CN103819912B - 一种催化反应型sbs改性沥青再生剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法。一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成,各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%。本发明的再生剂既可还原老化沥青的化学组成和胶体结构,又可在SBS分子结构恢复剂和催化剂的作用下,使老化降解的SBS分子链结构得到很好的恢复,从而显著提高再生SBS改性沥青的性能,该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的性能。
Description
技术领域
本发明属于道路工程中废旧沥青混凝土的再生利用,具体涉及一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土路面具有表面平整、振动小、噪音低、行车舒适、施工期短、养护维修简便等优点,在公路建设中被广泛使用。与普通沥青相比,热塑性弹性体SBS改性沥青具有更为优良的高低温性能,近些年来高等级公路建设已主要采用SBS改性沥青混凝土。
沥青混凝土虽具有优良的路用性能,但沥青路面在使用过程中会受到热、氧、紫外线等因素的影响而导致沥青发生老化,进而在环境温度和行车荷载的作用下,使沥青路面出现裂缝、坑槽、车辙等病害,严重影响沥青路面的使用性能。对于出现病害的沥青路面需要进行养护维修,甚至全路段铣刨,重新铺筑。维修、铣刨将产生大量废旧沥青混凝土,对其再生利用,既保护了环境,又节约了资源,具有显著的经济效益、社会效益与环境效益。
废旧沥青混凝土再生利用常需采用再生剂恢复老化沥青的性能。对于废旧SBS改性沥青混凝土,由于SBS改性沥青是由基质沥青和SBS改性剂所组成,其老化既包含基质沥青的老化,也包含SBS的老化,基质沥青的老化主要表现为芳香分减少、沥青质增多,沥青胶体结构发生了变化,SBS的老化则主要表现为SBS分子链发生了降解,使其在沥青中形成的网络结构发生了破坏,导致改性沥青的软化点和低温延度显著降低,因此在再生废旧SBS改性沥青混凝土时,既要对老化的基质沥青再生,又要对老化SBS改性剂再生。然而现有再生剂基本上是针对老化沥青的再生而开发,主要通过添加高芳香分组分来恢复老化沥青的化学组成和胶体结构,而不能恢复SBS的分子结构,故其对老化SBS改性沥青的软化点和低温延度的恢复极为有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法,该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的性能。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成,各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%。
所述的SBS改性沥青,其软化点为65~75℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
上述一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,其特征是它包含步骤如下:
1)按各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,备用;
2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140~150℃;
3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在100~200rpm的转速下搅拌10~20min,保持温度为140~150℃;
4)加入渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为140~150℃,在100~200rpm的转速下搅拌5~10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
本发明的有益效果如下
(1)SBS改性沥青混凝土在加工和长期使用过程中,受热、紫外光和氧的作用,基质沥青中的芳香分减少,沥青质增多,胶体结构发生变化,本发明利用高芳香分含量的催化裂化油浆来补充老化沥青的芳香分,还原其化学组成,恢复老化沥青的胶体结构。
(2)SBS改性沥青在热、紫外光和氧的作用下,SBS分子链中的弱键发生断裂和氧化,导致其分子量降低,在沥青中形成的网络结构被破坏,从而使改性沥青的软化点和低温延度均减小,SBS的改性作用逐渐丧失,本发明利用SBS分子结构恢复剂——1,4-丁二醇二缩水甘油醚(内含两个环氧基团)和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(内含三个环氧基团)所含有的环氧基团可与SBS分子链氧化降解形成的含氧官能团(主要为羧基)进行反应,使SBS分子量增大,网络结构得到恢复。然而,废旧SBS改性沥青混凝土的再生过程时间很短(破碎筛分后的废旧SBS改性沥青混凝土预热后加入拌和机中,与再生剂、新集料和新沥青总拌和时间通常仅为50~60秒),在如此短的时间内,1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的环氧基团与SBS分子链氧化降解形成的含氧官能团之间的反应不易进行完全,从而限制了SBS分子结构恢复剂对降解SBS分子链的结构恢复,影响了再生SBS改性沥青性能的提高。鉴于此,本发明将4-二甲氨基吡啶作为催化剂,利用4-二甲氨基吡啶对环氧基团与羧基之间反应所具有的催化作用,以加速SBS分子结构恢复剂中的环氧基团与SBS氧化降解形成的含氧官能团(主要为羧基)之间的反应,使SBS分子结构恢复剂在较短时间内即可恢复降解SBS的分子结构,从而有效提高再生SBS改性沥青的性能。
(3)本发明利用糠醛对沥青中的胶质、沥青质的良好相溶性,使再生剂容易渗透进入旧集料表面老化沥青膜中,实现在较短时间内再生剂与老化沥青之间的良好混合,从而使老化SBS改性沥青的化学组成和分子结构容易得到恢复,SBS改性沥青混凝土的性能得到良好的改善。
(4)该再生剂不仅能够还原老化沥青的化学组成和胶体结构,而且在SBS分子结构恢复剂和催化剂的作用下,能使老化降解的SBS分子结构得到较好的恢复,从而有效提高再生SBS改性沥青的性能,该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的高低温性能。本发明适用于老化SBS改性沥青。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明通过SBS改性沥青(软化点为75℃、5℃延度为36cm、25℃针入度为50dmm)在163℃的旋转薄膜烘箱(RTFOT)中老化85分钟模拟SBS改性沥青在混凝土拌合、摊铺过程中的短期老化以及在100℃和2.1MPa的压力老化箱(PAV)中老化20h模拟SBS改性沥青在路面使用过程中的长期老化来获得老化SBS改性沥青,该老化SBS改性沥青的性能为:软化点为64℃,5℃延度为1.1cm,25℃针入度为25dmm,下述实施例均采用该老化SBS改性沥青为试验原料。以下各实施例所涉及的SBS分子结构恢复剂均是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1,在各实施例中不在重述。
