CN112980205B - 一种高性能改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能改性沥青，涉及改性沥青领域，其技术方案要点是所述高性能改性沥青包含以下重量份的原料：基质沥青：20份‑70份；十二甲基环六硅氧烷：5份；橡胶粉改性剂：10份；缩水剂：10份‑20份；烷基酚聚氧乙烯醚：5份；岩沥青粉末改性剂：5份‑8份；包含以下制备步骤：技术效果是将天然改性的优势与聚合物改性的优势结合在一起，有效弥补了天然改性的不足，更好的加强了高性能改性沥青的韧性和高温低温性，降低早期开裂的风险。
Description
技术领域
本发明涉及改性沥青领域，特别涉及一种高性能改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青是我国路面建设的一种常用材料，沥青路面与水泥路面相比，具有行车舒适、平稳而低噪音、维修方便等优点，被广泛应用；近年来我国新建的高等级路面90％以上采用沥青路面结构型式。
但是，沥青路面的含蜡量较高，路面在高温季节容易泛油，低温季节容易开裂，使路面的服务水平和使用质量受到影响；为了提高沥青材料的性能，通常对沥青材料进行改性。所谓改性沥青是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉，或者其他材料等外掺剂(改性剂)制成的沥青结合料，从而使沥青或沥青混合料的性能得到改善”。
目前，沥青路面用沥青普遍采用聚合物进行改性，但聚合物改性在生产工艺和设备需求等方面需要较大的投入，而且聚合物改性剂存在与沥青难以相溶的问题。在运输和存储上，则需要加热保温和不间断搅拌，阻止改性剂与沥青的分层和离析，使用十分不便，从而一定程度上限制了改性沥青的推广和应用天然改性是目前常用的沥青改性方式，北美岩沥青是一种常用的天然改性剂，能起到加强沥青与集料的粘附性的效果，但是北美岩沥青改性的沥青材料增加了沥青材料早期开裂的风险；天然改性剂对沥青的改性效果具有局限性和单一性。
发明内容
针对现有技术存在的改性效果单一且有副作用的问题，本发明的第一个目的在于提供一种高性能改性沥青，所述高性能改性沥青具有结合聚合物改性和天然改性的优势，改善聚合物改性剂与沥青之间难以相溶的问题，降低改性成本的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种高性能改性沥青的制备方法，所述制备方法具有操作简单，混合难度低的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高性能改性沥青，包含以下重量份的原料：
基质沥青：20份-70份；
十二甲基环六硅氧烷：5份；
橡胶粉改性剂：10份；
缩水剂：10份-20份；
烷基酚聚氧乙烯醚：5份；
岩沥青粉末改性剂：5份-8份。
通过采用上述技术方案，将天然改性剂岩沥青粉末改性剂与聚合物改性剂这两种改性方式结合在一起，在增强沥青材料韧性的同时，有效弥补了天然改性剂改性效果单一的缺点，降低了沥青材料早期开裂的风险，提高了沥青材料的韧性和使用年限。
进一步设置：所述基质沥青的重量份为60-69份。
通过采用上述技术方案，进一步限定基质沥青的重量组分，调整沥青材料的韧性。
进一步设置：所述高性能改性沥青还包括硫磺，硫磺的用量为20份。
通过采用上述技术方案，硫磺是硫化的交联剂，在一定的条件下能够使线型大分子转变为三维网状结构，丰富材料的立体结构。
进一步设置：所述缩水剂包括以下重量组分：
六甲基环三硅氧烷5份、混炼胶5份。
通过采用上述技术方案，六甲基环三硅氧烷制成的缩水剂能够增强橡胶之间的粘性，使得改性沥青的关联性更强，韧性更强。
进一步设置：所述岩沥青粉末改性剂为块状的北美岩沥青经粉碎研磨后得到的岩沥青粉末改性剂。
通过采用上述技术方案，北美岩沥青与基质沥青混合后，北美岩沥青颗粒分散存在于沥青中，沥青与北美岩沥青颗粒相互包容，颗粒表面包有沥青，而沥青又渗透于北美岩沥青颗粒中，形成一种彼此交错的两相分散结构，增强改性沥青材料的韧性。
进一步设置：所述橡胶粉改性剂为废旧轮胎粉碎制备而成。
