CN107099155A - 一种高能量耗散的路用沥青材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高能量耗散的路用沥青材料及其制备方法，所述路用沥青材料由基质沥青、热塑性弹性体、增塑剂和交联剂共混制备而成；各原料掺加质量比为，基质沥青：热塑性弹性体：增塑剂：交联剂=100：4~6：3~5：0.1~0.3。本发明所述的高能量耗散路用沥青材料除了在较高温度范围和频率范围下，具有较高的能量耗散作用外，还具有较高的高温抗变形、低温抗开裂以及高弹性恢复性能，其各项指标满足沥青材料的相关规范要求，特别是在广泛的高温多雨地区、高频制动地区、桥面铺砖和水泥路面加铺结构夹层设计中，应用前景较好。

Description

一种高能量耗散的路用沥青材料及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青材料领域，具体涉及一种高能量耗散的路用沥青材料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对道路的使用性能的要求也随之提高，特别是城市道路建设和使用过程中，水泥路面常因行驶噪声过大和修补困难等问题，严重影响市民的生活质量和城市交通畅通。沥青路面以其良好的施工便利性、行驶舒适性和低噪声等优良的性能而被广泛使用。长期的工程实践和研究表明，沥青路面是现有的路面结构形式中“最安静”的路面结构形式，如果沥青路面的这种降低噪声的特性得到有效利用，将对道路使用性能和城市生活质量的提升起到积极作用。
沥青路面这种减振降噪作用的本质是沥青路面对交通振动能量的耗散引起的，称之为能量耗散。沥青混合料是由沥青作为粘结料、集料作为骨架组成的一种多相复合粘弹性材料，因此沥青混合料与沥青具有类似的粘弹性力学行为，同时仍具有颗粒材料的特点。一方面，沥青。沥青混合料其粘弹性行为主要取决于沥青性质，沥青作为一种粘弹性材料，其减振的机理主要靠沥青分子的内耗来实现振动能的耗散，内耗越大，能量耗散性能越好；另一方面，集料。集料在外力的作用下会发生界面之间的干摩擦和颗粒自身的旋转，这些过程都能够发生能量的耗散；最后，配伍。沥青混合料是由沥青和集料按一定配伍进行组合的，虽然沥青属于高能量耗散材料，但是沥青占有的比例很少，一般占体系质量的10%以下，体积比重一般在20%以下；集料属于刚性材料，其本身能量耗散小，但集料一般占整个体系质量的90%左右，体积在80%左右，并且集料越多，其在外力作用下发生界面摩擦的可能性就越大，集料颗粒越小，其比表面积越大，吸附的沥青越多，沥青混合料的能量耗散性能就相应提高。因此，沥青混合料中各组分都对整体能量耗散性能作出了不同程度的贡献。
然而，由于集料及混合料配伍较固定，因此通过改变集料和配伍的可行性不佳，故沥青路面要获得能量耗散性能的较大提升，较为合适的方法是通过配置高能量耗散的沥青材料实现。
虽然沥青相比于其它工程材料阻尼性能更好，但并非所有沥青都符合上述高性能阻尼材料的要求，一般要获得高能量耗散性能需要掺加一定的聚合物，例如热塑性弹性体或橡胶等材料。沥青作为一种高能量耗散材料，已被广泛应用于车辆阻尼板材、建筑基础减隔振和轨道路床的减振等方面，但上述高耗能材料多为高聚合物掺量或者与其它无机材料掺和形成的，且并非路用沥青胶结料。由于路用沥青胶结料的特殊性，其在获得高能量耗散作用的同时，应保证加工性能和路用性能满足相关规范要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具有高能量耗散性能和满足规范要求的路用性能的路用沥青材料及其制备方法
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高能量耗散的路用沥青材料，所述路用沥青材料由基质沥青、热塑性弹性体、增塑剂和交联剂共混制备而成；各原料掺加质量比为，基质沥青：热塑性弹性体：增塑剂：交联剂=100：4~6：3~5：0.1~0.3。
