CN113930079B - 一种改性沥青、其制备方法及应用 - Google Patents

一种改性沥青、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及交通运输工程建设技术领域，尤其涉及一种改性沥青、其制备方法及应用。所述改性沥青由包括以下重量份组分的原料制备得到：基质沥青20～80重量份；聚氨酯弹性体1.5～6重量份；废旧橡胶粉5～40重量份；含硫稳定剂1～5重量份。本发明提供的改性沥青采用特定含量的组分，可以实现较好的相互作用，得到的改性沥青具有良好的综合路用性能，具有较优的高温稳定性、变形恢复性能、低温柔韧性和低温抗疲劳耐久性，适用于季节性冰冻地区。并且，本发明采用的材料来源广泛，充分利用了废旧橡胶材料，又可大幅提高可再生废旧材料在道路工程中利用比例，从而能够实现道路工程的可持续发展。

Description

一种改性沥青、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及交通运输工程建设技术领域，尤其涉及一种改性沥青、其制备方法及应用。
背景技术
当前我国公路里程迅猛增长，我国90％以上的高速公路为沥青路面，公路的快速发展亟需大量优质的沥青材料，统计表明，修建每公里高速公路需要沥青400余吨，沥青的品质决定沥青路面的使用质量，此外，石油资源的不可再生性又限制了现有道路建设与养护模式的不可持续性，使得公路工程可持续发展面临巨大挑战。因此，研发新型石油沥青替代产品已成为国内外道路工程领域研究的重中之重。
中国专利CN 102464892 A公开了一种道路沥青用复合聚氨酯改性剂，该项发明特别涉及用复合异氰酸酯材料通过化学反应的方法与基质沥青形成聚氨酯结构以改善基质沥青的使用性能。中国专利CN 103102706 A公开了一种道路沥青用耐高温抗车辙聚氨酯复合改性剂，该改性剂可以大幅提高基质沥青及改性沥青的耐高温抗车辙性能，且所制备的改性沥青高低温性能平衡、与基质沥青相容性好、贮存稳定。中国专利CN 102850506 A公开了一种聚氨酯改性沥青的制备方法，该方法的反应温度是70～130℃，改善了普通沥青的低温发脆，柔韧性差等缺点。中国专利CN 102617070 A公开了一种以集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制备聚氨酯沥青混凝土的方法，所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得。
上述现有技术虽然在高温稳定性方面均有较好的改善，但在低温稳定性及低温抗裂方面的改善仍然有待于提高，并不适合用于季节性冰冻地区，同时，聚氨酯的掺杂量偏大，增加了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性沥青、其制备方法及应用，本发明提供的改性沥青具有较优的高温稳定性和低温性能。
本发明提供了一种改性沥青，由包括以下重量份组分的原料制备得到：
优选的，所述基质沥青包括50#石油沥青、70#石油沥青、90#石油沥青和110#石油沥青中的至少一种。
优选的，所述废旧橡胶粉是以废旧汽车轮胎为原料加工而成的橡胶粉；
所述废旧橡胶粉的颗粒粒径为20～80目；
所述废旧汽车轮胎中，天然胶的质量含量>25％，橡胶烃的质量含量>42％。
优选的，所述含硫稳定剂的含硫量为30％～70％。
本发明还提供了一种上文所述的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
A)将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂进行混磨，得到改性物料；
B)将所述改性物料进行发育；
C)将所述发育后的改性物料与聚氨酯弹性体进行混磨，得到改性沥青。
优选的，步骤A)中，所述混磨的温度为140～220℃，时间为20～60min；
所述混磨的转速不低于500r/min；
所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
优选的，步骤B)中，所述发育在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速不低于100r/min；
所述发育的温度为155～185℃，时间为30～120min。
优选的，步骤C)中，所述混磨的温度为140～170℃，时间为20～40min；
所述混磨的转速不低于500r/min；
所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
本发明还提供了一种上文所述的改性沥青或上文所述的制备方法制得的改性沥青作为道路铺设材料的应用。
本发明提供了一种改性沥青，由包括以下重量份组分的原料制备得到：基质沥青20～80重量份；聚氨酯弹性体1.5～6重量份；废旧橡胶粉5～40重量份；含硫稳定剂1～5重量份。本发明提供的改性沥青采用特定含量的组分，可以实现较好的相互作用，得到的改性沥青具有良好的综合路用性能，具有较优的高温稳定性、变形恢复性能、低温柔韧性、低温抗疲劳耐久性、抗老化性、抗水损坏性能和抗裂性能，适用于季节性冰冻地区。并且，本发明采用的材料来源广泛，充分利用了废旧橡胶材料，又可大幅提高可再生废旧材料在道路工程中利用比例，从而能够实现道路工程的可持续发展。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明提供了一种改性沥青，由包括以下重量份组分的原料制备得到：