实施例1:
分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青(软化点为72℃、5℃延度为35cm)27质量份和催化裂化油浆(芳烃组分的质量含量为58%)66质量份,混合后在145℃±5℃和150rpm的转速下搅拌15min,然后加入3.98质量份的糠醛(渗透剂),3质量份的SBS分子结构恢复剂,0.02质量份的4-二甲氨基吡啶,保持温度为145℃,在150rpm的转速下继续搅拌10min,即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为70℃,5℃延度为29cm,25℃针入度为48dmm。
对比实施例:
分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青(软化点为72℃、5℃延度为35cm、)27质量份和催化裂化油浆(芳烃组分的质量含量为58%)69质量份,混合后在145℃±5℃和150rpm的转速下搅拌15min,然后加入4质量份的糠醛,保持温度为145℃,在150rpm的转速下继续搅拌10min,即得到SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为63℃,5℃延度为3.5cm,25℃针入度为52dmm。
与对比实施例相比,实施例1中添加了由1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合而成的SBS分子结构恢复剂和4-二甲氨基吡啶催化剂,再生SBS改性沥青的软化点和5℃延度均显著增大,说明本发明的再生剂对老化SBS改性沥青的分子链结构有良好的恢复作用,能很好地改善老化SBS改性沥青的性能。
实施例2:
分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青(软化点为72℃、5℃延度为35cm)27质量份和催化裂化油浆(芳烃组分的质量含量为58%)64质量份,混合后在145℃±5℃和150rpm的转速下搅拌15min,然后加入3.97质量份的糠醛,5质量份的SBS分子结构恢复剂和0.03质量份的催化剂(4-二甲氨基吡啶),保持温度为145℃,在150rpm的转速下继续搅拌10min,即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为72℃,5℃延度为35cm,25℃针入度为46dmm。
与实施例1相比,随着再生剂中SBS分子结构恢复剂和催化剂掺量的增加,再生SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的提高。
实施例3:
分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青(软化点为72℃、5℃延度为35cm)27质量份和催化裂化油浆(芳烃组分的质量含量为63%)66质量份,混合后在145℃±5℃和150rpm的转速下搅拌15min,然后加入3.97质量份的糠醛,3质量份的SBS分子结构恢复剂和0.03质量份的催化剂(4-二甲氨基吡啶),保持温度为145℃,在150rpm的转速下继续搅拌10min,即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为71℃,5℃延度为31cm,25℃针入度为47dmm。
与实施例1相比,随着再生剂中催化剂掺量的增加,再生SBS改性沥青的软化点、5℃延度均得到了进一步的提高。
实施例4:
一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,它包括步骤如下:
(1)按各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青25%、催化裂化油浆67%、渗透剂2.97%、SBS分子结构恢复剂5%和催化剂0.03%,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料,备用;
所述的SBS改性沥青软化点为74℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
(2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至150℃;
(3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在200rpm的转速下搅拌10min,保持温度为150℃;
(4)加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为150℃,在200rpm的转速下搅拌5min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为72℃,5℃延度为34cm,25℃针入度为48dmm。该再生SBS改性沥青的性能与老化前的SBS改性沥青的性能相近。
实施例5:
一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,它包括步骤如下:
(1)按质量份组成为:SBS改性沥青25%、催化裂化油浆62%、渗透剂4.96%、SBS分子结构恢复剂8%和0.04%的催化剂,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料,备用;
所述的SBS改性沥青软化点为70℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
(2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至145℃;
(3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在150rpm的转速下搅拌10min,保持温度为145℃;
(4)加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为145℃,在150rpm的转速下搅拌10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为73℃,5℃延度为36cm,25℃针入度为49dmm。
实施例6:
一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,它包括步骤如下:
(1)按质量份组成为:SBS改性沥青35%、催化裂化油浆60.95%、渗透剂1%、SBS分子结构恢复剂3%和0.05%的催化剂,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂SBS分子结构恢复剂和催化剂原料,备用;
所述的SBS改性沥青软化点为65℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
(2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140℃;
(3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在100rpm的转速下搅拌20min,保持温度为140℃;
