CN110724387A

CN110724387A - 一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法

Info

Publication number: CN110724387A
Application number: CN201911071696.6A
Authority: CN
Inventors: 黄紫洋; 黄云雄; 张晓宇
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Normal University
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-01-24

Abstract

本发明公开了一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法，由以下重量比原料制成：基质沥青77%～89%、1#改性剂4%～7%、2#改性剂5%～8%、软化剂2%～8%、接枝相容剂1%‑1.5%、防老剂0.5%～0.6%、引发剂0.4%～0.5%。改性后的沥青其耐高温性能、防水性能、耐老化性能、抗永久变形能力、耐冲击性能、耐环境应力性能得到提升，同时，还能增强材料固化效果，降低固化时间，提高工程效率。体现在改性沥青的软化点可达95℃以上，针入度2.0～3.0 mm之间，5℃延度在20 cm以上，符合我国聚合物改性沥青三大性能指标的最低技术要求。

Description

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法，属于胶带的技术领域。

背景技术

随着汽车业和物流业的发展，大型、重载车辆与日俱增，面对如此情况，国家交通部在道路路面的性能指标也不得不逐步提高，不少公路沥青路面在投入使用之后的1～2年里就出现较为严重的路面损坏现象，如：坑槽、龟裂、沉陷、松散和裂纹等，尤其在一些常年高温地区和多雨水的地区，其沥青道路各种损坏现象越发严重，使用寿命大大缩短。沥青道路之所以会在短时间内出现较大程度损坏，很大一部分原因是因为沥青道路长期在高温下暴晒以及在雨水中浸泡，以往的沥青道路其耐高温性能与防水性能不足因而无法长时间使用，因此急需研发一种能够提高江南高温多雨地区沥青道路使用寿命的改性沥青修复材料显得十分迫切。

福建省地处祖国东南部、东海之滨，属亚热带湿润季风气候，西北有山脉阻挡寒风，东南又有海风调节，湿润为气候的显著特色，七月份25℃～40℃，极端最高气温为43.2℃；降水方面，年平均降水量1400～2000 mm，是一个典型的高温多雨地区。福建省地处江南地区，沥青路面一般需要承受60℃以上的高温，据报道，局部柏油路面在炎热的夏季，午后表面温度可达90℃。沥青属于黏弹性材料，在如此高温环境下，沥青由弹性体向塑性体转化，劲度模量大幅度降低，抗变形能力急剧下降，因此很容易造成路面的永久变形，同时强烈紫外线很容易使沥青材料与SBS改性剂降解，导致改性沥青老化，使用寿命大幅度下降（本申请通过添加UV-531作为防老剂成功解决该问题）。除此之外，江南地区夏季多雨，如果沥青道路在雨水中浸泡较长时间，会使局部路基受水浸泡后承载力降低，在动静荷载的作用下，路基滑动产生裂缝，这也是高温多雨地区的沥青道路使用寿命不长的另一个原因。目前国内外关于针对高温多雨环境下的改性沥青研究较为不足，在江南大部分高温多雨地区的沥青道路多数采用SBS改性沥青，其高温性能较好，但防水性能不足，因此本文通过对传统基质沥青进行复合改性，增强其耐高温、防水性能从而有效地提高其在江南高温多雨地区的沥青道路修复上的使用寿命。

当前研究表明，沥青改性是一个物理共混过程，当改性剂掺入基质沥青后，受沥青质中轻质组分的作用而溶胀，继而又发生溶解，改性剂由于经过溶胀和溶解两个过程才得以均匀地分散在沥青中。SBS，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，分子结构分为星型和线型，常见嵌段比S/B=30/70或40/60，是一种最为常见而且改性效果较好的一种，用SBS改性基质沥青的共混物是属于微观均相体系，使用SBS对基质沥青进行改性时，SBS吸收基质沥青中的部分油分，体积膨胀而发生溶胀，并形成聚合物连续相；另一部分油分则分散SBS相中，或是SBS吸收沥青中的部分轻质油分发生溶胀分散在沥青的连续相中，因此SBS改性沥青在耐高温性能、耐低温性能方面都能得到较大程度的改善（李志军，SBS改性沥青化学交联过程的微观结构和性能研究，当代化工,2007），但SBS价格较为昂贵，并且与基质沥青的相容性不是很好，与集料混合对路基的粘结力和防水性能也稍逊，这也是SBS改性沥青在国内发展较为缓慢的原因之一，因此本申请在降低SBS的掺量同时辅以价廉易得的EVA进行复合改性来降低成本，同时通过添加接枝相容剂马来酸酐与SBS接枝共聚来降低改性沥青离析程度，提高其与基质沥青相容性。EVA材料本身具有耐水性和耐高湿度环境性能，同时又具备很强的粘结性和粘附性，因此，由EVA改性的沥青能对混合料产生良好的耐热耐水特性。利用EVA来改性沥青，在一定程度上，当EVA加入量越多，当量软化点越高，针入度指数PI也增大，这都说明了热稳定性的提高；在掺加量的增加时，沥青的弹性也随之有很大改善，说明EVA改性后的沥青在高温稳定性以及弹性方面均有很显著的改善（沈化荣，吕伟民，EVA改性沥青的工艺特性与路用性能.石油沥青,1999）。据研究报道，EVA改性沥青混合料具有良好的高温抗水性能，其残留稳定度指标值相当高，可达98.3%～100%，48 h后的稳定度未发生弱化，仍然保持原先未浸水时的水平（郭青筠，EVA对沥青改性功能的研究，中国市政工程，1995），因此采用EVA改性沥青在提高其防水性能是一种理想的方法。

