CN103468010B - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性沥青及其制备方法，将70～90重量份的沥青、3.0～30重量份的芳烃油、2.0～20重量份的废橡胶粉、1.0～10重量份的橡胶、0.5～10重量份的Sasobit与0.05～0.5重量份的交联剂混合加热，搅拌，得到改性沥青。与现有技术相比，本发明采用聚合物橡胶、废橡胶粉、芳烃油、Sasobit与交联剂共同对沥青进行改性，橡胶具有较好的低温性能，可提高沥青的低温延度，同时不破坏沥青其他方面的路用性能，芳烃油对橡胶和废橡胶粉具有较高的溶胀能力，提高了沥青和改性材料的相容性，交联剂也可提高成品的高温储存稳定性，阻止离析的发生，sasobit可降低沥青的施工温度。
Description
技术领域
本发明属于沥青技术领域，尤其涉及一种改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青是国内外道路工程中所使用的主要路面材料。现代道路交通的特点是车流量大、车速快、载重量高，因此对路面质量的要求也在不断提高。普通沥青材料普遍存在针入度高、延度低以及工程范围内软化点低的缺点，具体表现为沥青抗压抗裂性差、塑性差、温度敏感性高、工作温度范围窄。由于普通沥青难以达到现代道路交通对路面质量的要求，近年来出现了各方面性能优于普通沥青的改性沥青。在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料，熔融或分散在沥青中与沥青发生发硬或裹覆在沥青集料表面，可以改善或提高沥青路面性能。
在沥青的改性材料中，高分子聚合物是应用最广泛、研究最集中的一种，聚合物改性沥青可以显著改善其路用性能，不仅可以大幅减少车辙和温缩裂缝，而且在坑槽、剥落和温度敏感性方面也起到了良好的作用。其他改性材料还包括：矿物质填料，如硅藻土、石灰、水泥、炭黑、硫磺、木质素、石棉和炭棉等，对沥青进行物理改性，可提高沥青抗磨耗性、内聚力和耐候性；添加剂，包括抗氧化剂和抗剥落剂，如有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂或阴、阳离子型或非离子型表面活性剂，可提高沥青粘附性、耐老化或抗氧化能力。
目前，国内外改性沥青的工程实践苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS）、丁苯橡胶（SBR）占据了绝大部分，尤其以SBS最多，但聚合物改性剂的高成本阻碍了改性沥青在道路建设上的应用，因此，国内外开始研究废橡胶粉改性沥青，并尝试用废旧塑料作改性剂制备改性沥青。废橡胶粉和废塑料中的有效成分可以提高道路沥青的软化点，改善道路沥青的低温柔韧性，降低针入度，提高延度，使沥青产生可逆的弹性变形。
将废胶粉和废塑料作为道路沥青改良材料，既为解决我国日益严重的塑料和废橡胶污染问题提供了一条新的途径，达到废物处理的同时也实现了废物再利用的目的。但是，废橡胶粉作为道路石油沥青改性剂生产沥青时，还存在很多问题，得到的改性沥青性能不稳定，存在储存性能差、耐老化性差、拌合温度高、难拌合、低温性能差等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性沥青及其制备方法，该改性沥青性能较稳定。
本发明提供了一种改性沥青，包括：
优选的，所述橡胶为丁苯橡胶。
优选的，所述沥青为90A沥青和/或100A沥青。
优选的，所述废橡胶粉的粒度≥40目。
优选的，所述芳烃油为糠醛油和/或减压蜡油。
本发明还提供了一种改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
A）将70～90重量份的沥青、3.0～30重量份的芳烃油、2.0～20重量份的废橡胶粉、1.0～10重量份的橡胶、0.5～10重量份的Sasobit与0.05～0.5重量份的交联剂混合加热，搅拌，得到改性沥青。
优选的，所述步骤A）还包括：
搅拌后，进行养育，得到改性沥青。
优选的，所述步骤A）具体为：将70～90重量份的沥青与3～30重量份的芳烃油混合加热，进行第一次保温搅拌；加入2.0～20重量份的废橡胶粉，进行第二次保温搅拌；加入1.0～10重量份的橡胶进行第三次保温搅拌；加入0.5～10重量份的Sasobit，进行第四次保温搅拌；加入0.05～0.5重量份的交联剂，进行第五次保温搅拌，得到改性沥青。
