CN108410185A - 一种高粘沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比的原料组成：苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物(SBS)3~8%、丁苯橡胶(SBR)1~3%、相容剂2~10%、稳定剂0.08~0.3%、十二烷基磺酸钠0.5~2%、多聚磷酸（PPA）0.8%~1.5%，其它为基质沥青。同时，本发明还公开了该高粘沥青的制备方法。本发明性能优异，既能满足高粘高弹性能，又能满足生产与施工的简易性并且成本较低。

Description

一种高粘沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程设计领域，尤其涉及一种高粘沥青及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展道路里程的增加和等级的提高，道路交通量也迅速增长，这不可避免地给环境造成了不同程度的道路噪音污染。尤其是城市道路噪音污染日益严重，如何降低城市道路噪音污染已经是现代城市急需解决的问题；另外，我国城市道路采用传统建筑模式，每逢大雨城市内涝严重；可以同时解决以上两个问题最切实可行的方法就是铺设降噪排水路面（OGFC及Nova Chip超薄磨耗层等），不仅能够改善路面的积水问题，提高抗滑性能，改善车辆在雨天行驶时的溅水和喷雾问题，减少交通事故的发生；而且能够降低车辆行驶时的噪音。
铺设降噪排水路面最关键的材料是沥青胶结料，由于降噪排水路面具有高空隙率的特点，因此要求使用的沥青胶结料对集料有较强的包裹力和高粘附性，同时还要具有较强的抗剥离性，普通的改性沥青很难满足要求。因为高粘沥青具有较高的粘度、粘韧性和韧性，可保证沥青混合料在高空隙率的情况下(≥20% )具有较高的抗集料飞散性、耐候性和耐水性，因此使用高粘沥青铺筑降噪排水路面是必然的选择。
目前我国所用高粘沥青大多以进口为主，不仅价格昂贵而且产品质量参差不齐，从而导致了排水路面的推广应用受到了很大限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能满足高粘高弹性能，又能满足生产与施工的简易性并且成本较低的高粘沥青。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该高粘沥青的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种高粘沥青，其特征在于：该高粘沥青由下述重量百分比的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)3~8%、丁苯橡胶(SBR)1~3%、相容剂2~10%、稳定剂0.08~0.3%、十二烷基磺酸钠0.5~2%、多聚磷酸（PPA）0.8%~1.5%，其它为基质沥青。
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS) 为星型结构，其分子量为20~30万，嵌段比S/B为30/70。
所述丁苯橡胶（SBR）为丁二烯含量50%~90%的弹性体颗粒，其分子量为15万~40万。
所述相容剂是一种C6~C8的高芳烃糠醛抽出油，其中沥青质含量1~1.6%，胶质含量10~15.4%，芳香分含量65.1~78%，饱和分含量5~23.9%。
所述稳定剂是由重量比计的硫磺粉60~65%、石棉灰20%、轻质碳酸钙10%、炭黑5~10%混合而成的混合物。
所述十二烷基磺酸钠为磺酸钠含量大于50%的白色粉末。
所述多聚磷酸（PPA）为H3PO4含量不低于115%的无色透明粘稠状液体。
所述基质沥青是指70号沥青、90号沥青中的一种或两种。
如上所述的一种高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在120~140℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌5~8分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶所述混合物A升温至160~170℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌10~15分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷所述混合物B在温度为170~190℃、剪切速率为4000~8000r/min的条件下进行剪切分散，20~60分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在170~190℃之间，发育2~6h，即得高粘沥青。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以基质沥青为主，通过加入改性剂（SBS和SBR）、相容剂、稳定剂和增粘剂（十二烷基磺酸钠和PPA），大幅度提高沥青性能，使其满足高粘沥青性能要求，生产中只需保温、剪切和搅拌，生产工艺简单。
2、本发明中改性剂含有分子量较大的星型SBS，能够在增加低温粘度的基础上保持高温粘度的稳定性，并且大幅度提高了沥青的耐老化性能和力学性能；SBR的加入能够改善沥青的低温性能和粘韧性。
3、本发明中添加高芳烃糠醛抽出油，能够增强SBS在沥青中的分散程度，增进沥青与SBS之间的相容性，能有效降低改性剂分子量大带来的加工难度。
4、本发明中稳定剂含有硫磺、石灰棉和炭黑；硫磺的加入形成交联键，使得SBS和沥青之间形成互穿网络，石灰棉增加SBS的粘附性，炭黑增强抗老化性，所以本发明的高粘沥青储存稳定性优越，不易离析。
5、本发明中添加十二烷基磺酸钠和多聚磷酸作为增粘剂，能够增加分子间的相互作用力，增加沥青和集料的粘附性，改善大空隙沥青混合料带来的沥青粘附性不足的问题。
6、本发明添加剂较少并且掺量不高，成本较低，制备方法简单易行，可满足生产与施工的简易性，具有很高的性价比。
7、对照行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）以及《公路沥青路面施工技术规范》中高粘沥青的指标要求对本发明产品进行检测并与传统高粘沥青进行对比，其结果如下表1所示：