本发明提供的改性沥青的制备原料包括基质沥青。所述基质沥青的重量份数为20～80份。在本发明的某些实施例中，所述基质沥青的重量份数为78份、73份或69份。
在本发明的某些实施例中，所述基质沥青包括50#石油沥青、70#石油沥青、90#石油沥青和110#石油沥青中的至少一种；优选70#石油沥青或90#石油沥青。本发明对所述基质沥青的来源并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的50#石油沥青、70#石油沥青、90#石油沥青和110#石油沥青的市售商品即可。
本发明提供的改性沥青的制备原料还包括聚氨酯弹性体。所述聚氨酯弹性体的重量份数为1.5～6份。在本发明的某些实施例中，所述聚氨酯弹性体的重量份数为2～4份。在某些实施例中，所述聚氨酯弹性体的重量份数为2.5份、3份或4份。
在本发明的某些实施例中，聚氨酯弹性体为聚氨酯胶黏剂。所述聚氨酯胶黏剂的拉伸强度≥25MPa，扯断延伸率≥300％。本发明对所述聚氨酯胶黏剂的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
本发明提供的改性沥青的制备原料还包括废旧橡胶粉。所述废旧橡胶粉的重量份数为5～40份。在本发明的某些实施例中，所述废旧橡胶粉的重量份数为15～30份。在某些实施例中，所述废旧橡胶粉的重量份数为18份、22份或5份。
在本发明的某些实施例中，所述废旧橡胶粉是以废旧汽车轮胎为原料加工而成的橡胶粉。本发明对所述加工的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的橡胶粉的加工方法即可。在本发明的某些实施例中，所述废旧汽车轮胎中，天然胶的质量含量>25％，橡胶烃的质量含量>42％。在某些实施例中，所述废旧汽车轮胎中，天然胶的质量含量为28％，橡胶烃的质量含量为53％。
在本发明的某些实施例中，所述废旧汽车轮胎包括子午线轮胎和/或斜交轮胎，优选为子午线轮胎。所述废旧汽车轮胎中天然胶含量较高，能够较好的实现对石油沥青的改性。
在本发明的某些实施例中，所述废旧橡胶粉的颗粒粒径为20～80目；优选为40～60目。在某些实施例中，所述废旧橡胶粉的颗粒粒径为40目或60目。
本发明提供的改性沥青的制备原料还包括含硫稳定剂。所述含硫稳定剂的重量份数为1～5份。在本发明的某些实施例中，所述含硫稳定剂的重量份数为2～2.5份。在某些实施例中，所述含硫稳定剂的重量份数为1.5份或2份。
在本发明的某些实施例中，所述含硫稳定剂的含硫量为30％～70％；优选为40％～60％；更优选为52％。本发明对所述含硫稳定剂的来源并无特殊的限制，可以采用市售的NH-4稳定剂。
本发明还提供了一种上文所述的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
A)将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂进行混磨，得到改性物料；
B)将所述改性物料进行发育；
C)将所述发育后的改性物料与聚氨酯弹性体进行混磨，得到改性沥青。
本发明提供的改性沥青的制备方法中，采用的原料组分及配比同上，在此不再赘述。
本发明先将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂进行混磨，得到改性物料。
在本发明的某些实施例中，将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂进行混磨前，还包括：加热基质沥青至170～190℃。在某些实施例中，加热基质沥青至170℃、180℃或190℃。
在本发明的某些实施例中，所述混磨的温度为140～220℃，时间为20～60min。在某些实施例中，所述混磨的温度为160℃。在某些实施例中，所述混磨的时间为30min、50min或60min。
在本发明的某些实施例中，所述混磨的转速不低于500r/min。在某些实施例中，所述混磨的转速为600r/min。
所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
得到改性物料后，将所述改性物料进行发育。
在本发明的某些实施例中，所述发育在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速不低于100r/min。在某些实施例中，所述混磨的转速为100r/min。
在本发明的某些实施例中，所述发育的温度为155～185℃，时间为30～120min。在某些实施例中，所述发育的温度为180℃，时间为90min。
发育完成后，将所述发育后的改性物料与聚氨酯弹性体进行混磨，得到改性沥青。
在本发明的某些实施例中，所述混磨的温度为140～220℃，时间为20～60min。在某些实施例中，所述混磨的温度为180℃，时间为30min。
在本发明的某些实施例中，所述混磨的转速不低于500r/min。在某些实施例中，所述混磨的转速为600r/min。
所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
本发明还提供了一种上文所述的改性沥青或上文所述的制备方法制得的改性沥青作为道路铺设材料的应用。
本发明提供的改性沥青采用特定含量的组分，可以实现较好的相互作用，得到的改性沥青具有良好的综合路用性能，具体的包括较优的高温稳定性、变形恢复性能、低温柔韧性、低温抗疲劳耐久性、抗老化性、抗水损坏性能和抗裂性能等，适用于季节性冰冻地区。并且，本发明采用的材料来源广泛，充分利用了废旧橡胶材料，又可大幅提高可再生废旧材料在道路工程中利用比例，从而能够实现道路工程的可持续发展。
