CN108165036A - 一种低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路工程技术领域，具体公开一种低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法。本发明的改性沥青组合物包括以下质量份数的原料组分：100份基质沥青、2‑5份苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物树脂、0.5‑2份丁苯橡胶、0.5‑2份芳烃油、0.5‑3份增塑剂、0.5‑1.5份C9石油树脂、0.5‑1.5份聚乙烯蜡、0.1‑0.5份硫磺、0.1‑0.5份抗氧剂、0.5‑1.5份磷酸酯。本发明的改性沥青组合物通过采用芳烃油、增塑剂、丁苯橡胶、C9石油树脂的结合作用，对改性沥青的低温延度有改善作用，制得的低温性能优异的改性沥青组合物具有优异的低温性能，低温延度高，适用于寒冷地区使用。

Description

一种低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，特别涉及一种低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法。

背景技术

伴随公路建设的迅速发展和行驶车辆的重载化，人们对聚合物改性沥青的需求日益增长，SBS改性沥青具有优良的高温抗车辙、低温抗开裂、抗疲劳性能和优异的弹性恢复能力，主要应用于高速公路的上、中面层、重交通及超载车较多的路段等高等级路面。基于以上优异的路用性能，SBS改性沥青成为改性沥青中的主流产品。

沥青路面在使用期内产生的低温裂缝是目前普遍存在的问题，尤其在北方寒冷地区，由于裂缝的存在，使路面的使用性能降低。研究表明，沥青的低温性能对路面的低温开裂的贡献率是80％，因此，要减少沥青路面的低温开裂，首先要提高沥青的低温性能。在SBS改性沥青产品剪切和发育过程中，伴随着产品储存稳定性的增强，产品的老化和氧化作用逐渐加深，产品的低温性能受到严重制约，SBS改性沥青的低温性能往往勉强达到规范要求，有些甚至达不到要求。

沥青路面的低温开裂是由于沥青低温时变得硬、脆，其变形能力差而产生的，如果在低温时选用流动能力好的沥青，就可以减少温度裂缝。因此，需要选择合适的方法改进沥青的低温性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种新型低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种低温性能优异的改性沥青组合物，所述改性沥青组合物包括以下质量份数的原料组分：100份基质沥青、2-5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、0.5-2份丁苯橡胶、0.5-2份芳烃油、0.5-3份增塑剂、0.5-1.5份C9石油树脂、0.5-1.5份聚乙烯蜡、0.1-0.5份硫磺、0.1-0.5份抗氧剂、0.5-1.5份磷酸酯。

优选的，所述改性沥青组合物包括以下质量份数的原料组分：100份基质沥青、3-4份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、1-1.5份丁苯橡胶、1-1.5份芳烃油、1-2份增塑剂、0.5-1份C9石油树脂、0.5-1份聚乙烯蜡、0.2-0.3份硫磺、0.2-0.3份抗氧剂、0.5-1份磷酸酯。

优选的，基质沥青为90^#重交沥青。

优选的，所述C9石油树脂由裂解汽油加氢副产物C9馏分为原料制得，所述C9石油树脂的平均分子量在500～1000之间，所述C9石油树脂的色号为2^#-4^#。

优选的，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂为线型，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂的分子量为7万～9万，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂中苯乙烯与丁二烯的嵌段比为3:7。

优选的，所述丁苯橡胶为粉末乳聚丁苯橡胶SBR，所述丁苯橡胶的分子量20万～30万，所述丁苯橡胶的粒度为60目～80目。

优选的，所述芳烃油的芳香烃含量大于80％。

优选的，所述聚乙烯蜡的分子量为1000～5000，所述聚乙烯蜡的熔点为105℃。

优选的，所述增塑剂选自葵二酸二辛脂或马来酸二辛脂中的一种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂164中的一种；所述磷酸酯为单十二烷基磷酸酯；所述硫磺为工业硫磺，所述硫磺的粒度为300目～500目。

再另一方面，本发明提供一种上述改性沥青组合物的制备方法，所述制备方法包括步骤：

S1、将基质沥青加热到140℃～160℃，按质量份数加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、丁苯橡胶、C9石油树脂，低速剪切30min～40min，剪切速度为200r/min～500r/min；

