门用于老化SBS沥青路面的再生剂，而普通再生剂主要以轻质油类为主要再生材料，并不含有SBS改性剂，对老化沥青的再生效果非常有限，实验证明SBS改性沥青的老化只是发生在路面表层1～2cm，五年使用后老化SBS的比例只占到了SBS总添加量的20%左右，如能对老化的SBS改性剂进行补充，其必然可以恢复改性沥青原有的性能，因此市场上现有再生剂不适用于老化SBS改性沥青路面的再生，这种情况严重影响了热再生技术在这方面的顺利推广。对这种路面的再生势必要采用一种含有SBS改性剂的沥青再生剂。对老化SBS改性沥青的再生分为两个方面的性能还原，一个方面是补充已经降解的SBS，另一个方面是考虑沥青老化后芳香分减少，通过补充轻组分抽出油来达到还原沥青原来组分比例的目的。

高等级SBS改性沥青路面的老化是一个较为复杂的过程，在经历长时间的自然条件及行车碾压后，沥青会老化，而SBS也会发生降解，导致了沥青混合料中胶结料的变脆-抗裂性能降低，抗荷载冲击性能变差，路面遇温度变化的伸缩性减少等，这时待路面尚未形成大的路病，需采用一些预防性养护措施，以期来减少后期的大修成本。现有技术中，对这种沥青路面的就地热再生修复，即通过添加沥青再生剂对老化沥青路面进行就地热再生，既能有效去除坑槽、麻面、车辙等路面病害，恢复或提高路面使用性能，又可实现原路面材料100%循环再用，同时，施工速度快、对交通干扰小。但是，目前市场上并没有专用于高等级公路老化SBS改性沥青路面的再生剂，在路面热再生修复时，只能采用添加普通再生剂来恢复SBS改性沥青的性能，但是，普通再生剂用于高等级路面SBS改性沥青的再生效果不佳，为此开发一种专用型SBS改性再生剂势在必行。

发明内容

本发明主要任务是适应高等级公路路面老化SBS改性沥青的再生要求，提供一种含有SBS高分子聚合物、高低温效果好、再生效果好的专用于SBS改性沥青就地热再生的SBS改性再生剂，同时提供该再生剂的制备方法。本发明SBS改性再生剂可对路面老化SBS改性沥青进行再生，提高原路面的高低温性能，延长路面使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明SBS改性再生剂，其各组分质量百分比如下：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  10～20%

90A沥青                                  15～60%

抽出油                                    20～60%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP ）                  4～20%

稳定剂                                    0.05～0.3%

上述SBS改性再生剂中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体SBS，可优选岳阳石化791、燕山石化1301、茂名石化F501中的一种，其特征是线型分子结构，易于生产加工。

上述SBS改性再生剂中90A沥青可优选进口埃索90A或壳牌90A重交沥青，与SBS有良好的配伍性。

上述SBS改性再生剂中的抽出油优选芳烃分含量不少于80%的抽出油，如糠醛油、橡胶油（环烷油）等的一种或多种。

上述SBS改性再生剂中的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）闪点>190℃，酯含量>99.5%。

上述SBS改性再生剂中的稳定剂优选兰州兰岳化工有限公司硫基沥青稳定剂，主要成分为硫磺，为现有商购产品。

本发明SBS改性再生剂中，SBS主要用于补充原路面沥青中已经降解老化的SBS,沥青可以补充原路面沥青含量的不足，抽出油含有较多的轻组分芳烃油，用于补充原路面老化沥青中的芳香分，邻苯二甲酸二辛酯DOP是一种良好的塑化剂，其主要作用是提高SBS改性沥青的柔韧性，稳定剂主要用来提高再生剂的常温及高温存储稳定性，增强沥青的抗老化能力。经试验检测，添加本SBS改性再生剂再生后的沥青混合料各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求，沥青的路用性能得以合格还原。

本发明SBS改性再生剂的制备工艺如下：

按照上述SBS改性再生剂各组分质量百分比的配比，

①       将沥青升温至120～150℃，依次加入邻苯二甲酸二辛酯（DOP）及抽出油，搅拌30～60min；

②       升温至160～175℃，加入SBS，溶胀30～120min；

③       升温至175～190℃，加入稳定剂，保温180～190℃，搅拌30～60min后开始剪切；

④       保温175～185℃，搅拌熟化30～90min,加工完成，成品在常温下呈黑色粘稠液体。

SBS改性沥青再生方法：将老化的SBS改性沥青升温至150～170℃，加入SBS改性再生剂，SBS改性再生剂的添加量为老化的SBS改性沥青质量的3～15%，在160～185℃温度条件下搅拌约40～90分钟，混合均匀，制得再生SBS改性沥青。