目前，申请公布号为CN105647207B的专利公开了一种耐高温的SBS改性沥青及其制备方法，它主要以线型SBS为改性剂，糠醛抽出油为相容剂以及改性沥青专用稳定剂混合搅拌，所制得的改性沥青软化点大于73℃，25℃针入度为4.0～6.0 mm，5℃延度大于20 cm。该发明采用单一改性剂改性沥青，虽然最高温度可达80℃左右，但对于江南地区夏季沥青路面软化点的要求仍然不够，而且在防水性能方面也略为不足，其次SBS价格昂贵，若只采用单一改性剂进行改性成本较高，并且在加工制作的时候，对加工剪切设备也要求较高。

其次，申请公布号为CN1493619A公开了通过掺加高分子蜡、SBS、硫化剂，与基质沥青制备改性沥青，该改性沥青软化点较高，并且施工性能和使用性能良好，但是其改性沥青软化点最大只有65℃，且高分子蜡的存在对改性沥青低温延度有一定的影响，因此抗裂性能方面不足。

再者，申请公布号为CN106928733A公开了通过掺加解交联结构发泡EVA与基质沥青制备改性沥青，该发明通过力化学作用破坏发泡EVA的交联结构使其被粉碎成细小颗粒进而可以在沥青中均匀分散，从而提高基质沥青与改性剂的相容性，进而提高改性效果。该发明降低了改性沥青的生产成本,有效提高了沥青的高低温性能,有利于延长沥青路面的使用寿命,而且解决了废弃交联发泡EVA难以回收利用的难题。但该发明需要在高剪切搅拌机下对混合料进行高速剪切搅拌，因此对加工设备要求较高，并且其改性沥青软化点最高也只有77.4℃，5℃延度均低于10 cm，可见其在低温抗裂性能方面仍较为不足。

最后，申请公布号为CN103232714A公开了一种高软化点SBS改性沥青，其采用的基质沥青为油砂和中海油原油掺炼所得，选用油砂为原料配制的改性沥青的软化点相对高，但是135℃下粘度过大，高达1900 Pa·s，由于其粘度大而产生施工困难，而且油砂在改性沥青领域应用不广泛，适用性不强。

因此传统的单一改性剂改性沥青已无法满足江南地区高温多雨的环境对沥青道路的要求，只有在降低SBS掺量的同时，辅助其他能够提高改性沥青防水性能的改性剂进行复合改性，是目前市场迫切需求的。

发明内容

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法，该改性沥青有耐高温、较好的抗车辙性能、耐磨性能，操作简便，特别适用于小型的沥青路面的修复操作。

本发明涉及一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，由以下重量比原料制成：

基质沥青77%～89%，1#改性剂4%～7%，2#改性剂5%～8%，软化剂2%～8%，接枝相容剂1%-1.5%、防老剂0.5%～0.6%、引发剂0.4%～0.5%；所述的1#改性剂为YH-188型SBS，所述的2#改性剂为EVA；所述的接枝相容剂为马来酸酐；所述的防老剂为紫外线吸收剂UV-531；所述的引发剂为过氧化二苯甲酞。