(4)加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为140℃,在100rpm的转速下搅拌10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为71.5℃,5℃延度为32cm,25℃针入度为46dmm。
实施例7:
一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,它包括步骤如下:
(1)按质量份组成为:SBS改性沥青15%、催化裂化油浆80%、渗透剂1.99%、SBS分子结构恢复剂3%和0.01%的催化剂,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料,备用;
所述的SBS改性沥青软化点为68℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
(2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140℃;
(3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在200rpm的转速下搅拌20min,保持温度为140℃;
(4)加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为140℃,在200rpm的转速下搅拌5min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为67℃,5℃延度为25cm,25℃针入度为52dmm。
实施例8:
一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,它包括步骤如下:
(1)按质量份组成为:SBS改性沥青35%、催化裂化油浆55%、渗透剂5%、SBS分子结构恢复剂4.98%和0.02%的催化剂,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料,备用;
所述的SBS改性沥青软化点为75℃,5℃延度大于25cm。
所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
所述的渗透剂为糠醛。
所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
(2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至150℃;
(3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在200rpm的转速下搅拌20min,保持温度为150℃;
(4)加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为150℃,在200rpm的转速下搅拌10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份,加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份,保持温度为160℃,在200rpm转速下搅拌5min,即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试,软化点为72℃,5℃延度为33cm,25℃针入度为47dmm。
Claims (7)
1.一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成,各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%;
制备步骤如下:
1)按各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,备用;
2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140~150℃;
3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在100~200rpm的转速下搅拌10~20min,保持温度为140~150℃;
4)加入渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为140~150℃,在100~200rpm的转速下搅拌5~10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
2.根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征在于:所述的SBS改性沥青的软化点为65~75℃,5℃延度大于25cm。
3.根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征在于:所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。
4.根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征在于:所述的渗透剂为糠醛。
5.根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征在于:所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物,1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。
6.根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂,其特征在于:所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。
7.如权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法,其特征是它包含步骤如下:
1)按各原料所占质量百分比为:SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%,选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,备用;
2)分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140~150℃;
3)将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中,开动搅拌机,在100~200rpm的转速下搅拌10~20min,保持温度为140~150℃;
4)加入渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂,保持温度为140~150℃,在100~200rpm的转速下搅拌5~10min,得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。
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