CN105176110A - 一种符合pg 82-22等级的改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种符合pg 82-22等级的改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性沥青及其制备方法。其由如下质量份数的组分组成:50号沥青100份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4-6份、组分A?0.5-3份和稳定剂0.1-0.5份,其中,组分A选自聚乙烯或多聚磷酸。其制备方法依次通过剪切处理和搅拌发育即可制备得到,通过选用50号沥青提高了沥青产品PG高温等级,选用PE或多聚磷酸提高了改性沥青的高温性能,所得到的改性沥青针入度较低,软化点较高,PG等级能够达到PG?82-22,高温性能良好,高温抗车辙性能良好。

Description

一种符合PG 82-22等级的改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于改性沥青制备领域,具体涉及一种符合PG82-22等级的改性沥青及其制备方法。
背景技术
目前我国高速公路沥青路面的早期病害以车辙病害为主要形式,尤其在重载、高温、渠化交通的高速公路上尤为普遍,因车辙造成的路面铣刨重铺的养护维修费用正以高增长率逐年增加。
沥青是粘弹性材料,随着温度升高,特别是随着载荷作用时间和作用次数增多,沥青逐渐接近于塑性体,其劲度模量将大幅度降低,抵抗变形能力急剧下降,导致出现车辙等永久性变形。为解决车辙病害,目前常用的方法是将沥青改性,以提高沥青胶结料的高温性能和劲度模量。
我国道路目前主要采用的改性沥青,是对70号、90号等重交道路沥青进行SBS改性,其动稳定度为3890次/mm,低温弯曲为2944με,在一些特殊路段如长大纵坡、平交道口、公交专用道等,其高温性能仍不足以满足交通要求。有研究通过增大SBS掺量的方法以提高沥青的高温粘度、劲度,从而改善沥青混合料的高温稳定性,然而制备的改性沥青所需SBS添加量约占基质沥青的7%-8%,较基质沥青增加成本约800-1000元/吨,大大增加了改性沥青的成本,价格比较昂贵,使用时要受到资金的限制,且粘度较大,施工和易性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种符合PG82-22等级的改性沥青及其制备方法。
本发明所提供的改性沥青,由如下质量份数的组分组成:
其中,所述组分A选自聚乙烯(PE)或多聚磷酸,当所述物料A为聚乙烯时,所述物料A的质量份数为1-3份;当所述物料A为多聚磷酸时,所述物料A的质量份数为0.5-1份。
所述稳定剂选自含硫物质、聚烯烃类化合物、酸和无机金属氧化物中的至少一种。
所述含硫物质具体可选自HMD稳定剂、二芳基二硫化物和硫磺粉中的至少一种。
所述聚烯烃类化合物具体可选自丁二烯-丙烯腈共聚物和/或聚异丁烯。
所述酸具体可选自磷酸和/或马来酸酐。
所述无机金属氧化物具体可选自氧化锌。
所述多聚磷酸的分子量为300-400。
上述改性沥青中,所述50号沥青是由中海油绥中36-1原油为原料,采用常规减压蒸馏工艺深拔至490-500℃而制备得到的。
所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
PE分为高密度聚乙烯和低密度聚乙烯,因低密度聚乙烯密度和分子量较小,故本发明选用低密度聚乙烯,使其与基质沥青的相容性较好。
所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的结构特征如下:线型结构、分子量为7-14万、苯乙烯和丁二烯的嵌段比为3:7。
SBS分为线型和星型结构,能同时提高改性沥青的高、低温等级,本发明选用线型结构是由于线型结构与基质沥青的相容性比星型结构与基质沥青的相容性好。
本发明所提供的改性沥青的制备方法如下述方法1或方法2:
所述方法1,包括如下步骤:
1)将50号沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和聚乙烯混合进行剪切处理,得到混合料A;
