CN113025071B - 一种厂拌冷再生用高掺量sbs改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路建筑材料技术领域，具体公开了一种厂拌冷再生用高掺量SBS乳化沥青及其制备方法，各原料及其重量份为：基质沥青60~67份、水33~40份，乳化剂2~5份、SBS乳液6~8份、水性聚丙烯酸酯乳液2~4份、水性聚氨酯乳液2~4份；制备时，将乳化剂加入水中调节pH配置成皂液，边搅拌边加热至60‑70℃后与预先加热至130‑140℃的基质沥青一次性加入胶体磨中，再加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液及水性聚氨酯乳液，剪切冷却至室温即得；本发明制备的高掺量SBS乳化沥青用于厂拌冷再生时，混合料表现出良好的高低温性能，同时抗水损害能力和抗疲劳性能显著提升，适合推广应用。

Description

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路建筑材料技术领域，具体是一种厂拌冷再生用高掺量SBS乳化沥青及其制备方法。

背景技术

乳化沥青厂拌冷再生技术，因其旧料利用率高的环保特性，越来越受到广泛的重视。该技术是将回收沥青路面材料运至拌和厂，经破碎、筛分后，以一定的比例与新集料、水泥、乳化沥青、水进行常温拌合，常温铺筑形成路面结构层的沥青路面再生技术。目前而言，该技术领域取得了一定的研究成果，但与热拌沥青混合料相比，冷再生混合料的耐久性能仍然较差。乳化沥青混合料相对于热拌沥青混合料来说，是一种更复杂的复合型材料。在乳化沥青与集料拌和过程伊始，集料首先与乳化沥青中的水分接触并润湿，由于集料电荷吸附、水分蒸发等原因，乳化剂分子随之移动，在乳化剂界面力的作用下沥青颗粒与集料之间的结合力要大于水分子与集料的结合力，因此水分逐渐被挤出，乳化沥青因此发生破乳直至破乳过程结束，最终在集料表面形成致密、连续的沥青膜，乳化沥青混合料强度由此开始产生。由此可见，乳化沥青冷再生混合料的力学支撑体系主要依赖于乳化沥青，如果提升乳化沥青的品质，比如通过对乳化沥青改性，提升其粘结性能，就可以提高冷再生混合料的性能，特别是疲劳性能。热拌沥青混合料的疲劳研究和工程实际均表明，SBS改性剂可以提高沥青混合料的疲劳性能，且提高效果要优于其它改性剂。通过对乳化沥青改性，实现高掺量的SBS，可以赋予冷再生混合料更好的疲劳性能。但同时现有的SBS改性乳化沥青，其乳化困难，稳定性普遍较差，乳化沥青的破乳与凝固问题无法解决，增加了施工难度。

因此，开发一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，增加SBS与沥青的相容性，提高SBS乳化沥青稳定性，对于提高冷再生混合料性能，促进厂拌冷再生的推广应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青及其制备方法，解决现有技术中SBS改性沥青稳定性差，冷再生时破乳与凝固问题导致的混合料再生效果差，混合料性能不足的问题，以提升厂拌冷再生混合料质量。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，由下述重量份配比的原材料制备而成：基质沥青60～67份、水33～40份，乳化剂2～5份、SBS乳液6～8份、水性聚丙烯酸酯乳液2～4份、水性聚氨酯乳液2～4份。

本发明还提供了一种上述原材料配比的厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青的制备方法，操作如下：

将乳化剂加入水中，再用质量分数为3.7％～9.25％的盐酸调节pH至2～3配置成皂液，边搅拌边加热至60℃～70℃后与已预先加热至130℃～140℃的基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液，剪切，冷却至室温即得。

