CN106433168B - 一种非挥发性常温改性沥青粘合剂及非挥发性常温再生沥青混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非挥发性常温改性沥青粘合剂及非挥发性常温再生沥青混合物。本发明解决以往的常温沥青粘合剂及常温沥青混合物中所存在的问题，如力学特性等物性脆弱、储存稳定性及长期保存性差、因挥发性溶剂挥发所引起的硬化、雨天及冬天无法使用等。本发明通过对石油沥青、天然沥青、高分子改性剂、加工油、粘结力增强剂等的最佳配合来制备了非挥发性常温改性沥青粘合剂及利用其的非挥发性常温再生沥青混合物。上述粘合剂及混合物的力学特性、储存稳定性及保存性得到了巨大的改善。

Description

一种非挥发性常温改性沥青粘合剂及非挥发性常温再生沥青 混合物
技术领域
本发明涉及一种非挥发性常温改性沥青粘合剂及利用其的非挥发性常温再生沥青混合物。
背景技术
韩国国内道路铺装的90％以上为混凝土或沥青铺装，但是随着交通量及重型车的增加，因道路的塑性变形及龟裂等原因，耐久性及耐久年限大为降低。因局部性暴雨、暴雪、全球变暖等原因，路面温度上升、氯化钙使用量的增大等造成铺装道路及人行道处于比过去更加恶劣的环境中，从而加剧了龟裂、破损及磨损等损伤。
为了维护混凝土或沥青铺装，存在再铺工艺和前部面及部分切割再铺工艺，但是，因现有路面破碎及切割产生的废弃物及处理，引起环境问题和处理费用增加的问题。
除上述再铺工艺、切割再铺工艺之外，为了维护沥青铺装道路而使用常温沥青混合物。目前，常温沥青混合物的粘合剂主要使用包含挥发性溶剂的稀释沥青或借助乳化剂对沥青进行改性的乳化沥青。常温沥青混合物的具体例如(一)～(五)。
(一)乳化沥青、改性乳化沥青粘合剂(阳离子类、阴离子类等)或稀释沥青使用水泥、飞尘、高炉渣微尘、石灰石及早期养生材料等无机结合剂的常温沥青混合物。
(二)乳化沥青、改性乳化沥青粘合剂(阳离子类、阴离子类、水分气化式)使用乙烯乙酸酯共聚物(EVA)、丙烯酸类聚合物、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸乳液等高分子类的改性添加剂、表面活性剂及结合剂的常温沥青混合物。
(三)乳化沥青或改性乳化沥青粘合剂使用改性添加材料、再生添加材料(植物油、基油、乳液、非加热水中油型等)及纤维添加剂等并混合再生骨材来制备的常温再生沥青混合物。
(四)制备高分子类粘合剂(聚氨酯、水性聚丙烯粘合剂等)并混合骨材来使用的常温沥青混合物。
(五)混合直馏沥青、溶剂、石油树脂、密封胶、交联促进剂等来制备的常温沥青粘合剂及利用其的常温沥青混合物。
如上所述的以往的常温沥青粘合剂或常温沥青混合物的问题如下：
①乳化沥青或改性乳化沥青类常温沥青的问题
乳化沥青为沥青在水中不引起相分离现象而以维持分散状态的方式放入乳化剂的沥青。在常温下，以使半固体状态的沥青能够在常温下维持液相状态的方式添加水，因此，与直馏沥青相比，物性(侵入度、烧点、剥离抗性、水分抗性、伸率)会降低。
为了解除普通乳化沥青的上述缺点，使用添加胶乳及橡胶类改性剂来制备改性乳化沥青。与普通沥青相比，改性乳化沥青的物性等得到很大改善，但是基本的沥青粘合剂的物性并不充分。即，使用乳化沥青或改性乳化沥青的常温沥青环合物的马歇尔稳定度、剥离抗性、干扰拉伸强度等的力学特性并不优秀。
为了改善上述乳化沥青及改性乳化沥青的强度特性，混合使用无机结合剂。在此情况下，在强度方面有利，但是减少了沥青原本的柔韧性特性，因此，疲劳特性及低温龟裂极为脆弱，从而需要持续维护。并且，当为了通过使用水泥等的无机结合剂来进行再铺装而进行切削时，存在无法再次使用废沥青的问题。
②稀释沥青类常温沥青的问题
常温下处于半固体状态的沥青水泥在常温处于半固体状态，因此，在常温下，以在不进行加热的情况下使用的方式混合挥发性使用溶剂，从而制成液体状态的沥青为稀释沥青。根据使用哪一种溶剂，稀释沥青蒸发并干燥、硬化的速度不同，且分为急速硬化型(RC，rapidcuring)、中速硬化型(MC，medium curing)、慢速硬化型(SC，slow curing)。稀释沥青一般使用汽油、灯油及柴油等。稀释沥青使用挥发性溶剂，因此，借助非挥发的溶剂减少沥青的力学特性。尤其，因使用挥发性溶剂，储存稳定性及长期保存性极为脆弱。在进行保存的过程中，因挥发性溶剂的蒸发而发生硬化，从而频频发生无法使用的情况。