优选的，所述第一次保温搅拌、第二次保温搅拌、第三次保温搅拌与第四次保温搅拌的温度各自独立地为150℃～165℃，时间各自独立地为30～60min。
优选的，所述第五次保温搅拌的温度为165℃～185℃，时间为20～40min。
本发明提供了一种改性沥青及其制备方法，将70～90重量份的沥青、3.0～30重量份的芳烃油、2.0～20重量份的废橡胶粉、1.0～10重量份的橡胶、0.5～10重量份的Sasobit与0.05～0.5重量份的交联剂混合加热，搅拌，得到改性沥青。与现有技术相比，本发明采用聚合物橡胶、废橡胶粉、芳烃油、Sasobit与交联剂共同对沥青进行改性，其中，废橡胶粉为硫化胶，分子呈三维空间网络结构，有粘性和塑性且具有弹性，其在热沥青的软化作用下，吸收油分而膨胀，橡胶具有较好的低温性能，可提高沥青的低温延度，同时不破坏沥青其他方面的路用性能，芳烃油对橡胶和废橡胶粉具有较高的溶胀能力，提高了沥青和改性材料的相容性，交联剂也可提高成品的高温储存稳定性，阻止离析的发生，并且sasobit可降低沥青的施工温度，因此，通过五种改性材料的相互作用，使改性沥青的稳定性、低温延度及抗冻裂性能均得到提高，延长了路面的使用寿命，也提高了软化点，进而使其抗车辙性得到了提高。
实验结果表明，本发明改性沥青的软化点大于60℃，5℃低温延度（5cm/min）大于60cm，135℃时的运动粘度小于2Pa.s。
具体实施方式
本发明提供了一种改性沥青，包括：
本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
其中，所述橡胶的含量优选为3～7重量份，更优选为4～6重量份，再优选为4～5重量份。橡胶具有优异的低温性能，此类改性剂可使沥青低温性能得到明显改善，在提高沥青的低温延性的同时，也不破坏沥青其他方面的路用性能，所述橡胶的种类为本领域技术人员熟知的橡胶即可，可为天然的，也可为合成类橡胶，并无特殊的限制，本发明中优选为丁苯橡胶，更优选为SBS丁苯橡胶。
所述废橡胶粉的含量优选为5～15重量份，更优选为5～10重量份。废橡胶粉为硫化胶，分子呈三维空间网络结构，有粘性和塑性且具有弹性，其在热沥青的软化作用下，吸收油分而膨胀。为了提高废橡胶粉与沥青的相容性，本发明中所述废橡胶粉的粒度优选为40目以上，更优选为40目以上的脱硫废轮胎粉。通过脱硫处理可以破坏硫化胶中的硫交联键，从而破坏其三维网状结构，表面产生较多的活性基团，有利于胶粉与沥青的化学键合，使胶粉在沥青中的分散性得到改善。
所述Sasobit的含量优选为0.5～8重量份，更优选为0.5～5重量份，再优选为1～3重量份，最优选为1～2重量份。Sasobit是一种新型聚烯烃类沥青普适改性剂，在沥青中加入Sasobit后，其与沥青中-OH和C-H发生了化学反应，这些化学反应导致沥青中出现了新的芳香族C-O键，并使得Sasobit的长链烷基与沥青中的沥青蜡发生了共晶，因而改变了沥青的晶体结构、组分比例以及胶体结构，使沥青的性能有了明显的改变，提高了沥青的高温性能，降低了沥青低温性能，降低了施工温度。
所述芳烃油的含量优选为5～20重量份，更优选为5～15重量份，再优选为6～10重量份。芳烃油对橡胶与废橡胶粉的溶胀能力较强，可提高沥青和橡胶及废橡胶粉的相容性。所述芳烃油为本领域技术人员熟知的芳烃油即可，并无特殊的限制，本发明中优选为糠醛油和/或减压蜡油。
所述交联剂的含量优选为0.05～0.3重量份，更优选为0.05～0.1重量份。交联剂可提高改性沥青的高温储存稳定性，阻止离析的发生。本发明中的交联剂为本领域技术人员熟知的交联剂即可，并无特殊的限制。
改性沥青中沥青的含量优选为75～85重量份，更优选为78～82重量份。本发明中所使用的沥青优选为90A沥青和/或100A沥青，更优选为90A沥青。90A沥青的15℃延度大于100cm，软化点大于46℃，针入度为80～100。
本发明采用橡胶、废橡胶粉、Sasobit、芳烃油与交联剂物种改性材料对沥青进行改性，通过改性材料的相互作用，使改性沥青的稳定性、低温延度及抗冻裂性能均得到提高，延长了路面的使用寿命，也提高了软化点，进而使其抗车辙性得到了提高。
Sasobit、橡胶与废橡胶粉相互作用，降低了改性沥青的施工温度，直接降低了沥青的高温粘度，使其与石料在较低的温度下可以拌合，这样可直接降低沥青和基料的加热温度、沥青混合料摊铺、压实温度施工温度，增大了沥青混合料的可施工温度范围，使沥青混合料在较低温度下仍能够保证压实度，大大延长了沥青混合料日度、月度、年度可施工时间；同时，较低的施工温度，可减少有毒气体及废气的排放，有利于改善隧道内沥青路面的摊铺环境、保障施工人员生命健康安全；较低的施工温度，也可降低改性沥青在加热过程中的老化，增强沥青路面的抗老化性；改性沥青高温粘度的降低，也可保证沥青对骨料的完全裹覆，易于施工，避免混合料出现离析。