通过采用上述技术方案，橡胶粉能够加强改性沥青材料的低温抗裂性，同时能够增强改性沥青材料的抗老化性，能都延缓沥青材料的使用年限。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高性能改性沥青的制备方法，其制备步骤如下：
S1：将基质沥青加热至150℃，边搅拌边加入岩沥青粉末改性剂，然后继续升温至180℃，用4000转/分的搅拌速度充分搅拌60min，得到岩沥青改性沥青；
S2：向岩沥青改性沥青中加入烷基酚聚氧乙烯醚，搅拌15min，得到岩沥青改性沥青分散液；
S3：将岩沥青改性沥青分散液的温度调至180℃，向分散液中加入橡胶粉改性剂，同时加入十二甲基环流硅氧烷，得到混合改性沥青；
S4：将混合改性沥青放至温度为180℃的环境中发育1h；
S5：向混合改性沥青中加入缩水剂，保持180℃的温度环境不断搅拌，搅拌时间为2h-3h，得到改性沥青中间产物。
S6：对改性沥青中间产物进行硫化，得到最终产物高性能改性沥青。
通过采用上述技术方案，采用十二甲基环流硅氧烷和烷基酚聚氧乙烯醚两种分散剂，能够改善聚合物改性剂与沥青难以相容的问题，且本申请没有采取单一的分散剂，烷基酚聚氧乙烯醚可以使得岩沥青改性沥青中粒子的分散性更强，十二甲基环六硅氧烷在进一步加强粒子分散性的同时，还能起到交联剂的作用，使得橡胶粉末改性剂和岩沥青改性沥青的容和变强，分层速率降低。
进一步设置：步骤6中硫化的步骤方法如下：
S1：将缩水剂加入到混合改性沥青中，搅拌使其混合均匀，加入重量份为10份的硫磺，逐步升温，得到一次硫化后的改性沥青；
S2：升高温度，向一次硫化后的改性沥青中加重量份为10份的硫磺，二次硫化60min。
通过采用上述技术方案，缩水剂中的六甲基环三硅氧烷发挥了缩水剂和交联剂的作用，进一步加强橡胶粉末改性剂与岩沥青改性沥青之间的交联，减缓分层。
进一步设置：二次硫化时温度升高为180℃。
通过采用上述技术方案，180℃时，硫化效果更佳。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过烷基酚聚氧乙烯醚、六甲基环三硅氧和十二甲基环流硅氧烷这三种分散剂和交联剂之间的相互作用，能够有效改善聚合物改性剂与沥青之间难以相溶的问题，加强橡胶粉末改性剂与岩沥青改性沥青之间的粒子交联，减缓分层和离析的速度，降低改性难度；同时，将天然改性的优势与聚合物改性的优势结合在一起，有效弥补了天然改性的不足，更好的加强了高性能改性沥青的韧性和高温低温性，降低早期开裂的风险。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
实施例1-18，一种高性能改性沥青，其组分及其对应质量如表1所示，且由以下步骤制备得到。
S1：天然改性：将基质沥青加热至150℃，边搅拌边加入岩沥青粉末改性剂，然后继续升温至180℃，用4000转/分的普通高速搅拌机充分搅拌60min，得到岩沥青改性沥青；
S2：向岩沥青改性沥青中加入辛基酚聚氧乙烯醚，搅拌15min，得到岩沥青改性沥青分散液；
S3：将岩沥青改性沥青分散液的温度调至180℃，快速向分散液中加入橡胶粉改性剂，同时加入十二甲基环流硅氧烷，打开剪切机，得到混合改性沥青；
S4：将混合改性沥青放至温度为180℃的环境中发育1h；
S5：向混合改性沥青中加入缩水剂，保持180℃的温度环境不断搅拌，搅拌时间为2h，得到改性沥青中间产物。
S6：对改性沥青中间产物进行二次硫化，得到最终产物高性能改性沥青。
表1高性能改性沥青的制备实施例组分表
上述实施例的制备方法中：
步骤S1中使用的岩沥青粉末改性剂为块状的北美岩沥青经粉碎研磨后得到的岩沥青粉末改性剂；
北美岩沥青与基质沥青混合后，北美岩沥青颗粒分散存在于沥青中，沥青与北美岩沥青颗粒相互包容，颗粒表面包有沥青，而沥青又渗透于北美岩沥青颗粒中，形成一种彼此交错的两相分散结构，这种结构决定了北美岩沥青改性沥青具有良好的流变性能和热储存稳定性能。
步骤S3中的橡胶粉改性剂为废旧轮胎常温下粉碎制备而成。
步骤S5中的缩水剂包含以下重量份：六甲基环三硅氧烷5份、混炼胶5份。
步骤S6中的二次脱硫步骤如下：
S1：将缩水剂加入到混合改性沥青中，搅拌使其混合均匀，加入重量比为10％的硫磺，逐步升温，慢慢提高温度，得到一次硫化后的改性沥青；