表1本发明及TPS高粘沥青性能
由以上数据可见，本发明的产品完全满足《公路沥青路面施工技术规范》中高粘沥青各类指标的技术要求，尤其是本发明的60℃动力粘度远大于规范要求的20000 Pa·s，表明与石料有更强的粘附性；本发明的135℃旋转粘度低于3 Pa·s，说明其施工拌和性优异，而且本发明的离析软化差均不大于1℃，表明具有良好的储存稳定性。
与传统日本TPS高粘沥青对比可发现，本发明的高粘沥青在常规指标上与TPS高粘沥青相当或更加优异。本发明中的实施例2、实施例3、实施例4的60℃动力粘度高于TPS高粘沥青，135℃旋转粘度远低于TPS高粘沥青，而且本发明的离析软化点差更小；由此表明本发明的高粘沥青比TPS高粘沥青有更好的粘附性和施工拌和性，并且有较好的储存稳定性；价格上本发明比TPS高粘沥青同条件下便宜18~20%，具有很强的竞争优势。
具体实施方式
实施例1 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg/kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)3.2%、丁苯橡胶(SBR)2.4%、相容剂2.3%、稳定剂0.08%、十二烷基磺酸钠2%、多聚磷酸（PPA）1.5%，70号基质沥青88.52%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在135℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌5分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至160℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌10分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为170℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行剪切分散，20分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在170℃之间，发育2h，即得高粘沥青（参见表2）。
表2实施例1高粘沥青性能
实施例2 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg/kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)4.1%、丁苯橡胶(SBR)2%、相容剂3.4%、稳定剂0.1%、十二烷基磺酸钠1.6%、多聚磷酸（PPA）1.3%，70号基质沥青29.2%，90号基质沥青58.3%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在135℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌6分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至160℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌10分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为173℃、剪切速率为4200r/min的条件下进行剪切分散，25分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在173℃之间，发育2h，即得高粘沥青（参见表3）。
表3实施例2高粘沥青性能
实施例3 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)4.7%、丁苯橡胶(SBR)1.8%、相容剂3.7%、稳定剂0.2%、十二烷基磺酸钠1.4%、多聚磷酸（PPA）1.2%，70号基质沥青17.4%，90号基质沥青69.6%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在135℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌8分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至160℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌10分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为185℃、剪切速率为4500r/min的条件下进行剪切分散，30分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在185℃之间，发育3h，即得高粘沥青（参见表4）。
表4实施例3高粘沥青性能
实施例4 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg/kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)5.5%、丁苯橡胶(SBR)1.4%、相容剂4%、稳定剂0.3%、十二烷基磺酸钠1%、多聚磷酸（PPA）0.8%，90号基质沥青87%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在135℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌8分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至160℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌10分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为190℃、剪切速率为5000r/min的条件下进行剪切分散，40分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在190℃之间，发育5h，即得高粘沥青（参见表5）。