作为一个系统的技术发明，本技术还涉及以下再生剂在就地热再生施工时的使用方法：预热SBS改性再生剂至80～120℃，先用加热设备对原路面进行加热，待温度达到150～170℃时进行耙松，通过再生剂洒布系统直接喷洒于路面，用量依工程要求一般在3～15%，之后进行复拌摊铺碾压。

本发明SBS改性再生剂，原材料易于采购，工艺简单，方便生产加工，存储稳定性好，物理化学性质稳定，现场施工方便，适合作为就地热再生施工和厂拌热再生专用再生剂。对老化SBS改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性、弹性等各项指标均有明显提高。而普通再生剂不能对SBS老化沥青的SBS成份予以还原，再生后软化点损失大，延度增加有限，弹性恢复改良不佳，同时再生工艺麻烦，需同时添加热沥青，增加了一道工艺，提高了施工成本。

具体实施方式

    下面结合实施例，对本发明做详细说明。

实施例1   SBS改性再生剂，其组分质量百分比：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  10%

90A沥青                                   15%

抽出油                                    60%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）                   14.95%

稳定剂                                    0.05% 。

实施例2   SBS改性再生剂，其组分质量百分比：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  20%

90A沥青                                  39.7%

抽出油                                    20%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）                   20%

稳定剂                                    0.3% 。

实施例3   SBS改性再生剂，其各组分质量百分比如下：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  15%

90A沥青                                  60%

抽出油                                    20.8%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP ）                  4%

稳定剂                                    0.2% 。

实施例4   SBS改性再生剂，其各组分质量百分比如下：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  12%

90A沥青                                   58%

抽出油                                    25%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP ）                  4.9%

稳定剂                                    0.1% 。

上述各实施例中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS），选自岳阳石化791、燕山石化1301、茂名石化F501中的一种，其特征是线型分子结构，易于生产加工；90A沥青选用埃索90A或壳牌90A，与SBS有良好的配伍性；抽出油选糠醛油、橡胶油的一种或多种；邻苯二甲酸二辛酯（DOP）闪点>190℃，酯含量>99.5%；稳定剂优选兰州兰岳化工有限公司硫基沥青稳定剂，主要成分为硫磺，为现有商购产品。

上述各实施例的SBS改性再生剂制备方法：

①按照上述各实施例中的SBS改性再生剂各组分质量百分比的配比，将沥青升温至120～150℃，依次加入邻苯二甲酸二辛酯（DOP）及抽出油，搅拌30～60min；

②  升温至160～175℃，加入SBS，溶胀30～120min；

③  升温至175～190℃，加入稳定剂，保温180～190℃，搅拌30～60min后开始剪切；

④  保温175～185℃，搅拌熟化30～90min,加工完成，成品在常温下呈黑色粘稠液体。

福建福州青州大桥使用SBS改性沥青，使用抽提法回收原路面老化沥青，检测结果见表１。

表1:青州大桥老化SBS沥青检测结果

材料	针入度（0.1mm）	软化点（℃）	5℃延度（cm）
				老化SBS沥青	6	80.5	脆断

表1检测结果表明：该沥青老化后针入度明显下降，软化点上升，延度三根全部脆断。说明该SBS改性沥青严重老化，严重变硬变脆，低温抗裂性能几乎完全丧失。

上述各实施例的SBS改性再生剂性能检测结果见表2。

表2:本发明SBS改性再生剂性能检测结果

从表2可以看出，SBS改性再生剂的各项指标满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）中关于热拌沥青混合料的再生剂质量要求。

用本实施例1制得的SBS改性再生剂用于青州大桥老化SBS改性沥青再生的方法：将老化沥青升温至150～170℃，加入沥青质量3～15%的再生剂，保温至160～185℃搅拌约40～90分钟混合均匀，制得再生沥青。再生沥青检测结果见表3。

表3：添加不同比例的SBS改性再生剂的再生沥青检测结果

再生剂添加比例（%）	针入度（0.1mm）	软化点（℃）	15℃延度（cm）
				0	6	80.5	脆断
3	15	77	2
				9	32	73.5	10
15	53	71	26
				JTG F40-2004要求	40～60	≥60	≥20

