CN110951268B - 一种高低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种高低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法。一种高低温性能优异的改性沥青组合物，由以下重量份数的原材料制成：沥青70~96份，线型或星型SBS改性剂3.0~7.0份，稳定剂0.1~1.0份，环烷油0.15~4.3份，矿物油0.05~4.0份，芳烃油0.1~6.0份，无定形硅铝0.1~1.0份，滑石粉0.1~1.0份。本发明制得的改性沥青具有高延度、高软化点、储存稳定、高弹性等优点，可以充分满足夏季高温且冬季低温地区高等级公路等工程建设的使用需求。

Description

一种高低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种高低温性能优异的改性沥青组合物及其制备方法。

背景技术

在亚热带或温带等一些海拔相对较高的山区或高原地区，夏季高温多雨且冬季气温可以低至零摄氏度以下，会出现冻雨或降雪等天气，此类地区的高速公路等工程建设中需要同时兼顾沥青路面的高、低温使用性能。开发具有良好的高低温性能的改性沥青对于满足气候复杂地区的高速公路路面要求或一些特殊的高等级路段的路面使用要求，具有重大的现实意义。

为提高寒冷地区沥青路面的开裂、变形等问题，专利CN 102585520A提供了一种适用于寒冷地区的沥青改性剂，具体包含聚丙烯、PVB聚乙烯醇缩丁醛、二辛酯、分散剂、触变剂、硅铝粉、聚乙烯等组分，可以有效地提高沥青混合料的强度、水稳定性和抗疲劳能力，作者并未公开基于该改性剂制备出的改性沥青的详细技术指标。

专利CN 106243748A提供了一种改性沥青的制备方法，可以提高沥青的高温稳定性、软化点以及黏结能力。该沥青制备过程中使用基质沥青、SBS、废旧胶粉及塑料、交联剂、相容剂、硅藻土、炭黑、氧化锌、滑石粉、酯类溶剂、尼龙纤维等。缺点是改性沥青使用的改性剂种类较多且部分改性剂需要前处理以及制备过程涉及超声作用，工艺复杂。

为了提高沥青路面的抗冲击荷载能力，专利CN 106336672A提供了一种改性沥青的制备方法。使用的改性剂包括石油树脂3~7%、聚乙烯蜡0.5~1.5%，SBS8~15%，环烷烃油0.1~1.5%以及稳定剂等。依次将各类改性剂间隔1~2 min加入到基质沥青中进行高速剪切，所得改性沥青软化点高达106℃，且老化后延度性能优异，可以延长路面使用周期，并提高驾车舒适性。该发明的缺点是聚合物改性剂使用量较大，产品成本较高。

车辙是高温或重载地区常见的路面病害之一，不仅会降低沥青公路面层强度，严重影响路面的平整度，影响行车安全，同时路面不平整会使得路面更容易积水，进而加剧路面水损害，进一步降低行车舒适性或行车安全。为了提高沥青路面的高温抗剪切性能，专利CN 106147256A提供了一种具有良好性能的抗车辙改性沥青，可以同时提高路面的防滑性和耐磨性。该沥青所使用的改性剂包括消泡剂、阳离子乳化沥青粉、偶氮二异丁腈、瓜尔豆胶、无规聚丙烯、水杨酸苯酯、二氧化锆、滑石粉、碳化硅晶须、烷基醚磺酸镁等等。该发明的缺点是涉及的改性剂种类繁多，且部分改性剂价格较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高、低温性能均优异的改性沥青组合物及其制备方法，制得的改性沥青具有延度高、软化点高、储存稳定、弹性高等优点，可以充分满足夏季高温且冬季低温地区高等级公路等工程建设的使用需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高低温性能优异的改性沥青组合物，由以下重量份数的原材料制成：基质沥青70~96份，线型或星型SBS改性剂3.0~7.0份，稳定剂0.1~1.0份，环烷油0.15~4.3份，矿物油0.05~4.0份，芳烃油0.1~6.0份，无定形硅铝0.1~1.0份，滑石粉0.1~1.0份。

其中，所述基质沥青为70号通用沥青，优选70号直馏沥青，其中饱和分含量为9~20wt%，芳香分含量为41~60wt%，胶质含量为10~17wt%，沥青质含量为8~15wt%，软化点为46~48℃，25℃针入度为65~69，蜡含量小于2.0wt%，10℃延度大于32cm，闪点大于300℃。

