CN111286207A - 一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物及其制备方法,该组合物的原料包括以下重量份含量的组分:沥青100,苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)1‑5,硫磺0.1‑1,石油树脂1‑6,丁苯橡胶(SBR)0.1‑3,多聚磷酸(PPA)0.1‑2,聚乙烯蜡2‑8,橡胶油2‑12。与现有技术相比,本发明的薄层罩面用高粘附性改性沥青软化点较高,大于80℃,同时135℃黏度小于1.5Pa·s,粘附性能好,肯塔堡飞散试验结果均小于5%,可以用作温拌薄层罩面沥青胶结料;具有稳定性好、耐老化、高温性能好、路用性能好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程中薄层罩面用改性沥青技术领域,尤其是涉及一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物及其制备方法。
背景技术
薄层罩面是目前预防应养护手段中最有效的一种实施方式,通过在原路面基础上直接加铺一层沥青混凝土面层可以有效地改善路面质量,从而提升路面服务水平。薄层罩面混合料的核心为沥青胶结料,目前用于薄层罩面的沥青多数为高粘度改性沥青,通常混合料生产温度达180℃以上,较高的生产拌和温度不仅消耗大量的能源资源,而且沥青在高温下容易发生老化,从而使混合料性能下降。
温拌沥青的原理,是通过降低沥青的粘度,从而使沥青在较低温度下拥有良好的施工性能,起到温拌效果,大量的研究与工程经验表明,温拌沥青的抗水损害能力不足。虽然温拌剂加入后,沥青的软化点提升,然而高温稳定性提高的并不明显,因此对于薄层罩面来説采用传统的温拌剂直接添加进改性沥青当中无法满足薄层罩面需求,需要同其他改性剂结合使用,来提升沥青胶结料的各项性能指标。从而使薄层罩面混合料具有良好的路用性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的大多数热拌薄层罩面混合料沥青胶结料生产拌和温度过高的缺陷而提供一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物及其制备方法,同时使混合料具有良好的路用性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其原料包括以下重量份含量的组分:
本发明的改性沥青,首先添加了传统的沥青改性剂,包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)与丁苯橡胶(SBR),充分保证了沥青的粘弹性特征,使其高温稳定性得到一定的保证,同时添加了石油树脂,可以提升沥青的韧性,使其在粘接集料后能承受较大的荷载而不发生剥离。
硫磺、多聚磷酸、丁苯橡胶、聚乙烯蜡与橡胶油的协同配合使用是本发明配方的关键,本发明改性沥青中添加了硫磺,作为稳定剂使SBS与沥青更好地相容从而不发生离析,加入多聚磷酸(PPA)能有益于沥青高温性能的提升,使混合料高温性能得到提高,同时也增加了丁苯橡胶(SBR)与沥青的相融稳定性。改性沥青中加入聚乙烯蜡与橡胶油,聚乙烯蜡的加入可以降低沥青的粘度从而起到温拌效果,同时也能提升沥青的软化点,而橡胶油的加入也具有一定的降粘作用,同时也使沥青具有更好的耐长期老化性能。
发明过程中发现,当硫磺添加量超过1份重量分数时,沥青的粘稠度大大增加,从而降低了沥青混合料的施工和易性,而多聚磷酸重量份数超过2份时,沥青混合料的疲劳性能以及抗水损害能力大大降低,适量的硫磺和多聚磷酸一方面能改善沥青的存储稳定性,使其不发生离析,另一方面也能对高温性能有所提高。当丁苯橡胶添加量超过3份重量份数时,沥青容易产生脆断的情况,而石油树脂重量份数超过6份时,沥青的粘度会显著增大,从而降低沥青混合料的施工和易性,适量的丁苯橡胶和石油树脂能提升沥青的黏韧性,从而使得混合料具有良好的抵抗松散破坏的能力。当聚乙烯蜡添加量超过8个重量份数时,沥青混合料的抗水损害能力会下降,而橡胶油添加量超过12份时,沥青的高温性能会降低,无法满足要求。适量的聚乙烯蜡和橡胶油的加入能有效降低沥青的粘度,从而使沥青混合料能在较低的温度下进行施工,起到温拌的效果。
所述的沥青为石油沥青,其针入度为30-500dmm。
本发明中的沥青可以为各种石油沥青,作为优选的技术方案,所述沥青为常用的70号石油沥青。
所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物为线型结构,其数均分子量为8万-12万。
所述的石油树脂的数均分子量为300-3000,软化点为90℃-120℃。
石油树脂优选为C5石油树脂。
所述的丁苯橡胶中丁二烯含量为60%-80%,该丁苯橡胶的数均分子量为20万-30万。
所述的多聚磷酸中H3PO4含量不低于115%。
所述的聚乙烯蜡的数均分子量为1000-10000,其软化点在100℃-150℃。
所述的橡胶油为闪点在210℃以上的芳香基橡胶油。
本发明还提供了上述温拌薄层罩面用改性沥青组合物的制备方法,包括以下步骤:
将沥青加热至160~170℃,加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和丁苯橡胶,在转速为3000~4000转/分的条件下高速剪切搅拌30~40分钟获得混合物料;
向上述混合物料中加入硫磺、石油树脂、多聚磷酸、聚乙烯蜡和橡胶油,在转速为300~500转/分的条件下将物料搅拌混合30~40分钟得到所述的温拌薄层罩面用改性沥青组合物。
本发明的改性沥青组合物制备方法,操作简单,易于实现,通过该方法制备出来的改性沥青外观均一,无离析现象发生,性能稳定。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明的温拌薄层罩面用改性沥青组合物,软化点较高,大于80℃,同时135℃粘度较低,小于1.5Pa·s,胶结料粘附性能较好;
