CN114292525B - 一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青及其制备方法 - Google Patents
一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青及其制备方法。由如下组分组成：基质沥青80～95份，快速增黏剂1～4份，慢速增黏剂2～8份，增塑剂0.5～2份，相容剂0.5～2份，稳定剂1～4份；其中快速增黏剂为α‑氰基丙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩甲醛、环氧丙烯酸酯中的至少一种，慢速增黏剂为聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂中的至少一种。制备时，首先将基质沥青、慢速增黏剂和相容剂剪切混合，在干燥环境中加入快速增黏剂，最后加入增塑剂及稳定剂，即得均匀稳定的改性沥青。该改性沥青在施工时即可快速黏结，迅速形成一个整体，同时还可以保证通车后长期保持黏性，满足沥青层全寿命周期的黏结强度满足要求。
Description
技术领域
本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国公路建设的迅猛发展，刚柔复合长寿命路面以其优越性能在全国范围内得到了广泛应用。层间结合是刚柔复合路面的薄弱点。在复合路面结构中，水泥混凝土层和沥青层间强度主要依赖于沥青层与水泥混凝土层表面形成的摩擦力、层间结合料的黏结力来抵抗剪应力，而普通沥青层内部的强度主要来自于集料的嵌挤作用，因此层间部位抗剪能力相对较弱。易出现层间剪切位移，严重时在沥青层形成推移、拥包、开裂和滑移等病害，导致沥青层的功能被破坏，这要求沥青层和水泥混凝土层层间必须具有良好的黏结强度。
层间结合料通常采用防水黏结层、黏层油等形式，黏结强度主要由改性沥青提供。因此，提高改性沥青黏度，将显著减轻沥青层病害，增强沥青面层的使用寿命。目前主要通过天然沥青、天然纤维等对沥青进行改性，增强沥青粘度，但是现有的层间改性沥青普遍存在施工期沥青黏性生成慢，并在通车后逐渐衰减的问题，层间黏结强度无法满足要求。因此，寻找一种新型层间改性沥青，使得施工期的沥青黏性迅速生成，并能在通车后长期保持黏性是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青及其制备方法。该改性沥青在施工时即可快速黏结，迅速形成一个整体，同时还可以保证通车后长期保持黏性，满足沥青层全寿命周期的黏结强度满足要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青80～95份，快速增黏剂1～4份，慢速增黏剂2～8份，增塑剂0.5～2份，相容剂0.5～2份，稳定剂1～4份；其中快速增黏剂为α-氰基丙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩甲醛、环氧丙烯酸酯中的至少一种，慢速增黏剂为聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂中的至少一种。
其中，适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青中，“刚”指的是混凝土层，“柔”指的是沥青层，所得改性沥青应用于混凝土层和沥青层之间，用于增加混凝土层和沥青层的层间黏度。
按上述方案，所述基质沥青为90号普通石油沥青。
按上述方案，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯、多元醇酯中的至少一种。
按上述方案，所述相容剂为芳香油、橡胶油中的至少一种。
按上述方案，所述稳定剂为三元乙丙橡胶粉、顺丁橡胶粉和丁苯橡胶粉中的至少一种。
本发明还提供了一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青制备方法，包括如下步骤：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在145～160℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩，在隔气罩内投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行；
步骤三、步骤二完成后，由隔气罩的投料口掺入预定掺配比例快速增黏剂，采用高速剪切仪在100～115℃的温度范围内在干燥环境下以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；
步骤四、将步骤三所得混合物掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在120～135℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min，制得改性沥青，沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑，将制得的改性沥青置于密闭干燥环境下保存。
本发明提供一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青，快速增黏剂和慢速増黏剂协同配合使用；一方面，快速増黏剂为水黏性增黏剂，在改性沥青与空气中水蒸气接触后，将迅速产生黏结强度，起到快速增黏的效果；另一方面，慢速増黏剂为物理嵌挤增黏剂，在车辆荷载竖向力作用下，使得改性沥青与混凝土层及沥青层的表面物理嵌挤作用不断增强，从而使混凝土层和沥青层在通车之后的数年之内仍能不断增强层间黏结，保证沥青层在荷载作用下不至于出现层间剪切位移，满足沥青层全寿命周期的黏结强度满足要求。此外，通过对増黏剂进行试配，分别选择快速増黏剂和慢速増黏剂合适的掺配区间，当増黏剂含量过小，将无法满足层间的黏结强度要求，増黏剂含量过大，改性沥青的低温性能、施工便易性等方面将受到损害。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过快速增黏剂和慢速增黏剂对基质沥青共同进行改性，快速增黏剂能使混凝土层和沥青层在沥青摊铺时就能快速黏结，迅速形成一个整体；慢速黏结剂为物理嵌挤增黏剂，可在较长的时间段内，不断增加改性沥青的黏结强度，保证沥青层在荷载作用下不至于出现层间剪切位移，满足沥青层全寿命周期的黏结强度满足要求。
2.本发明提供一种改性沥青的制备方法，首先将基质沥青和慢速增黏剂及相容性混合均匀，然后在加入快速增黏剂之前增加隔气罩，并放置干燥剂保证无水蒸汽的干燥环境，可以避免掺入快速增黏剂后过早的增黏，保证体系稳定性，再配合合理的加料顺序、适宜的混合温度和剪切速度，所得改性沥青均匀稳定。
3.本发明的复合改性沥青成本低廉，制备工艺简单，便于推广，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例中所用隔气罩示意图。
图中：1为高速剪切仪，2为隔气罩，3为投料口，4为干燥剂放置处，5为投料塞。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成基质沥青95份，快速增黏剂1份，慢速增黏剂2份，增塑剂0.5份，相容剂0.5份，稳定剂1份，各组分具体物质选择如表1所示。
该适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青的制备方法如下：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在145℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切30min。
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩(如图1所示)，在隔气罩内干燥剂放置处投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行。
步骤三、步骤二完成后，由隔气罩的投料口掺入预定掺配比例快速增黏剂，然后塞上投料塞，采用高速剪切仪在100℃的温度范围内在干燥环境下以3000r/min的速度剪切30min。
步骤四、将步骤三所得混合物掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在120℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切30min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。
