CN109320138A - 一种抗候性好的改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于改性沥青技术领域，公开了一种抗候性好的改性沥青混合料及其制备方法，以重量份计，包括以下组分：SBS改性沥青15～30份、莫来石2～3份、熟槿麻3～4份、抽出油3～6份和集料100～150份。本发明的抗候性好的改性沥青混合料，基于SBS改性沥青的作用和莫来石以及熟槿麻的作用，具有优良的抗老化性能、较强的抗形变性能以及高温稳定性。

Description

一种抗候性好的改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性沥青技术领域，特别涉及一种抗候性好的改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是修筑沥青路面所用的材料，沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青路面因具有行驶舒适、能耗低、易于维修等优点，在公路建设中所占的比重越来越高。但普通沥青高低温性能差，用其铺筑的路面易出现如车辙、坑槽等病害，使用寿命短，尤其是在重载交通条件下极易损坏。为解决这一问题，通常采用聚合物对沥青进行改性，从而提高沥青混合料的路用性能。其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)是以苯乙烯和丁二烯为单体合成的线型或星型嵌段共聚物，属于一种典型的热塑性弹性体。SBS可通过物理交联作用在沥青中形成网络结构来显著提高沥青的高温抗车辙和低温抗裂性能，成为世界上使用最为广泛的沥青改性剂。
然而，同大多数有机化合物一样，SBS改性沥青在储存、运输、铺筑以及长期服役期间也会受到高温、氧、紫外辐射等的作用而发生老化，从而导致沥青硬化开裂，严重降低了沥青路面的路用性能和使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗候性好的改性沥青混合料及其制备方法，该抗候性好的改性沥青混合料具有将强的抵抗荷载变形能力及耐老化能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种抗候性好的改性沥青混合料，该改性沥青混合料，按重量份数计，包括以下组分：SBS改性沥青15～30份、莫来石2～3份、熟槿麻3～4份、抽出油3～6份和集料100～150份。
在混合料中加入熟槿麻和莫来石，熟槿麻和莫来石混杂能够在沥青中形成网格，可以阻碍基质沥青中饱和酚、芳香酚的流动，能够有效减少沥青中轻质组分的逸散，温度稳定性增加，铺筑的道路在高温条件下，轻质组分逸散速度得到有效降低，道路寿命得到较大的延长。沥青中树脂能够浸润熟槿麻和莫来石，沥青紧密排列在网络结构上，使沥青与熟槿麻和莫来石形成的网络结构紧密结合起来，增强了混合料的耐热性；并且，熟槿麻与莫来石形成的网格结构比表面积大，对沥青具有很强的吸附力，可以提高整个沥青混合料的粘结性、抗形变能力以及抗水害能力；同时该网格结构可以吸附在高温下发生体积膨胀的沥青，减少沥青路面泛油病害，提高混合料的高温稳定性。
作为优选地，所述集料为玄武岩或辉绿岩。
作为优选地，所述莫来石的长径比为20～50。
作为优选地，以重量份数计，所述SBS改性沥青包括以下组分：基质沥青90～100份、SBS改性剂3～5份、氧气阻隔剂0.5～3.5份、抗氧剂1～5份，所述氧气阻隔剂为木聚糖-壳聚糖复合物。
木聚糖-壳聚糖复合物表面具有羟基、氨基等活性基团，能够与基质沥青中的羧基、亚砜基、酸苷类基团反应，木聚糖-壳聚糖复合物与基质沥青之间良好的连接。一方面，木聚糖-壳聚糖形成氧气阻隔层，将氧气与沥青阻隔开，防止沥青接触氧气发生氧化反应，从而减缓沥青的老化；另一方面，木聚糖-壳聚糖复合物能够协同抗氧剂一起清除沥青自氧化老化过程中活性基团产生的自由基，阻止自由基与氧气分子反应转化成生成氢过氧化物中间体。氢过氧化物中间体一方面不稳定分解转化成含羰基官能团的组分，另一方面沥青分子中的双键在氢过氧化物的作用下转化成含羰基的官能团，从而导致沥青深度老化转化成分子量更高的组分，失去延展性；另外，木聚糖-壳聚糖复合物可将氢过氧化物还原成非活性的醇类，从而阻断氢过氧化物的循环反应，与抗氧剂协同增效，改善整个改性沥青体系的抗自氧化性能。
作为优选地，所述木聚糖-壳聚糖复合物具体制备过程为：按1：1的比例称取壳聚糖和木聚糖，分别溶于离子液体中，得到壳聚糖溶液和木聚糖溶液；将壳聚糖溶液和木聚糖溶液分别加热后混合反应，待反应完成后将反应液立刻冷却，制得木聚糖-壳聚糖复合物。
作为优选地，所述抗氧剂为聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)。
聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)的酚羟基具有强酸性，与木聚糖-壳聚糖复合物协同能够猝灭沥青老化过程中产生的自由基，阻止自由基与氧反应生成含氧极性基团，从而阻止沥青深度老化转化成分子量更高的组分，造成沥青失去延展性。同时，辅以木聚糖-壳聚糖复合物的还原氢过氧化物中间体的作用，能够很好的抑制沥青的自氧化老化。
作为优选地，按重量份数计，还包括紫外阻隔剂2～3份。
作为优选地，所述紫外阻隔剂为3,4’-甲基苄叉樟脑或聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑或2-苯基苯咪唑-5-磺酸中的一种或几种。
作为优选地，按重量份数计，还包括0.5～1.5份的光稳定剂，所述光稳定剂包括癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶。
沥青除了与氧气接触发生自氧化老化外，沥青材料很容易受到紫外光的光老化作用。沥青主要含C-H、C-C、C＝C键，在200～400nm范围的紫外光所具有能量一般高于引起高分子链上各种化学键断裂所需要的能量。改性沥青的原料中包括3,4’-甲基苄叉樟脑或聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑或2-苯基苯咪唑-5-磺酸中的一种或几种，这些物质能够吸收紫外光，减少沥青中各种化学键的断裂，提高沥青的抗紫外性能。