S2、将温度加热到170℃～180℃，按质量份数加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切30min～40min，剪切速度为5000r/min～8000r/min；

S3、按质量份数加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min～40min，剪切速度为2000r/min～4000r/min；

S4、将温度控制在150℃～160℃，低速剪切发育1h～2h，剪切速度为200r/min～500r/min，得到所述改性沥青组合物。

本发明的有益效果在于：本发明的改性沥青组合物通过采用芳烃油、增塑剂、丁苯橡胶、C9石油树脂的结合作用，对改性沥青的低温延度有改善作用，制得的低温性能优异的改性沥青组合物具有优异的低温性能，低温延度高，适用于寒冷地区使用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的具体实施方式提供一种低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、2-5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、0.5-2份丁苯橡胶、0.5-2份芳烃油、0.5-3份增塑剂、0.5-1.5份C9石油树脂、0.5-1.5份聚乙烯蜡、0.1-0.5份硫磺、0.1-0.5份抗氧剂、0.5-1.5份磷酸酯。

优选的实施方式中，本发明的低温性能优异的改性沥青组合物包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、3-4份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、1-1.5份丁苯橡胶、1-1.5份芳烃油、1-2份增塑剂、0.5-1份C9石油树脂、0.5-1份聚乙烯蜡、0.2-0.3份硫磺、0.2-0.3份抗氧剂、0.5-1份磷酸酯。通过采用优选的配比组成的改性沥青组合物性能较佳、更均衡，不会发生暴聚，易控制。

具体实施方式中，基质沥青为90^#重交沥青；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂SBS为线型溶液型，分子量为7万～10万，苯乙烯与丁二烯的嵌段比为3:7。与星型SBS相比，线型SBS分散在沥青中的微粒的形变能力比星型较大，产生同样形变量时外力较小，因此伸长率大，延度相对大；选用7万～10万分子量的线型SBS，能够使SBS在沥青中更加容易的溶解，分散更加均匀，获得的沥青施工更加容易，更加适合用于沥青改性，进一步提高了改性沥青组合物的低温性能。增塑剂为葵二酸二辛脂或马来酸二辛脂中的一种，具有增塑效率高、挥发性低、既有优良的耐寒性，又有较好的耐热性。C9石油树脂是指以裂解汽油加氢副产物C9馏分为原料生产的，分子量一般为500～1000。C9石油树脂含有芳香烃，可促进C9、SBS与沥青的溶胀、吸附，从而提高三者的相容性和稳定性。少量的C9石油树脂与沥青形成网络结构，树脂的粘性和可塑性起了主导作用，提高了改性沥青的低温延度。芳烃油主要是溶解改性沥青的其它成分，改善改性沥青的柔韧性和低温性能，芳烃油的100℃运动粘度为8～14，芳烃油中芳香烃含量大于80％。聚乙烯蜡分子量为1000～5000，熔点为105℃，加入后能够降低改性沥青组合物的高温粘度，使改性沥青组合物具有良好的施工和易性。

具体实施方式中，硫磺采用工业硫磺，作为改性沥青交联剂，与SBS结合，可以把SBS的长链通过硫键连接起来形成网络结构，同时硫磺分散在沥青中部分呈化学结合状态，提高改性沥青组合物的热稳定性。抗氧剂具体采用抗氧化剂1010或抗氧化剂164，可以与基质沥青中的过氧化游离基相作用，需要的活化能比氧气与抗氧剂作用的活化能小，抗氧剂与过氧化物游离基相作用而终止链反应占有优势，更好的起到了延缓改性沥青老化的作用；另外，在热氧条件下，丁苯橡胶SBR中碳碳双键与氧气反应生成的自由基继而迅速进行的氧化反应，导致SBR分子链断裂，从而降低SBR在沥青中的作用，抗氧剂的加入，大大减少了SBR分子链的断裂，保障SBR发挥其作用。SBR颗粒小，在低温时可以产生高度的应力集中，诱发大量的银纹，银纹的产生与发展消耗和吸收大量的能量，提高了改性沥青的低温性能。磷酸酯具有极性的磷羟基和非极性的烷基，极性基团和集料表面具有很强的亲和力，能定向地排列在集料表面，降低集料与沥青的界面自由能，与集料具有良好的化学吸附性，增强了改性沥青与集料的粘附性。

