CN111518403B

CN111518403B - 一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN111518403B
Application number: CN202010394863.7A
Authority: CN
Inventors: 张超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: CN111518403A

Abstract

本发明属于道路沥青混合料改性剂领域，具体涉及一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒及其制备方法。将聚合物原料与普通石油沥青通过胶体磨工艺进行均匀分散，而后与熔融湖沥青进行高速剪切混融，将混融物通过钢带造粒设备制得扁球体颗粒，形成满足直投拌和工艺快融需要的复合改性剂。本发明的复合改性剂颗粒无需添加稳定剂等额外辅助材料，适宜粒径的扁球体形状具有较大的比表面积，直投操作十分方便，并能在沥青混合料拌和过程中快速吸收高温石料的热量，不增加拌和时间，彻底快速分散，可充分发挥湖沥青改性和聚合物改性的双效叠加作用，全面提高沥青路面的抗车辙、抗水损、抗开裂和抗老化性能，提升路面使用质量，延长路面使用寿命。

Description

一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路沥青混合料沥青复合改性剂颗粒及其制备方法，尤其涉及一种以石油沥青和湖沥青两种沥青物质为基础的聚合物复合改性剂颗粒及其制备方法，属于道路沥青混合料改性剂领域。

背景技术

随着沥青混凝土路面应用数量的增加，在新建工程以及改建养护工程中优质改性沥青的用量日益增加，成为重要的基础建筑材料。改性沥青生产通常采用以SBS为代表的聚合物改性和以湖沥青为代表的天然沥青改性，其中聚合物湿法改性在费用投入、产品质量和生产管理等方面均存在无法解决的问题：生产费用高，制品离析质量不稳定，高价聚合物掺量比例不足等；常规湖沥青现场混融改性也受到工艺能耗、场地占用和额外工序的限制，无法在小规模项目和无法增加额外设备的项目中推广应用。近年来直投式沥青改性技术不断发展，以SBS成分为主的直投式改性工艺逐步得到广泛认可和应用，但是由于SBS成分颗粒在拌和楼直投工艺中受到拌和时间、添加顺序等限制，无法复现工厂湿法SBS改性沥青均匀分散、发育溶胀、交联成网的过程，聚合物改性原理失去依据，实际也达不到传统常规湿法SBS改性的效果。

现有试验研究和工程应用表明，单纯的湿法SBS改性沥青混合料和单纯的湖沥青改性沥青混合料均具有良好的沥青混合料性能改善效果，当二者复合使用进行沥青改性时，更能产生双效叠加效应，大幅度全面提高道路沥青混合料的使用性能。湖沥青与沥青混合料中的沥青为同类材料，天然具有预融合、预分散聚合物改性剂的媒介作用与同性优势，将其与SBS、SBR等聚合物改性剂进行复合造粒，制成方便直投和快速熔融的扁球体颗粒形状，以干法直投工艺进行沥青混合料改性生产，能够均匀分散至石料中间，在不增加拌和时间的情况下吸热融化并预裹附于石料表面，最大限度地实现聚合物湿法工厂的改性效果、发挥湖沥青改性的作用，提高改性沥青混合料生产效率，并具有性能质量稳定、储存运输方便、使用拌和简单、改性作用充分等产品优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种道路沥青混合料直投快融复合改性剂，基于石油沥青、湖沥青与常规沥青的同类同质特性，以及火山灰颗粒不适宜胶磨的材料特点，分步骤先后采用胶体磨工艺和剪切工艺，生产直径5-10mm、厚度2-4mm的扁球体适宜颗粒，最大程度满足拌和楼直投应用时均匀分散与快速熔融的技术要求，同步达到湖沥青改性和聚合物改性的双重效果，生产更优性能的改性沥青混合料。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒，其以石油沥青和湖沥青两种沥青物质为分散基础，融入聚合物材料，形成与常规沥青粘结料完全同质的复合改性剂，其中重量比的组分组成：聚合物原料5～20份,石油沥青5～20份，湖沥青60～90份。

进一步地，所述聚合物原料为苯乙烯—丁二烯—橡胶SBR胶乳、苯乙烯—丁二烯—橡胶SBR聚合物或苯乙烯—丁二烯—苯乙烯SBS聚合物的一种或二种。

进一步地，所述石油沥青为原油炼化的普通沥青产品，针入度不小于60dmm，溶解度不小于99.5%。

进一步地，所述湖沥青为天然湖沥青，其针入度为0～5dmm，软化点不小于90℃，灰分含量为33～38%，25℃密度为1.3～1.5g/cm³。

一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒的制备方法，具体是先将聚合物与溶解度高的石油沥青采用高效的胶体磨工艺进行均匀分散，然后采用剪切工艺将其与含有火山灰颗粒的湖沥青进行混融，制得适宜粒径的直投应用颗粒；具体包括以下步骤：

