CN113136109B - 一种复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合改性沥青，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青85～95份，热塑性弹性体4～6份，改性剂5～8份，相容剂2～4份，稳定剂1～2份，其中热塑性弹性体为苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物，改性剂为聚异戊二烯基共聚物。本发明所得复合改性沥青60℃动力粘度可达70万Pa·s，低温5℃延度在35cm以上，具备良好的粘韧性能，同时高温旋转粘度较低，有利于降低拌合难度和施工难度，适合推广应用。

Description

一种复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种复合改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国经济社会的快速发展和人民生活水品的不断提高，重交通和重载化加速了公路路面的损坏程度，随着时间的推移，大部分公路路面将陆续进入养护维修阶段，寻找一种合适的养护手段称为目前行业内的一大热点。目前常用的微表处、雾封层等常温养护技术具有耐久性差、行车噪音高等不足。与传统冷拌预防性养护技术相比，热拌热铺超薄磨耗层技术具有路用性能好、使用寿命长、行车噪音低、兼具抗滑和排水等优点，得到越来越多的研究和应用。

超薄磨耗层的厚度一般在15～25mm之间，除需要其具有良好的高温抗车辙能力外，还需要兼具低温抗裂性、抗水损害和耐老化等特性。因此，在确定了集料品类和级配设计之后，沥青胶结料的选择就变得至关重要。然而，现有改性沥青的粘弹性与柔韧性等性能已无法满足超薄磨耗层的对应要求，亟需一种具有粘度高、韧性好同时耐老化和储存稳定等优点的改性沥青。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种复合改性沥青，兼具良好的高低温性能和耐老化性能，可大大提高集料与沥青的粘附性，具备良好的路用性能和稳定性能，并可显著降低拌合难度和施工难度，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合改性沥青，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青85～95份，热塑性弹性体4～6份，聚异戊二烯基改性剂5～8份，相容剂2～4份，稳定剂1～2份。

上述方案中，所述基质沥青可选用B级道路石油沥青，可选用AH-70道路石油沥青等。

上述方案中，所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，呈星型结构，其数均分子量为200000～300000。

上述方案中，所述改性剂的化学式见式I；

式中，其中m取值30～3500，n取值10～3000。

上述方案中，所述聚异戊二烯基改性剂首先利用聚异戊二烯与马来酸酐进行接枝反应制备聚异戊二烯接枝马来酸酐，再与甲醇进行开环酯化反应而成。

上述方案中，所述接枝反应温度为60～70℃，搅拌反应温度为10～12h。

上述方案中，所述开环酯化反应温度为90～100℃，时间为2～2.5h。

上述方案中，所述聚异戊二烯与马来酸酐的质量比为1:(1～1.5)；马来酸酐与甲醇的摩尔比为1:(1～1.1)。

上述方案中，所述相容剂为裂解馏分油、油浆、重芳烃中的一种或几种。

上述方案中，所述稳定剂由硫磺与双叔丁基过氧异丙基苯复合而成，其中硫磺与双叔丁基过氧异丙基苯的质量比为1:(1～3)。

上述一种复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)将改性剂和相容剂加入熔化的基质沥青中，进行搅拌、剪切处理，得混合物A；