优选地，所述SBS乳液的制备方法包括如下步骤：

1)：将固体SBS改性剂溶于复配溶剂中，所述固体SBS改性剂与复配溶剂的重量比为(10～25)：(75～90)，混合均匀得SBS预混液；

2)：制备复配SBS水乳化液；

3)：将质量比为1:1的SBS预混液和复配SBS水乳化液混合后用剪切机剪切乳化，然后蒸馏除去溶剂得到SBS乳液。

优选地，所述固体SBS改性剂为线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

优选地，所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯的混合物，汽油、松节油、乙酸乙酯质量比＝(3～5)：(3～5)：2。

优选地，所述复配SBS水乳化液由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为(3～4)：(2～3)：(1～2)：100混合后经过低速(2000～3000rpm)剪切而成。

优选地，所述步骤3)中的剪切速率为9000rpm，剪切时间15～25min；减压蒸馏压力为50mmHg，温度为80℃，时间为2h。

优选地，所述乳化剂为阳离子季铵盐类或非离子型乳化剂中的一种或几种。

优选地，所述水性聚丙烯酸酯乳液为阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液中的一种或几种。

优选地，所述水性聚氨酯乳液为阳离子型水性聚氨酯乳液中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1)本发明的制备方法大大降低了SBS改性沥青的乳化难度，工艺简单，容易实现工厂化大批量生产。

2)本发明所用SBS复配溶剂无毒环保，成本低，通过复配实现溶解时间较短，溶解度参数低的效果，可以大大缩短工艺流程。

3)本发明所用自交联型水性聚丙烯酸酯可以通过自交联作用形成交联网络，凝聚成膜，形成强度，提升乳化沥青高低温性能与整体稳定性，改善施工难度。

4)本发明采用水性聚氨酯乳液固化产物可以增强SBS对沥青的改性效果，尤其是低温性能，水化产物中的聚脲可以增强乳化沥青与集料间的黏结性，改善混合料抗水损害能力和抗疲劳性能，破乳后，水性聚氨酯的水固化反应可以消耗混合料中残存的水分，提高乳化沥青混合料的早期强度，缩短养护时间，及时开放交通。

5)含有不饱和双键双封端的长链聚氨酯会与聚丙烯酸酯发生交联反应，长链聚氨酯与聚丙烯酸酯自交联网络通过聚合物大分子链之间的交联、互穿形成一种独特的聚合物结构，在分子层面上进行共混，增强分子间的协同作用，从而使乳液表现出良好的相容性，同时这种分子内的交联结构可以有效抑制SBS分子的聚集而发生的相分离现象，达到高掺量、高稳定性的效果，提升SBS改性乳化沥青的综合性能。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面申请人将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

以下各实施例中：

基质沥青为SK-70#基质沥青；固体SBS改性剂为如下两种中的一种或两种：①线形CH1401-1H，该产品由宁波长鸿高分子科技股份有限公司生产，分子量8～12万，嵌段比60/40，断裂伸长率≥680％，300％定伸应力≥3.0MPa；②线形CH1301-1H，该产品由宁波长鸿高分子科技股份有限公司生产，分子量8～12万，嵌段比70/30，断裂伸长率≥700％，300％定伸应力≥2.0MPa；

乳化剂为1831阳离子沥青乳化剂、1631阳离子沥青乳化剂、非离子表面活性剂AEO-7、非离子表面活性剂AEO-9；水性聚丙烯酸酯乳液为韩国进口韩华自交联耐磨耐高温水性丙烯酸乳液RX-20，固含量48.5％；水性聚氨酯乳液为水性聚氨酯树脂AH-1730，该产品由安徽安大华泰新材料有限公司生产，固含量30±1％；

汽油是95#汽油，松节油是由武汉卡诺斯科技有限公司生产。

实施例1：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青的制备方法，其制备步骤如下：

步骤1：按重量份称取原材料，基质沥青60份、水40份，乳化剂(1631阳离子沥青乳化剂)2份、SBS乳液6份、水性聚丙烯酸酯乳液2份、水性聚氨酯乳液4份；

步骤2：将乳化剂加入水中，用质量分数为7.4％的盐酸调节pH至2配置成皂液，边搅拌边加热至70℃，备用；

步骤3：将基质沥青加热至130℃，备用；

步骤4：将步骤2中加热备用的皂液和步骤3中加热备用的基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液，剪切15min，冷却至室温即得。

