CN113736273A - 适用于大温差地区的布敦岩沥青复合型改性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及适用于大温差地区的布敦岩沥青复合型改性剂及其制备方法，所述布敦岩沥青复合型改性剂包括如下重量份的原料：布敦岩沥青15‑75份、废旧橡胶粉25‑55份、嵌段共聚物10‑20份、促溶剂3‑20份。该布敦岩沥青复合型改性剂在不降低布敦岩沥青复合型改性沥青高温性能的同时，改善了其低温抗裂性能和对温度的敏感度以及耐老化性能，从而使得经过本申请的布敦岩沥青复合型改性剂改性后的复合型沥青材料适合在低温及大温差地区使用。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程材料领域，具体涉及一种适用于大温差地区的布敦岩沥青复合型改性剂及其制备方法。
背景技术
布敦岩沥青(BRA)是石油流入岩石夹缝经过长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触媒、细菌的综合作用下生成的沥青类物质，作为天然沥青的一种，由于其与沥青融合度高且不经过化学加工，是一种绿色、节能、环保的路面新材料。布敦岩沥青路面材料由布敦岩沥青改性基质沥青而来，具有较高的路用性能，尤其具有高温稳定性、抗水损坏和耐久性能，其使用性能类似于SBS改性沥青路面，综合造价却大幅低于SBS改性沥青路面；同时，布敦岩沥青是一种天然材料，免去了SBS等聚合物与基质沥青改性的过程，更加绿色环保。但是，单纯使用纯天然的布敦岩沥青材料改性沥青仅能提高沥青路面的高温性能，对于低温性能并无明显改善，由此限制了该材料在我国广阔北方地区的应用。为了进一步扩大布敦岩沥青改性沥青的应用范围，需开展适用于我国低温及大温差地区使用的布敦岩沥青复合型改性剂的应用技术研究，改善布敦岩沥青路面材料的低温性能及温度敏感性，以满足低温地区和大温差地区的路用质量要求。
上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是为了进一步扩大布敦岩沥青复合型改性沥青的应用范围，填补其在低温地区及大温差地区应用的空白。在本发明中，“大温差”地区指我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)中规定的我国沥青路面气候分区1-1，1-2，2-1，2-2地区。
为此，本发明的一方面提供了一种布敦岩沥青复合型改性剂，包括如下重量份的原料：布敦岩沥青15-75份、废旧橡胶粉25-55份、嵌段共聚物10-20份、促溶剂3-20份。
优选地，所述布敦岩沥青在三氯乙烯中的溶解度为不小于76％，布敦岩沥青灰分含量为不大于20％，粒径小于4.75mm。
优选地，所述废旧橡胶粉为经过粉碎、脱水处理后再经脱硫活化处理的胶粉；所述废旧橡胶粉中硫含量不大于0.5％，炭黑含量不小于28％，橡胶烃含量不小于45％，拉伸强度不小于4MPa。
优选地，所述嵌段共聚物为具有活性基团的苯乙烯类单体、丙烯酸酯类单体和丁二烯类单体进行聚合，得到的具有活性基团的聚合物。该聚合物可与岩沥青中的活性基团产生反应，提高稳定性，起到偶联剂作用，使基质沥青与改性剂的相容性得到提高。
优选地，所述嵌段共聚物为采用活性可控自由基聚合制得的ABA型三嵌段共聚物，其中二苄基三硫代酯为RAFT试剂，采用乳液聚合，制备得到苯乙烯-氯丁二烯-苯乙烯(PSt-PCP-PSt)三嵌段共聚物。聚合物中的成分氯丁二烯可以提高聚合物的韧性及粘结性能，由此提高低温抗裂性，使得经过布敦岩沥青复合型改性剂改性后的沥青材料适合在低温及大温差地区使用。
优选地，所述促溶剂选自拔头油浆、脱沥青油、减压渣油以及它们的混合物中的一种或多种。
在本发明的另一方面，提供了一种布敦岩沥青复合型改性剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将布敦岩沥青、废旧橡胶粉和嵌段共聚物按比例混合，加入促溶剂搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的混合物经过螺杆挤出造粒或密炼造粒，得到所述布敦岩沥青复合型改性剂。
优选地，所述步骤2)中的造粒温度为165-180℃。
