CN103834184B - 一种高模量沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于改性沥青制备技术领域，具体来说，涉及到一种高模量沥青及其制备方法。该高模量沥青由沥青、聚苯乙烯‑聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体和助剂组成；所述的沥青包括高标号沥青和低标号沥青；所述的低标号沥青在高标号沥青中的内掺掺量为10‑80wt%；所述的聚苯乙烯‑聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体在沥青中的内掺掺量为2‑7wt%；所述的助剂的外掺掺量为沥青的0.51‑15wt%。与现有技术相比，本发明所述的高模量沥青具有较好的动态模量及抗车辙性能，且其制备简便、加工流程短、设备简单、工艺条件缓和、生产快速、改性成本低。
Description
技术领域
本发明属于改性沥青制备技术领域，具体来说，涉及到一种高模量沥青及其制备方法。
背景技术
由于传统的普通沥青及混合料性能与当前使用环境的不适应，一些沥青路面刚通车不久就发生了大规模的破坏。高速公路沥青路面病害中尤以车辙最为严重，在城市主干道的交叉口路段和行车渠化严重的非交叉口路段，以及高速公路上的某些路面，在开放交通不久便出现过度的车辙，并且在这些路段交通事故率明显上升，严重降低了道路的使用性能。在高速公路及城市干线道路上，过量的车辙造成了路面使用性能降低、维修期提前、维修费用大幅度的增加。如何加强和改良沥青路面的使用质量、延长路面的使用寿命和提高路面综合服务水平是各国道路科研工作人员面临的重要任务。
根据路面功能设计，长期以来对于各面层的功能以及整体性能的发挥认识不足，过度强调上面层的多功能、高性能，未能与中下面层相互协调补充，使得上面层无法实现多用途，而中下面层也没有发挥应有的作用。因此，提高中面层的抗车辙能力被认为是一个可以提高性价比最有效的方式。近年来，大部分新建的高速公路中、下面层沥青混合料采用改性沥青和添加纤维外掺剂，一定程度上提高了抗车辙能力，但是效果仍然不很理想，路面使用年限不到设计年限的一半就发生车辙破坏。仅仅考虑沥青面层各层间的抗车辙能力已经不能解决问题，必须把沥青面层作为一个整体设计。由于沥青混合料的模量大部分取决于沥青的性能。沥青混合料模量与车辙成反比，劲度模量越高，抵抗流动变形的能力越强。同时，由于模量的增加可以有效地减小路面弯沉，从而降低路面的总厚度，所以高劲度模量的沥青混合料的应用显得尤为必要。
目前，高模量沥青的实现途径很多，选用材料有30号道路石油沥青、50号道路石油沥青、70号道路石油沥青、90号道路石油沥青、PE、热塑性弹性体、助剂等，但目前高模量沥青没有一个成熟的生产方法，可以使生产得改性沥青具有车辙因子高、64℃动态剪切模量高、64℃动态剪切相位角小，低温性能好，拌和后的沥青混合料储能模量高、损失模量高的特点。目前，提高沥青混合料动态模量的主要途径为添加高模量外加剂对沥青混合料进行混合料改性，如PR-M等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于提高沥青路面不同温度时的动态模量及抗车辙性能的高模量沥青及其制备方法。
本发明所述的高模量沥青，所述的高模量沥青由沥青、聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体和助剂组成；所述的沥青包括高标号沥青和低标号沥青；所述的低标号沥青在高标号沥青中的内掺掺量为10-80wt%；所述的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体在沥青中的内掺掺量为2-7wt%；所述的助剂的外掺掺量为沥青的0.51-15wt%。
所述的高标号沥青采用70号或/和90号沥青；所述的低标号沥青采用50号沥青、30号沥青、岩沥青或湖沥青中的一种。
所述的岩沥青为布敦岩沥青，所述的湖沥青为特立尼达天然湖沥青。
所述的高标号、低标号沥青为克拉玛依、中海、或壳牌沥青。