本实施例中所述SBS乳液的制备方法步骤如下：

步骤1)：将固体SBS改性剂溶于复配溶剂中，混合均匀得SBS预混液；

步骤2)：制备复配SBS水乳化液；

步骤3)：将SBS预混液和复配SBS水乳化液混合用剪切机剪切乳化，然后减压蒸馏去除溶剂得到SBS乳液。

具体的步骤1)中所述固体SBS改性剂为CH1401-1H型，所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯质量比＝3：5：2的混合物，固体SBS改性剂：复配溶剂的质量比为15：85。

具体的步骤2)所述复配SBS水乳化液由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为3：2：1：100混合，经低速(2000rpm)剪切而成。

具体的步骤3)所述SBS预混液和复配SBS水乳化液质量比为1：1，剪切速率为9000rpm，剪切时间15min，所述减压蒸馏压力为50mmHg，温度为80℃，时间为2h。

实施例2：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青及其制备方法。

本实施例与实施例1的区别仅在于：

具体的步骤1中的乳化剂为1831阳离子沥青乳化剂；

具体的步骤1)中所述固体SBS改性剂为CH1301-1H型，固体SBS改性剂：复配溶剂的质量比为10：90。

实施例3：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青的制备方法，其制备步骤如下：

步骤1：按重量份称取原材料，基质沥青63份、水37份，乳化剂(1631阳离子沥青乳化剂与1831阳离子沥青乳化剂按照质量比为1：1混合而成)3份、SBS乳液7份、水性聚丙烯酸酯乳液3份、水性聚氨酯乳液3份；

步骤2：将乳化剂加入水中，用质量分数为3.7％的盐酸调节pH至2.5配置成皂液，边搅拌边加热至60℃，备用；

步骤3：将基质沥青加热至140℃，备用；

步骤4：将步骤2和步骤3中加热备用的皂液和基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液，剪切15min，冷却至室温即得。

本实施例步骤1中所述SBS乳液的制备方法步骤如下：

步骤1)：将固体SBS改性剂溶于复配溶剂中，混合均匀得SBS预混液；

步骤2)：制备复配SBS水乳化液；

步骤3)：将SBS预混液和复配SBS水乳化液混合用剪切机剪切乳化，然后减压蒸馏去除溶剂得到SBS乳液。

具体的步骤1)中所述固体SBS改性剂为CH1401-1H型和CH1301-1H型质量比＝1：1的混合物，所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯质量比＝4：4：2的混合物，固体SBS改性剂：复配溶剂质量比为20：80。其中的汽油是95#汽油，松节油是由武汉卡诺斯科技有限公司生产。

具体的步骤2)所述复配SBS水乳化液由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为3：3：2：100混合，经低速(3000rpm)剪切而成。

具体的步骤3)所述SBS预混液和复配SBS水乳化液质量比为1：1，剪切速率为9000rpm，剪切时间20min，所述减压蒸馏压力为50mmHg，温度为80℃，时间为2h。

实施例4：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青及其制备方法。

本实施例与实施例3的区别仅在于：具体的步骤1中的乳化剂为1631阳离子沥青乳化剂、1831阳离子沥青乳化剂与非离子表面活性剂AEO-7按照质量比为2：2：1混合而成。

具体的步骤1)中所述固体SBS改性剂为CH1401-1H型：CH1301-1H型质量比＝1：2的混合物，所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯质量比＝3：5：2的混合物，固体SBS改性剂：复配溶剂的质量比为10：90。

具体的步骤2)所述复配SBS水乳化液由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为4：2：1：100混合，经低速(2000rpm)剪切而成。

