CN105199406A

CN105199406A - 一种岩沥青改性沥青混合料及其制备方法

Info

Publication number: CN105199406A
Application number: CN201510650163.9A
Authority: CN
Inventors: 任琤
Original assignee: SHANGHAI SENRUI ROAD ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SENRUI ROAD ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明所述的一种岩沥青改性沥青混合料包括基质沥青，天然岩沥青，氧化石墨、聚合物添加剂和其他填料。本发明通过机械剪切、纳米复合和聚合物改性等工艺制备而成。本发明制备的岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料路面拥有优异的抗疲劳性和抗车辙性，在高温下具有良好的水稳定性，低温弯曲试验表明，岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的极限弯曲应变达2410微应变以上，与未改性沥青混合料的指标处于同种水平，岩沥青/氧化石墨改性沥青在显著提高高温性能的同时，其低温性能未受到影响。本发明的制备方法简单，工艺缓和，成本较低，该技术可应用于高速公路、城市干道以及其他重载道路。

Description

一种岩沥青改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种岩沥青改性沥青混合料及其制备方法，属于改性沥青材料技术领域。

背景技术

岩沥青是古生代石油经过长达上亿年的沉积，在温度、压力、有无机物触媒、细菌的综合作用下氧化聚合形成的，岩沥青作为一种新兴的天然改性剂，以其技术性能优良、施工工艺简单以及在价格上经济合理，在国内外已经开始应用，如早期与岩沥青同类产品湖沥青已应用于上海东海大桥、虹桥机场等重要工程。近几年岩沥青在浙江、上海、江西、安徽等省的高速公路、国省道及重载交通、大交通流量道路、爬坡路段、收费口等特殊路况的应用。世界上最为著名的岩沥青是北美UINTAITE岩沥青，在欧美许多国家的高速公路上都使用UINTAITE岩沥青。近年来，UINTAITE岩沥青进入中国市场，但是其较高的价格限制其广泛应用。当前，交通部科研所已把岩沥青列入我国西部地区发展项目，经研究测试，通过了鉴定并在2008年3月制定了相关的指南，这对继聚合物SBS改性剂之后又一种道路沥青改性的新理念。岩沥青可应用于重载沥青道路，不仅可以显著提高沥青路面的使用性能、延长使用寿命，而且与SBS改性沥青相比具有明显价格优势。因此，对岩沥青改性沥青混合料的性能、生产与施工技术以及路面性能进行研究是一项具有理论意义和实用价值的课题。

与聚合物改性剂相比，岩沥青具有以下优越性能：(1)生产工艺简单，生产成本低，岩沥青改性沥青的加工掺配工艺一般采用普通加热拌合，且与道路石油沥青有较好的相容性，不易离析；(2)岩沥青与基质沥青形成的共混体系有很好的相容性，具有热力学的稳定性，从形成的角度看，岩沥青和基质沥青是石油的衍生物，是天然形态存在的沥青，与沥青的化学结构基本相似，所以与路用沥青具有很好的相容性，极易共存，混合后能形成天然沥青与路用沥青的紧密分子，这种分子既有岩沥青的硬度和耐磨性，同时也保留了基质沥青的韧性；(3)岩沥青氮含量高，氮元素以官能团的形式存在，使得改性后的基质沥青具有很好的浸润性和对自由氧化基的高抵抗性，其他元素(氧、硫)及有机链也共同发育并加强了这一特性，具体表现为改性后的沥青粘度增大及与集料的粘附性增强，这有别于有机胺类物质提高沥青与集料的粘附性，有机胺类物质在高温作用下其与集料的粘附性会迅速降低，研究表明，岩沥青改性沥青混合料在高温作用下，其粘附性还有增强的趋势；(4)具有重组能力，天然岩海青的分子量很大，当它溶于路道石油沥青后，在高温和小分子的作用下，岩沥青的大胶束会破裂，从而暴露出很多活性点，而这些活性点会迅速被浙青的小分子所填充、包围，实际上是在基质沥青中加入了非自发的核心物质，使得改性后的基质沥青形成以岩沥青大分子为核心，基质沥青小分子填充、包围的新结构，从而使得改性后的基质沥青分子量变大、粘性增强；(5)具有良好的耐久性。岩沥青具有很强的抵抗微生物侵蚀的能力，在岩沥青形成的漫长过程当中，能被氧化的、侵蚀的早已氧化、侵蚀殆尽，所以剰下的成分都很稳定，耐老化性很强。岩沥青能在基质沥青表面形成一层致密、光亮的保护膜，保护里面的物质不受侵害，这对提高沥青路面的耐久性并减缓沥青路面的老化速度起到了决定性作用。