③高分子聚合物类常温沥青的问题
通过使用高分子聚合物，与乳化沥青类的常温沥青相比，力学特性极为优秀。但是，因高分子聚合物的高粘结性及水分敏感性，储存稳定性及长期保存性极为脆弱。在骨材中存在水分的情况下，延迟高分子聚合物的硬化时间，从而沥青的轻度极度降低。并且，在适用于暴露在水分环境的沥青维护区间的情况下，因基于水的未硬化反应，使用受到很大程度的限制。不仅如此，当进行施工时，基于气温的影响大，在冬天气温下降的情况下却无法使用。在常温沥青的特性上，当考虑雨天及冬天主要使用的情况时，高分子聚合物类常温沥青不适合于常温沥青。
④直馏沥青使用溶剂制备的常温沥青粘合剂及混合物(与稀释沥青相同)属于为了在常温下对直馏沥青赋予流动性而使用溶剂的稀释沥青中的一种，上述粘合剂及混合物存在与上述②中记载的稀释沥青类常温沥青混合物相同的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非挥发性常温改性沥青粘合剂及非挥发性常温再生沥青混合物，解决以往的常温沥青粘合剂及常温沥青混合物中所存在的问题，如力学特性等的物性脆弱、储存稳定性及长度保存性差、因挥发性溶剂挥发所引起的硬化，雨天及冬天无法使用等，本发明的非挥发性常温改性沥青粘合剂及常温再生沥青混合物物性优秀，长期储存性及稳定性优秀，雨天或冬季也可使用。
本发明人员为了解决如上所述的问题而进行长时间研究，发明了如下的常温再生沥青混合物，即，通过对石油沥青、天然沥青、高分子改性剂、加工油、粘结力增强剂等的最佳配合来制备非挥发性常温改性沥青粘合剂，从而很大程度改善储存稳定性及保存性。
具体说明本发明如何解决以往常温沥青粘合剂和常温沥青混合物的问题。
本发明将石油沥青及天然沥青作为粘结剂的主要成分，从而赋予沥青原本的柔韧性特性，通过混合高分子改性剂及粘结力增强剂来改善力学特性。
并且，本发明以能够使石油沥青及天然沥青在常温维持液相状态的方式适当混入石蜡油和植物油，尤其，为了改善力学特性，以适用的高分子改性剂在常温下不与沥青分离的方式进行了密封。并且，在室温下，为了确保长期储存稳定性，沥青粘合剂中排除了挥发性溶剂。
本发明为了使作为常温沥青粘合剂主要使用的乳化沥青类补充低的力学特性而混合使用水泥、石灰石、矿渣等无机结合剂，由此为了克服沥青铺装刚性化的缺点，将一般石油沥青和天然沥青作为粘合剂的主要成分，为了改善力学特性，在沥青改性过程中使用特定的高分子聚合物。
以往的常温沥青为乳化沥青、稀释沥青及高分子类的常温沥青，当将上述沥青适用于现场时，受到了基于温度及气候的影响，在适用现场存在很多水分的情况下，因硬化延迟及对于水分的抗性减少而发生脱离等现象，在冬季温度低的情况下，由于未呈现基于未硬化的强度，而无法确保充分的耐久性，但是，本发明为对普通石油沥青和天然沥青进行改性的改性沥青类，在常温下，呈现出与普通沥青相同的强度表达特性，结合剂不使用挥发性溶剂及硬化性高分子，因此，当在现场适用上述沥青时，与水分及气候无关，可全天使用。
以下，更加详细说明解决问题的方法。
一般，在常温下，沥青及对其进行改善的改性沥青处于半固体状态，因此，需要将其加热至160℃以上的温度来使用。为了在常温下使用沥青而使用两种方法，将沥青通过水、灯油、柴油等乳化剂进行改性成乳化沥青或稀释形态，或者使用常温型高分子结合剂的方法。在本发明中，使用加工油来制备常温型改性沥青，而不是使用普通的乳化剂及常温型高分子结合剂。
本发明的常温型改性沥青粘合剂的主要原料为石油沥青及天然沥青。石油沥青为通过对石油进行蒸馏之后，去除沸点低的汽油、石脑油、煤油等的成分之后剩下的沥青，且存在直馏沥青(straight asphalt)、吹制沥青(blown asphalt)两种。石油沥青存在如下特性，温度高时，则石油沥青处于液体状态，而在低温下非常坚硬，根据沥青的种类，感温性会发生改变，热塑性丰富且防水性、电绝缘性、粘结性等大，化学稳定。