表3检测数据表明：添加不同比例SBS改性再生剂后老化SBS改性沥青针入度及延度呈上升趋势，增加均比较明显，软化点稍有下降，当再生剂添加量为15%时各项指标均可满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中SBS I-D改性沥青的技术要求。

分别用实例1制得SBS改性再生剂和普通再生剂对老化青州大桥沥青进行再生，指标检测结果见表4。

表4：实例1SBS改性再生剂与某普通再生剂再生效果对比

老化SBS改性沥青	针入度（0.1mm）	软化点（℃）	15℃延度（cm）
				15%普通沥青再生剂	38	63	8
15%SBS改性再生剂	53	71	26
				JTG F40-2004要求	40～60	≥60	≥20

表4对青州大桥老化SBS改性沥青再生时，当两种再生剂添加量均为15%时，SBS改性再生剂的延度增长为普通型再生剂的3倍多，针入度增加较快，而软化点下并不多，这些数据表明本SBS改性再生剂在高低温指标的改良效果方面要明显优于普通型再生剂，数据也表明普通型再生剂不适合作为老化SBS改性沥青的再生材料。

向青州大桥老化沥青路面混合料加入15%SBS改性再生剂，原路面沥青混合料与再生沥青混合料对比检验数据见表5。

表5：SBS改性再生剂用于沥青混合料对比检测数据

检测指标	单位	原路面	再生路面	F40-2004规范要求
					理论最大密度	g/cm3	2.585	2.564	－
空隙率	%	5.6	3.4	3～6
					稳定度MS	KN	18.94	17.41	≥8
流值FL	mm	2.17	3.49	2～4
					残留稳定度	%	75.7	82.3	≥80
冻融劈裂	%	73.5	80.9	≥75
					极限破坏应变	με	1723	2338	≥2000
动稳定度DS	次/mm	3588	3409	≥2500

表5表明：原路面混合料孔隙率大流值小，老化严重。添加再生剂后，孔隙率由5.6降至3.4，流值由2.17提高到3.49，接近中值，稳定度和动稳定度没有太大影响，残留稳定度和冻融劈裂强度满足规范要求，混合料的水稳定性得到提高。低温弯曲破坏应变满足要求，混合料的低温性能得到了提高，综上所述，混合料的整体路用性能有了明显提高。

表1～表4的检测结果显示：要对老化SBS改性沥青路面进行再生，必须采用含有SBS改性剂成分的SBS改性再生剂，只有这样才能恢复沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，而这点普通型再生剂是做不到的。SBS改性再生剂是一种适用于老化SBS改性沥青混合料就地热再生和厂拌热再生的专用型再生剂。该再生剂质量稳定，易于存储使用，再生质量高且用量省，再生效果优异，使用方便，不用另外补加新沥青，是一种良好的高等级公路老化SBS改性沥青路面再生材料。

上述SBS改性再生剂及沥青性能测试的依据为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。

Claims (6)

1.一种SBS改性再生剂，其各组分质量百分比如下：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体（SBS ）  10～20%

90A沥青                                  15～60%

抽出油                                    20～60%

邻苯二甲酸二辛酯（DOP ）                  4～20%

稳定剂                                    0.05～0.3% 。

2.根据权利要求1所述的SBS改性再生剂，其特征是：所述抽出油，芳烃分含量不少于80%。

3.根据权利要求1或2所述的SBS改性再生剂，其特征是：所述抽出油为糠醛油、橡胶油的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的SBS改性再生剂，其特征是：所述邻苯二甲酸二辛酯（DOP），闪点>190℃，酯含量>99.5%。

5.一种制备权利要求1～4之一所述的SBS改性再生剂的制备方法，其步骤是：

按照权利要求1所述SBS改性再生剂各组分质量百分比的配比，

步骤一、将沥青升温至120～150℃，依次加入邻苯二甲酸二辛酯及抽出油，搅拌30～60min；

步骤二、升温至160～175℃，加入SBS，溶胀30～120min；

步骤三、升温至175～190℃，加入稳定剂，保温180～190℃，搅拌30～60min后开始剪切；

步骤四、保温175～185℃，搅拌熟化30～90min,加工完成。

6.一种SBS改性沥青再生方法：将老化的SBS改性沥青升温至150～170℃，加入权利要求1～4之一所述的SBS改性再生剂，SBS改性再生剂的添加量为老化的SBS改性沥青质量的3～15%，在160～185℃温度条件下搅拌约40～90分钟，混合均匀，制得再生SBS改性沥青。