(2)本发明的温拌薄层罩面用改性沥青,其混合料性能优异,肯塔堡飞散试验结果小于5%,车辙试验结果动稳定度大于4000次/mm;
(3)本发明所述的温拌薄层罩面用改性沥青,具有良好的施工性能,其混合料在135℃以下的施工性能较好;
(4)制备方法简单、易于实现。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,制备方法如下:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)1-5,硫磺0.1-1,石油树脂1-6,丁苯橡胶(SBR)0.1-3,多聚磷酸(PPA)0.1-2,聚乙烯蜡2-8,橡胶油2-12;其中,沥青为各种石油沥青,针入度从30-500dmm;苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物为线型结构,数均分子量为8万-12万;石油树脂分子量在300-3000,软化点介于90℃-120℃;丁苯橡胶为丁二烯含量为60%-80%,数均分子量为20万-30万;聚乙烯蜡数均分子量在1000-10000,软化点在100℃-150℃;橡胶油为芳香基橡胶油,闪点在210℃以上。
(2)将基质沥青加热至160~170℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高。
(3)缓慢加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切30~40min,剪切速率为3000~4000r/min,使改性剂充分融化分散。
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌30~40min,搅拌速率为300~500r/min。即得本发明所述温拌薄层罩面用改性沥青。
以下除非说明,所用沥青均为埃索70号道路用石油沥青,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS),丁苯橡胶(SBR)、石油树脂与橡胶油均为中国石化公司生产,聚乙烯蜡为泰国聚乙烯有限公司(TPE)生产,多聚磷酸(PPA)为南京松冠生物科技有限公司生产,硫磺为四川大树硫磺厂生产。
以下为本发明的具体实施过程:
实施例1
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其制备方法为:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)3,硫磺0.5,石油树脂3,丁苯橡胶(SBR)3,多聚磷酸(PPA)0.5,聚乙烯蜡6,橡胶油8;
(2)将沥青加热至160℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高;
(3)像沥青中加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切搅拌30min,剪切速率为4000r/min,使改性剂充分融化分散;
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌30min,搅拌速率为300r/min,待所有组分均匀混和完成即可制得温拌薄层罩面用改性沥青。
实施例2
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其制备方法为:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)5,硫磺0.5,石油树脂2,丁苯橡胶(SBR)2,多聚磷酸(PPA)1.0,聚乙烯蜡8,橡胶油4;
(2)将沥青加热至160℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高;
(3)像沥青中加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切搅拌30min,剪切速率为4000r/min,使改性剂充分融化分散;
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌30min,搅拌速率为300r/min,待所有组分均匀混和完成即可制得温拌薄层罩面用改性沥青。
实施例3
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其制备方法为:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)2,硫磺0.5,石油树脂5,丁苯橡胶(SBR)3,多聚磷酸(PPA)1.5,聚乙烯蜡8,橡胶油6;
(2)将沥青加热至160℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高;
(3)像沥青中加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切搅拌30min,剪切速率为4000r/min,使改性剂充分融化分散;
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌30min,搅拌速率为300r/min,待所有组分均匀混和完成即可制得温拌薄层罩面用改性沥青。
实施例4
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其制备方法为:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)1,硫磺0.1,石油树脂1,丁苯橡胶(SBR)0.1,多聚磷酸(PPA)0.1,聚乙烯蜡2,橡胶油2;
(2)将沥青加热至170℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高;
(3)像沥青中加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切搅拌40min,剪切速率为3000r/min,使改性剂充分融化分散;