实施例5：

一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青的制备方法，其制备步骤如下：

步骤1：按重量份称取原材料，基质沥青67份、水33份，乳化剂5份(1631阳离子沥青乳化剂、1831阳离子沥青乳化剂与非离子表面活性剂AEO-9按照质量比为2：3：1混合而成)、SBS乳液8份、水性聚丙烯酸酯乳液4份、水性聚氨酯乳液2份；

步骤2：将乳化剂加入水中，用质量分数9.25％的盐酸调节pH至3配置成皂液，边搅拌边加热至70℃，备用；

步骤3：将基质沥青加热至135℃，备用；

步骤4：将步骤2和步骤3中加热备用的皂液和基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液，剪切15min，冷却至室温即得。

本实施例步骤1中所述SBS乳液的制备方法步骤如下：

步骤1)：将固体SBS改性剂溶于复配溶剂中，混合均匀得SBS预混液；

步骤2)：制备复配SBS水乳化液；

步骤3)：将SBS预混液和复配SBS水乳化液混合用剪切机剪切乳化，然后减压蒸馏去除溶剂得到SBS乳液。

具体的，步骤1)中所述固体SBS改性剂为CH1401-1H型和CH1301-1H型质量比＝1：3的混合物，所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯质量比＝5：5：2的混合物，固体SBS改性剂：复配溶剂的质量比为25：75。具体的，步骤2)所述复配SBS水乳化液由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为4：3：2：100混合，经低速(3000rpm)剪切而成。

具体的，步骤3)所述SBS预混液和复配SBS水乳化液质量比为1：1，剪切速率为9000rpm，剪切时间25min，所述减压蒸馏压力为50mmHg，温度为80℃，时间为2h。

实施例6：

本实施例给出一种厂拌冷再生沥青混合料：

按重量份数称取新集料20份、RAP 80份、填料3份、水泥1.5份、水5.1份、SBS改性乳化沥青5.1份，混合拌和均匀即得厂拌冷再生混合料。

本实施例中，新集料为玄武岩集料，RAP为沥青路面回收料，填料为石灰石矿粉，水泥为普通硅酸盐水泥，水是自来水，SBS改性乳化沥青为实施例1制备的厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青。

对比例1：

本对比例给出一种SBS改性乳化沥青的制备方法，其步骤如下：

步骤1：按重量份称取原材料：基质沥青60份、水40份，乳化剂2份、固体SBS改性剂3份；

步骤2：将乳化剂加入水中，用质量分数为7.4％的盐酸调节pH至2配置成皂液，边搅拌边加热至70℃，备用；

步骤3：将基质沥青加热至130℃，备用；

步骤4：将步骤2和步骤3中加热备用的皂液和基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入固体SBS改性剂剪切15min，冷却至室温即得。

具体的固体SBS改性剂、乳化剂与实施例1相同。

对比例2：

一种SBS改性乳化沥青的制备方法，其步骤如下：

步骤1：按重量份称取原材料：基质沥青63份、水37份，乳化剂3份、固体SBS改性剂5份；

步骤2：将乳化剂加入水中，用质量分数为3.7％的盐酸调节pH至2.5配置成皂液，边搅拌边加热至60℃，备用；

步骤3：将基质沥青加热至140℃，备用；

步骤4：将步骤2和步骤3中加热备用的皂液和基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入固体SBS改性剂剪切15min，冷却至室温即得。

具体的固体SBS改性剂、乳化剂与实施例3相同。

对比例3：

本对比例给出一种厂拌冷再生沥青混合料：

按重量份数称取新集料20份、RAP80份、填料3份、水泥1.5份、水5.1份、SBS改性乳化沥青5.1份，混合拌和均匀即得厂拌冷再生混合料。

具体的，与实施例6相同，新集料为玄武岩集料，RAP为沥青路面回收料，填料为石灰石矿粉，水泥为普通硅酸盐水泥，水是自来水；区别在于：本对比例中SBS改性乳化沥青为对比例1所制备。