目前对岩沥青改性沥青的研究和应用基本上局限于路面表面层，但是粉末状固体岩沥青，不能完全溶解于基质沥青中，散布于基质沥青中的岩沥青微小颗粒体阻碍沥青分子间力发挥作用，使沥青塑性退化，导致岩沥青改性沥青的延度随岩沥青含量的增加而越来越小。另外，岩沥青改性沥青混合料的性能并不能达到普通黑色沥青的性能水平，尤其是防水和温度敏感性能不足，导致其不能应用在南方高温、重载、交通量较大或透水路面等场合，限制了其进一步应用。

发明内容

本发明目的在于克服现有岩沥青改性沥青的性能不足，提供一种岩沥青改性沥青混合料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种岩沥青改性沥青混合料，包括如下组分：基质沥青、天然岩沥青、氧化石墨和聚合物添加剂。

一种岩沥青改性沥青混合料，所述岩沥青/氧化石墨改性沥青包括基质沥青、天然岩沥青、氧化石墨和聚合物添加剂，通过机械剪切、纳米复合和聚合物改性等工艺制备而成。

本发明所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，具体步骤为：

1)按重量称取100份基质沥青、5～10份岩沥青、0.1～1份氧化石墨和1～5份聚合物添加剂和10～50％份其他填料；

2)将基质沥青加热到170～185℃，加入岩沥青、SBS和其他填料，剪切1～3小时后搅拌30～60分钟，得到岩沥青改性沥青；

3)在步骤2)岩沥青改性沥青中加入氧化石墨，继续剪切2～4小时，直至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，即得到一种岩沥青改性沥青混合料。

所述的基质沥青为重交沥青70号和90号中一种。

所述的氧化石墨为鳞片状石墨粉经过氧化得到的氧化石墨粉末，氧化石墨占基质沥青重量的0.1～1％。

所述的天然岩沥青为美国Gilsonite岩沥青、伊朗岩沥青和新疆岩沥青中一种，灰分含量为0.3～10％，沥青含量为97～99.5％，密度为1.04～1.18g/cm³，岩沥青占基质沥青重量的5～10％。

所述的聚合物添加剂为氯丁橡胶、丁基橡胶、再生橡胶和SBS热塑性弹性体中一种，分子量为1～15万，聚合物添加剂占基质沥青重量的1～5％。

所述的其他填料为粗集料、细集料和矿质填料中一种，其他填料占基质沥青重量的10～50％。

本发明通过沥青混合料配合比试验确定岩沥青/氧化石墨改性沥青组分配比，岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的配比如表1所示。

表1岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的配比

为系统评价岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的性能，进行岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的性能测试。试验采用AC-13(C)型级配，油石比采用10％，岩沥青占基质沥青质量比为7％，氧化石墨占基质沥青质量比为0.2％，其他填料质量比为30％。试验结果见表2。

表2岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料的性能测试

如表2所示，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验表明，岩沥青/氧化石墨改性沥青混合料具有良好的抗水害能力；车辙稳定度性能试验结果表明，掺加7％岩沥青和0.2％氧化石墨后改性沥青混合料的车辙动稳定度从788次/mm增加到3335次/mm，这表明氧化石墨和岩沥青掺杂改性后沥青混合料的高温性能明显提高；低温弯曲试验表明，掺加氧化石墨和岩沥青后改性沥青混合料的极限弯曲应变为2412微应变，与未普通沥青混合料的指标处于同种水平，这表明氧化石墨和岩沥青改性沥青混合料在显著提高沥青高温性能的同时，其低温性能未受到影响。

附图说明

图1是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加氧化石墨的红外谱图；

图2是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加聚合物改性剂SBS的红外谱图；

图3是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加聚合物改性剂SBS的核磁共振氢谱图。

具体实施方式

重交沥青70号的技术要求如表3：

表3重交沥青70号的技术要求

重交沥青90号的技术要求如表4：

表4重交沥青90号的技术要求

粗集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，而且应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状，不含有细长、扁平的石片等杂质。粗集料的质量要求见表5。

表5粗集料质量技术要求

细集料采用普通石料，粒径为0mm～3mm及3mm～5mm。细集料的质量要求见表6。

表6细集料质量技术要求

矿质填料采用石灰岩矿粉。石灰岩矿粉的质量要求见表7。

表7填料质量技术要求

下面结合实施例详细说明本发明，应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青70号(100％)、美国Gilsonite岩沥青(7％)、氧化石墨(0.1％)、SBS(5％)、粗集料(30％)；