2)将混合料A和稳定剂搅拌发育,得到改性沥青。
上述方法1中,步骤1)中,所述50号沥青在混合之前,还包括将其加热至140-160℃致其熔化的步骤。
所述剪切处理的条件如下:温度为185-190℃,时间为2-4h,转速为2000rpm-4000rpm。
上述方法1中,步骤2)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为3-5h,转速为1000rpm-2000rpm。
所述方法2,包括如下步骤:
a)将50号沥青和苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物混合进行剪切处理,得到混合料B;
b)将混合料B和稳定剂搅拌发育,得到混合料C;
c)将混合料C和多聚磷酸搅拌发育,得到改性沥青。
上述方法2中,步骤a)中,所述50号沥青在混合之前,还包括将其加热至140-160℃致其熔化的步骤。
所述剪切处理的条件如下:温度为185-190℃,时间为2-4h,转速为2000rpm-4000rpm。
上述方法2中,步骤b)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为3-5h,转速为1000rpm-2000rpm。
上述方法2中,步骤c)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为1-3h,转速为1000rpm-2000rpm。
上述方法2中,步骤c)中,通过搅拌发育后,持续搅拌,逐渐降温,最终制得PG82-22等级的改性沥青。
本发明选用一定配比的原料:50号沥青、SBS、PE和稳定剂来制备改性沥青,通过控制熔化温度与原料的先后加入次序,制备得到的改性沥青,其符合PG82-22等级的要求,其不仅具有良好的高温抗车辙性能(车辙因子高)、良好的水稳定性(60℃动力粘度大)、低温抗裂性和PG等级高,而且相对于增大SBS掺量方式制备的PG82-22改性沥青能够降低成本约300元/吨,有良好的经济效益。
低标号沥青有30号和50号沥青,本发明选用50号沥青,采用低标号沥青是为了提高基质沥青的高温等级,从而提高制备的改性沥青的高温等级,标号越低,基质沥青与改性剂的相容性越差,制备的改性沥青的储存稳定性越差,因此,本领域技术人员一般选用70号和90号高标号沥青作为改性沥青的原料,选用低标号30号和50号沥青作为改性沥青原料的较为少见,本发明通过将50号沥青作为基质沥青,一方面能够提高改性沥青的高温等级;另一方面是虽然50号沥青与改性剂的相容性不如70号、90号,但经过改性剂的复配和工艺条件改变(如各个原料之间的重量配比),能够制备储存稳定性合格的改性沥青。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)原料选择上,以中海油绥中36-1原油制备的50号沥青作为基质沥青,相对于以70号、90号沥青作为基质沥青,其能提高改性沥青产品PG高温等级约1~2个等级;PE能够在基质沥青中溶胀,通过稳定剂与基质沥青的沥青质发生交联,生成大分子,提高改性沥青的高温性能采用PE作为助剂,能够大幅改善改性沥青的高温性能,同时对135℃粘度增加较少,能够制备高温性能良好且施工和易性良好的PG82-22改性沥青;多聚磷酸能够与基质沥青中的沥青质发生反应生成大分子,提高改性沥青的高温性能;采用稳定剂能够使SBS或PE中的大分子与基质沥青中的沥青质发生交联作用,避免SBS或PE发生离析现象,提高改性沥青的储存稳定性。
(2)本发明制备得到的改性沥青各项性能指标分别为:针入度2510-1mm,软化点90℃,脆点-14℃,60℃粘度20160Pa·s,135℃粘度3.6Pa·s,离析2.1℃,PG等级为PG82-22,与CN103834184A相比,60℃粘度远高于它的粘度,离析合格,PG等级较高;与CN103305014A相比,本发明原料采用的是低标号沥青,原料中不包括减三线糠醛抽出油,而且得到的改性沥青针入度较低,软化点较高,PG等级能够达到PG82-22,高温性能良好,其混合料性能也验证了其高温抗车辙性能良好。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明,但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