将本发明实施例1-5制备的厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青与对比例1～2制备的SBS改性乳化沥青进行性能测试，实验结果见下表1。

表1实施例1～5与对比例1～2所制备SBS改性乳化沥青的性能测试结果

综合表1中实施例和对比例的测试结果可以看出，实施例1～5在SBS乳液掺量高于对比例1～2的同时，综合性能远远超过对比例1～2，说明本发明所制备的厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青性能优越，并且各项指标均满足规范JTG/T 5521—2019对厂拌冷再生用改性乳化沥青的要求。与对比例相比，实施例1-5中的SBS采用乳液的方式加入，更容易分散，所以筛上残留物(1.18mm筛)要远低于对比例；并且实施例的稳定性要远高于对比例，这是由于水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液的加入可以增加SBS与沥青的相容性及抑制相分离，使得整个乳化沥青体系更加稳定，在实际运输与施工过程中，不会造成离析或提前破乳的现象；由于水性聚氨酯乳液还可以改善沥青的低温性能，因此实施例的蒸发残留物延度远超对比例。

表2应用实施例6与对比例3所制备厂拌冷再生沥青混合料性能测试结果

综合表2中实施例和对比例的测试结果可以看出，实施例6各项性能均优于对比例3，这是因为自交联水性聚丙烯酸通过交联作用形成的三维网状结构可以提高沥青的强度，并且在高温下这种三维网状结构不会发生蠕变，从而提高混合料的高温性能；聚氨酯对沥青低温性能的改善使得混合料便显出良好的低温抗裂性；聚氨酯水化产物聚脲可以增强沥青与集料的黏附性，从而提高混合料的水稳定性；聚氨酯水化产物具有较好的黏弹特性，能够更均匀地分布在混合料中，消减疲劳微裂缝的发展，从而使其具有良好的抗疲劳性能。

表1、表2实施例与对比例性能测试试验方法均按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)操作。

Claims (7)

1.一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，由下述重量份配比的原材料制备而成：基质沥青60~67份、水33~40份，乳化剂2~5份、SBS乳液6~8份、水性聚丙烯酸酯乳液2~4份、水性聚氨酯乳液2~4份；

所述SBS乳液的制备方法包括如下步骤：

1）：将固体SBS改性剂溶于复配溶剂中，所述固体SBS改性剂与复配溶剂的重量比为（10~25）：（90~75），混合均匀得SBS预混液；

2）：制备复配SBS水乳化液；

3）：将质量比为1:1的SBS预混液和复配SBS水乳化液混合后用剪切机剪切乳化，然后减压蒸馏除去溶剂得到SBS乳液；

所述固体SBS改性剂为线型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；

所述复配溶剂为汽油、松节油、乙酸乙酯的混合物，汽油、松节油、乙酸乙酯质量比=（3~5）：（3~5）：2；

所述复配SBS水乳化液是由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二苯醚二磺酸钠和水按照质量比为（3~4）：（2~3）：（1~2）：100混合后经过2000-3000rpm剪切而成；

所述水性聚丙烯酸酯乳液为自交联型水性聚丙烯酸酯乳液。

2.如权利要求1所述的一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将乳化剂加入水中，调节pH至2~3配置成皂液，边搅拌边加热至60℃-70℃后与已预先加热至130℃-140℃的基质沥青一起一次性加入胶体磨中，然后加入SBS乳液、水性聚丙烯酸酯乳液以及水性聚氨酯乳液，剪切，冷却至室温即得。

3.根据权利要求1所述一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述步骤3）中的剪切速率为9000 rpm，剪切时间为15~25 min。

4.根据权利要求1所述一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述步骤3）中的减压蒸馏压力为50mmHg，温度为80℃，时间为2h。

5.根据权利要求1所述一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述乳化剂为阳离子季铵盐类或非离子型乳化剂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述水性聚丙烯酸酯乳液为阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述一种厂拌冷再生用高掺量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液为阳离子型水性聚氨酯乳液中的一种或几种。