与普通沥青相比，将具有高熔融点的天然沥青成为沥青岩(asphaltite)，天然沥青种类为硬沥青(gilsonite)、辉沥青(glance pitch)、脆沥青(grahamite)等。尤其，从1885年开始，为了商业目的而生产硬沥青，硬沥青由天然碳化氢形成，且其成分为71％的沥青质及27％的马来定，化学方面，由3.2％的氮气及0.3％的硫磺构成。
混合使用石油沥青和天然沥青，由此，当在现场适用上述沥青时，呈现出在夏季高温下，因粘合剂的过度柔化而引起变形，以及因与骨材的附着力降低而引起脱离防止效果。
在分别适用小于0.1重量百分比的石油沥青或天然沥青的情况下，因非挥发性常温改性沥青内的沥青含量不足，无法呈现出沥青铺装固有的延展性，在使用大于30重量百分比的石油沥青或天然沥青的情况下，非挥发性常温改性沥青粘合剂的粘性很大程度提高，由此，在常温下很难维持液相状态，因此，在常温下，很难生产常温沥青，而且，当制备常温沥青之后，储存安全性及保存性降低，从而无法在常温长期保存。
通常，石油沥青及天然沥青的侵入度、烧点等低，因此，具有在高温下发生塑性变形及在低温下对龟裂等方面脆弱的问题。
为了改善将石油沥青和天然沥青作为主要材料的常温沥青粘合剂在高温及低温下的机械性能，本发明使用了与沥青具有优秀的互换性的改性剂。本发明的改性剂为利用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)中的一种以上的作为乙烯基芳香族烃-共轭二烯嵌段共聚物的橡胶变形化合物(RMC)高分子改性剂。
以非挥发性常温改性沥青粘合剂100重量百分比为基准，橡胶改性化合物高分子改性剂的适当范围为0.1～15重量百分比，在橡胶改性化合物高分子改性剂小于0.1重量百分比的情况下，改性效果不充分；在橡胶改性化合物高分子改性剂大于15重量百分比的情况下，在常温下，非挥发性改性沥青粘合剂的粘性大幅度增加，因此，在常温下无法维持液相状态，从而不仅无法进行常温再生沥青混合物的常温生产，而且，在制备常温再生沥青混合物之后，因高的粘性及自身附着性，很难在常温再生沥青混合物的长期保存以及很难在常温下的现场适用。
石油沥青、天然沥青及改善其的改性沥青粘合剂在常温下为半固体状态，因此，在常温下，无法与骨材混合使用。因此，若向上述改性沥青粘合剂添加加工油，则沥青粘合剂的粘度偏低，且粘合剂的粘结性会增加。不仅如此，加工油被在再生沥青骨材的旧材料沥青粘合剂所吸附，由此起到涌出沥青粘合剂并赋予膨胀性的功能。上述加工油选自石蜡油、环烷油、芳香油、天然油及矿物油中的一种以上。以常温改性沥青粘合剂100重量百分比为基准，加工油的范围为20～50重量百分比，在使用小于20重量百分比的加工油的情况下，沥青粘合剂的粘度不充分，或者粘合剂的粘结性增加的并不充分，且无法充分赋予再生沥青粘合剂的涌出及膨胀性，在使用大于50重量百分比的加工油的情况下，沥青粘合剂的粘度过低，夏季高温下，常温沥青发生塑性变形或者粘合剂会被延展。
并且，在本发明中，向沥青粘合剂添加的粘结力增强剂通过提高骨材和骨材或骨材和沥青之间的粘结力来防止初期脱离，通过结合力增强剂使膨胀性结合剂成分的感温性增加来防止基于温度的塑性变形及龟裂发生。粘结力增强剂为选自松脂类、改性丙烯酸类、改性硅类、聚乙烯基酯类、硅树脂类中的一种以上。上述粘结力增强剂的使用范围为0.5～30重量百分比，在使用小于0.5重量百分比的粘结力增强剂的情况下，粘结力并不充分增加，在使用大于30重量百分比的粘结力增强剂的情况下，因初期粘结力的增加，导致保存时发生骨材和骨材之间的接触，因而当在现场使用时存在作业性降低的问题。
本发明提供一种非挥发性常温改性沥青粘合剂，包含：
一)0.1～30重量百分比的石油沥青；
二)0.1～30重量百分比的天然沥青；
三)0.1～15重量百分比的橡胶改性化合物高分子改性剂，所述述橡胶改性化合物高分子改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种以上的乙烯基芳香族烃-共轭二烯嵌段共聚物；