2)将稳定剂加入所得混合物A中，进行剪切得混合物B；

3)将所得混合物B置于搅拌器中进行搅拌处理，即得所述复合改性沥青。

上述方案中，步骤1)中所述搅拌温度为140～160℃，时间为20～30min。

上述方案中，步骤1)中所述剪切温度为180～190℃，剪切机转速为6000～8000r/min，时间为60～90min。

上述方案中，步骤2)中所述剪切温度为180～190℃，剪切机转速为2000～3000r/min，剪切时间为30～45min。

上述方案中，步骤3)中所述搅拌温度为160～170℃，搅拌机转速为300～400r/min，搅拌时间为2～3h。

本发明的原理为：

本发明采用聚异戊二烯基共聚物作为改性剂，羧基(COOH)中的-OH键在高温时不稳定，易发生断裂，变成不饱和的羧酸根，可以与沥青中的醇类物质结合，发生酯化反应，形成酯基，可有效提升沥青的内摩阻力和分子间作用力；此外该聚合物的组成结构与SBS相类似，在机械剪切作用下，SBS与异戊二烯基共聚物的大分子链都会断裂为小分子链，当改性结束温度降低时，这些小分子链会发生无差别的聚合交联反应，形成较为稳定的高分子聚合物体系；这一过程也使得SBS从简单的物理共混，变成了以异戊二烯基共聚物分子为“桥梁”，与沥青分子连接在一起的化学结合形式；化学键的生成，使得分子之间约束力增加，使得沥青与改性剂分子之间的内摩阻力增加，同时抵抗应力应变的性能增加，进而显著提升所得改性沥青的粘韧性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)不同于常规的SBS、PE等改性体系，本发明采用的改性剂与沥青的相容性较好，制备出的改性沥青能稳定储存，不易发生离析现象；该改性剂还具备较好的粘弹性等性能，有利于提升沥青的内摩阻力和分子间作用力，使得制备的复合改性沥青各项性能指标十分优异，具备良好的高低温性能和耐老化等优点；

2)本发明所得复合改性沥青具有较高的粘度和低温延度，将其应用于超薄磨耗层等工程项目中时，可极大地提高沥青混合料之间的粘附力，有效避免超薄路面所存在的耐久性不足和低温易开裂等问题，具备较好的路用性能；

3)本发明所述复合改性沥青涉及的改性组分种类较少，掺量较低，且制备工艺简单，是一种经济稳定的改性沥青体系；

4)本发明所制备的改性沥青，在拌合和施工时所需温度不高，能显著降低拌合和施工难度，具有良好的成本和环境效益。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，采用的基质沥青为AH-70道路石油沥青。

以下实施例中，采用的聚异戊二烯基改性剂其分子量为(20000～70000)；其制备方法包括如下步骤：首先在1.1～1.2个大气压和紫外光照射条件下，在催化剂(氧化二异丙苯DCP和过氧化二苯甲酰BPO，二者掺量分别为1wt％)的作用下，进行聚异戊二烯与马来酸酐(每100g聚异戊二烯掺入140g马来酸酐)的接枝反应，反应过程中控制温度为65℃，反应时间为11h，制备得到聚异戊二烯接枝马来酸酐；然后向所得聚异戊二烯接枝马来酸酐中加入51g甲醇在95℃温度条件下搅拌反应2～2.5h，即得所述聚异戊二烯基共聚物改性剂。

以下实施例中，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规》(JTGE20-2011)和AASHTO(美国公路与运输协会标准)中的相关测试方法对所得复合改性沥青进行性能测试。

实施例1

一种复合改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

1)取90份基质沥青加热到140℃至熔融流动态，将6份聚异戊二烯基改性剂和2份相容剂裂解馏分油加入基质沥青中在150℃温度条件下手动搅拌30min，然后向其中加入4份SBS并置于恒温180℃的保温装置中进行高速剪切，剪切机转速为7000r/min，剪切时间为80min，得到混合物A；

2)将1份稳定剂(硫磺和双叔丁基过氧异丙基苯按2:3的质量比混合)加入混合物A，并置于恒温180℃进行剪切，剪切机转速为3000r/min，剪切时间为30min，得到混合物B；

3)将所得混合物B置于恒温160℃的搅拌桩之中进行搅拌，控制搅拌器转速为400r/min，搅拌时间为3h，即得所述复合改性沥青。

实施例2

一种复合改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

1)取85份基质沥青加热到140℃至熔融流动态，将7份聚异戊二烯基改性剂和3份相容剂裂解馏分油加入基质沥青中在150℃温度条件下手动搅拌30min，然后向其中加入4份SBS并置于恒温190℃的保温装置中进行高速剪切，剪切机转速为8000r/min，剪切时间为90min，得到混合物A；

