CN104987734A

CN104987734A - 一种高韧高弹改性沥青、制备方法及其用途

Info

Publication number: CN104987734A
Application number: CN201510390226.1A
Authority: CN
Inventors: 曹东伟; 张艳君; 张海燕
Original assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: CN104987734B

Abstract

一种高韧高弹改性沥青，其针入度大于301/10mm，5℃延度大于40cm，软化点大于90℃；以质量计包括以下组分：基质沥青70％-85％；热塑性弹性体5％-20％；增强剂2％-5％；相容剂1％-5％；软化剂5％-20％；分散剂0.01％-0.1％；交联剂0.2％-0.5％；降粘剂0.5％-2％。本发明的改性沥青中改性剂掺量高、稳定性好、高低温性能优异，便于施工使用，可制备卷曲路面及其他功能性路面，用于道路和桥面的铺装。

Description

一种高韧高弹改性沥青、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种高粘高弹改性沥青。

本发明还涉及上述改性沥青的制备方法。

本发明还涉及上述改性沥青的用途。

背景技术

工厂预制-现场安装工法是土木结构施工技术的重要发展趋势。在路面工程领域，应用较多的是砌块路面技术，如采用预制的水泥混凝土块、条石、块石和砖等铺设路面。

沥青路面的预制现场安装技术由于难度大，因此国内外相关研究很少。荷兰在模块化沥青路面铺装技术领域中提出了新的思路，即预制柔性的可卷放的沥青路面铺装层，施工时则在现场如铺开地毯一样铺设安装，从而快速完成施工并迅速开放交通。与传统沥青路面维修过程中的热拌、运输、碾压和冷却等过程相比，实现路面的快速罩面修复和迅速开放交通，缓解施工作业引起的交通堵塞，缩短道路封闭的时间，减少路面维修给周围环境和施工人员带来的不利影响，是今后集中研究的方向。

常温或较低温(0～30℃)条件下，为确保沥青混合料在卷曲的过程中不开裂，其沥青胶结料需具备足够的柔韧性。常规改性沥青设计思想为将高分子改性剂以分散相的形式添加到沥青中并加入稳定剂，使其控制不离析。在温度较低时，基质沥青呈脆性，既不柔韧也无强度，作为分散相的高分子材料无法充分发挥自身良好的柔顺性和韧性。因此这种改性沥青体系不适用于对沥青柔韧性有更高要求的可卷曲沥青路面。为充分发挥弹性体改性剂的作用，增加改性剂的掺量，使得分散在沥青中的高分子材料形成连续相。这样制备的改性沥青才能保证混合料具有足够柔韧性，能够类似于地毯一样的卷铺，并且又能具有良好的力学性能。而改性剂本身和沥青相容性差，如何形成稳定体系充分发挥改性剂的作用是关键问题所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种高韧高弹改性沥青，该改性沥青改性剂掺量高、稳定、可制备卷曲路面。

本发明的又一目的是提供一种制备上述改性沥青的方法。

为实现上述目的，本发明提供的高韧高弹改性沥青，其针入度大于301/10mm，5℃延度大于40cm，软化点大于90℃；以质量计包括以下组分：

基质沥青70％-85％；

热塑性弹性体5％-20％；

增强剂2％-5％；

相容剂1％-5％；

软化剂5％-20％；

分散剂0.01％-0.1％；

交联剂0.2％-0.5％；

降粘剂0.5％-2％。

所述的改性沥青中，基质沥青为石油沥青，(饱和分+沥青质)/(芳香分+胶质)的值为26-42，25℃针入度50-100 1/10mm。

所述的改性沥青中，热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二乙-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物的一种或者多种，其中SBS嵌段共聚物为线型结构改性剂、星型结构改性剂中的一种或混合物。

所述的改性沥青中，增强剂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚丁二烯(PB)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一种或者多种。