表5实施例4高粘沥青性能
实施例5 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)3%、丁苯橡胶(SBR)1%、相容剂2%、稳定剂0.15%、十二烷基磺酸钠0.5%、多聚磷酸（PPA）1.0%，70号基质沥青92.35%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在120℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌7分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至165℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌12分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为180℃、剪切速率为6000r/min的条件下进行剪切分散，50分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在180℃之间，发育4h，即得高粘沥青。
实施例6 一种高粘沥青，该高粘沥青由下述重量百分比（kg）的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS) 8%、丁苯橡胶(SBR) 3%、相容剂10%、稳定剂0.25%、十二烷基磺酸钠0.8%、多聚磷酸（PPA）0.9%，90号基质沥青77.05%。
该高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在140℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌8分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶混合物A升温至170℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸（PPA），并以200r/min的速率搅拌15分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷混合物B在温度为175℃、剪切速率为8000r/min的条件下进行剪切分散，60分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在175℃之间，发育6h，即得高粘沥青。
上述实施例1~6中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS) 为星型结构，其分子量为20~30万，嵌段比S/B为30/70。
丁苯橡胶（SBR）为丁二烯含量50%~90%的弹性体颗粒，其分子量为15万~40万。
相容剂是一种C6~C8的高芳烃糠醛抽出油，其中沥青质含量1~1.6%，胶质含量10~15.4%，芳香分含量65.1~78%，饱和分含量5~23.9%。
稳定剂是由重量比计的硫磺粉60~65%、石棉灰20%、轻质碳酸钙10%、炭黑5~10%混合而成的混合物。
十二烷基磺酸钠为磺酸钠含量大于50%的白色粉末。
多聚磷酸（PPA）为H3PO4含量不低于115%的无色透明粘稠状液体。

Claims (9)

1.一种高粘沥青，其特征在于：该高粘沥青由下述重量百分比的原料组成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3~8%、丁苯橡胶1~3%、相容剂2~10%、稳定剂0.08~0.3%、十二烷基磺酸钠0.5~2%、多聚磷酸0.8%~1.5%，其它为基质沥青。
2.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，其分子量为20~30万，嵌段比S/B为30/70。
3.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述丁苯橡胶为丁二烯含量50%~90%的弹性体颗粒，其分子量为15万~40万。
4.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述相容剂是一种C6~C8的高芳烃糠醛抽出油，其中沥青质含量1~1.6%，胶质含量10~15.4%，芳香分含量65.1~78%，饱和分含量5~23.9%。
5.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述稳定剂是由重量比计的硫磺粉60~65%、石棉灰20%、轻质碳酸钙10%、炭黑5~10%混合而成的混合物。
6.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述十二烷基磺酸钠为磺酸钠含量大于50%的白色粉末。
7.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述多聚磷酸为H3PO4含量不低于115%的无色透明粘稠状液体。
8.如权利要求1所述的一种高粘沥青，其特征在于：所述基质沥青是指70号沥青、90号沥青中的一种或两种。
9.如权利要求1所述的一种高粘沥青的制备方法，包括以下步骤：
⑴按配比称重；
⑵将基质沥青在120~140℃下加热融化，升温到150℃加入相容剂，以100r/min的速率搅拌5~8分钟使其混合均匀，得到混合物A；
⑶所述混合物A升温至160~170℃加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸，并以200r/min的速率搅拌10~15分钟，使其充分溶胀混合均匀，得到混合物B；
⑷所述混合物B在温度为170~190℃、剪切速率为4000~8000r/min的条件下进行剪切分散，20~60分钟后再进行搅拌，并逐渐加入稳定剂，保持温度在170~190℃之间，发育2~6h，即得高粘沥青。
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