实施例2
一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成基质沥青90份，快速增黏剂2份，慢速增黏剂4份，增塑剂1份，相容剂1份，稳定剂2份，各组分具体物质选择如表1所示。
该适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青的制备方法如下：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在150℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切40min。
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩，在隔气罩内投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行。
步骤三、步骤二完成后，由隔气罩的投料口掺入预定掺配比例快速增黏剂，然后塞上投料塞，采用高速剪切仪在105℃的温度范围内在干燥环境下以3500r/min的速度剪切40min。
步骤四、将步骤三所得混合物掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在125℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切40min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。
实施例3
一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成基质沥青85份，快速增黏剂3份，慢速增黏剂6份，增塑剂1.5份，相容剂1.5份，稳定剂3份，各组分具体物质选择如表1所示。
该适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青的制备方法如下：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在155℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切50min。
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩，在隔气罩内投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行。
步骤三、步骤二完成后，由隔气罩的投料口掺入预定掺配比例快速增黏剂，然后塞上投料塞，采用高速剪切仪在110℃的温度范围内在干燥环境下以4000r/min的速度剪切50min。
步骤四、将步骤三所得混合物掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在130℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切50min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。
实施例4
一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成基质沥青80份，快速增黏剂4份，慢速增黏剂8份，增塑剂2份，相容剂2份，稳定剂4份，各组分具体物质选择如表1所示。
该适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青的制备方法如下：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在160℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切60min。
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩，在隔气罩内投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行。
步骤三、步骤二完成后，由隔气罩的投料口掺入预定掺配比例快速增黏剂，然后塞上投料塞，采用高速剪切仪在115℃的温度范围内在干燥环境下以4500r/min的速度剪切60min。
步骤四、将步骤三所得混合物掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在135℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切60min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得改性沥青，将改性沥青置于密闭干燥环境下保存。
表1为实施例1-4各组分具体选择物质类型。
表1
为验证本发明中复合改性沥青的使用性能，以90号沥青为对照组，本发明制备的实施例为实验组，进行相关项目的试验，试验结果如下表2所示。
表2.实施例1-4和对照组1沥青的性能测试对比
上表中Brookfield旋转黏度根据AASHTO M320所述的计算方法计算。不可恢复蠕变柔量Jnr3.2根据ASTM D7405所述的计算方法计算。
上表中Brookfield旋转黏度为沥青黏性指标；Brookfield黏度仪开展60℃及135℃两种不同温度的Brookfield旋转黏度试验反映夏季实际使用时(50℃～70℃)和高温施工中(100℃以上)改性沥青的黏度。Brookfield旋转黏度越高，沥青黏性指标越好。不可恢复蠕变柔量Jnr3.2为沥青层多级应力蠕变恢复指标；表征沥青在荷载反复作用下的蠕变恢复能力。不可恢复蠕变柔量Jnr3.2越低，沥青蠕变恢复能力越好。
由上表中数据可知，实施例1～实施例4中所制备的改性沥青相较于基质沥青具有更好的使用性能，且制备工艺简单，原材料价格低廉，具有广阔的应用前景。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (5)
1.一种适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青，其特征在于，由如下重量份的组分组成：基质沥青80～95份，快速增黏剂1～4份，慢速增黏剂2～8份，增塑剂0.5～2份，相容剂0.5～2份，稳定剂1～4份；其中快速增黏剂为α-氰基丙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩甲醛和环氧丙烯酸酯的混合物，慢速增黏剂为聚芳基有机硅树脂和聚烷基芳基有机硅树脂的混合物；所述稳定剂为三元乙丙橡胶粉、顺丁橡胶粉和丁苯橡胶粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为90号普通石油沥青。
3.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯、多元醇酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述相容剂为芳香油、橡胶油中的至少一种。
5.一种权利要求1-4任一项所述适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在高速剪切仪中掺入基质沥青，并掺入预定比例的慢速增黏剂及相容剂，高速剪切仪在145～160℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；
步骤二、在步骤一混合物制备完成后，在高速剪切仪外侧添加隔气罩，在隔气罩内投入干燥剂并静置，保证后续高速剪切在无水蒸气环境下进行；
步骤三、步骤二完成后，继续掺入预定掺配比例快速增黏剂，采用高速剪切仪在100～115℃的温度范围内在干燥环境下以3000～4500r/min的速度剪切30～60min；
步骤四、将步骤三所得混合物中掺入预定掺配比例的增塑剂及稳定剂，采用高速剪切仪在120～135℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切30～60min，即得适用于刚柔复合长寿命路面层间的改性沥青。
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