CN103073903B - 一种橡胶粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程材料技术领域，公开了一种橡胶粉改性沥青及其制备方法。其橡胶粉改性沥青，包括以下重量份组分：100份石油沥青、15-30份橡胶粉、0.5-2份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、2-5份芳烃油、0.5-2份马来酸酐聚合物和1-3份硫磺。其制备方法包括以下步骤：将石油沥青加热至150-170℃，再将橡胶粉加入到石油沥青中搅拌，搅拌均匀完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、芳烃油、马来酸酐聚合物和硫磺加入其中，经过剪切机剪切后，在温度为130-150℃的环境下溶胀12-18h，即得橡胶粉改性沥青。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种橡胶粉改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着汽车拥有量的增加，作为固体废弃物的废旧轮胎数量也随之激增。对废旧橡胶轮胎的处理，人们曾尝试用掩埋或焚烧的方法，但是，掩埋会造成土地资源的浪费及土壤污染，焚烧则释放有害物质会造成空气和地下水污染，加剧全球气候变暖，不能从根本上解决废旧轮胎的处理问题。大量废旧轮胎长期露天堆放，不仅造成资源的极大浪费，而且容易积存污水滋生蚊虫，日久自燃造成火灾，而且还在缓慢分解时释放有害气体污染空气。由于废轮胎自然降解的过程非常漫长，因此，成为在各国都迅速蔓延的黑色公害。
废旧轮胎主要成分有天然橡胶粉、合成橡胶粉、炭黑、抗氧化剂和金属氧化物等，这些物质基本上对改善沥青性能是有益的。道路研究者早以将其应用于改性沥青以及沥青混合料中，制造新型高性能的橡胶粉改性沥青及其混合料。不仅解决了废旧轮胎堆积带来的环境和占用土地问题，还提高了基质沥青的粘度，改善了沥青的低温性能，增加了沥青的抗老化、抗疲劳性能，提高了道路的使用寿命和服务质量。
橡胶粉改性沥青是将一定量的橡胶粉和外加剂添加到基质沥青中，在一定的温度和时间下，通过搅拌、剪切、溶胀和发育等工艺，制成橡胶粉改性沥青。
采用废旧橡胶粉改性沥青的技术已经申请了较多专利，在道路修筑过程中，橡胶粉改性沥青的应用也日益增加。中国专利文献CN101550276A公开了一种废橡胶改性沥青及其制备方法，步骤为：在180-190℃下，将一定配比的废胶粉、聚苯乙烯粒子、基质沥青、高效活化反应剂、稳定剂加入到基质沥青中搅拌、强力剪切等专用设备处理，制成性能稳定、不发生离析、施工方便的改性沥青产品。胶粉改性沥青各组份按重量份数配比为：废胶粉20-25份、聚苯乙烯粒子8-12份、基质沥青75-80份、高效活化反应剂0.2-0.5份、稳定剂0.5-0.7份。中国另一专利文献CN101717586A公开了一种废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物及制备和使用方法，步骤为：将石油沥青加热至120-160℃后，加入到混合釜中，再将废旧轮胎橡胶粉、溶胀剂加入到混合釜中搅拌20-60min后，加入到搅拌机中。最后，将天然沥青、合成橡胶、聚烯烃、助剂也加入到搅拌机中，混合搅拌均匀，制成废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物。废旧橡胶复合改性沥青的浓缩组合物各组份按重量份数配比为：废旧轮胎橡胶粉30-50份、基质沥青30-50份、天然沥青1-10份、合成橡胶1-10份、聚烯烃1-10份、溶胀剂1-10份、助剂1-8份。
通过对目前橡胶粉改性沥青性能的了解和调研，橡胶粉改性沥青技术在不断的改进和提高，但是，仍然存在制约其发展的难点未被攻克，存在的主要难点和问题有：
（1）贮存稳定性差。橡胶粉改性沥青在贮存过程中，橡胶粉和基质沥青由于表面能的原因容易产生离析、分层，使得橡胶粉在基质沥青中分散不均匀，影响橡胶粉改性沥青的性能。
（2）对基质沥青的改善性能不全面。橡胶粉改性沥青可以改善基质沥青的粘度和抗老化性能，而对其他性能反而起到反作用，如沥青的延度，限制了产品的推广应用。
（3）橡胶粉改性沥青的粘度过高。由于橡胶粉改性沥青的粘度过高，使得在生产的过程中需要较多的加热能源、高性能的搅拌和剪切设备，增加了产品的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于解决橡胶沥青存在的问题，提供一种稳定性好、综合性能高、成本低的橡胶粉改性沥青。
为了实现发明的目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