还在本发明的另一方面，提供一种布敦岩复合型改性沥青，其是将基质沥青与上述布敦岩沥青复合型改性剂混合，加热搅拌剪切，剪切完毕后加入稳定剂，混合均匀而获得的，其中所述基质沥青为70#、90#基质沥青中的一种，所述稳定剂选自抗氧化剂、抗老化剂、硫磺、有机硫化合物、橡胶交联剂中的一种或多种。其中，基质沥青、布敦岩沥青复合型改性剂、稳定剂的重量份比为100:(10-30):(0.1-2)；加热温度为160-180℃；剪切速度为10000-15000r/min；剪切时间为10-30min；搅拌速度为300-700r/min；搅拌时间为60-200min。
还在本发明的另一方面，提供了布敦岩沥青复合型改性剂在大温差地区中的用途。
与现有技术相比，本发明的布敦岩沥青复合型改性剂在不降低布敦岩沥青复合型改性沥青高温性能的同时，改善了其低温抗裂性能和对温度的敏感度以及耐老化性能，具体地，本发明的有益效果为：
1)经本发明的布敦岩沥青复合型改性剂改性的布敦岩复合型改性沥青的路用性能与SBS改性沥青相似，由于仅使用了外掺剂而非全部使用SBS改性剂，材料造价显著降低，大幅节省建设成本。
2)经本发明的布敦岩沥青复合型改性剂改性的布敦岩复合型改性沥青的路用性能较好，将显著提高路面使用品质并减少养护维修次数，延长养护维修周期，从而节省养护资金。
3)本发明的胶粉为废旧胶粉，有助于解决废旧橡胶轮胎堆放及污染环境问题，实现了资源的循环利用。经本发明的布敦岩沥青复合型改性剂改性的布敦岩复合型改性沥青的路面具有使用耐久性好，抗低温开裂性强，对温度的敏感度低，适于在北方和大温差地区的公路使用等优点，可减少由养护维修带来的能源消耗与出行不便，路面使用品质和耐久性得到提高，具有显著的社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。此外，在以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
实施例
1.布敦岩沥青复合型改性剂的制备：
1)将50份的布敦岩沥青、30份的废旧橡胶粉、11份的PSt-PCP-PSt混合，然后加入9份脱沥青油搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的混合物经过双螺杆挤出机(其中双螺杆挤出机温度为175℃)挤出造粒，得到布敦岩沥青复合型改性剂。
其中，布敦岩沥青在三氯乙烯中的溶解度为76重量％，布敦岩沥青灰分含量为18重量％，粒径小于4.75mm。废旧橡胶粉硫含量为0.35％，炭黑含量为55％，橡胶烃含量为46％，拉伸强度为6.1MPa。
2.布敦岩复合型改性沥青的制备：
将90#基质沥青加热融化，加入上述制得的布敦岩沥青复合型改性剂，进行加热搅拌剪切，剪切完毕后加入抗氧化剂、抗老化剂，继续搅拌，制备得到布敦岩复合型改性沥青。
其中，基质沥青、布敦岩沥青复合型改性剂、稳定剂的重量份比为100:28:0.2；加热温度为175℃，剪切速度为10000r/min，剪切时间为20min，搅拌速度为500r/min；搅拌时间为150min。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的试验方法对该布敦岩复合型改性沥青进行以下性能的测试，测试结果参见表1：
1)针入度
针入度是划分沥青标号采用的一项重要指标，25℃接近路面平均服务温度，此时的针入度值可以评价不同沥青材料的使用性能。测定的针入度值越大，表示沥青越软，粘度越小，沥青的抗高温性能越差；反之则沥青越硬，低温性能变差。
2)针入度指数
针入度指数反映沥青随温度变化，其针入度值变化的快慢，也就是沥青对温度的敏感性。针入度指数越高，沥青对温度的敏感性越低；反之亦然。
在年度温差大或昼夜温差大的路段宜使用针入度指数较高的沥青，沥青的感温性变弱，不容易受到环境温度的影响。如只考虑针入度，采用针入度高的沥青，该路段沥青可能低温性能较好，而温度升高的时候，路面会变得较软，易形成车辙。因此，应将针入度指数作为重要参照指标共同考虑，为保证高温及低温性能，宜选择使用针入度指数高的沥青。
3)软化点
沥青的软化点是表示沥青软硬程度的一个条件温度，直接与表示路面发软变形的程度相关联，是大多数国家用来说明沥青高温性能的指标之一。软化点的高低常用于评价沥青的高温稳定性，亦能在一定程度上反映出沥青的使用性能。一般认为，软化点越大，其高温稳定性就越好，沥青混合料乃至路面结构抗高温变形能力就越强，反之则越弱。
4)运动粘度
用于评价改性沥青的施工和易性。粘度值越大，沥青越粘稠，施工和易性受到一定影响。由于复配后的复合型型改性沥青属于高粘材料，参照橡胶沥青评价技术指标，采用175℃运动粘度进行评价。