所述的基质沥青软点为：45~55℃，25℃针入度为60~80×0.1mm。
所述的热塑性弹性体为线型SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）三嵌段材料，嵌段比S/B为30/70。
所述的增塑剂为领苯二甲酸二辛酯或芳烃油，工业化纯度。
所述的交联剂为沉淀硫磺，工业化纯度。
制备方法，包括以下具体步骤：
（1）按原料的质量比：基质沥青：热塑性弹性体：增塑剂：交联剂=100：4~6：3~5：0.1~0.3，分别称取试验所需质量的基质沥青、热塑性弹性体、增塑剂和交联剂，并将基质沥青在烘箱中加热至135℃软化备用；
（2）将步骤（1）处理后的基质沥青置于电炉上加热至175℃，将上述称取的原料按增塑剂、热塑性弹性体顺序加入熔融的基质沥青中，并低速搅拌15min；
（3）搅拌时间结束后，将混合物加入到剪切机中，设定剪切机剪切速度为5000r/min，剪切1h，过程中始终将温度维持在190~195℃；
（4）剪切完成后，加入相应剂量的交联剂，并用高速机械搅拌机进行搅拌，过程持续2h，并且过程中始终维持温度在190~195℃；
（5）改性沥青制备完成。
本发明的有益效果如下：
（1）SBS与沥青共混相融时，部分PB段吸收沥青中轻组分后体积胀大数倍，变成高弹的海绵状物质，PS软化并流动，经冷却，PS段冷却硬化，与PB段相互交联，在沥青中形成弹性三维网络结构；选择领苯二甲酸二辛酯或芳烃油作为增塑剂，能够起到促进聚合物的溶胀和加工过程中的剪切、分散作用，改善聚合物在沥青的中分散状态；此外，交联剂能够与SBS中丁二烯的不饱和双键发生化学交联作用，这种交联作用将显著增强聚合物网络结构的交联密度，进而将沥青限制在该网络之中，形成物理相容性较好的整体。适当增塑和交联作用将保证沥青和聚合物的良好相容性的同时，实现有效提高聚合物和沥青整体的能量耗散作用。
（2）本发明所述的高能量耗散路用沥青材料除了在较高温度范围和频率范围下，具有较高的能量耗散作用外（如图1和图2所示），还具有较高的高温抗变形、低温抗开裂以及高弹性恢复性能（见表1），其各项指标满足沥青材料的相关规范要求，特别是在广泛的高温多雨地区、高频制动地区、桥面铺砖和水泥路面加铺结构层设计中，应用前景较好。
附图说明
图1为实施例1制得的沥青材料的δ随温度的变化图；
图2为实施例1制得的沥青材料的δ随频率的变化图。
沥青材料在动态正弦荷载作用下，应变响应将滞后于应力，其滞后的相位差角可用δ表示；tanδ为相位差角正切，代表动态荷载作用下，沥青材料粘性与弹性成分的比值。δ与tanδ都可作为材料的能量耗散的度量。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1：
（1）按原料的质量比：基质沥青：SBS：领苯二甲酸二辛酯：沉淀硫磺=100：5：3：0.15，分别称取试验所需质量的基质沥青、热塑性特性体、增塑剂和交联剂，并将基质沥青在烘箱中加热至135℃软化备用；
（2）将步骤（1）处理后的基质沥青置于电炉上加热至175℃，将上述称取的原料按增塑剂、热塑性弹性体顺序加入熔融的基质沥青中，并低速搅拌15min；
（3）搅拌时间结束后，将混合物加入到剪切机中，设定剪切机剪切速度为5000r/min，剪切1h，过程中始终将温度维持在190~195℃；
（4）剪切完成后，加入相应剂量的交联剂，并用高速机械搅拌机进行搅拌，过程持续2h，并且过程中始终维持温度在190~195℃；
（5）制得所述的高能量耗散的路用沥青材料。
由图1可知，相比基质沥青tanδ曲线的单调增加，该能量耗散材料的tanδ曲线有明显的区别。tanδ随温度的升高，会出现tanδ波峰，峰值大小为2.02，峰值温度为37°C，峰值温度范围约为10~100°C。这说明了该高能量耗散沥青材料的温度敏感性较小，能够在较大的温度范围内保持较高的能量耗散能力，且该温度范围基本涵盖了路用温度范围。