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌40min,搅拌速率为500r/min,待所有组分均匀混和完成即可制得温拌薄层罩面用改性沥青。
实施例5
一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其制备方法为:
(1)按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)5,硫磺1,石油树脂6,丁苯橡胶(SBR)3,多聚磷酸(PPA)2,聚乙烯蜡8,橡胶油12;
(2)将沥青加热至160℃,加热过程中不断搅拌使温度均匀升高;
(3)像沥青中加入SBS与SBR,待这两种组分全部加入后,高速剪切搅拌30min,剪切速率为4000r/min,使改性剂充分融化分散;
(4)缓慢加入其他各组分,待所有组分添加完毕后,搅拌30min,搅拌速率为300r/min,待所有组分均匀混和完成即可制得温拌薄层罩面用改性沥青。
对比例1
一种改性沥青,其制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于原料组分的配方,本对比例按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)3,硫磺0.5,石油树脂3,丁苯橡胶(SBR)3,多聚磷酸(PPA)1.5,聚乙烯蜡0,橡胶油0。
对比例2
一种改性沥青,其制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于原料组分的配方,本对比例按照各组分重量比例称重:沥青100,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)3,硫磺0,石油树脂3,丁苯橡胶(SBR)3,多聚磷酸(PPA)0,聚乙烯蜡6,橡胶油8。
根据规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011),对实施例1~3和对比例1~2制备完成的沥青进行性能测试,包括针入度、软化点、延度、135℃粘度、离析软化点差以及薄膜烘箱老化试验。测试结果见表一。
表一沥青检测结果
上述三个实例沥青的135℃粘度均小于1.5Pa·s,对比例1由于未添加聚乙烯蜡,因此粘度较大,表明聚乙烯蜡有降粘的作用。
实施例中的离析软化点差均小于2℃,说明沥青的存储稳定性良好,而对比例2中由于没有添加硫磺稳定剂以及PPA,存在离析问题。
老化试验结果表明,三个实例沥青的耐老化性能良好,而对比例中没有添加橡胶油,质量损失较多,老化性能较差。同时上述三个实例沥青软化点均大于80℃,高温性能较好,表明添加适当的添加剂并没有较大影响沥青的高温性能。
将上述实施例1~3与对比例1~2沥青拌和混合料,并进行性能检验,包括车辙性能和抗松散性能,结果如表二:
表二混合料检测结果
项目 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 对比例1 | 对比例2 |
车辙动稳定度(次/mm) | 6730 | 6650 | 6830 | 5430 | 6432 |
肯塔堡飞散损失(%) | 3.5 | 4.2 | 4.7 | 7.8 | 5.6 |
混合料检测结果表明,实施例1~2的改性沥青的车辙动稳定度均大于6000次/mm,高温稳定性能很好,远高于规范标准。而肯塔堡飞散损失也小于5%,抗松散性能良好。而对比例的改性沥青车辙动稳定度较差并且肯塔堡飞散损失较多,其路用性能较差。
综上所述,本发明的温拌薄层罩面用改性沥青组合物,软化点较高,大于80℃,同时135℃粘度较低,小于1.5Pa·s,胶结料粘附性能较好。本发明的温拌薄层罩面用改性沥青,其混合料性能优异,肯塔堡飞散试验结果小于5%,车辙试验结果动稳定度大于4000次/mm。本发明所述的温拌薄层罩面用改性沥青,具有良好的施工性能,其混合料在135℃以下的施工性能较好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的沥青为石油沥青,其针入度为30-500dmm。
3.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物为线型结构,其数均分子量为8万-12万。
4.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的石油树脂的数均分子量为300-3000,软化点为90℃-120℃。
5.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的丁苯橡胶中丁二烯含量为60%-80%,该丁苯橡胶的数均分子量为20万-30万。
6.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的多聚磷酸中H3PO4含量不低于115%。
7.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的聚乙烯蜡的数均分子量为1000-10000,其软化点在100℃-150℃。
8.根据权利要求1所述的一种温拌薄层罩面用改性沥青组合物,其特征在于,所述的橡胶油为闪点在210℃以上的芳香基橡胶油。
9.一种如权利要求1所述的温拌薄层罩面用改性沥青组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将沥青加热至160~170℃,加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和丁苯橡胶,在转速为3000~4000转/分的条件下高速剪切搅拌30~40分钟获得混合物料;
向上述混合物料中加入硫磺、石油树脂、多聚磷酸、聚乙烯蜡和橡胶油,在转速为300~500转/分的条件下将物料搅拌混合30~40分钟得到所述的温拌薄层罩面用改性沥青组合物。
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