本发明还提供了一种上述改性沥青的制备方法，包括：A）将70～90重量份的沥青、3.0～30重量份的芳烃油、2.0～20重量份的废橡胶粉、1.0～10重量份的橡胶、0.5～10重量份的Sasobit与0.05～0.5重量份的交联剂混合加热，搅拌，得到改性沥青。
其中，所述沥青、芳烃油、废橡胶粉、橡胶、Sasobit与交联剂均同上所述，在此不再赘述。
按照本发明，所述步骤A）具体为：将70～90重量份的沥青与3～30重量份的芳烃油混合加热，进行第一次保温搅拌；加入2.0～20重量份的废橡胶粉，进行第二次保温搅拌；加入1.0～10重量份的橡胶进行第三次保温搅拌；加入0.5～10重量份的Sasobit，进行第四次保温搅拌；加入0.05～0.5重量份的交联剂，进行第五次保温搅拌，养育后得到改性沥青。
将沥青与芳烃油混合，优选先将沥青加热至100℃～140℃，然后加入芳烃油与沥青混合，加热，进行第一次保温搅拌。其中，第一次保温搅拌的温度优选为150℃～165℃，更优选为155℃～160℃，第一次保温搅拌的时间优选为30～60min，更优选为30～45min。通过第一次保温搅拌可使沥青与芳烃油混合均匀。
第一次保温搅拌后，加入废橡胶粉，进行第二次保温搅拌。第二次保温搅拌的温度优选为150℃～165℃，更优选为155℃～160℃，第二次保温搅拌的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。废橡胶粉在与沥青高温充分混合状态下吸收沥青轻质组分而熔胀，同时在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。废橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成一个年度很大的半固态连续相的体系。
第二次保温搅拌后，加入橡胶进行第三次保温搅拌。所述第三次保温搅拌的温度优选为150℃～165℃，更优选为155℃～160℃，第三次保温搅拌的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。第三次保温搅拌，可使橡胶充分混匀，通过芳烃油的作用，使其与沥青的相容性提高。
第三次保温搅拌后，加入Sasobit进行第四次保温搅拌。所述第四次保温搅拌的温度优选为150℃～165℃，更优选为155℃～160℃，第四次保温搅拌的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。
最后，加入交联剂，进行第五次保温搅拌。所述第五次保温搅拌的温度优选为165℃～185℃，更优选为170℃～180℃，第五次保温搅拌的时间优选为20～40min，更优选为25～35min。
第五次保温搅拌后，优选进行研磨，使体系混合更加均匀。所述研磨优选采用胶体磨进行；所述研磨的时间优选为20～120min，更优选为30～100min，再优选为40～80min。
研磨后，优选进行养育，使橡胶与废橡胶粉以离散相状态均匀分布呈全连续相的沥青介质中，使此两种改性剂形成一种稳定而富有弹性的网络结构，以达到提高改性效果、抑制离析的目的。本发明中优选为搅拌养育；所述养育的温度优选为140℃～150℃，养育的时间优选为60～90min。经过养育后，得到改性沥青。
实验结果表明，本发明改性沥青的软化点大于60℃，5℃低温延度（5cm/min）大于60cm，135℃时的运动粘度小于2Pa.s。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种改性沥青及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售；SBS丁苯橡胶为国产；90A沥青选用国产道路石油沥青，15℃延度大于100cm，软化点大于46℃，针入度为80～100；交联剂为山东高氏科工贸有限公司生产的NH4L型SBS改性沥青稳定剂。
实施例1
将81重量份的90A沥青升温至120℃，加入8重量份的糠醛油，加热至155℃，保温搅拌30min，加入5重量份的废橡胶粉，155℃保温搅拌40min，加入5重量份的SBS丁苯橡胶，155℃保温搅拌40min，加入1重量份的Sasobit，155℃保温搅拌40min，再加入0.05重量份的NH4L型交联剂，升温至170℃保温搅拌20min，然后用胶体磨进行研磨，研磨50min后，降至至140℃，搅拌养育70min，得到改性沥青。