SBS、SBR的软硬段聚集形成交联网络空间，C9石油树脂、芳烃油、增塑剂、沥青进入上述物质的交联网络空间，使其溶胀，形成相互贯穿的交联网络结构，提高其制备的改性沥青的性能。硫磺、抗氧剂、聚乙烯蜡、磷酸酯等助剂的加入，分别提高了改性沥青的稳定性、抗老化性、和易性及抗剥落性能，完善了改性沥青的各方面性能，同时对上述主要物质起到一定的协同、促进作用。

本发明还提供上述低温性能优异的改性沥青组合物的制备方法，所述制备方法包括步骤：

S1、将基质沥青加热到140℃～160℃，按质量份数加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、丁苯橡胶、C9石油树脂，低速剪切30min～40min，剪切速度为200r/min～500r/min；

S2、将温度加热到170℃～180℃，按质量份数加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切30min～40min，剪切速度为5000r/min～8000r/min；

S3、按质量份数加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min～40min，剪切速度为2000r/min～4000r/min；

S4、将温度控制在150℃～160℃，低速剪切发育1h～2h，剪切速度为200r/min～500r/min，得到所述改性沥青组合物。

本发明的改性沥青组合物通过采用芳烃油、增塑剂、丁苯橡胶、C9石油树脂的结合作用，对改性沥青的低温延度有改善作用，制得的低温性能优异的改性沥青组合物具有优异的低温性能，低温延度高，适用于寒冷地区使用。

以下通过具体实施例予以详细说明

实施例1

本实施例的低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、3份SBS、1份SBR、1份芳烃油、1份增塑剂、0.8份C9石油树脂、0.5份聚乙烯蜡、0.2份硫磺、0.2份抗氧剂、0.5份磷酸酯。

将上述份数的基质沥青加热到160℃，加入SBS、SBR、C9石油树脂低速剪切30min；将温度加热到170℃，加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切30min，剪切速度为6000r/min；加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min，剪切速度为2000r/min；将温度控制在155℃，低速剪切发育1.5h，剪切速度为300r/min，完成改性沥青发育，得到低温性能优异的改性沥青组合物。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的测试方法，对实施例1制备的改性沥青组合物进行测试，测试结果如表1所示：可见实施例1制备的改性沥青组合物低温延度要明显优于市售的SBS改性沥青。

实施例2

本实施例的低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、4份SBS、1.5份SBR、1.5份芳烃油、2份增塑剂、1份C9石油树脂、1份聚乙烯蜡、0.3份硫磺、0.3份抗氧剂、1份磷酸酯。

将上述份数的基质沥青加热到160℃，加入SBS、SBR、C9石油树脂低速剪切35min；将温度加热到180℃，加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切40min，剪切速度为8000r/min；加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min，剪切速度为4000r/min；将温度控制在160℃，低速剪切发育2h，剪切速度为300r/min，完成改性沥青发育，得到低温性能优异的改性沥青组合物。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的测试方法，对实施例2制备的改性沥青组合物进行测试，测试结果如表1所示。

实施例3

本实施例的低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、3.5份SBS、1.2份SBR、1.2份芳烃油、1.5份增塑剂、0.6份C9石油树脂、0.8份聚乙烯蜡、0.25份硫磺、0.25份抗氧剂、0.8份磷酸酯。

将上述份数的基质沥青加热到160℃，加入SBS、SBR、C9石油树脂低速剪切40min；将温度加热到175℃，加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切35min，剪切速度为7000r/min；加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min，剪切速度为4000r/min；将温度控制在155℃，低速剪切发育1h，剪切速度为400r/min，完成改性沥青发育，得到低温性能优异的改性沥青组合物。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的测试方法，对实施例1制备的改性沥青组合物进行测试，测试结果如表1所示：可见实施例1制备的改性沥青组合物低温延度要明显优于市售的SBS改性沥青。

实施例4

本实施例的低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、5份SBS、0.5份SBR、0.5份芳烃油、0.5份增塑剂、0.5份C9石油树脂、0.5份聚乙烯蜡、0.5份硫磺、0.1份抗氧剂、1.5份磷酸酯。