所述的改性沥青中，相容剂为苯乙烯接枝丙烯酸、丁二烯接枝丙烯酸、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸共聚物的一种或混合物；相容剂的制备方法如下：

在溶剂中加入3-8份单体混合物，加入0.2-1份引发剂，于40-60℃搅拌使单体完全溶解；升温到70-90℃反应；反应物降至室温，将产物滤出，于50-60℃真空干燥，即得目标产物；

制备相容剂的单体混合物为丙烯酸、苯乙烯、丁二烯中的一种或混合物；制备相容剂的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。

所述的改性沥青中，软化剂为妥尔油、环烷油、橡胶油、糠醛抽出油的一种或混合物。

所述的改性沥青中，分散剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、环氧乙烷-环氧丁烷共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷-环氧丁烷共聚物、聚丙烯酰胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、烷基伯胺中的一种或者混合物。

所述的改性沥青中，交联剂为硫磺和硫化物的一种或者混合物。

所述的改性沥青中，降粘剂为乙烯基双硬脂酰胺。

本发明提供的制备上述改性沥青的方法，包括以下步骤：

将基质沥青加热至130℃-220℃，加入软化剂于140-220℃搅拌至均匀，再加入热塑性弹性体、增强剂，于150-220℃下以2000-7000转/分的剪切速度下剪切10min-120min，加入相容剂、分散剂，于150-220℃下以1000-7000转/分继续剪切10min-80min，加入交联剂及降粘剂，于150-220℃下以1000-7000转/分继续剪切10min-80min，最后于110℃-180℃发育10min-24h得到。

本发明的改性沥青中改性剂掺量高、稳定性好、高低温性能优异，便于施工使用，可制备卷曲路面及其他功能性路面，用于道路及桥面铺装。

本发明的优点为：

1)提高热塑性弹性体的掺量，并形成连续相，并加入增强剂，全面提高改性沥青的性能，具有较高的软化点、针入度和延度，低温下具有较低的复数剪切模量，制备的改性沥青混合料具有较高的弯曲变形能力，满足预制路面的卷曲要求。

2)相容剂为苯乙烯或丁二烯接枝丙烯酸接枝物，可有效的在改性剂和沥青中间形成分子键，提高改性剂和沥青的相容性，保证改性剂性能的发挥。分散剂起到乳化作用，可以将剪切后的改性剂小颗粒的表面能降低，使改性剂均匀稳定的分散在沥青中。软化剂中不仅可以使改性剂溶胀，还可以起到辅助乳化的作用，进一步保证改性剂在沥青中的均匀分布。降粘剂在不变脆的前提下，可降低融化后粘性，并提高改性沥青的高温性能，减少冷温塑性流动，而且增加耐水、耐酸、耐盐水喷雾性能。各种添加剂的加入使改性剂均匀稳定的分散在沥青中，并发生交联作用，形成改性剂连续相，发挥改性沥青的高粘高弹的优异性能。

附图说明

图1A是本发明的改性沥青弯曲度的测试图；

图1B是公知沥青弯曲度的测试图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例一：

在溶剂中加入3份苯乙烯、丙烯酸单体混合物，加入0.2份偶氮二异丁腈，升温至50℃，搅拌10分钟，单体完全溶解后升温到80℃反应1小时。将反应物降至室温，滤出，60℃下真空干燥，得到相容剂。

将70份(饱和分+沥青质)/(芳香分+胶质)的值为33，25℃针入度57 1/10mm的基质沥青加热至130℃，加入5份妥尔油与环烷油混合物在150℃下搅拌至均匀，再加入10份SBS、2份PE，在200℃下以3500转/分的剪切速度下剪切60min，加入2份制备好的相容剂、0.1份环氧乙烷-环氧丁烷共聚物，并于200℃下以3500转/分继续剪切20min，加入0.3份硫磺及1份乙烯基双硬脂酰胺，并于180℃下以2500转/分继续剪切30min，最后于140℃发育12h得到，制得的改性沥青性能测试结果列于表1。