所述线型或星型SBS由PB（聚丁二烯）段和PS（聚苯乙烯）段组成，PB:PS嵌段比为7:3或6:4，分子量为17~32万。

所述稳定剂的主要成分是单质硫、不溶性硫、二硫代氨基甲酸盐中的一种或几种混合物，其中硫元素含量不小于45%。

所述环烷烃油的主要成分是单环烷烃，二环烷烃，多环烷烃中的一种或几种，优选单环烷烃，二环烷烃和三环烷烃中的一到两种或三者混合物，其中单环烷烃和二环烷烃的含量不小于80wt%。

所述矿物油的主要成分是直链或者含有支链的长链饱和烷烃混合物，各组分分子量集中在200~400g/mol。

所述芳烃油的主要成分是单环芳烃，双环芳烃，多环芳烃中的两种或多种混合物，优选单环芳烃，双环芳烃和三环芳烃中的两种或者三种混合物，其中单环芳烃和双环芳烃的含量不小于75%。

所述无定形硅铝中铝与硅的摩尔比值为80:20或60:40，孔体积为0.8~1.0 cm³/g。

所述滑石粉的主要成分是硅酸镁，粒径为300目，熔点为800 ℃。

所述改性沥青的生产工艺为：

（1）将基质沥青加热至135~150℃；

（2）同时按计量称取环烷油、矿物油、芳烃油。间隔3~5min依次加入基质沥青，间隔10~30min后称取计量的无定形硅铝、滑石粉依次加入上述沥青中。使用高速搅拌机进行高速搅拌，转速500~1000r/min；

（3）随后控制温度在175~190℃，在高速剪切条件下加入计量的SBS，剪切机转速为3000~10000r/min；

（3）剪切后加入计量的稳定剂，随后搅拌0.5~3.5 h，即可完成改性沥青的制备。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明制备改性沥青中所使用的各类油品或添加剂成本相对较低，且改性沥青发育时间较短可以在一定程度上降低能耗，有效控制改性沥青的生产成本。

（2）本发明制备的改性沥青具有延度高、软化点高、储存稳定、温度敏感性低等优点，可以充分满足夏季高温且冬季低温苛刻气候条件下的高速公路等工程建设的使用需求，可以大幅降低或缓解重载地区夏季路面车辙、冬季龟裂或疲劳开裂等路面病害问题，同时保证沥青在路面施工期储存期间不易发生离析等问题，方便施工。此外，本发明提供的一种改性沥青在混合料拌和温度区间黏度相对较低，具有良好的施工和易性。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

（1）一种改性沥青由以下质量份数的组分构成：70号基质沥青87.56份，稳定剂0.24份，线型SBS 4.2份，环烷油1.7份，矿物油0.6份，芳烃油4.8份，无定形硅铝0.35份，滑石粉0.57份。

（2）所述改性沥青的生产工艺为：首先将70号基质沥青加热至135℃；在高速搅拌条件下将计量称取的环烷油、矿物油、芳烃油间隔5min依次加入70号基质沥青。此后间隔10min将计量称取的无定形硅铝、滑石粉依次加入上述沥青中。高速搅拌机转速为800r/min；随后控制沥青温度在175℃，加入计量的SBS颗粒，使用高速剪切机进行高速剪切，剪切机转速4000 r/min；剪切后加入计量的稳定剂，随后搅拌1.0h，即可完成改性沥青的制备。

（3）性能检测

依据规程《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011，本实施例提供的一种改性沥青性能指标参数如下表1：

表1. 实施例1改性沥青性能指标

由表1可知，本发明制备的改性沥青软化点高达83.2℃，说明该改性沥青具有高温性能良好的优点。5℃延度高达39.7cm，且TFOT后沥青的5℃延度高达21.6cm，表明该改性沥青具有优秀的低温性能且在混合料拌和过程中不易被老化。此外该改性沥青弹性恢复率高达99%，表明该改性沥青具有很好的抗变形能力。48h贮存稳定性离析实验测试结果仅为0.2℃，充分说明该改性沥青具有良好的储存稳定性。135℃下的运动黏度仅为1.65 Pa·s，说明此改性沥青具有较好的施工和易性。

对比例1：不添加无定形硅铝及滑石粉的改性沥青

（1）一种改性沥青由以下质量份数的组分构成：70号基质沥青88.46份，稳定剂0.24份，线型SBS 4.2份，环烷油1.7份，矿物油0.6份，芳烃油4.8份。

（2）所述改性沥青的生产工艺为：首先将70号基质沥青加热至135℃；在高速搅拌机高速搅拌条件下，按计量称取环烷油、矿物油、芳烃油，间隔5 min依次加入70号基质沥青，搅拌机转速800r/min；随后控制沥青温度在175℃，加入计量的SBS颗粒，使用高速剪切机进行高速剪切，剪切机转速4000r/min；剪切后加入计量的稳定剂，随后搅拌1.0 h，即可完成改性沥青的制备。