将上述份数的基质沥青加热到160℃，加入SBS、SBR、C9石油树脂低速剪切30min；将温度加热到180℃，加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切40min，剪切速度为8000r/min；加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min，剪切速度为4000r/min；将温度控制在160℃，低速剪切发育1.5h，剪切速度为400r/min，完成改性沥青发育，得到低温性能优异的改性沥青组合物。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的测试方法，对实施例1制备的改性沥青组合物进行测试，测试结果如表1所示：可见实施例1制备的改性沥青组合物低温延度要明显优于市售的SBS改性沥青。

实施例5

本实施例的低温性能优异的改性沥青组合物，包括以下质量份数的原料成分：100份基质沥青、,2份SBS、2份SBR、2份芳烃油、3份增塑剂、1.5份C9石油树脂、1.5份聚乙烯蜡、0.1份硫磺、0.5份抗氧剂、0.5份磷酸酯。

将上述份数的基质沥青加热到160℃，加入SBS、SBR、C9石油树脂低速剪切30min；将温度加热到170℃，加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切30min，剪切速度为5000r/min；加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min，剪切速度为2000r/min；将温度控制在150℃，低速剪切发育2h，剪切速度为200r/min，完成改性沥青发育，得到低温性能优异的改性沥青组合物。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的测试方法，对实施例1制备的改性沥青组合物进行测试，测试结果如表1所示：可见实施例1制备的改性沥青组合物低温延度要明显优于市售的SBS改性沥青。

对比例1

市售的SBS改性沥青，原料组分包括：100份基质沥青，3.5份SBS，0.2份硫磺，1份芳烃油。

表1实施例及对比例改性沥青的测试结果

从表1中可以看出，实施例1-5制备的改性沥青组合物低温延度要明显优于市售的SBS改性沥青，本发明的低温性能优异的改性沥青组合物具有优异的低温性能，适用于寒冷地区使用。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于，所述改性沥青组合物包括以下质量份数的原料组分：

100份基质沥青、2-5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、0.5-2份丁苯橡胶、0.5-2份芳烃油、0.5-3份增塑剂、0.5-1.5份C9石油树脂、0.5-1.5份聚乙烯蜡、0.1-0.5份硫磺、0.1-0.5份抗氧剂、0.5-1.5份磷酸酯。

2.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述改性沥青组合物包括以下质量份数的原料组分：

100份基质沥青、3-4份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、1-1.5份丁苯橡胶、1-1.5份芳烃油、1-2份增塑剂、0.5-1份C9石油树脂、0.5-1份聚乙烯蜡、0.2-0.3份硫磺、0.2-0.3份抗氧剂、0.5-1份磷酸酯。

3.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述基质沥青为90^#重交沥青。

4.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述C9石油树脂由裂解汽油加氢副产物C9馏分为原料制得，所述C9石油树脂的平均分子量在500～1000之间，所述C9石油树脂的色号为2^#-4^#。

5.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂为线型，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂的分子量为7万～9万，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂中苯乙烯与丁二烯的嵌段比为3:7。

6.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述丁苯橡胶为粉末乳聚丁苯橡胶，所述丁苯橡胶的分子量20万～30万，所述丁苯橡胶的粒度为60目～80目。

7.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述芳烃油的芳香烃含量大于80％。

8.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述聚乙烯蜡的分子量为1000～5000，所述聚乙烯蜡的熔点为105℃。

9.如权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述增塑剂选自葵二酸二辛脂或马来酸二辛脂中的一种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂164中的一种；所述磷酸酯为单十二烷基磷酸酯；所述硫磺为工业硫磺，所述硫磺的粒度为300目～500目。

10.一种如权利要求1所述的改性沥青组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

S1、将基质沥青加热到140℃～160℃，按质量份数加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、丁苯橡胶、C9石油树脂，低速剪切30min～40min，剪切速度为200r/min～500r/min；

S2、将温度加热到170℃～180℃，按质量份数加入芳烃油、增塑剂、聚乙烯蜡、磷酸酯，高速剪切30min～40min，剪切速度为5000r/min～8000r/min；

S3、按质量份数加入硫磺、抗氧剂，中速剪切30min～40min，剪切速度为2000r/min～4000r/min；

S4、将温度控制在150℃～160℃，低速剪切发育1h～2h，剪切速度为200r/min～500r/min，得到所述改性沥青组合物。