下述实施例中所述50号沥青是由中海油绥中36-1原油为原料,采用常规减压蒸馏工艺深拔至490-500℃而制备得到的;SBS采用韩国LG公司生产的LG501线型改性剂;PE、稳定剂和多聚磷酸均可通过商业渠道购买获得。
下述实施例中所述HMD稳定剂购自东营润丰博越石油技术有限公司。
实施例1、制备PG82-22等级的改性沥青:
符合PG82-22等级的改性沥青的制备方法,具体包括以下步骤:
1)准备原料:按质量份数称取100份的50号沥青、4份的SBS、3份的PE和0.35份的稳定剂,备用;
2)制备改性沥青:将50号沥青加热至185℃;再将SBS和PE缓慢加入到50号沥青内,于185℃、3000rpm下剪切处理4h,然后,降温至180℃,向其中加入HMD稳定剂,并于180℃、1000rpm下搅拌发育5h,保持搅拌逐渐降温,制备成符合PG82-22的改性沥青。
实施例2、制备PG82-22等级的改性沥青:
符合PG82-22等级的改性沥青的制备方法,具体包括以下步骤:
1)准备原料:按质量份数称取100份的50号沥青、5份的SBS、1份的PE和0.4份的稳定剂,备用;
2)制备改性沥青:将50号沥青加热至185℃;再将SBS和PE缓慢加入到50号沥青内,于185℃、4000rpm下剪切处理5h,然后,降温至180℃,向其中加入工业级硫磺粉、,并于180℃、2000rpm下搅拌发育4h,保持搅拌逐渐降温,制备成符合PG82-22的改性沥青。
实施例3、制备PG82-22等级的改性沥青:
符合PG82-22等级的改性沥青的制备方法,具体包括以下步骤:
1)准备原料:按质量份数称取100份的50号沥青、4份的SBS、1份的多聚磷酸和0.3份的稳定剂,备用;
2)制备改性沥青:将50号沥青加热至185℃;再将SBS缓慢加入到50号沥青内,于190℃、4000rpm下剪切处理3h,然后,降温至180℃,向其中加入马来酸酐,并于180℃、2000rpm下搅拌发育4h,最后,于170℃下加入多聚磷酸,并保持170℃继续搅拌2h,保持搅拌逐渐降温,制备成符合PG82-22的改性沥青。
实施例4、制备PG82-22等级的改性沥青:
符合PG82-22等级的改性沥青的制备方法,具体包括以下步骤:
1)准备原料:按质量份数称取100份的50号沥青、5份的SBS、0.5份的多聚磷酸和0.4份的稳定剂,备用;
2)制备改性沥青:将50号沥青加热至185℃;再将SBS缓慢加入到50号沥青内,于190℃、4000rpm下剪切处理4h,然后,降温至180℃,向其中加入氧化锌,并于180℃、2000rpm下搅拌发育5h,最后,于170℃下加入多聚磷酸,并保持170℃继续搅拌2h,保持搅拌逐渐降温,制备成符合PG82-22的改性沥青。
为了验证所制备得到的改性沥青的性能指标,分别对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4做了相关的性能检测,检测结果如表1所示,从表1可得知:制备的改性沥青符合PG82-22等级,且60℃动力粘度大,车辙因子高,具有优良的高温性能;且其离析值较小,储存稳定性好。
表1、实施例1-4中改性沥青的指标测试数据
为了做对比,完全按照实施例4的制备方法,仅将50号沥青换成30号沥青,制备得到改性沥青,进行如下性能测试,实施例4制备得到的改性沥青的PG等级为PG82-22,表征储存稳定性的离析值为2.1℃(交通部JTGF40-2004中规定的SBS改性沥青储存稳定性不大于2.5℃),用30号沥青制备得到的改性沥青的PG等级为PG88-22,表征储存稳定性的离析值为32℃。
此外,对PG82-22等级的改性沥青混合料1-4(即实施例1-4中的改性沥青)分别进行汉堡车辙试验(级配AC-20),20000次碾压均小于4mm,远低于《美国公路桥梁设计规范》要求的≤10mm。
对比例1、PG82-22等级的改性沥青和I-D级SBS改性沥青性能对比:
对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所制备得到的PG82-22等级的改性沥青分别命名为混合料1、混合料2、混合料3和混合料4,分别测量其与现行的I-D级SBS改性沥青混合料性能数据,测试结果如下表2所示,从下表2可得知:改性沥青混合料1-4的高温性能远高于现行的I-D级SBS改性沥青,虽然低温抗裂性能较SBS改性沥青稍差,但仍满足规范要求,改性沥青混合料1-4的高温抗车辙性能和水稳定性均优于现有的I-D级SBS改性沥青混合料性能,其中,混合料4的动稳定度达9896次/mm,高出常规SBS沥青混合料的两倍多。其能够有效解决沥青路面高温车辙问题,适用于长大纵坡、平交道口、公交专用道等特殊路段,具有较强的市场竞争力。
实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所制备得到的PG82-22等级的改性沥青和现行的I-D级SBS改性沥青混合料均是在同等的条件下制备得到的相同类型的混合料,均采用AC-20型级配,最佳油石比为4.6%。
表2、沥青混合料性能对比

Claims (9)

1.一种改性沥青,由如下质量份数的组分组成:
其中,所述组分A选自聚乙烯或多聚磷酸,当所述组分A为聚乙烯时,所述物料A的质量份数为1-3份;当所述述组分A为多聚磷酸时,所述述组分A的质量份数为0.5-1份。
2.如权利要求1所述的改性沥青,其特征在于:所述聚乙烯为低密度聚乙烯;所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的结构特征如下:线型结构、分子量为7-14万、苯乙烯和丁二烯的嵌段比为3:7;
所述多聚磷酸的分子量为300-400;
所述稳定剂选自含硫物质、聚烯烃类化合物、酸和无机金属氧化物中的至少一种;
所述含硫物质具体选自HMD稳定剂、二芳基二硫化物和硫磺粉中的至少一种;
所述聚烯烃类化合物具体选自丁二烯-丙烯腈共聚物和/或聚异丁烯;
所述酸具体选自磷酸和/或马来酸酐;
所述无机金属氧化物具体选自氧化锌。
3.权利要求1或2所述的改性沥青的制备方法1,包括如下步骤:
1)将50号沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和聚乙烯混合进行剪切处理,得到混合料A;
2)将混合料A和稳定剂搅拌发育,得到改性沥青。
4.如权利要求3所述的制备方法1,其特征在于:步骤1)中,所述50号沥青在混合之前,还包括将其加热至140-160℃致其熔化的步骤;
所述剪切处理的条件如下:温度为185-190℃,时间为2-4h,转速为2000rpm-4000rpm。
5.如权利要求3或4所述的制备方法1,其特征在于:步骤2)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为3-5h,转速为1000rpm-2000rpm。
6.权利要求1或2所述的改性沥青的制备方法2,包括如下步骤:
a)将50号沥青和苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物混合进行剪切处理,得到混合料B;
b)将混合料B和稳定剂搅拌发育,得到混合料C;
c)将混合料C和多聚磷酸搅拌发育,得到改性沥青。
7.如权利要求6所述的制备方法2,其特征在于:步骤a)中,所述50号沥青在混合之前,还包括将其加热至140-160℃致其熔化的步骤;
所述剪切处理的条件如下:温度为185-190℃,时间为2-4h,转速为2000rpm-4000rpm。
8.如权利要求6或7所述的制备方法2,其特征在于:步骤b)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为3-5h,转速为1000rpm-2000rpm。
9.如权利要求6-8中任一项所述的制备方法2,其特征在于:步骤c)中,所述搅拌发育的条件如下:温度为170-180℃,时间为1-3h,转速为1000rpm-2000rpm。
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