S2：将一次硫化后的改性沥青调整至温度180℃，加入剩余10％硫磺，二体硫化60min。
性能检测试验：
1、软化点：沥青软化点是指沥青试件受热软化而下垂时的温度，不同沥青有不同的软化点。工程用沥青软化点不能太低或太高，否则夏季融化，冬季脆裂且不易施工。反映沥青黏度和高温稳定性及感温性。
2、延度：沥青延度是指沥青的延展度，延度越大，表明沥青的塑性越好。选取了10℃、15℃和25℃三个常用温度，综合性评价高性能改性沥青的塑性。
性能检测试验结果如表2所示。
表2制备例及对比例的软化点和延度数据表
通过表1实施例1-18的组分表发现，实施例1-5中没有删减任何组分，实施例6-8和实施例9-11分别删减了橡胶粉改性剂和岩沥青粉末改性剂，实施例12-14和实施例15-17分别删减了烷基酚聚乙烯醚和十二甲基环六硅氧烷，实施例18没有添加烷基酚聚乙烯醚和十二甲基环六硅氧烷。
将实施例1-5和实施例6-8、实施例9-11分别对比可得，单独被岩沥青粉末改性剂改性的沥青材料大大降低了沥青材料的延度，这是因为岩沥青粉末改性剂是一种刚性材料，能够加强基质沥青的硬度，但是会降低材料塑性；而橡胶粉改性剂能够弥补岩沥青粉末改性剂的这一点，使得高性能改性沥青的延度在两者单独改性延度之间，相较于基质沥青既加强了材料硬度，又提升了塑性，保持了硬度和塑性之间的平衡；
同时，岩沥青粉改性剂和橡胶粉改性剂都能够提升材料的软化点，即感温性，两者的叠加能够使最终高性能改性沥青的感温性更好。
比较实施例4和实施例16可得，交联剂能明显改善高性能改性沥青的性能；比较实施例12-14、实施例15-17和实施例18可得，两种交联剂共同作用下，制备得到的高性能改性沥青分子性能最好。
将十二甲基环六硅氧烷加入到岩沥青改性沥青中，降低岩沥青改性沥青的表面张力增强分散性，当加入橡胶粉后，又可以用作交联剂，增强改性沥青的韧性；同时，十二甲基环六硅氧烷具有很强的挥发性，能够及时挥发，不会影响改性沥青的性能。
因此当同时使用两种交联剂时，在烷基酚聚乙烯醚作为基础交联剂的作用下，叠加了交联剂和表面活性剂的作用，起到了促进作用。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种高性能改性沥青，其特征在于，包含以下重量份的原料：
基质沥青：20份-70份；
十二甲基环六硅氧烷：5份；
橡胶粉改性剂：10份；所述橡胶粉改性剂为废旧轮胎粉碎制备而成；
缩水剂：10份-20份；其中，缩水剂包括以下重量组分：六甲基环三硅氧烷5份、混炼胶5份；
烷基酚聚氧乙烯醚：5份；
岩沥青粉末改性剂：5份-8份；所述岩沥青粉末改性剂为块状的北美岩沥青经粉碎研磨后得到的岩沥青粉末改性剂；
硫磺：20份。
2.根据权利要求1所述的高性能改性沥青，其特征在于：所述基质沥青的重量份为60-69份。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的高性能改性沥青的制备方法，其制备步骤如下：
S1：将基质沥青加热至150℃，边搅拌边加入岩沥青粉末改性剂，然后继续升温至180℃，用4000 转/分的搅拌速度充分搅拌60min，得到岩沥青改性沥青；
S2：向岩沥青改性沥青中加入烷基酚聚氧乙烯醚，搅拌15min，得到岩沥青改性沥青分散液；
S3：将岩沥青改性沥青分散液的温度调至180℃，向分散液中加入橡胶粉改性剂，同时加入十二甲基环流硅氧烷，得到混合改性沥青；
S4：将混合改性沥青放至温度为180℃的环境中发育1h；
S5：向混合改性沥青中加入缩水剂，保持180℃的温度环境不断搅拌，搅拌时间为2h-3h，得到改性沥青中间产物；
S6：对改性沥青中间产物进行硫化，得到最终产物高性能改性沥青；
其中，步骤6中的硫化的步骤方法如下：
S1：将缩水剂加入到改性沥青中间产物中，搅拌使其混合均匀，加入重量份为10份的硫磺，逐步升温，得到一次硫化后的改性沥青；
S2:升高温度至180℃，向一次硫化后的改性沥青中加入重量份为10份的硫磺，二次硫化60min。
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