进一步的，所述的基质沥青为70#或90#道路沥青。

进一步的，所述的软化剂为环烷油。

进一步的，所述的1#改性剂的嵌段比S/B为30/70。

进一步的，所述2#改性剂的乙酸乙烯（VA）重量百分比含量为25%，否则熔融后改性效果较差；同时加热温度不高于250℃，不然会破坏乙烯-乙酸乙烯性能。

进一步的，所述的软化剂环烷油其闪点应保证高于240℃。

进一步的，所述的接枝相容剂马来酸酐与SBS接枝共聚，用于提高SBS改性剂与基质沥青相容性。

进一步的，所述的防老剂常用的有苯酰类和苯并三唑类抗氧化剂，除了延缓基质沥青老化，还能很好地解决SBS热塑性弹性体在紫外线下易降解变黄的问题。

进一步的，引发剂过氧化二苯甲酞除了增强材料固化效果，同时亦可降低固化时间，提高工程效率。

本发明还包括一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将沥青烧化，得到液态基质沥青；

（2）将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至240℃后恒温搅拌1.5 h，即得改性沥青路面修复材料。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供了一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料及其制备方法，在改性沥青中加入SBS和EVA高聚物改性剂，形成具有坚固的弹性空间网状结构，使体系具有非常好的弹性；添加紫外线吸收剂UV-531作为防老剂，除了延缓基质沥青老化，还能很好地解决SBS热塑性弹性体在紫外线下易降解变黄的问题，提高改性沥青使用寿命；添加接枝相容剂马来酸酐与SBS接枝共聚，可以提高SBS改性剂与基质沥青相容性，解决长久以来SBS与沥青相容性差的缺点。

2、本发明添加SBS/EVA复合改性沥青，使改性沥青的耐高温性能、防水性能得到很大幅度的提升，同时还具备良好的抗震性能、抗车辙性能和耐磨性能，并且粘结性强，能与路基稳固结合，有效地解决现存修复材料修补后易脱落的问题；其中添加无毒害的环烷油取代芳烃油，起到环保作用，便于加工，提高效率，降低能耗。

3、本发明2#改性剂EVA价廉易得，加入改性沥青中能形成空间网状结构，使体系具有良好的弹性，有效地提高行车效率和速度，具有优越的防水性能，能够很好地弥补传统SBS改性沥青防水性能不足的缺陷

4、本发明的制作方法简单方便，对制作设备要求不高，能较大程度地降低能耗，适合一定规模的现场实际应用。

5、本发明实验研究结果表明，该产品其软化点在90℃以上，针入度2.0～3.0 mm之间，5℃延度在20 cm以上，完全符合我国聚合物改性沥青三大性能指标的最低技术要求[针入度（25℃，60 g，5 s）≤30×10^-1 mm、软化点（℃）≥60、延度（5℃，5 cm/min）/cm≥20]，因此该产品完全适用于福建省等江南地区高温多雨的沥青路面的修复。

具体实施方式

以下是本发明的几个实施例，进一步说明本发明，但本发明不仅限于此。

实施例一：

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，包括按重量计算的各组分比例：“里顿牌”70#基质沥青77%，1#改性剂4%，2#改性剂8%，软化剂8%，接枝相容剂1.5%、防老剂0.6%、引发剂0.5%、反应温度240℃，反应时间2 h。其中，1#改性剂为YH-188型，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，嵌段比S/B为30/70；2#改性剂为EVA，即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其VA重量百分比含量为25%；软化剂剂为环烷油；接枝相容剂为马来酸酐；防老剂为紫外线吸收剂UV-531；引发剂为过氧化二苯甲酞。

上述的适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制作方法，包括以下步骤，首先按上述配方称取各组分，使用液化气将70#A级道路沥青烧化，得到液态基质沥青，然后在SCZL-3A型智能控温磁力搅拌器中将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至240℃后恒温搅拌2 h，即得改性沥青路面修复材料。所得样品使用厂家为浙江土工仪器制造有限公司生产STLL-7型红外线全自动沥青软化点测定仪、STLZ-5型自动沥青针入度仪、STYD-7型自动制冷沥青延伸度仪，分别对样品的软化点达96.5℃、25℃的针入度为2.90 mm、5℃的延度为32.8 cm。

实施例二：

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，包括按重量计算的各组分比例：“里顿牌”70#基质沥青84%，1#改性剂5%，2#改性剂6%，软化剂2%，接枝相容剂1.5%、防老剂0.6%、引发剂0.5%、反应温度240℃，反应时间1.5 h。其中，1#改性剂为YH-188型，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，嵌段比S/B为30/70；2#改性剂为EVA，即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其VA重量百分比含量为25%；软化剂剂为环烷油；接枝相容剂为马来酸酐；防老剂为紫外线吸收剂UV-531；引发剂为过氧化二苯甲酞。

上述的适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制作方法，包括以下步骤，首先按上述配方称取各组分，使用液化气将70#A级道路沥青烧化，得到液态基质沥青，然后在SCZL-3A型智能控温磁力搅拌器中将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至240℃后恒温搅拌1.5 h，即得改性沥青路面修复材料。所得样品使用厂家为浙江土工仪器制造有限公司生产STLL-7型红外线全自动沥青软化点测定仪、STLZ-5型自动沥青针入度仪、STYD-7型自动制冷沥青延伸度仪，分别对样品的软化点达96.7℃、25℃的针入度为2.12 mm、5℃的延度为29.5 cm。