（1）将聚合物原料与石油沥青按照重量份比例在140℃～150℃条件下采用胶体磨工艺进行高效快速均匀分散，溶胀发育，制得高掺量聚合物分散体。

（2）将湖沥青加热至160～170℃，加入温度为150℃～180℃的步骤一所制得的高掺量聚合物分散体，采用高速剪切机搅拌剪切10～30min，得到充分混融的混合物。

（3）将温度为150～170℃的混融混合物加入到钢带造粒机中，制造均匀大小的扁球体颗粒，冷却降温至50℃以下，收集包装即得直投快融复合改性剂颗粒。其中扁球体颗粒直径为5-10mm，厚度为2-4mm。

其中步骤（1）中按重量比计，聚合物原料与石油沥青的质量比为（30～60）：（30～70）。

其中步骤（2）中按重量比计，湖沥青与高掺量聚合物分散体的质量比为（65～95）：（5～35）。

本发明的优点和有益技术效果如下：

（1）本发明的复合改性剂颗粒包含聚合物和天然湖沥青两类沥青改性成分，当对沥青混合料进行改性时，既改善沥青材料的不同组分构成，还发挥聚合物改性组分的网络结构作用，从两个不同方面同时对沥青混合料的使用性能进行改进。

（2）本发明的复合改性剂颗粒中分散剂的石油沥青和湖沥青均为沥青类物质，与沥青混合料中的沥青粘结料同类同质，改性剂本身在直投拌和过程中可先行发挥沥青与石料预裹附的作用，并在拌和剪切作用下由沥青成分带动颗粒中的聚合物改性剂成分均匀裹附石料表面，短时间内实现完整充分的双重改性。

（3）本发明的复合改性剂颗粒中的聚合物改性剂经预分散和预混融工艺，成品各个颗粒中封存的聚合物改性组分以相同于湿法聚合物改性沥青中的状态存在，实现了“干法投放、湿法效果”的更高技术性能，双效叠加作用显著。

（4）本发明的复合改性剂颗粒为扁球体形状，直径5-10mm、厚度2-4mm，不但有利于直投时均分分散至拌缸中的石料中间，还以较大的比表面积参数实现工业化生产，实现颗粒对外界热量的快速吸收，达到快速融化、快速裹附的效果，不对原有沥青混合料的拌和生产效率产生不利影响。

附图说明

图1为扁球体沥青混合料复合改性剂颗粒成品照片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例说明本发明的直投快融复合改性剂颗粒的效果，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：

（1）将15份SBS聚合物原料,普通石油沥青（针入度65dmm，软化点48℃，溶解度99.8%）15份，在140℃～150℃条件下采用胶体磨工艺进行高效快速均匀分散，溶胀发育，制得高掺量聚合物分散体。将湖沥青（针入度为3dmm，软化点95℃，灰分含量35.5%，25℃密度为1.38g/cm³）70份加热至160℃，与温度为160℃前述高掺量聚合物分散体，采用高速剪切机搅拌剪切15min，得到充分混融的混合物，加入到钢带造粒机中，制作平均粒径5mm、平均厚度3mm的扁球体颗粒，降温至23℃，获得本发明直投快融复合改性剂颗粒。

对比例1

将60份催化裂化油浆相容剂加热至160℃，进入到高速剪切搅拌机中，设定转速1000rpm，加入35份的SBS聚合物原料、5份多聚磷酸稳定剂，保温剪切搅拌45分钟，发育3小时，制得高掺量聚合物分散体。

将90份天然湖沥青（针入度为3dmm，软化点95℃，灰分含量35.5%，25℃密度为1.38g/cm³）加热至160℃并保温4小时，加入10份温度为160℃的高掺量聚合物分散体，混融搅拌15分钟，形成均匀的预分散混合物。

将预分散混合物加入钢带造粒机设备，制作平均粒径5mm、平均厚度3mm的扁球体颗粒，降温至23℃，获得与本发明不同的、添加了相容剂和稳定剂的对比复合改性剂颗粒。

产品性能测试一

按集料1000份、70号石油沥青（针入度65dmm，软化点48℃，溶解度99.8%）35份、上述本发明复合改性剂颗粒（实施例1）和对比复合改性剂颗粒（对比例1）各20份的比例；在实验室内将AC-20型沥青混合料级配的各档集料加热到175～185℃，按设计比例加入1000份集料到拌缸中，分别加入20份本发明复合改性剂颗粒和对比复合改性剂颗粒各搅拌90秒，加入35份145℃的70号石油沥青，继续搅拌90秒，加入矿粉，再拌和90秒，制得两种不同的直投复合改性沥青混合料。

同时采用70号石油沥青、I-D级SBS改性沥青同样制得AC-20沥青混合料，按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）方法对比进行性能检测，数据结果列于下表。