然后，将重交沥青70号加热到175℃，加入岩沥青、SBS和粗集料，剪切2小时后搅拌30分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切2小时，至氧化石墨均匀分散于改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

最后，在氧化石墨改性的岩沥青改性沥青中加入粗集料，继续剪切30分钟，即得到一种岩沥青改性沥青混合料混合料。

实施例2

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青70号(100％)、美国Gilsonite岩沥青(8％)、氧化石墨(0.2％)、SBS(4％)、粗集料(32.5％)；

然后，将重交沥青70号加热到175℃，加入岩沥青和SBS，剪切2小时后搅拌40分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切2小时，至氧化石墨均匀分散于改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

实施例3

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青70号(100％)、美国Gilsonite岩沥青(9％)、氧化石墨(0.5％)、SBS(5％)、粗集料(35％)；

然后，将重交沥青70号加热到175℃，加入岩沥青和SBS，剪切2小时后搅拌40分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切3小时，至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

实施例4

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青70号(100％)、美国Gilsonite(10％)、氧化石墨(1％)、SBS(5％)、粗集料(40％)；

实施例5

首先，按表1中质量百分比称取取重交沥青90号(100％)、四川岩沥青(7％)、氧化石墨(0.1％)、SBS(5％)、细集料(30％)；

然后，将重交沥青90号加热到170℃，加入岩沥青和SBS，剪切2小时后搅拌30分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切2小时，至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

最后，在氧化石墨改性的岩沥青改性沥青中加入细集料，继续剪切20分钟，即得到一种岩沥青改性沥青混合料混合料。

实施例6

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青90号(100％)、四川岩沥青(8％)、氧化石墨(0.2％)、SBS(4％)、细集料(32.5％)；

然后，将重交沥青90号加热到175℃，加入岩沥青和SBS，剪切2小时后搅拌30分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切2小时，至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

实施例7

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青90号(100％)、新疆岩沥青(9％)、氧化石墨(0.5％)、SBS(5％)、矿质填料(35％)；

然后，将重交沥青90号加热到175℃，加入岩沥青和SBS，剪切2小时后搅拌40分钟，得到岩沥青改性沥青；再加入氧化石墨，继续剪切3小时，至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，得到氧化石墨改性的岩沥青改性沥青；

最后，在氧化石墨改性的岩沥青改性沥青中加入矿质填料，继续剪切30分钟，即得到一种岩沥青改性沥青混合料混合料。

实施例8

首先，按表1中质量百分比称取重交沥青90号(100％)、新疆岩沥青(10％)、氧化石墨(1％)、SBS(5％)、矿质填料(40％)；

实施例1～8中，图1是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加氧化石墨的红外谱图，图2是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加聚合物改性剂SBS的红外谱图，图3是岩沥青/氧化石墨改性沥青所添加聚合物改性剂SBS的核磁共振氢谱图。

Claims

1.一种岩沥青改性沥青混合料，其特征在于：包括如下组分：基质沥青、天然岩沥青、氧化石墨、聚合物添加剂和其他填料。

2.一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：制备岩沥青/氧化石墨改性沥青的方法具体步骤如下：

1)按重量称取100份基质沥青、5～10份天然岩沥青、0.1～1份氧化石墨和1～5份聚合物添加剂；

2)将基质沥青加热到170～185℃，加入岩沥青和聚合物添加剂，剪切1～3小时后搅拌30～60分钟，得到岩沥青改性沥青；

3)在步骤2)岩沥青改性沥青中加入氧化石墨，继续剪切2～4小时，直至氧化石墨均匀分散于岩沥青改性沥青中，得到一种岩沥青改性沥青混合料。

3.如权利要求2所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的基质沥青为重交沥青70号和90号中的一种。

4.如权利要求2所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨为鳞片状石墨粉经过氧化得到的氧化石墨粉末，氧化石墨占基质沥青重量的0.1～1％。

5.如权利要求2所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的岩沥青为美国Gilsonite岩沥青、伊朗岩沥青和新疆岩沥青中的一种，灰分含量为0.3～10％，沥青含量为97～99.5％，密度为1.04～1.18g/cm³，岩沥青占基质沥青重量的5～10％。

6.如权利要求2所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的聚合物添加剂为氯丁橡胶、丁基橡胶、再生橡胶和SBS热塑性弹性体中一种，分子量为1～15万，聚合物添加剂占基质沥青重量的1～5％。

7.如权利要求2所述的一种岩沥青改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述的其他填料为粗集料、细集料和矿质填料中一种，其他填料占基质沥青重量的10～50％。