另外，癸基丙烯腈二甲基硅氧烷能够猝灭紫外阻隔剂的激发态，其与4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶协同作用可有效增加紫外阻隔剂的光稳定性，更好的使紫外吸收剂发挥紫外吸收效果。
本发明还提供一种抗候性好的改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按重量份数将SBS改性沥青和抽出油加入沥青加热罐加热120～160℃，搅拌20～40min混合均匀后，得到改性沥青胶浆；
步骤二、按重量份数将莫来石、熟槿麻和集料混合，加热至160～200℃，边搅拌边加入步骤一所得改性沥青胶浆，混合均匀后得到改性沥青混合料。
本发明取得了以下有益效果：
1.本发明的抗候性好的改性沥青混合料，基于SBS改性沥青与莫来石以及熟槿麻之间的作用，具有优良的抗老化性能、较强的抗形变性能以及高温稳定性；
2.本发明的抗候性好的改性沥青混合料，在混合料中加入熟槿麻和莫来石，熟槿麻莫来石两者混杂在沥青中形成网格结构，可以阻碍基质沥青中饱和酚、芳香酚的流动，能够有效减少沥青中轻质组分的逸散，温度稳定性增加，铺筑的道路在48℃以上的高温条件下，轻质组分逸散速度得到有效降低，道路寿命得到较大的延长；沥青中树脂能够浸润熟槿麻和莫来石，沥青紧密排列在网络结构上，使沥青与熟槿麻和莫来石形成的网络结构紧密结合起来，增强了混合料的耐热性；熟槿麻与莫来石形成的网格结构比表面积大，对沥青具有很强的吸附力，可以提高整个沥青混合料的粘结性、抗形变能力以及抗水害能力；同时该网格结构可以吸附在高温下发生体积膨胀的沥青，减少沥青路面泛油病害，提高混合料的高温稳定性；
3.本发明的SBS改性沥青中，木聚糖-壳聚糖复合物表面具有羟基、氨基等活性基团，能够与基质沥青中的羧基、亚砜基、酸苷类基团反应，木聚糖-壳聚糖复合物与基质沥青之间良好的连接；一方面，木聚糖-壳聚糖形成氧气阻隔层，将氧气与沥青阻隔开，防止沥青接触氧气发生氧化反应，从而减缓沥青的老化；另一方面，木聚糖-壳聚糖复合物能够协同聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)一起清除沥青自氧化老化过程中活性基团产生的自由基，阻止自由基与氧气分子反应转化成生成氢过氧化物中间体；还有，木聚糖-壳聚糖复合物可将氢过氧化物还原成非活性的醇类，从而阻断氢过氧化物的循环反应，充当辅抗氧剂的作用，改善整个改性沥青体系的抗自氧化性能。
4.本发明的SBS改性沥青中，通过添加紫外阻隔剂以吸收紫外光，以避免紫外光引起沥青分子链上的C-H、C-C、C＝C等化学键发生断裂，提高沥青的抗紫外性能，以减缓沥青的老化，延长沥青的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合实施例和对比例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例1-3和对比例1-5中，按如下步骤制备抗候性好的改性沥青混合料：
步骤一、按重量份数将SBS改性沥青和抽出油加入沥青加热罐加热120～160℃，搅拌20～40min混合均匀后，得到改性沥青胶浆；
步骤二、按重量份数将莫来石、熟槿麻和集料混合，加热至160～200℃，边搅拌边加入步骤一所得改性沥青胶浆，混合均匀后得到改性沥青混合料。
实施例1-3和对比例1-5中，各组分重量配比如下表：
SBS改性沥青 莫来石 熟槿麻 抽出油 集料
实施例1 15 2 3 3 100(玄武岩)
实施例2 30 3 4 6 150(辉绿岩)
实施例3 25 2.5 3.5 4.5 120(玄武岩、辉绿岩混合物)
对比例1 20 0 3.3 5 135(玄武岩、辉绿岩混合物)
对比例2 22 2.6 0 4.9 130(玄武岩、辉绿岩混合物)
对比例3 26 0 0 4.8 140(玄武岩、辉绿岩混合物)
对比例4 21 2.7 3.6 5.6 125(玄武岩、辉绿岩混合物)
对比例5 24 2.4 3.2 5.4 127(玄武岩、辉绿岩混合物)
实施例1-3和对比例1-5中，SBS改性沥青的制备工艺存在差别，现一一说明。
实施例1
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青100份、SBS改性剂5份、木聚糖-壳聚糖复合物3.5份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)5份、聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑3份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.7份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.8份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
实施例2
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青100份、SBS改性剂5份、木聚糖-壳聚糖复合物3.5份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)5份、聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑3份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.7份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.8份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
实施例3
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、木聚糖-壳聚糖复合物2份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、3,4’-甲基苄叉樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