（1）一种橡胶粉改性沥青，其特征在于，包括以下重量份组分：100份石油沥青、15-30份橡胶粉、0.5-2份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）、2-5份芳烃油、0.5-2份马来酸酐聚合物和1-3份硫磺。
优选地，所述橡胶粉为40-80目的废旧轮胎橡胶粉。
优选地，所述芳烃油为中国石油兰州石化公司生产的橡胶填充油。
优选地，所述马来酸铵聚合物为聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PEMAH）。
（2）上述橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石油沥青加热至150-170℃，再将橡胶粉加入到石油沥青中搅拌，搅拌均匀完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、芳烃油、马来酸酐聚合物和硫磺加入其中，经过剪切机剪切后，在温度为130-150℃的环境下溶胀12-18h，即得橡胶粉改性沥青。
优选地，搅拌时间为45-75min，搅拌温度为160℃。
优选地，剪切时间为30-60min，剪切温度为170℃。
优选地，溶胀时间为15h，溶胀温度为140℃。
本发明的橡胶粉改性沥青中，橡胶粉可以改善沥青的粘度、提高沥青的高温性能，降低产品的成本，降低沥青路面的噪音，提高沥青路面的行车安全和舒适性。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的加入改善了沥青的粘度和高温性能。加入芳烃油类后，极大地增强了胶粉与沥青的相容性，改善了沥青的高低温性能。马来酸铵聚合物改善了橡胶粉与基质沥青的相容性，提高了胶粉与基质沥青的界面性能，改善了高温性能。硫磺改善了沥青与橡胶粉的交联作用。
本发明的橡胶粉改性沥青的优点主要为：（1）产品不会发生离析和分层现象，贮存稳定性好，解决了现有橡胶粉改性沥青贮存稳定性差、容易离析的现象。（2）产品的延度和离析指标均得到了改善，增强了橡胶粉改性沥青的高低温性能和水稳定性能。
具体实施方式
通过分析不同用量成分的橡胶粉改性沥青的性能进一步说明本发明的橡胶粉改性沥青。
实施例1：
按照重量份，取40目橡胶粉30份，标号为70的韩国SK石油沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）为1份，中国石油兰州石化公司生产的橡胶填充油为5份，聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PE-MAH）为2份，硫磺为3份。
橡胶粉改性沥青的生产工艺为：将石油沥青加热至160℃，将橡胶粉加入到沥青中搅拌75min，搅拌温度为160℃，搅拌完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、橡胶填充油、聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PE-MAH）和硫磺加入其中，再经过剪切机剪切30min，剪切温度为170℃，最后在温度为140℃的环境下溶胀15h，即得橡胶粉改性沥青。
实施例2：
按照重量份，取60目橡胶粉20份，标号为90的韩国SK石油沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）为2份，中国石油兰州石化公司生产的橡胶填充油为4份，聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PE-MAH）为1份，硫磺为2份。
橡胶粉改性沥青的生产工艺均为将石油沥青加热至170℃，将橡胶粉加入到沥青中搅拌60min，搅拌温度为160℃，搅拌完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、橡胶填充油、聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PE-MAH）和硫磺加入其中，再经过剪切机剪切45min，剪切温度为170℃，最后在温度为130℃的环境下溶胀18h，即得橡胶粉改性沥青。
实施例3：
按照重量份，取80目橡胶粉15份，标号为90的韩国SK石油沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）为0.5份，中国石油兰州石化公司生产的橡胶填充油为2份，聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PEMAH）为0.5份，硫磺为1份。