实施例三：

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，包括按重量计算的各组分比例：“里顿牌”70#基质沥青80%，1#改性剂7%，2#改性剂8%，软化剂2%，接枝相容剂1.5%、防老剂0.6%、引发剂0.5%、反应温度220℃，反应时间1 h。其中，1#改性剂为YH-188型，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，嵌段比S/B为30/70；2#改性剂为EVA，即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其VA重量百分比含量为25%；软化剂剂为环烷油；接枝相容剂为马来酸酐；防老剂为紫外线吸收剂UV-531；引发剂为过氧化二苯甲酞。

上述的适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制作方法，包括以下步骤，首先按上述配方称取各组分，使用液化气将70#A级道路沥青烧化，得到液态基质沥青，然后在SCZL-3A型智能控温磁力搅拌器中将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至220℃后恒温搅拌1 h，即得改性沥青路面修复材料。所得样品使用厂家为浙江土工仪器制造有限公司生产STLL-7型红外线全自动沥青软化点测定仪、STLZ-5型自动沥青针入度仪、STYD-7型自动制冷沥青延伸度仪，分别对样品的软化点达93.3℃、25℃的针入度为2.26mm、5℃的延度为30.5cm。

实施例四：

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，包括按重量计算的各组分比例：“里顿牌”70#基质沥青83%，1#改性剂6%，2#改性剂7%，软化剂2%，接枝相容剂1.5%、防老剂0.6%、引发剂0.5%、反应温度200℃，反应时间2 h。其中，1#改性剂为YH-188型，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，嵌段比S/B为30/70；2#改性剂为EVA，即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其VA重量百分比含量为25%；软化剂剂为环烷油；接枝相容剂为马来酸酐；防老剂为紫外线吸收剂UV-531；引发剂为过氧化二苯甲酞。

上述的适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制作方法，包括以下步骤，首先按上述配方称取各组分，使用液化气将70#A级道路沥青烧化，得到液态基质沥青，然后在SCZL-3A型智能控温磁力搅拌器中将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至200℃后恒温搅拌2 h，即得改性沥青路面修复材料。所得样品使用厂家为浙江土工仪器制造有限公司生产STLL-7型红外线全自动沥青软化点测定仪、STLZ-5型自动沥青针入度仪、STYD-7型自动制冷沥青延伸度仪，分别对样品的软化点达91.2℃、25℃的针入度为2.75mm、5℃的延度为25.5cm。

实施例五：

一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，包括按重量计算的各组分比例：“里顿牌”70#基质沥青80%，1#改性剂5%，2#改性剂5%，软化剂4%，接枝相容剂1.5%、防老剂0.6%、引发剂0.5%、反应温度220℃，反应时间2 h。其中，1#改性剂为YH-188型，即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，嵌段比S/B为30/70；2#改性剂为EVA，即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其VA重量百分比含量为25%；软化剂剂为环烷油；接枝相容剂为马来酸酐；防老剂为紫外线吸收剂UV-531；引发剂为过氧化二苯甲酞。

上述的适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制作方法，包括以下步骤，首先按上述配方称取各组分，使用液化气将70#A级道路沥青烧化，得到液态基质沥青，然后在SCZL-3A型智能控温磁力搅拌器中将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10min后，将搅拌速度升至1500～2000r/min，再升温至220℃后恒温搅拌2 h，即得改性沥青路面修复材料。所得样品使用厂家为浙江土工仪器制造有限公司生产STLL-7型红外线全自动沥青软化点测定仪、STLZ-5型自动沥青针入度仪、STYD-7型自动制冷沥青延伸度仪，分别对样品的软化点达90.5℃、25℃的针入度为2.45 mm、5℃的延度为25.6 cm。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于，由以下重量比原料制成：

基质沥青77%～89%，1#改性剂4%～7%，2#改性剂5%～8%，软化剂2%～8%，接枝相容剂1%-1.5%、防老剂0.5%～0.6%和引发剂0.4%～0.5%；所述的1#改性剂为YH-188型SBS，所述的2#改性剂为EVA；所述的接枝相容剂为马来酸酐。

2.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述的基质沥青为70#道路沥青或90#道路沥青。

3.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述的软化剂为环烷油。

4.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述的1#改性剂的嵌段比S/B为30/70。

5.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述2#改性剂的乙酸乙烯重量百分比含量为25%。

6.如权利要求2所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述环烷油闪点高于240℃。

7.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述的引发剂为过氧化二苯甲酞。

8.如权利要求1所述的一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料，其特征在于：所述防老剂为UV-531。

9.一种适用于高温多雨地区的改性沥青路面修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将沥青烧化，得到液态基质沥青；

（2）将基质沥青加热至150℃，搅拌条件下加入1#改性剂，2#改性剂，软化剂，接枝相容剂、防老剂和引发剂，搅拌速率为800～1000 r/min，然后将其升温至180℃，整体恒定180℃，继续搅拌10 min后，将搅拌速度升至1500～2000 r/min，再升温至240℃后恒温搅拌1.5h，即得改性沥青路面修复材料。