CN114479494A - 一种黏附性优异的水工沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种黏附性优异的水工沥青及其制备方法，该改性沥青包括以下重量份的组分：100份70#基质沥青；1.5‑3.8份SBS改性剂；0‑1.5份SBR改性剂；1.3‑3.8份增延剂；0.5‑1份抗剥落剂；0.08‑0.2份稳定剂。本发明采用普通70#基质进行改性，原料选择广泛，制备工艺简单；本发明采用较少的SBS、SBR两种改性剂，并与其他添加剂配合，提高水工沥青的高温性能及低温性能。本发明实施例制备的水工沥青的低温性能优异，即使在冬季水面以下，此水工沥青防渗层也不会发生脆裂。此外，本发明制备的水工沥青中改性剂用量较少，成本相对降低。本发明制备的水工沥青黏附性优异，可延长防渗层使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及沥青技术领域，特别涉及一种黏附性优异的水工沥青及其制备方法。
背景技术
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青。水工沥青，是指用于水利工程中修筑水坝、海岸护堤、渠道及蓄水池、防渗层、水工结构封闭层等的石油沥青，其主要用于筑坝、海岸护堤、渠道防渗以及蓄水池等水利工程防水防渗。其中，采用沥青混凝土做水坝的防渗面层或芯墙，其防渗性能比钢筋混凝土优越，具有较高的塑性与柔性，能更好地适应水工建筑物的不均匀沉陷和变形。同时，沥青混凝土防渗工程还具有工程量较小，施工快速等优点。
然而，沥青混凝土及实体建筑物的性能受沥青材料本身性质的制约。尤其是沥青的黏附性，在很大程度上决定了混合料使用性能；首先，黏附性是混合料抵抗水损害的基础，其次，黏附性直接影响混合料的强度、稳定性、耐久性等。石油沥青通常对酸性石料黏附性较差，常用的改善沥青与酸性石料黏附性的方法有2种，其一为采用水泥、石灰、镁含量很高的碱性材料预处理集料的表面使其碱性化，或在沥青中掺入一定剂量的这类碱性材料。另外一种方式是在沥青中添加抗剥落剂，沥青抗剥落剂也是一种表面活性物质，能够降低沥青与矿料的界面张力，提高两者的粘附性，从而可达到抗剥离的效果。
现有技术制备的水工沥青多是用于防渗层，对其耐温性能要求并不严格，所以一些石油水工沥青的软化点及低温延度性能不好，这一定程度上影响了防渗层寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种黏附性优异的水工沥青及其制备方法，本发明提供的水工沥青具有较好的高温性能及低温性能，利于应用。
本发明提供一种黏附性优异的水工沥青，包括以下重量份的组分：
100份的70#基质沥青；
1.5-3.8份的SBS改性剂；
0-1.5份的SBR改性剂；
1.3-3.8份的增延剂；
0.5-1份的抗剥落剂；
0.08-0.2份的稳定剂。
在本申请的优选实施例中，所述SBS改性剂为线性SBS，熔体流动速率可为0.1-5g/10min。
在本申请的优选实施例中，所述SBS改性剂选自牌号YH-791、1301-1、YH-792、YH-796其中一种。
在本申请的优选实施例中，所述增延剂为含有表面活性剂、非橡胶油和糠醛抽出油的添加剂，密度为0.95-1.05g/cm3，闪点大于230℃。
在本申请的优选实施例中，所述抗剥落剂为有机高分子活性化合物。
在本申请的优选实施例中，所述稳定剂的主要成分为硫磺。
在本申请的优选实施例中，所述70#基质沥青为符合70#指标的道路石油沥青。
本申请实施例提供如前所述的水工沥青的制备方法，包括以下步骤：
将70#基质沥青加热到165-175℃，加入增延剂、SBS改性剂和SBR改性剂，溶胀，之后加入抗剥落剂，搅拌，开始过磨，过两遍磨，添加稳定剂搅拌，发育一定时间，即得。
与现有技术相比，本发明采用普通70#基质进行改性，原料选择广泛，制备工艺简单；本发明采用较少的SBS、SBR两种改性剂，并与其他添加剂复配，提高水工沥青的高温性能及低温性能。其中本发明实施例制备的水工沥青的低温性能优异，即使在冬季水面以下，此水工沥青防渗层也不会发生脆裂。此外，本发明制备的水工沥青中改性剂用量较少，成本相对降低。实验表明，本发明所制备的水工沥青的低温延度优异，在低温下形变性能优异，不会因堤坝微变形而产生裂缝。本发明制备的水工沥青具有优异的黏附性，高出普通水工沥青1～2个等级(尤其对酸性石料更为明显)，提高了混合料水稳性能，延长防渗层使用寿命。
具体实施方式
下面对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种黏附性优异的水工沥青，包括以下重量份的组分：
100份的70#基质沥青；
1.5-3.8份的SBS改性剂；
0-1.5份的SBR改性剂；
1.3-3.8份的增延剂；