5)耐老化性能
测定沥青薄膜加热(TFOT)后的质量变化、残留物针入度(针入度比)等指标变化，以评定沥青的耐老化性能。其中，针入度比是指沥青老化后与老化前针入度的比值。针入度比愈大，则表示沥青稳定性愈好，耐高温老化得越慢。
对照例
本对照例为一种布敦岩复合型改性沥青，该布敦岩复合型改性沥青的制备方法为：将90#基质沥青加热融化，加入与上述实施例相同的布敦岩沥青、SBR和糠醛抽出油，进行加热搅拌剪切，制备得到布敦岩复合型改性沥青。
其中，基质沥青、布敦岩沥青、SBR、糠醛抽出油、稳定剂的重量份比为100:20:3:2:0.2；加热温度为175℃，剪切速度为10000r/min，剪切时间为20min，搅拌速度为600r/min；搅拌时间为180min。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的试验方法对该对照例的布敦岩复合型改性沥青进行与实施例相同的性能测试，测试结果参见表1。
表1.各实施例的布敦岩复合型改性沥青的性能指标
选取适用于大温差地区的复合型改性沥青应兼顾高低温性能，并重点关注对温度的敏感性及适用耐久性，因此应选取针入度指数、TFOT后针入度比作为分析依据。从表1中的结果可以看出，实施例的针入度指数、TFOT后针入度比都显著大于对照例，因此实施例的布敦岩复合型改性沥青对温度的敏感度更小，耐老化性能更好，更适合于低温地区和温差较大的地区使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：布敦岩沥青15-75份、废旧橡胶粉25-55份、嵌段共聚物10-20份、促溶剂3-20份。
2.根据权利要求1所述的布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，所述布敦岩沥青在三氯乙烯中的溶解度为不小于76％，布敦岩沥青灰分含量为不大于20％，粒径小于4.75mm。
3.根据权利要求1或2所述的布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，所述废旧橡胶粉为经过粉碎、脱水处理后再经脱硫活化处理的胶粉；所述废旧橡胶粉中硫含量不大于0.5％，炭黑含量不小于28％，橡胶烃含量不小于45％，拉伸强度不小于4MPa。
4.根据权利要求1或2所述的布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，所述嵌段共聚物为具有活性基团的苯乙烯类单体、丙烯酸酯类单体和丁二烯类单体进行聚合，得到的具有活性基团的聚合物。
5.根据权利要求1或2所述的布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，所述嵌段共聚物为采用活性可控自由基聚合制得的ABA型三嵌段共聚物，其中二苄基三硫代酯为RAFT试剂，采用乳液聚合，制备得到苯乙烯-氯丁二烯-苯乙烯。
6.根据权利要求1或2所述的布敦岩沥青复合型改性剂，其特征在于，所述促溶剂选自拔头油浆、脱沥青油、减压渣油以及它们的混合物中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的布敦岩沥青复合型改性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将布敦岩沥青、废旧橡胶粉和嵌段共聚物按比例混合，加入促溶剂搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的混合物经过螺杆挤出造粒或密炼造粒，得到所述布敦岩沥青复合型改性剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的造粒温度为165-180℃。
9.一种布敦岩复合型改性沥青，其特征在于，其是将基质沥青与根据权利要求1至6中任一项所述的布敦岩沥青复合型改性剂混合，加热搅拌剪切，剪切完毕后加入稳定剂，混合均匀而获得的，其中所述基质沥青为70#、90#基质沥青中的一种，所述稳定剂选自抗氧化剂、抗老化剂、硫磺、有机硫化合物、橡胶交联剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的布敦岩沥青复合型改性剂在大温差地区中的用途。
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