由图2可知，同样地，相比基质沥青tanδ曲线的单调减小，该能量耗散材料的tanδ曲线有明显的区别，表现为随频率的增大，tanδ曲线逐渐增大。这说明了该高能量耗散沥青材料的随频率的增大，其耗能能力逐渐增大。
鉴于上述，该沥青材料在路用温度与频率范围内，可保持较好的能量耗散性能，是一种高能量耗散路用沥青材料。
实施例2：
（1）按原料的质量比：基质沥青：SBS：芳烃油：沉淀硫磺=100：6：3：0.2，分别称取试验所需质量的基质沥青、热塑性特性体、增塑剂和交联剂，并将基质沥青在烘箱中加热至135℃软化备用；
（2）将上述称取的基质沥青置于电炉上加热至175℃，将上述称取的原料按增塑剂、热塑性弹性体顺序加入熔融的基质沥青中，并低速搅拌15min；
（3）搅拌时间结束后，将混合物加入到剪切机中，设定剪切机剪切速度为5000r/min，剪切1h，过程中始终将温度维持在190~195℃；
（4）剪切完成后，加入相应剂量的交联剂，并用高速机械搅拌机进行搅拌，过程持续2h，并且过程中始终维持温度在190~195℃；
（5）制得所述的高能量耗散的路用沥青材料。
实施例3：
（1）按原料的质量比：基质沥青：SBS：芳烃油：沉淀硫磺=100：4：5：0.3，分别称取试验所需质量的基质沥青、热塑性特性体、增塑剂和交联剂，并将基质沥青在烘箱中加热至135℃软化备用；
（2）将上述称取的基质沥青置于电炉上加热至175℃，将上述称取的原料按增塑剂、热塑性弹性体顺序加入熔融的基质沥青中，并低速搅拌15min；
（3）搅拌时间结束后，将混合物加入到剪切机中，设定剪切机剪切速度为5000r/min，剪切1h，过程中始终将温度维持在190~195℃；
（4）剪切完成后，加入相应剂量的交联剂，并用高速机械搅拌机进行搅拌，过程持续2h，并且过程中始终维持温度在190~195℃；
（5）制得所述的高能量耗散的路用沥青材料。
表1实施例1制得的路用沥青材料基本物理指标
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种高能量耗散的路用沥青材料，其特征在于，所述路用沥青材料由基质沥青、热塑性弹性体、增塑剂和交联剂共混制备而成；各原料掺加质量比为，基质沥青：热塑性弹性体：增塑剂：交联剂=100：4~6：3~5：0.1~0.3。
2.根据权利要求1所述的高能量耗散的路用沥青材料，其特征在于，所述的基质沥青软点为：45~55℃，25℃针入度为60~80×0.1mm。
3.根据权利要求1所述的高能量耗散的路用沥青材料，其特征在于，所述的热塑性弹性体为线型SBS三嵌段材料，嵌段比S/B为30/70。
4.根据权利要求1所述的高能量耗散的路用沥青材料，其特征在于，所述的增塑剂为领苯二甲酸二辛酯或芳烃油，工业化纯度。
5.根据权利要求1所述的高能量耗散的路用沥青材料，其特征在于，所述的交联剂为沉淀硫磺，工业化纯度。
6.一种如权利要求1-5任一所述的高能量耗散的路用沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）按原料的质量比：基质沥青：热塑性弹性体：增塑剂：交联剂=100：4~6：3~5：0.1~0.3，分别称取试验所需质量的基质沥青、热塑性弹性体、增塑剂和交联剂，并将基质沥青在烘箱中加热至135℃软化备用；
（2）将步骤（1）处理后的基质沥青置于电炉上加热至175℃，将上述称取的原料按增塑剂、热塑性弹性体顺序加入熔融的基质沥青中，并低速搅拌15min；
（3）搅拌时间结束后，将混合物加入到剪切机中，设定剪切机剪切速度为5000r/min，剪切1h，过程中始终将温度维持在190~195℃；
（4）剪切完成后，加入相应剂量的交联剂，并用高速机械搅拌机进行搅拌，过程持续2h，并且过程中始终维持温度在190~195℃；
（5）制得所述的高能量耗散的路用沥青材料。
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