橡胶粉改性沥青的生产工艺均为将石油沥青加热至150℃，将橡胶粉加入到沥青中加热搅拌45min，搅拌温度为160℃，搅拌完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、橡胶填充油、聚乙烯接枝马来酸酐聚合物（PEMAH）和硫磺加入其中，再经过剪切机剪切60min，剪切温度为170℃，最后在温度为150℃的环境下溶胀12h，即得橡胶粉改性沥青。
本发明的橡胶粉改性沥青的原材料组成见表1，性能试验结果见表2。
表1橡胶粉改性沥青的原材料组成
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 橡胶粉 | 30 | 20 | 15 |
| 石油沥青 | 100 | 100 | 100 |
| SBS | 1 | 2 | 0.5 |
| 橡胶填充油 | 5 | 4 | 2 |
| PE-MAH | 2 | 1 | 0.5 |
| 硫磺 | 3 | 2 | 1 |
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000的试验规程对3个实施例进行了性能试验，试验结果见表2。
表2橡胶粉改性沥青试验结果
通过表2的试验数据可知，按照本发明的橡胶粉改性沥青的配方和工艺生产的橡胶粉改性沥青与现有橡胶粉改性沥青相比较，粘度基本处于同一水平，都能满足施工的技术要求；针入度越大，表示沥青越软，软化点越低，高温性能随针入度的增加而降低，通过针入度和软化点的试验结果说明，本发明的橡胶粉改性沥青高温性能比现有橡胶粉改性沥青有一定程度的提高。延度是评定沥青塑性的重要指标，延度越大，表明沥青的塑性越好，通过延度的试验结果说明，本发明的橡胶粉改性沥青的塑性比现有橡胶粉改性沥青优良。保证改性沥青质量的重要指标为离析，如果改性沥青的离析超出要求的范围，改性沥青的质量将失去意义。本发明的橡胶粉改性沥青离析指标已经达到《公路沥青路面施工技术规范》中的技术要求，并且离析指标比现有橡胶粉改性沥青降低了约30%，本发明在橡胶粉改性沥青存储稳定性方面得到技术突破，保证了橡胶粉改性沥青的质量。
综上所述，本发明的橡胶粉改性沥青在高温性能、低温性能和塑性都比目前市场的橡胶粉改性沥青优越，而且提高了表征储存稳定性的离析指标，进一步保证了橡胶粉改性沥青的质量稳定性，从而提高了橡胶粉改性沥青混合料的质量，提高了橡胶粉改性沥青路面的路用性能，延长了沥青路面的使用寿命。
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现,或不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。特别需要指出的是，上述所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种橡胶粉改性沥青的制备方法，其橡胶粉改性沥青包括以下重量份组分：100份石油沥青、15-30份橡胶粉、0.5-2份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、2-5份芳烃油、0.5-2份马来酸酐聚合物和1-3份硫磺；所述芳烃油为中国石油兰州石化公司生产的橡胶填充油；所述马来酸酐聚合物为聚乙烯接枝马来酸酐聚合物；
其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将石油沥青加热至150-170℃，再将橡胶粉加入到石油沥青中搅拌，搅拌均匀完成后，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、芳烃油、马来酸酐聚合物和硫磺加入其中，经过剪切机剪切后，在温度为130-150℃的环境下溶胀12-18h，即得橡胶粉改性沥青。
2.根据权利要求1所述的橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，所述橡胶粉为40-80目的废旧轮胎橡胶粉。
3.根据权利要求1所述橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，搅拌时间为45-75min，搅拌温度为160℃。
4.根据权利要求1所述橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，剪切时间为30-60min，剪切温度为170℃。
5.根据权利要求1所述橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，溶胀时间为15h，溶胀温度为140℃。
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