四)20～50重量百分比的加工油；以及
五)0.5～30重量百分比的粘结力增强剂。
通过如下步骤制备上述非挥发性常温改性沥青粘合剂：
步骤a)，以160℃～170℃的温度对石油沥青和天然沥青加热来进行准备；
步骤b)，向被加热的石油沥青和天然沥青添加上述三)中的橡胶改性化合物高分子改性剂，并以170℃～180℃的温度在搅拌室搅拌3小时以上，从而制备改性沥青；
步骤c)，向上述改性沥青添加粘结力增强剂，在170℃～180℃的温度下搅拌1小时以上；
步骤d)，向包含在上述步骤c)中获得的粘结力增强剂的改性沥青添加加工油，并在170℃～180℃的温度下搅拌1小时以上；以及步骤e)，在上述步骤d)之后，对混合物进行冷却。
进一步，所述天然沥青为选自硬沥青、辉沥青及脆沥青中的一种以上。
进一步，所述加工油为选自石蜡油、环烷油、芳香油、天然油及矿物油中的一种以上。
进一步，所述粘结力增强剂为松香酯类、改性丙烯酸类、改性硅类、聚乙烯基酯类、硅树脂类中的一种以上。
本发明还提供一种非挥发性常温再生沥青混合物，包含：1～3重量百分比的非挥发性常温改性沥青粘合剂、93～97重量百分比的再生骨材及2～4重量百分比的填充剂；其中，所述非挥发性常温沥青粘合剂包含：0.1～30重量百分比的石油沥青；0.1～30重量百分比的天然沥青；0.1～15重量百分比的橡胶改性化合物高分子改性剂；其中，所述橡胶改性化合物高分子改性剂为利用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种以上的乙烯基芳香族烃-共轭二烯嵌段共聚物；20～50重量百分比的加工油；以及0.5～30重量百分比的粘结力增强剂。
进一步，所述非挥发性常温再生沥青混合物通过带包装、带箱包装、吨袋包装或无纺布包包装进行包裹。
又进一步，所述非挥发性常温再生沥青混合物适用于人行道、自行车道或散步路。
并且，可以向所述非挥发性常温再生沥青混合物中添加颜料来在路面呈现颜色。
本发明的有益效果如下：
含有本发明的非挥发性常温再生沥青粘合剂的非挥发性常温再生沥青混合物的马歇尔稳定度、动态稳定性等力学物性优秀，沥青上板或混凝土上板之间的附着性优秀，即使存在水分，附着性依然优秀。
不仅如此，含有本发明的非挥发性常温再生沥青粘合剂的非挥发性常温再生沥青混合物不包含挥发成分及无机粘合剂，且保存期限为2年以上，从而极为稳定。
因此，本发明的非挥发性常温再生沥青粘合剂及含有其的沥青混合物可被长期储存，即使处于湿度高且具有水分的状态下，可容易进行铺装。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的非挥发性常温改性沥青粘合剂的制备：
分别将0.1～30重量百分比的石油沥青和天然沥青加热至160～170℃，向加热的石油沥青和天然沥青混合物添加0.1～15重量百分比的RMC高分子改性剂，并在170～180℃的温度下，在搅拌室进行3小时以上的搅拌。以此获得的上述混合物添加0.5～30重量百分比的粘结力增强剂，并在170～180℃的温度下搅拌1小时。向包含粘结力增强剂的上述混合物添加20～50重量百分比的加工油并在170～180℃的温度下进行搅拌1小时以上之后进行冷却，从而制备非挥发性常温改性沥青粘合剂。
本发明的非挥发性常温再生沥青混合物的制备
混合1～3重量百分比的上述非挥发性常温改性沥青粘合剂、93～97重量百分比的再生骨材及1～4重量百分比的填充剂，并在常温下生产非挥发性常温再生沥青混合物。
以下记载具体实施例1及实施例2。
实施例1
在常温下，向95重量百分比的再生沥青骨材添加3重量百分比的填充剂及2重量百分比的非挥发性常温改性沥青粘合剂并进行均匀地混合。
实施例2
在常温下，向92重量百分比的再生沥青骨材添加3重量百分比的新材料骨材、2重量百分比的填充剂及3重量百分比的非挥发性常温改性沥青粘合剂并进行均匀地混合。
比较例1
向干燥的91重量百分比的新材料骨材、3重量百分比的填充剂添加加热至50～60℃的6重量百分比的稀释沥青粘合剂(D公司)并进行均匀地混合。