所述的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体为星型结构或/和线型结构，分子量为5-10万，其中苯乙烯和丁二烯的摩尔比为(1：2)-(1：4)。
所述的助剂分为第一助剂和第二助剂，第一助剂的外掺掺量为沥青的0.5-10wt%，第二助剂的外掺掺量为沥青的0.01-5wt%；第一助剂为增延剂、增塑剂、增粘剂、软化点增强剂中的一种或几种；第二助剂为稳定剂。
所述的增延剂为丁腈橡胶；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的增粘剂为C9树脂；所述的软化点增强剂为糠醛抽出油。
所述的稳定剂为分子量为10000-20000的聚吡啶3-甲基丙烯酸酯。
上述高模量沥青的制备方法为：首先分别加热低标号沥青与高标号沥青到150-160℃，将两种沥青按比例混合，再将混合沥青升温到170-180℃，将聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体和第一助剂同时加入混合沥青中，然后进行高速剪切0.5-1.5h，最后在160-170℃下加入第二助剂进行30-60min发育搅拌，最终制得高模量沥青产品。
本发明选用低标号沥青掺入高标号沥青的方法，可以明显提高原沥青64℃动态剪切复数模量，提高幅度约为原高标号普通沥青的6倍；明显降低64℃动态剪切向位角，降低幅度约为原高标号普通沥青的10%。本发明选用星型热塑性弹性体，其高温性能优于线型，运用星型热塑性弹性体明显可以提高原沥青的软化点，约提高40℃；明显提高64℃动态剪切复数模量，约为原沥青的12倍；降低64℃动态剪切向位角，约为原沥青的20%；低温性能与同剂量的热塑性弹性体改性沥青性能基本相同。本发明选用助剂用于调节沥青的粘度、延度、储存稳定性等指标，如粘度提高率约为原沥青的4倍。本发明高模量沥青拌和的混合料动稳定度（车辙试验）可达8000次/mm以上（级配AC-20）；而且具有很好的水稳定性和低温抗裂性能，尤其是在不同温度下此混合料具有很高的动态模量。
与现有技术相比，本发明所述的高模量沥青不仅具有存储模量高、损失模量高、车辙因子高的特点，而且拌和而成的混合料高温性能显著提升，水稳定性与低温性能相对同剂量高标号改性沥青基本相同。本发明中的高模量沥青可以有效解决沥青路面高温车辙及承载力不足等问题，且具有不同温度下动态模量高、疲劳寿命长的特点。此外，此高模量沥青具有制备简便，加工流程短，设备简单，生产快速，改性成本低等特点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的高模量沥青及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1-5
沥青组成:高标号沥青选自壳牌70号A级沥青，低标号沥青选自克拉玛依30号A级沥青；聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体选自燕山石化4303星型改性剂，分子量为8-10万，苯乙烯和丁二烯的摩尔比为1：2.33；第一助剂选自邻苯二甲酸二丁酯、C9树脂、丁腈橡胶和糠醛抽出油，第二助剂选用分子量约为17000的聚吡啶3-甲基丙烯酸酯(PPy3MMA)。各组分质量含量具体见表1，聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体为在沥青中的内掺掺量，助剂为在沥青中的外掺掺量。
实施例1-5中各组分含量表1
制备方法：将高、低标号沥青分别加热到160℃，然后混合，搅拌均匀，再把温度升到170℃，将燕山石化4303星型改性剂、邻苯二甲酸二丁酯、C9树脂、糠醛抽出油缓慢投入混合沥青内，机械搅拌溶胀30min后高速剪切60min，温度不高于180℃；停止剪切后加入聚吡啶3-甲基丙烯酸酯，保持温度在170℃以上继续普通搅拌机搅拌，发育30min，即制备形成高模量沥青。其主要技术指标测试结果见表2。
不同沥青测试结果表2
高模量沥青技术要求见表3。