（3）性能检测

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011，本实施例提供的一种改性沥青性能指标参数如下表2：

表2. 对比例1改性沥青性能指标

通过对比表1与表2中的测试结果可知，在环烷油、矿物油、芳烃油的帮助下，原样改性沥青及TFOT处理后改性沥青的5℃延度相比基质沥青均得到大幅提升，表明此时改性沥青具有良好的低温性能。在无定形硅铝及滑石粉的共同作用下，改性沥青的软化点可以进一步提高至83℃以上，且黏度可以控制在1.7 Pa·s以内，说明此时本专利发明的改性沥青沥青具有良好的高温性能及施工和易性。无定形硅铝存在较大的孔容，可以减少制备过程中外加油分及基质沥青中轻组分的挥发，使得SBS充分溶胀，最终提高改性沥青的低温延度及贮存稳定性。滑石粉的助流和抗黏等作用，可以帮助提高沥青在135℃的流动性，在混合料拌和碾压过程中方便施工。

对比例2：不添加环烷油、矿物油、芳烃油及无定形硅铝、滑石粉的改性沥青

（1）一种改性沥青由以下质量份数的组分构成：70号基质沥青95.56份，稳定剂0.24份，SBS 4.2份。

（2）所述改性沥青的生产工艺为：首先将70号基质沥青加热至135℃；按计量称取SBS并加入沥青中，控制沥青温度在175℃，使用高速剪切机进行高速剪切，剪切机转速4000r/min；剪切后加入计量的稳定剂，随后搅拌2 h，即可完成改性沥青的制备。

（3）性能检测

依据规程JTG E20-2011，本对比例提供的一种改性沥青性能指标参数如下表3：

表3. 对比例2改性沥青性能指标

由表3可知，在不添加其它油品的情况下，此时既定质量份数的SBS在基质沥青中的分散效果较差，导致制得的改性沥青具有较差的5℃延度和弹性恢复率。虽然此时沥青的软化点相对较高，但是黏度也相对较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种高低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于：由以下重量份数的原材料制成：基质沥青70~96份，线型或星型SBS改性剂3.0~7.0份，稳定剂0.1~1.0份，环烷油0.15~4.3份，矿物油0.05~4.0份，芳烃油0.1~6.0份，无定形硅铝0.1~1.0份，滑石粉0.1~1.0份；所述环烷烃油的主要成分是单环烷烃，二环烷烃，多环烷烃中的一种或几种；所述矿物油的主要成分是直链或者含有支链的长链饱和烷烃混合物，各组分分子量集中在200~400g/mol；所述芳烃油的主要成分是单环芳烃，双环芳烃，多环芳烃中的一种或多种混合物；

所述基质沥青为70号通用沥青，其中饱和分含量为9~20wt%，芳香分含量为41~60wt%，胶质含量为10~17wt%，沥青质含量为8~15wt%，软化点为46~48℃，25℃针入度为65~69，蜡含量小于2.0%，10℃延度大于32cm，闪点大于300℃。

2.根据权利要求1所述的一种高低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于：所述线型或星型SBS由聚丁二烯段PB和聚苯乙烯段PS组成，PB:PS嵌段比为7:3或6:4，分子量为17~32万。

3.根据权利要求1所述的一种高低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于：所述稳定剂的主要成分是单质硫、不溶性硫、二硫代氨基甲酸盐中的一种或几种，其中硫元素含量不小于45%。

4.根据权利要求1所述的一种高低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于：所述无定形硅铝中铝与硅的摩尔比值为80:20或60:40，孔体积为0.8~1.0 cm³/g。

5.根据权利要求1所述的一种高低温性能优异的改性沥青组合物，其特征在于：所述滑石粉的主要成分是硅酸镁，粒径为300目，熔点为800℃。

6.一种制备如权利要求1~5任一项所述高低温性能优异的改性沥青组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将基质沥青加热至135~150℃；

（2）同时按计量称取环烷油、矿物油、芳烃油；间隔3~5min依次加入基质沥青，间隔10~30 min后称取计量的无定形硅铝、滑石粉依次加入上述沥青中；使用高速搅拌机进行高速搅拌，转速500~1000r/min；

（3）随后控制温度在175~190℃，在高速剪切条件下加入计量的SBS，剪切机转速为3000~10000r/min；

（3）剪切后加入计量的稳定剂，随后搅拌0.5~3.5 h，完成改性沥青的制备。