0.5-1份的抗剥落剂；
0.08-0.2份的稳定剂。
本发明提供的水工沥青的黏附性优异，具有较好的高温性能及低温性能。
按照重量配比，本发明实施例所述的水工沥青是对100份的70#基质沥青进行改性。此处的70#基质沥青，特指符合JTG_F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的道路石油沥青；该原料选择广泛。本发明实施例所述的基质沥青采用市售产品，例如：山东海韵沥青有限公司的70#重交道路石油沥青，中国海洋石油集团有限公司的中海36-1重交道路沥青(70#)，山东汇丰石化有限公司的70#重交道路石油沥青，中国石化齐鲁石化公司的70#重交道路沥青产品。
在此基础上，本发明所述水工沥青包括：1.5-3.8份的SBS改性剂；0-1.5份的SBR改性剂。即本发明实施例主要采用1.5-3.8wt％的SBS改性剂，优选为1.9-3.5wt％。另一些实施例中，还采用少量SBR改性剂，例如再加入0.1-1.5wt％SBR改性剂。
SBS改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(简记为SBS)，常见的有直线型和星型结构。SBS改性剂对沥青具有提高刚度和改善韧性、抵抗疲劳能力、抗水损害能力、抗老化性能和抗剥离能力的特点，并且SBS改性剂还具有使沥青的软化点、延展度提高的能力。作为优选，所述的SBS改性剂特指三嵌段线性SBS，熔体流动速率可为0.1-5g/10min，例如牌号YH-791、1301-1、YH-792、YH-796的市售产品中的任意一种。
在本发明的一些实施例中，所述的SBR改性剂为丁苯橡胶类，SBR掺入基质沥青后，可在沥青中形成共轭结构，改善低温下的耐老化性能和疲劳性能。丁苯橡胶(SBR)，又称苯乙烯丁二烯共聚物，其物理性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良。本发明实施例所用SBR改性剂，可提高沥青耐老化性能及低温延度性能；优先筛选SBR采用粉尘较少，价格适中，改性效果较好，易于加工生产。具体地，本发明所述SBR改性剂可选自山东显元化工科技有限公司的SBR颗粒、山东双涵石化装备有限公司的SBR片状颗粒、高氏科工贸有限公司产品中的一种或多种。
并且，本发明实施例所述水工沥青的制备原料包括增延剂、稳定剂和抗剥落剂；其中，所述增延剂主要起到增加改性沥青延度的作用，同时改善低温性能，相当于软化油。在本发明中，所述增延剂用量为1.3-3.8质量份，优选为1.5-3.5份。进一步优选地，本发明所述增延剂为含有表面活性剂、非橡胶油和糠醛抽出油等物质的添加剂；密度可为0.95-1.05g/cm3，闪点大于230℃，例如山东东营曼特克石油化工集团有限公司的曼特克增延剂4#。
在本申请的优选实施例中，所述稳定剂的主要成分为硫磺，可选自稳定剂HMD-2、稳定剂ZZ-1、稳定剂WDJ-2和稳定剂HSSTAB-3中的一种或多种，主要是在沥青内形成网状结构结，增加沥青热稳定性、坚韧性，改善改性沥青离析问题。具体地，本发明配方中所述稳定剂为0.08-0.2质量份。
本发明实施例还添加0.5～1份的沥青抗剥落剂，所述的抗剥落剂优选为有机高分子活性化合物，其能同时适用于酸、碱两种石料，特别是对于酸性、二氧化硅含量高的玄武岩、安山岩、花岗岩等石料与沥青的粘附性有明显的提升效果。本发明重点介绍采用添加抗剥落剂法来提高聚合物改性水工沥青黏附性的方法，此方法方便快捷，更能减少软化油用量，与改性水工沥青配伍性好。
本发明一些具体实施例可分别加入0.6wt％、0.8wt％或1wt％的抗剥落剂，此处抗剥落剂，特指能够提高沥青黏附性的一类有机高分子物质，可选自LY、HLJ、XT-1中的一种或多种；本发明实施例优选采用LY、HLJ两种，环保、性能好。
本申请实施例提供了如前所述黏附性优异的水工沥青的制备方法，包括以下步骤：
将70#基质沥青加热到165-175℃，按照相应质量比例，加入增延剂和SBS改性剂，溶胀，之后加入抗剥落剂，搅拌，开始过磨，过两遍磨，添加稳定剂搅拌，发育一定时间，即得。
在该黏附性优异的改性沥青制备工艺中，基质沥青优选在130-140℃下化样，再加热至165-175℃(优选为170℃)，加入增延剂、改性剂(由1.5-3.8份的SBS改性剂和0-1.5份的SBR改性剂组成)，溶胀10min，加入抗剥落剂，搅拌均匀，开始过磨，过两遍磨，可添加稳定剂搅拌发育2h，搅拌转速120rpm。本发明对水工沥青的制备工艺并无特殊限制，各原料的内容也如前文所述。
综上所述，本发明实施例制备的改性沥青具有优异黏附性，用作水工沥青，高温及低温性能较高；其原料组分为：70#基质沥青：100份；SBS改性剂：1.5-3.8份；SBR改性剂：0-1.5份；增延剂：1.3-3.8份；稳定剂：0.08-0.2份；抗剥落剂：0.5-1份。本发明实施例制备的水工沥青具有如下优势：