高模量沥青技术要求表3
为与现有技术进行比较，将实施例1、2、3、4、5所制得的沥青及原沥青为壳牌70号A级沥青的5%SBS改性沥青进行混合料性能试验，选用AC-20沥青混合料，油石比均为4.5%，对比结果见表4。
不同混合料性能测试结果表4
本发明选用低标号沥青掺入高标号沥青的方法，可以明显提高原沥青64℃动态剪切复数模量，提高幅度约为原高标号沥青的6倍；明显降低64℃动态剪切向位角，降低幅度约为原高标号沥青的10%。本发明选用星型热塑性弹性体，其高温性能优于线型，运用星型热塑性弹性体明显可以提高原沥青的软化点，约提高40℃；明显提高64℃动态剪切复数模量，约为原沥青的12倍；降低64℃动态剪切向位角，约为原沥青的20%；低温性能与同剂量的SBS改性沥青性能基本相同。本发明选用助剂用于调节沥青的粘度、延度、储存稳定性等指标，如粘度提高率约为原沥青的4倍。本发明高模量沥青拌和的混合料动稳定度（车辙试验）可达8000次/mm以上（级配AC-20）；而且具有很好的水稳定性和低温抗裂性能，尤其是在不同温度下此混合料具有很高的动态模量。
本发明制备的高模量沥青不仅具有存储模量高、损失模量高、车辙因子高的特点，而且拌和而成的混合料高温性能显著提升，水稳定性与低温性能相对同剂量高标号改性沥青基本相同。本发明中的高模量沥青可以有效解决沥青路面高温车辙及承载力不足等问题，且具有不同温度下动态模量高、疲劳寿命长的特点。此外，此高模量沥青具有制备简便，加工流程短，设备简单，生产快速，改性成本低等特点。
Claims (7)
1.一种高模量沥青，其特征在于，所述的高模量沥青由沥青、聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体和助剂组成；所述的沥青包括高标号沥青和低标号沥青；所述的低标号沥青在高标号沥青中的内掺掺量为10-80wt％；所述的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体在沥青中的内掺掺量为2-7wt％；所述的助剂的外掺掺量为沥青的0.51-15wt％；
所述的助剂分为第一助剂和第二助剂，第一助剂的外掺掺量为沥青的0.5-10wt％，第二助剂的外掺掺量为沥青的0.01-5wt％；第一助剂为增延剂、增塑剂、增粘剂、软化点增强剂中的一种或几种；第二助剂为稳定剂；
所述的稳定剂为分子量为10000-20000的聚吡啶3-甲基丙烯酸酯。
2.如权利要求1所述的高模量沥青，其特征在于，所述的高标号沥青采用70号或/和90号沥青；所述的低标号沥青采用50号沥青、30号沥青、岩沥青或湖沥青中的一种。
3.如权利要求2所述的高模量沥青，其特征在于，所述的岩沥青为布敦岩沥青，所述的湖沥青为特立尼达天然湖沥青。
4.如权利要求1所述的高模量沥青，其特征在于，所述的高标号、低标号沥青为克拉玛依、中海、或壳牌沥青。
5.如权利要求1所述的高模量沥青，其特征在于，所述的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体为星型结构或/和线型结构，分子量为5-10万，其中苯乙烯和丁二烯的摩尔比为(1：2)-(1：4)。
6.如权利要求1所述的高模量沥青，其特征在于，所述的增延剂为丁腈橡胶；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的增粘剂为C9树脂；所述的软化点增强剂为糠醛抽出油。
7.如权利要求1所述的高模量沥青的制备方法，其特征在于，所述方法具体为：首先分别加热低标号沥青与高标号沥青到150-160℃，将两种沥青按比例混合，再将混合沥青升温到170-180℃，将聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物热塑性弹性体和第一助剂同时加入混合沥青中，然后进行高速剪切0.5-1.5h，最后在160-170℃下加入第二助剂进行30-60min发育搅拌，最终制得高模量沥青产品。
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