2)将2份稳定剂(硫磺和双叔丁基过氧异丙基苯按2:3的质量比混合)加入混合物A，并置于恒温180℃进行剪切，剪切机转速为2000r/min，剪切时间为45min，得到混合物B；

3)将所得混合物B置于恒温170℃的搅拌桩之中进行搅拌，控制搅拌器转速为300r/min，搅拌时间为2.5h，即得所述复合改性沥青。

对比例1

一种改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

取90份基质沥青加热到140℃至熔融流动态，将6份普通C5石油树脂增粘剂和2份相容剂裂解馏分油加入基质沥青中并手动搅拌30min，期间搅拌温度应控制在150℃，得到混合物A；将混合物A置于恒温180℃的保温装置中进行高速剪切，剪切机转速为7000r/min，剪切时间为80min，得到混合物B；然后将1份稳定剂(硫磺和双叔丁基过氧异丙基苯2:3混合)加入到混合物B，并置于恒温180℃的保温装置中进行剪切，剪切机转速为3000r/min，剪切时间为30min，得到混合物C，再将混合物C置于恒温160℃的搅拌装置中搅拌，搅拌机转速为400r/min，搅拌时间为3h，即得改性沥青。

对比例2

一种改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

取85份基质沥青加热到140℃至熔融流动态，将7份橡胶粉改性剂和3份相容剂(油浆和重芳烃1：1混合)加入基质沥青中并手动搅拌30min，期间搅拌温度应控制在150℃，得到混合物A；将混合物A置于恒温190℃的保温装置中进行高速剪切，剪切机转速为8000r/min，剪切时间为90min，得到混合物B；然后将2份稳定剂(硫磺和双叔丁基过氧异丙基苯2:3混合)加入到混合物B，并置于恒温180℃的保温装置中进行剪切，剪切机转速为2000r/min，剪切时间为45min，得到混合物C；再将混合物C置于恒温170℃的搅拌装置中搅拌，搅拌机转速为300r/min，搅拌时间为2.5h，即得改性沥青。

将实施例1～2和对比例1～2所得改性沥青分别进行性能测试，结果见表1。

表1实施例1～2和对比文件1～2所得复合改性剂的性能测试结果

上述结果表明，本发明所得改性沥青具有较好的高温稳定性、低温柔韧性、储存稳定性和高粘附性；采用普通的石油树脂类改性剂或橡胶粉改性剂制备的改性沥青，其粘度、低温延度、抗老化等性能较差，无法胜任较高要求的工程应用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合改性沥青，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青85～95份，热塑性弹性体4～6份，聚异戊二烯基改性剂5～8份，相容剂2～4份，稳定剂1～2份；

所述聚异戊二烯基改性剂的化学式见式I；

式I；

式中，其中m取值30~3500，n取值10~3000。

2.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为B级道路石油沥青。

3.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，呈星型结构，其数均分子量为200000～300000。

4.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述相容剂为裂解馏分油、油浆、重芳烃中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述稳定剂由硫磺与双叔丁基过氧异丙基苯按1:(1~3)的质量比复合而成。

6.权利要求1~5任一项所述复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将聚异戊二烯基改性剂和相容剂加入熔化的基质沥青中，进行搅拌，然后加入热塑性弹性体进行剪切处理，得混合物A；

2）将稳定剂加入所得混合物A中，进行剪切得混合物B；

3）将所得混合物B置于搅拌器中进行搅拌处理，即得所述复合改性沥青。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述搅拌温度为140~160℃，时间为20～30min；剪切温度为180~190℃，剪切机转速为6000~8000r/min，时间为60~90min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述剪切温度为180～190℃，剪切机转速为2000～3000r/min，剪切时间为30～45min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中所述搅拌温度为160～170℃，搅拌机转速为300～400r/min，搅拌时间为2～3h。