对实施例1中得到的改性沥青进行性能测试，得到结果见表1。
实施例2
将78.5重量份的90A沥青升温至120℃，加入8重量份的糠醛油，加热至155℃，保温搅拌30min，加入8重量份的废橡胶粉，155℃保温搅拌40min，加入4.5重量份的SBS丁苯橡胶，155℃保温搅拌40min，加入1重量份的Sasobit，155℃保温搅拌40min，再加入0.06重量份的NH4L型交联剂，升温至170℃保温搅拌20min，然后用胶体磨进行研磨，研磨50min后，降至至140℃，搅拌养育70min，得到改性沥青。
对实施例2中得到的改性沥青进行性能测试，得到结果见表1。
实施例3
将81重量份的90A沥青升温至120℃，加入8重量份的糠醛油，加热至155℃，保温搅拌30min，加入5重量份的废橡胶粉，155℃保温搅拌40min，加入4.5重量份的SBS丁苯橡胶，155℃保温搅拌40min，加入1.5重量份的Sasobit，155℃保温搅拌40min，再加入0.09重量份的NH4L型交联剂，升温至170℃保温搅拌20min，然后用胶体磨进行研磨，研磨50min后，降至至140℃，搅拌养育70min，得到改性沥青。
对实施例3中得到的改性沥青进行性能测试，得到结果见表1。
比较例1
将87重量份的90A沥青升温至120℃，加入5重量份的糠醛油，加热至155℃，保温搅拌30min，加入8重量份的废橡胶粉，155℃保温搅拌40min，再加入0.05重量份的NH4L型交联剂，升温至170℃保温搅拌20min，然后用胶体磨进行研磨，研磨50min后，降至至140℃，搅拌养育70min，得到改性沥青。
对比较例1中得到的改性沥青进行性能测试，得到结果见表1。
表1改性沥青性能测试结果
由上表可知，本发明改性沥青可提高软化点10℃，即沥青的高温性能得到提高；降低了135℃时的运动粘度，即沥青的施工温度得到降低；低温5℃延度的提高表明沥青的低温性能得到提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种改性沥青，其特征在于，包括：
所述沥青为90A沥青和/或100A沥青；所述交联剂为NH4L型交联剂。
2.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述废橡胶粉的粒度≥40目。
3.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述芳烃油为糠醛油和/或减压蜡油。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将70～90重量份的沥青、3.0～30重量份的芳烃油、2.0～20重量份的废橡胶粉、4～6重量份的SBS丁苯橡胶、1～2重量份的Sasobit与0.05～0.5重量份的交联剂混合加热，搅拌，得到改性沥青。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)还包括：
搅拌后，进行养育，得到改性沥青。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：将70～90重量份的沥青与3～30重量份的芳烃油混合加热，进行第一次保温搅拌；加入2.0～20重量份的废橡胶粉，进行第二次保温搅拌；加入4～6重量份的SBS丁苯橡胶进行第三次保温搅拌；加入1～2重量份的Sasobit，进行第四次保温搅拌；加入0.05～0.5重量份的交联剂，进行第五次保温搅拌，得到改性沥青。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一次保温搅拌、第二次保温搅拌、第三次保温搅拌与第四次保温搅拌的温度各自独立地为150℃～165℃，时间各自独立地为30～60min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第五次保温搅拌的温度为165℃～185℃，时间为20～40min。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PP01 | Preservation of patent right | ||
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