CN112226095A

CN112226095A - 一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法

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Publication number: CN112226095A
Application number: CN202011054307.1A
Authority: CN
Inventors: 黄伟; 杨兴志; 王媛; 吴乔凤; 郭俊; 高嵩; 成会琴; 许松林; 刘韬; 李捷飞; 张杰文; 蔡林真; 张彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-26
Filing date: 2020-09-26
Publication date: 2021-01-15

Abstract

本发明公开了一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法，采用苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、多聚磷酸(PPA)、稳定剂和橡胶油等材料对90#A级道路石油沥青进行改性，制备出低成本、抗离析、抗老化的复合改性沥青，90#A级道路石油沥青的各项性能指标应满足规范要求。所述SBS用量在2.5％以上；所述的稳定剂用量在0.05％以上，所述橡胶油用量在1.5％以上。将SBS改性剂加入90#沥青中采用恒温搅拌器搅拌30min，将稳定剂及橡胶油掺入溶胀后的改性沥青中采用高速剪切机进行剪切40min，剪切过程会观察到沥青表面产生大量气泡并且剪切速率基本不会突变即为剪切完毕。本发明可降低SBS用量约0.6％～0.8％，至少可降低成本81元/吨。

Description

一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法

技术领域

本发明涉及复合改性沥青技术领域，具体为一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法。

背景技术

国外利用改性剂对沥青改性具有很长的历史了，19世纪中期就有用硫化的方法来降低针入度，升高软化点。1873年Samue Wgite申请了有关沥青中加入1％的天然橡胶对沥青进行改性的专利。近50年，改性沥青的发展大致经历了四个阶段。1950-1960年，直接在沥青中掺入橡胶粉或者胶乳搅拌均匀使用；1960-1970年，将丁苯合成橡胶以胶乳的形式按比例进行现场掺配使用；1971-1988年，除了合成橡胶继续使用外，热塑性树脂得到广泛的应用；1988年至今，SBS逐渐成为主导的改性材料。

虽然聚合物改性沥青(如SBS改性沥青)凭借其优良的高低温性能成为当下世界上应用最为广泛的改性沥青，但传统的聚合物改性沥青依然存在很多问题。其一，聚合物改性剂与石油沥青的相容性差，聚合物改性机理属于物理改性，其存储稳定性较差，极易产生离析现象；其二，聚合物改性剂的价格昂贵；其三，聚合物类的物理改性方法操作复杂，对设备要求高，需现改现用。

现有改性沥青普遍存在成本高，耐老化性能差，储存周期短，应用普及率低等问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法，用于解决技术背景提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法的方法，采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、多聚磷酸(PPA)、稳定剂和橡胶油等材料对90#A级道路石油沥青进行改性，制备出低成本、抗离析、抗老化的复合改性沥青，所述的90#A级道路石油沥青的各项性能指标应满足规范要求。具体要求按照沥青质量百分比要求如下：所述的SBS用量在2.5％以上；所述的PPA用量在0.5％以上；所述的稳定剂用量在0.05％以上，所述的橡胶油用量在1.5％以上；

具体步骤分别为：

步骤一：溶胀阶段

将SBS改性剂加入90#沥青中采用恒温搅拌器搅拌30min，搅拌速度1000～2000r/min，温度为160℃；

步骤二：剪切阶段

将稳定剂及橡胶油掺入溶胀后的改性沥青中采用高速剪切机进行剪切40min，搅拌速度10000～12000r/min，温度为170℃，剪切过程会观察到沥青表面产生大量气泡并且剪切速率基本不会突变即为剪切完毕；

步骤三：将PPA加入剪切后的改性沥青中采用恒温搅拌器搅拌60min，搅拌速度1000～2000r/min，温度为175℃；

经过以上三个步骤从而配制出低成本抗离析抑老化改性沥青；

优选的，所述的多聚磷酸选用工业级的105％聚磷酸作为试验原材料，其中H₃PO₄约为104.0～106.0％，P₂O₅≥76.0％，Cl≤0.001％，Fe≤0.002％，As≤0.008％；

优选的，所述稳定剂主要成分为二芳基二硫化物，密度1.2g/cm³，有效成分大于99.5％；

优选的，所述橡胶油主要成分为芳香分和胶质。

(三)有益效果

本发明所用的PPA作为一种新型的沥青改性剂，其改性沥青具有良好的抗车辙、抗老化能力，同时由于其化学改性的属性使其改性沥青的储存稳定性也有较大提高。PPA同沥青相容性较好，只需要同沥青进行简单的混融发育即可，制备工艺简单，不需要对现有改性设备改进。其与SBS复合改性的情况下，能够减少SBS用量，达到经济适用的效果。本发明意在降低改性沥青成本的前提下提高改性沥青抗老化能力及储存稳定性，以其能够为改性沥青的普遍性应用提供技术支持。本发明与现有技术相比可降低SBS用量约0.6％～0.8％，配制简单，生产设备不变，至少可降低成本81元/吨。

附图说明

图1是发明是一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法沥青模量主曲线图；

图2是发明一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法的不同时间长度下两种改性沥青储存稳定性试验对比图。

具体实施方式

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仅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做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

按石油沥青质量百分比进行配制：

90#A级石油沥青质量1kg，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)2.5％～2.8％，多聚磷酸(PPA)0.5％～0.75％，稳定剂0.05％～0.1％，橡胶油1.5％～1.8％。