实施例二：

在溶剂中加入5份苯乙烯、丁二烯、丙烯酸单体混合物，加入0.5份过氧化苯甲酰，升温至60℃，搅拌15分钟，单体完全溶解后升温到85℃反应1.5小时。将反应物降至室温，滤出，55℃下真空干燥，得到相容剂。

将120份(饱和分+沥青质)/(芳香分+胶质)的值为26，25℃针入度62 1/10mm的基质沥青加热至150℃，加入15份橡胶油在150℃下搅拌至均匀，再加入20份SIS、5份PB，在180℃下以6000转/分的剪切速度下剪切100min，加入4份制备好的相容剂、0.05份十二烷基磺酸钠，并于180℃下以5500转/分继续剪切30min，加入0.5份硫化钠及1.5份乙烯基双硬脂酰胺，并于160℃下以4000转/分继续剪切60min，最后于150℃发育24h得到，制得的改性沥青性能测试结果列于表1。

实施例一、实施例二制备的改性沥青的各项主要技术指标列于表1，并与常见改性沥青的指标区间进行对比，从中可以看出，采用本发明制备的改性沥青具有优异的高低温性能，可以使其改性沥青混合料的弯曲应变显著提高，其综合性能指标远远高于常见改性沥青(参阅图1A和图1B)，并且热储存稳定性良好，可以满足长时间存放的需要，可以用于制备可弯曲混合料。

表1

试验项目	实施例一	实施例二	常见改性沥青性能区间
				针入度(0.1mm)	57	51	20～60
延度(cm)	58	54	15～40
				软化点(℃)	101	93	60～80
储存48h软化点差(℃)	1.1	0.8	≤2.5
				弹性恢复(％)	98	99	60～85
-10℃混合料弯曲应变	8300	7900	2500～3500
				10℃混合料弯曲应变	23100	19400	/

Claims

1.一种高韧高弹改性沥青，其针入度大于30 1/10mm，5℃延度大于40cm，软化点大于90℃；以质量计包括以下组分：

基质沥青 70％-85％；

热塑性弹性体 5％-20％；

增强剂 2％-5％；

相容剂 1％-5％；

软化剂 5％-20％；

分散剂 0.01％-0.1％；

交联剂 0.2％-0.5％；

降粘剂 0.5％-2％。

2.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述基质沥青为石油沥青，(饱和分+沥青质)/(芳香分+胶质)的值为26-42，25℃针入度50-1001/10mm。

3.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二乙-苯乙烯嵌段共聚物的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述增强剂为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述相容剂为苯乙烯接枝丙烯酸、丁二烯接枝丙烯酸、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸共聚物的一种或混合物；所述相容剂的制备包括：

其中，所述单体混合物为丙烯酸、苯乙烯、丁二烯中的一种或混合物；所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。

6.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述软化剂为妥尔油、环烷油、橡胶油、糠醛抽出油的一种或混合物。

7.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述分散剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、环氧乙烷-环氧丁烷共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷-环氧丁烷共聚物、聚丙烯酰胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、烷基伯胺中的一种或者混合物。

8.根据权利要求1所述的改性沥青，其中，所述交联剂为硫磺和硫化物的一种或者混合物；所述降粘剂为乙烯基双硬脂酰胺。

9.权利要求1所述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

将基质沥青加热至130℃-220℃，加入软化剂于140-220℃搅拌至均匀，再加入热塑性弹性体和增强剂，于150-220℃下以2000-7000转/分的剪切速度下剪切10min-120min，加入相容剂、分散剂，于150-220℃下以1000-7000转/分继续剪切10min-80min，加入交联剂及降粘剂，于150-220℃下以1000-7000转/分继续剪切10min-80min，最后于110℃-180℃发育10min-24h得到。

10.权利要求1所述的改性沥青在制备卷曲路面及功能性路面的应用，用于道路及桥面铺装。