CN109385106A - 一种低粘高性能改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低粘高性能改性沥青及其制备方法，该低粘高性能改性沥青由如下重量百分比计的原料组成：苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物5～8％，温拌剂0.5～2％，稳定剂0.1～0.3％，芳烃抽出油1～3％，PE改性剂0.2～0.4％，其余为基质沥青。本发明的低粘高性能改性沥青的粘度小，老化后延度高耐老化性能好，比普通改性沥青更具有良好的粘附性和施工拌和性，在路用性能上也具有较高等级；成本上本发明比添加高剂量SBS改性沥青更具有优质，施工上比采用SBS与胶粉复合改性的技术手段更加简易环保，具有更强的竞争优势和社会价值。

Description

一种低粘高性能改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路路面材料技术领域，更具体地说，是涉及一种低粘高性能改性沥青及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国公路建设的飞速发展，公路通车里程逐年快速增长的同时，公路的车流量与重载车辆迅速增加对路面的质量要求越来越高，延长公路的使用寿命，变得刻不容缓。研究表明，SBS改性沥青能有效提高混合料的高温性能、低温性能及抗疲劳性能，其在公路建设中得到越来越广泛的应用。随着SHARP(美国战略公路研究计划)等级的公布和实施，沥青PG分级指标在国内受到普遍认可，并在越来越多的地区推广使用。经过多年的发展，我国生产普通SBS改性沥青的技术已相当成熟，但对于高性能SBS改性沥青如PG76、PG82的生产仍存在不少问题。为了提高改性沥青的PG分级，目前常用的方法是提高改性沥青中SBS改性剂的掺量，从而导致SBS改性沥青的135℃运动粘度超过规范要求的3.0Pa.s，在施工过程中沥青混合料的拌合和碾压难度增大，提高作业温度也对成本、环保及沥青材料老化本身有一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种低粘高性能改性沥青及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种低粘高性能改性沥青，其由如下重量百分比计的原料组成：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)5～8％，温拌剂0.5～2％，稳定剂0.1～0.3％，芳烃抽出油1～3％，PE改性剂0.2～0.4％，其余为基质沥青。

作为优选的，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物包括线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为8～15万，所述星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为20～30万。

作为优选的，所述温拌剂的外观呈白色颗粒状，不溶于水，超过116℃可完全溶解于沥青，再经过简单机械搅拌即可均匀分散于沥青胶结料中。其原理为该化合物滴熔点在115℃，高于该温度时，它吸附沥青中与它相近的饱和组分，形成稳定溶液不离析，降低沥青粘度；低于该温度时，在沥青中形成一种网状晶体结构，锁定沥青中油分，提高沥青低温粘度。

作为优选的，所述稳定剂是由如下重量百分比计的原料组成：硫磺粉30～40％，增塑剂10～20％，石棉灰20％，轻质碳酸钙10％，炭黑20～25％。所述稳定剂为黄黑色混合物。

作为优选的，所述PE改性剂为聚乙烯，是以乙烯单体聚合而成的聚合物，为结晶热塑性树脂，所述PE改性剂采用的是成型加工的PE树脂，是经挤出造粒的蜡状颗粒料，外观呈乳白色，其分子量为1～10万。

作为优选的，所述芳烃抽出油是一种以酯类、醇类、脂肪酸类化合物为主要成分的混合物，常温下为黑褐色或墨绿色粘稠状液体，100℃运动粘度为10～30pa.s(平均分子量越低，粘度越低，耐低温性越好，但耐热性越差，闪点越低；平均分子量越高，粘度越高，耐低温性越较差)。原理主要为以下几点：1、该混合物分子中含有大量羟基、酯基、羧基，这些官能团本身有抗热氧老化的功能；2、该混合物可以提高沥青的低温塑性，因而提高沥青的低温延度；3、该混合物中的羟基、羧基等官能团可以与沥青中沥青质、胶质中羧基或羟基发生酯化反应，生成的酯化物也有提高沥青低温塑性的作用。

作为优选的，所述基质沥青为单一品牌的70#基质沥青或者种不同品牌复配而成的70#基质沥青。不同品牌的基质沥青其耐高温性能和抗老化性能不同，采用单一品牌基质沥青制备成的改性生产成本高，甚至有些指标根本做不到，而采用指标优质互补原则与另外一种品牌沥青进行复配却能轻松解决某些高技术指标要求问题，本发明中优选复配70#基质沥青。

本发明的第二方面提供了一种上述技术方案所述的低粘高性能改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过采用基质沥青添加PE改性剂和温拌剂的方法，使得该产品的60℃动力粘度(真空毛细管法)大于100000Pa.s，135℃运动粘度低于3.0Pa.s，老化后延度大于20cm，路用性能等级达到PG82-22，该低粘高性能改性沥青在生产设备及生产工艺上无需进行更改，施工拌和也不必提高拌和温度、碾压温度，只需采用与普通改性沥青同样的作业温度即可，既符合高等级路用性能又符合常规改性沥青施工工艺标准，降低了施工成本，对高等级改性沥青的推广具深刻的影响，较同类产品有着很大竞争价值和社会效益。

2、本发明在基质沥青中添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(即SBS改性剂)能够有效的改善沥青的高温稳定性能同时提高了沥青的低温抗裂性能；采用温拌剂可以在高温时吸附沥青中的饱和组分，形成一种不易离析的溶液，降低了改性沥青粘度；采用芳烃抽出油在确保改性沥青高温性能稳定条件下有效提升改性沥青的低温延度指标，大大地提高了改性沥青低温耐老化性能；PE改性剂作为增强剂，能够增加分子间的相互作用力。