对比例1
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、木聚糖-壳聚糖复合物2份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、3,4’-甲基苄叉樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
对比例2
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、木聚糖-壳聚糖复合物2份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、3,4’-甲基苄叉樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
对比例3
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、木聚糖-壳聚糖复合物2份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)、3,4’-甲基苄叉樟脑、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
对比例4
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份、癸基丙烯腈二甲基硅氧烷0.5份和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.5份，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
对比例5
一种SBS改性沥青，通过以下步骤制得：
步骤一、按以下重量份数称取原料：基质沥青95份、SBS改性剂4份、木聚糖-壳聚糖复合物2份、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份；
步骤二、将基质沥青加热至135～145℃，向基质沥青中加入SBS改性剂、木聚糖-壳聚糖复合物、聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)3份、3,4’-甲基苄叉樟脑2.5份，升温至170～190℃，保持反应温度，搅拌20～30min，使各原料混合均匀，于胶体磨中研磨0.5～1h，停止胶体磨后，保持反应温度170～190℃，继续搅拌2～3h，即制得耐老化的SBS改性沥青。
通过试验测试上述实施例1-3和对比例1-4的老化前后混合料的性能，测试结果见表1。
表1沥青混合料路用性能表
通过上述数据可知，实施例1-3和对比例4的沥青混合料的高温稳定性、抗形变性能以及水稳定性要优于对比例1-3的，说明本发明的改性沥青混合料具有良好的路用性能。

Claims (10)

1.一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：SBS改性沥青15～30份、莫来石2～3份、熟槿麻3～5份、抽出油3～6份和集料100～150份。
2.根据权利要求1所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：所述集料为玄武岩或辉绿岩。
3.根据权利要求1所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：所述莫来石的长径比为20～50。
4.根据权利要求1所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于，以重量份数计，所述SBS改性沥青包括以下组分：基质沥青90～100份、SBS改性剂3～5份、氧气阻隔剂0.5～3.5份、抗氧剂1～5份，所述氧气阻隔剂为木聚糖-壳聚糖复合物。
5.根据权利要求4所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：所述木聚糖-壳聚糖复合物具体制备过程为：按1：1的比例称取壳聚糖和木聚糖，分别溶于离子液体中，得到壳聚糖溶液和木聚糖溶液；将壳聚糖溶液和木聚糖溶液分别加热后混合反应，待反应完成后将反应液立刻冷却，制得木聚糖-壳聚糖复合物。
6.根据权利要求4所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：所述抗氧剂为聚(双环戊二烯-co-对-甲酚)。
7.根据权利要求4所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：按重量份数计，还包括紫外阻隔剂2～3份。
8.根据权利要求7所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：所述紫外阻隔剂为3,4’-甲基苄叉樟脑或聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑或2-苯基苯咪唑-5-磺酸中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的一种抗候性好的改性沥青混合料，其特征在于：按重量份数计，还包括0.5～1.5份的光稳定剂，所述光稳定剂包括癸基丙烯腈二甲基硅氧烷和4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶。
10.根据权利要求1所述的一种抗候性好的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按重量份数将SBS改性沥青和抽出油加入沥青加热罐加热120～160℃，搅拌20～40min混合均匀后，得到改性沥青胶浆；
步骤二、按重量份数将莫来石、熟槿麻和集料混合，加热至160～200℃，边搅拌边加入步骤一所得改性沥青胶浆，混合均匀后得到改性沥青混合料。
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