本实施例的所述的多聚磷酸选用工业级的105％聚磷酸作为试验原材料，其中H₃PO₄约为104.0～106.0％，P₂O₅≥76.0％，C1≤0.001％，Fe≤0.002％，As≤0.008％；所述稳定剂主要成分为二芳基二硫化物，密度1.2g/cm3，有效成分大于99.5％；所述橡胶油主要成分为芳香分和胶质。

实施例2

按石油沥青质量百分比进行配制：

90#A级石油沥青质量1kg，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)2.6％，多聚磷酸(PPA)0.5％，稳定剂0.05％，橡胶油1.5％。

本实施例的所述的多聚磷酸选用工业级的105％聚磷酸作为试验原材料，其中H₃PO₄约为104.0～106.0％，P₂O₅≥76.0％，Cl≤0.001％，Fe≤0.002％，As≤0.008％；所述稳定剂主要成分为二芳基二硫化物，密度1.2g/cm³，有效成分大于99.5％；所述橡胶油主要成分为芳香分和胶质。

对上述实施比例配制的低成本抗离析抑老化改性沥青进行沥青主要性能试验，试验结果见表1所示。表中同时列出某生产项目使用的SBS改性沥青数据进行对比，表中规范要求依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中聚合物改性沥青SBS类(I-D)的技术要求，SBS类(I-D)为聚合物改性沥青性能要求最高的一类改性沥青。

表1改性沥青试验结果

从表1中测试结果可以看出：

实施例在老化后的各项指标明显优于SBS改性沥青，说明本实施例改性沥青抗老化性能较好；针入度、软化点试验结果相当，5℃延度较SBS改性沥青略低，从三大指标数据说明本实施例高低温性能同SBS改性沥青相当；运动粘度较SBS改性沥青大，说明多聚磷酸通过化学改性对沥青稠度有所提高。

为了更好的测试本实施例改性沥青性能，采用动态剪切流变仪对本实施例沥青及SBS改性沥青进行性能对比验证。动态剪切流变仪主要从沥青材料的粘弹性本质属性的角度进行测试，该试验方法在现行美国标准及欧洲标准采用较多。对两种沥青进行不同温度下的沥青进行复数模量检测，得到两种沥青不同频率下的复数模量主曲线，见图1所示。从复数模量主曲线可以看出，频率越低实施例改性沥青复数模量较SBS改性沥青越高，根据时温等效原理说明实施例改性沥青高温性能较SBS改性沥青好；高频阶段实施例改性沥青复数模量同SBS改性沥青相当，说明PPA对低温性能影响不大。

离析问题一直是聚合物改性沥青现场施工的难题，目前国内普遍采用施工现场现改现用的方法，无疑增加了原材料材料运输、设备安装等成本。依据《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0661-2011聚合物改性沥青离析试验方法对两种改性沥青进行了离析试验得到储存稳定性数据，本试验过程进行了不同时间长度下两种沥青储存稳定性能，包括12h、24h、48h、54h、60h、66h、72h七个时间长度，具体的不同时间下两种改性沥青的软化点差值见图2，软化点差值越大说明沥青储存稳定性越差。图中可知，两种改性沥青的软化点差值随时间增长都呈递增的趋势，实施例改性沥青在全时长过程中其稳定性明显提高，说明多聚磷酸能够明显提高SBS改性沥青储存稳定性。

对两种改性沥青进行成本分析，文中仅从外加剂材料成本进行计算，不考虑改性设备购置安装费、原材料运输费等。根据现有SBS、PPA、稳定剂及橡胶油市场单价进行核算，实施例按照上文中各外加剂掺量进行计算，SBS改性沥青仅考虑4％SBS和0.12％稳定剂掺量进行计算。具体计算结果见表2，实施例改性沥青相较市场用SBS改性沥青每吨成本降低81元左右，有利于其推广应用。

表2两种改性沥青成本核算表

需要说明的是，在本文中诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法的方法，其特征在于，采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、多聚磷酸(PPA)、稳定剂和橡胶油等材料对90#A级道路石油沥青进行改性，制备出低成本、抗离析、抗老化的复合改性沥青，所述的90#A级石油道路沥青的各项性能指标应满足规范要求；具体要求按照沥青质量百分比要求如下：所述的SBS用量在2.5％以上；所述的PPA用量在0.5％以上；所述的稳定剂用量在0.05％以上，所述的橡胶油的用量在1.5％以上；

具体步骤分别为：

步骤一：溶胀阶段

将SBS加入90#沥青中采用恒温搅拌器搅拌30min，搅拌速度1000～2000r/min，温度为160℃；

步骤二：剪切阶段

经过以上三个步骤从而配制出低成本抗离析抑老化改性沥青。

2.根据权利要求1所述的一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法，其特征在于，所述的多聚磷酸选用工业级的105％聚磷酸作为试验原材料，其中H₃PO₄约为104.0～106.0％，P₂O₅≥76.0％，Cl≤0.001％，Fe≤0.002％，As≤0.008％。

3.根据权利要求1所述的一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法，其特征在于，所述稳定剂主要成分为二芳基二硫化物，密度1.2g/cm³，有效成分大于99.5％。

4.根据权利要求1所述的一种低成本抗离析抑老化改性沥青的制作方法，其特征在于，所述橡胶油主要成分为芳香分和胶质。