表1 本发明复合改性沥青混合料与其他沥青混合料性能对比

试验数据表明，本发明复合改性沥青混合料相关路用性能指标得到明显提高，相比采用相容剂和稳定剂的直投复合改性工艺，各项沥青性能指标均有一定的提高，尤其是动稳定度指标显著提高了22.4%；相比普通70号沥青混合料或者单一的SBS改性沥青混合料，在高温稳定性能、抗水损害性能以及低温抗裂性能方面更有大幅度的提高。数据表明，采用石油沥青和湖沥青两种沥青物质为基础，生产的复合改性剂减少了稳定剂等辅助材料对性能的不利影响，也比采用相容剂方案生产的复合改性剂在性能改善上有更好的效果。

实施例2

按实施例1制得本发明的直投快融复合改性剂颗粒产品，呈平均粒径5mm、平均厚度3mm扁球体。

对比例2

按实施例1制得本发明的复合改性剂混融混合物，降温至5℃按粒径不大于10mm控制进行破碎，破碎颗粒平均粒径约8mm，多为不规则块状，以获得破碎颗粒作为本发明钢带造粒工艺扁球体颗粒的对比产品。

产品性能测试二

按集料1000份、70号石油沥青（针入度65dmm，软化点48℃，溶解度99.8%）35份、上述本发明复合改性剂扁球体颗粒（实施例2）和对比复合改性剂破碎颗粒（对比例2）各20份的比例；在实验室内将AC-20型沥青混合料级配的各档集料加热到175～185℃，按设计比例加入1000份集料到拌缸中，分别加入20份扁球体颗粒和破碎颗粒，各搅拌30秒，加入35份145℃的70号石油沥青，继续搅拌90秒，加入矿粉，再拌和90秒，合计搅拌时间210秒，制得两种不同的直投复合改性沥青混合料。

增加改性剂颗粒投入后的搅拌时间：分别加入扁球体颗粒和破碎颗粒，各搅拌90秒，加入35份145℃的70号石油沥青，继续搅拌90秒，加入矿粉，再拌和90秒，合计搅拌时间为270秒，制得两种不同的直投复合改性沥青混合料。

分别对上述4种不同颗粒形态、不同搅拌时间条件下制得的改性沥青混合料按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）方法对比进行试验检测，性能对比如下表。

表2 本发明复合改性剂颗粒拌和工艺对比

试验数据表明：对于本发明的扁球体复合改性剂颗粒，在加入改性剂颗粒后进行30秒搅拌或者90秒搅拌两种方式，最终沥青混合料的各项性能指标数值接近一致，说明两种不同搅拌时间条件下直投改性沥青性能基本不受影响，本发明复合改性剂颗粒具有快融并均匀分散裹附的特性；对比破碎颗粒工艺，加入改性剂颗粒后搅拌90秒，其最终改性沥青混合料较本发明生产的改性沥青混合料在性能指标上有一定程度的降低，其中动稳定度降低20.4%、低温弯曲应变降低12.5%；当加入改性剂颗粒后减少搅拌时间为30秒时，破碎颗粒的改性效果明显受到未完全融合分散的影响，动稳定度降低47.4%、低温弯曲应变降低23.9%，改性剂颗粒的离析情况显著。

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

1.一种直投快融沥青混合料复合改性剂颗粒的制备方法，其特征在于：所述复合改性剂颗粒以石油沥青和湖沥青两种沥青物质为分散基础，融入聚合物原料，形成与常规沥青粘结料完全同质的复合改性剂，其中重量比的组分组成：聚合物原料5～20份,石油沥青5～20份，湖沥青60～90份；所述聚合物原料为苯乙烯—丁二烯—橡胶SBR胶乳、苯乙烯—丁二烯—橡胶SBR聚合物或苯乙烯—丁二烯—苯乙烯SBS聚合物的一种或二种；所述湖沥青为天然湖沥青，其针入度为0～5dmm，软化点不小于90℃，灰分含量为33～38%，25℃密度为1.3～1.5g/cm³；所述石油沥青为原油炼化的普通沥青产品，针入度不小于60dmm，溶解度不小于99.5%;

具体制备方法包括以下步骤：

（1）将聚合物原料与石油沥青按照重量份比例在140℃～150℃条件下采用胶体磨工艺进行快速均匀分散，溶胀发育，制得高掺量聚合物分散体；

（2）将湖沥青加热至160～170℃，加入温度为150℃～180℃的步骤（1）所制得的高掺量聚合物分散体，采用高速剪切机搅拌剪切10～30min，得到充分混融的混合物；

（3）将温度为150～170℃的混融混合物加入到钢带造粒机中，制造均匀大小的扁球体颗粒，扁球体颗粒直径为5-10mm，厚度为2-4mm；冷却降温至50℃以下，收集包装即得直投快融复合改性剂颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：其中步骤（1）中按重量比计，聚合物原料与石油沥青的质量比为（30～60）：（30～70）。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：其中步骤（2）中按重量比计，湖沥青与高掺量聚合物分散体的质量比为（65～95）：（5～35）。