3、本发明可以采用优质互补的原则复配基质沥青，整体上提高了沥青的基础品质。

4、本发明采用的稳定剂中含有硫磺、增塑剂、石棉灰和炭黑，硫磺的加入形成交联键，使得SBS和沥青之间形成互穿网络，增塑剂可提高改性沥青可塑性和韧性，石棉灰增加SBS的粘附性，炭黑增强抗老化性，因此本发明的低粘沥青储存稳定性优越，不易离析。

附图说明

图1是本发明实施例提供的低粘高性能改性沥青的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

实施例1

一种低粘高性能改性沥青，由如下重量百分比计的原料组成：

李长荣SBS 35014.0％，李长荣SBS 34113.0％，温拌剂2.0％，稳定剂0.2％，芳烃抽出油1.5％，PE改性剂0.3％，泰国IRPC 70#基质沥青89％。

该低粘高性能改性沥青的制备方法如流程图1所示，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃左右，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。

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制备的低粘高性能改性沥青的相关技术指标进行测试，测试结果见表1。

表1实施例1低粘高性能改性沥青性能

实施例2

一种低粘高性能改性沥青，由如下重量百分比计的原料组成：

LG5014.0％，LG4113.0％，温拌剂2.0％，稳定剂0.2％，芳烃抽出油1.6％，PE改性剂0.3％，壳牌70#基质沥青88.9％。

该低粘高性能改性沥青的制备方法如流程图1所示，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃左右，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。

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制备的低粘高性能改性沥青的相关技术指标进行测试，测试结果见表2。

表2实施例2低粘高性能改性沥青性能

实施例3

一种低粘高性能改性沥青，由如下重量百分比计的原料组成：

李长荣SBS 35014.0％，LG4113.0％，温拌剂2.0％，稳定剂0.2％，芳烃抽出油1.4％，PE改性剂0.3％，余下为IRPC 70#和壳牌70#按重量比1:1进行复配基质沥青89.1％。

该低粘高性能改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃左右，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。

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3制备的低粘高性能改性沥青的相关技术指标进行测试，测试结果见表3。

表3实施例3低粘高性能改性沥青性能

实施例4

一种低粘高性能改性沥青，由如下重量百分比计的原料组成：

LG5013.8％，LG4113.0％，温拌剂2.2％，稳定剂0.2％，芳烃抽出油1.2％，PE改性剂0.4％，余下为IRPC 70#和壳牌70#按重量比1:1进行复配基质沥青89.2％；

该低粘高性能改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃左右，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。

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4制备的低粘高性能改性沥青的相关技术指标进行测试，测试结果见表4。

表4实施例4低粘高性能改性沥青性能

上述实施例1和实施例2均采用单一品牌基质沥青进行改性，由检测结果可以看出，实施例1符合低粘高性能改性沥青要求，但是改性剂用量已达到6.4％；实施例2老化后延度相对较差，但能满足低粘高性能改性沥青要求；施例3和实施例4采用复配基质沥青的办法，其指标都符合低粘高性能改性沥青的技术指标要求，而且对于采用单一基质沥青的实施例1还减少了改性剂，降低了生产成本，更容易在路面材料市场上推广和应用。

与传统高剂量的添加SBS或采用SBS与胶粉复合改性等其他技术手段对比可发现，本发明的高性能改性沥青在常规指标上更加优异，60℃动力粘度达到大于100000Pa.s，135℃运动粘度低于3.0Pa.s，老化后延度大于20cm，路用性能也达到SHARP(美国战略公路研究计划)等级PG82-22的技术要求，且本发明的储存稳定性更好；由此表明本发明的低粘高性能改性沥青粘度小，老化后延度高耐老化性能好，比普通改性沥青更具有良好的粘附性和施工拌和性，在路用性能上也具有较高等级；成本上本发明比添加高剂量SBS改性沥青更具有优质，施工上比采用SBS与胶粉复合改性的技术手段更加简易环保，具有更强的竞争优势和社会价值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，由如下重量百分比计的原料组成：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5～8％，温拌剂0.5～2％，稳定剂0.1～0.3％，芳烃抽出油1～3％，PE改性剂0.2～0.4％，其余为基质沥青。

2.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物包括线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为8～15万，所述星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为20～30万。

3.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述温拌剂的外观呈白色颗粒状，不溶于水，超过116℃可完全溶解于沥青。

4.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述稳定剂是由如下重量百分比计的原料组成：硫磺粉30～40％，增塑剂10～20％，石棉灰20％，轻质碳酸钙10％，炭黑20～25％。

5.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述PE改性剂为聚乙烯，其分子量为1～10万。

6.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述芳烃抽出油是一种以酯类、醇类、脂肪酸类化合物为主要成分的混合物，常温下为黑褐色或墨绿色粘稠状液体，100℃运动粘度为10～30pa.s。

7.根据权利要求1所述的一种低粘高性能改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为单一的70#基质沥青或者复配的70#基质沥青。

8.一种权利要求1～7中任意一项所述的低粘高性能改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将基质沥青加热至140℃，添加芳烃抽出油，充分搅拌循环30min；

(2)继续添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、PE改性剂及温拌剂，搅拌升温至180℃，在180～190℃下保温搅拌30min；

(3)在温度为180～190℃、剪切速率为4000r/min的条件下进行高速剪切1h；

(4)停止剪切30min后，在175～185℃下添加稳定剂再搅拌发育1h即可制得低粘高性能改性沥青成品。