另外，本发明提供的改性沥青的制备方法工艺简单、操作易控、成本较低、适合大规模生产应用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种改性沥青、其制备方法及应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例中的聚氨酯弹性体为聚氨酯胶黏剂，所述聚氨酯胶黏剂的拉伸强度≥25MPa，扯断延伸率≥300％。
实施例中的废旧橡胶粉是以废旧子午线轮胎为原料加工而成的橡胶粉，废旧子午线轮胎中，天然胶的质量含量为28％，橡胶烃的质量含量为53％；
实施例中的含硫稳定剂为市售的NH-4稳定剂，含硫稳定剂的含硫量为52％。
实施例1
1)将78重量份的70#石油沥青加热至170℃，加入胶体磨中；
2)将40目橡胶粉18重量份、含硫稳定剂1.5重量份分别加入到胶体磨中，160℃下混磨30min，混磨的转速为600r/min，得到改性物料；
3)将步骤2)得到的改性物料放在发育罐中，在搅拌(100r/min)的条件下，180℃下发育90min；
4)将步骤3)发育后的改性物料与2.5重量份聚氨酯弹性体分别加入胶体磨中，180℃下混磨30min，混磨的转速为600r/min，得到改性沥青。
实施例2
1)将73重量份的90#石油沥青加热至180℃，加入胶体磨中；
2)将40目橡胶粉22重量份、含硫稳定剂2重量份分别加入到胶体磨中，160℃下混磨50min，混磨的转速为600r/min，得到改性物料；
3)将步骤2)得到的改性物料放在发育罐中，在搅拌(100r/min)的条件下，180℃下发育90min；
4)将步骤3)发育后的改性物料与3重量份聚氨酯弹性体分别加入胶体磨中，180℃下混磨30min，混磨的转速为600r/min，得到改性沥青。
实施例3
1)将69重量份的90#石油沥青加热至190℃，加入胶体磨中；
2)将60目橡胶粉5重量份、含硫稳定剂2重量份分别加入到胶体磨中，160℃下混磨60min，混磨的转速为600r/min，得到改性物料；
3)将步骤2)得到的改性物料放在发育罐中，在搅拌(100r/min)的条件下，180℃下发育90min；
4)将步骤3)发育后的改性物料与4重量份聚氨酯弹性体分别加入胶体磨中，180℃下混磨30min，混磨的转速为600r/min，得到改性沥青。
对实施例1～3制备的改性沥青进行性能检测，结果如表1所示。
表1实施例1～3的改性沥青的性能检测结果
从表1中可以看出，本发明制备的改性沥青的延度(5℃)不低于27cm，具有较高的延度，说明耐低温性能较优；所述改性沥青的软化点不低于68℃，说明耐高温性能较优；25℃弹性恢复大于86％，说明改性沥青具有较好的柔性和弹性，更适合应用于低温沥青路面中，可以提高沥青路面抗疲劳性；-18℃蠕变劲度模量不超过62MPa，-24℃蠕变劲度模量不超过186MPa，说明改性沥青的低温抗开裂性能较优。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种改性沥青，由以下重量份组分的原料制备得到：
基质沥青 69~80重量份；
聚氨酯弹性体 2.5~4重量份；
废旧橡胶粉 5~22重量份；
含硫稳定剂 1.5~2重量份；
所述基质沥青为70#石油沥青或90#石油沥青；
所述聚氨酯弹性体为聚氨酯胶黏剂；所述聚氨酯胶黏剂的拉伸强度≥25 MPa，扯断延伸率≥300%；
所述废旧橡胶粉是以废旧汽车轮胎为原料加工而成的橡胶粉；所述废旧汽车轮胎中，天然胶的质量含量>25 %，橡胶烃的质量含量>42 %；所述废旧橡胶粉的颗粒粒径为40~60目；
所述含硫稳定剂的含硫量为52%~70%；所述含硫稳定剂选自NH-4稳定剂；
所述改性沥青的制备方法包括以下步骤：
A）将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂在160℃混磨20~60 min，得到改性物料；所述混磨的转速为500~600 r/min；
B）将所述改性物料在180℃发育90 min；所述发育在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为100 r/min；
C）将所述发育后的改性物料与聚氨酯弹性体在180℃混磨20~40 min，得到改性沥青；所述混磨的转速为500~600 r/min。
2.权利要求1所述的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
A）将基质沥青、橡胶粉和含硫稳定剂在160℃混磨20~60 min，得到改性物料；所述混磨的转速为500~600 r/min；
B）将所述改性物料在180℃发育90 min；所述发育在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为 100 r/min；
C）将所述发育后的改性物料与聚氨酯弹性体在180℃混磨20~40 min，得到改性沥青；所述混磨的转速为500~600 r/min。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A）中，所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤C）中，所述混磨的装置为胶体磨或高速剪切机。
5.权利要求1所述的改性沥青或权利要求2~4任意一项所述的制备方法制得的改性沥青作为道路铺设材料的应用。
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