比较例2
在常温下，添加7重量百分比的乳化沥青粘合剂、30重量百分比的新材料骨材、60重量百分比的再生骨材及3重量百分比的填充剂并进行均匀地混合。
结果
1)对于使用KS F 2337马歇尔实验器的沥青混合物的塑性流动的阻力实验，结果参见表1。
表1
由表1呈现出很大程度超出韩国的常温沥青基准马歇尔稳定度的结果，尤其，在动态稳定度方面，与使用以往乳化沥青或稀释沥青的配合(比较例1、比较例2)相比，呈现出显著高的水平，从而，非常适合作为常温保修材料。
2)KS F 2386道路铺装体附着面的拉伸粘结强度实验(20℃，MPa)
结果参见表2。
表2
由表2可知，在使用本发明的非挥发性常温改性沥青粘合剂的混合物的情况下，主要粘合剂为沥青类，呈现出与沥青上板或混凝土上板的附着性优秀，相反，在湿润沥青上板或混凝土上板中，在使用乳化沥青粘合剂混合物或稀释沥青粘合剂混合物的情况下，因使用相对水分型油剂及挥发性溶剂的，从而呈现出极低的附着性。
3)是否使用挥发成分及无机粘合剂及保存期间比较
结果参见表3。
表3
项目 实施例1 实施例2 比较例1 比较例2
挥发成份 - - ○ -
保存期限 2年以上 2年以上 3个月 混合后3-5小时
无机粘合剂 - - - ○

Claims (4)

1.一种非挥发性常温改性沥青粘合剂，其特征在于，包含：
一)0.1～30重量百分比的选自直馏沥青或吹制沥青中的一种以上的石油沥青；
二)0.1～30重量百分比的选自硬沥青、辉沥青及脆沥青中的一种以上的天然沥青；
三)0.1～15重量百分比的橡胶改性化合物高分子改性剂，所述橡胶改性化合物高分子改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种以上的乙烯基芳香族烃-共轭二烯嵌段共聚物；
四)20～50重量百分比的加工油，所述加工油由石蜡油和植物油混合而成；以及
五)0.5～30重量百分比的选自松香酯类、改性丙烯酸类、改性硅类、聚乙烯基酯类、硅树脂类中的一种以上的粘结力增强剂；
所述非挥发性常温改性沥青粘合剂通过如下步骤制备：
步骤a)：以160℃～170℃的温度对石油沥青和天然沥青加热来进行准备；
步骤b)：向被加热的石油沥青和天然沥青添加上述三)中的橡胶改性化合物高分子改性剂，并以170℃～180℃的温度在搅拌室搅拌3小时以上，从而制备改性沥青；
步骤c)：向上述改性沥青添加粘结力增强剂，在170℃～180℃的温度下搅拌1小时以上；
步骤d)：向包含在上述步骤c)中获得的粘结力增强剂的改性沥青添加加工油，并在170℃～180℃的温度下搅拌1小时以上；以及
步骤e)：在上述步骤d)之后，对混合物进行冷却。
2.一种非挥发性常温再生沥青混合物，其特征在于，包含1～3重量百分比的非挥发性常温改性沥青粘合剂、93～97重量百分比的再生骨材及2～4重量百分比的填充剂；
其中，所述非挥发性常温沥青粘合剂包含：
0.1～30重量百分比的选自直馏沥青或吹制沥青中的一种以上的石油沥青；
0.1～30重量百分比的选自硬沥青、辉沥青及脆沥青中的一种以上的天然沥青；
0.1～15重量百分比的橡胶改性化合物高分子改性剂，上述橡胶改性化合物高分子改性剂为利用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种以上的乙烯基芳香族烃-共轭二烯嵌段共聚物；
20～50重量百分比的加工油；所述加工油由石蜡油和植物油混合而成；以及
0.5～30重量百分比的选自松香酯类、改性丙烯酸类、改性硅类、聚乙烯基酯类、硅树脂类中的一种以上的粘结力增强剂。
3.根据权利要求2所述的非挥发性常温再生沥青混合物，其特征在于，所述非挥发性常温再生沥青混合物通过带箱包装、吨袋包装或无纺布包包装进行包裹。
4.根据权利要求2所述的非挥发性常温再生沥青混合物，其特征在于，所述非挥发性常温再生沥青混合物适用于人行道、自行车道或散步路。
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