1.本发明采用普通70#基质进行改性，原料选择广泛，制备工艺简单；2.本发明采用SBS与SBR两种改性剂行进复配，分别提高水工沥青的高温性能与低温性能；3.本发明制备的水工沥青的低温性能优异，即使在冬季水面以下，此水工沥青防渗层也不会发生脆裂；4.本发明制备的水工沥青中改性剂用量较少，成本相对降低；5.本发明所制备的水工沥青的低温延度优异，在低温下，形变性能优异，不会因堤坝微变形而产生裂缝；6.本发明制备的水工沥青的黏附性优异，高出普通水工沥青1～2个等级(尤其对酸性石料更为明显)，提高了混合料水稳性能，延长防渗层使用寿命。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
对比例1：
基质沥青(海韵70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入1.5wt％增延剂、1.9wt％SBS改性剂，1.2wt％SBR改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.08wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm，即得。
实施例1：
基质沥青(海韵70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入1.5wt％增延剂、1wt％抗剥落剂、1.9wt％SBS改性剂，1.3wt％SBR改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.15wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
实施例2：
基质沥青(海韵70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入3.8wt％增延剂、0.8wt％抗剥落剂、3.8wt％SBS改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.2wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
实施例3：
基质沥青(中海70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入1.5wt％增延剂、1wt％抗剥落剂、2.0wt％SBS改性剂，0.9wt％SBR改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.08wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
实施例4：
基质沥青(汇丰70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入2.2wt％增延剂、0.6wt％抗剥落剂、1.8wt％SBS改性剂，1.3wt％SBR改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.1wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
实施例5：
基质沥青(齐鲁70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入1.5wt％增延剂、1wt％抗剥落剂、1.8wt％SBS改性剂，1.3wt％SBR改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.1wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
实施例6：
基质沥青(齐鲁70#)在135℃下化样，加热至170℃，加入3.0wt％增延剂、0.8wt％抗剥落剂、3.5wt％SBS改性剂，溶胀10min，开始过磨，沥青过磨温度175℃，磨头温度130℃，过两遍磨后，加入0.2wt％稳定剂，搅拌发育2h，转速200rpm。
对比例2：海韵70#基质沥青
以上实施例中，所用的SBS改性剂为YH-791(岳阳石化)，为白色短柱状颗粒，产自中国石化岳阳石油分公司；所用的增延剂为曼特克4#，产自山东东营曼特克石油化工有限公司；所用SBR改性剂为片状颗粒，为高氏SBR(高氏科工贸有限公司)或双涵SBR(山东双涵石化装备有限公司)，产自山东双涵石化装备有限公司或高氏科工贸有限公司。
以及，所用的稳定剂为HMD-2，灰黄色粉末，熔点≥110℃，表观密度0.6～0.9g/cm3，产自山东东营润丰博越石油技术有限公司。此处抗剥落剂特指能够提高沥青黏附性的一类有机高分子物质，可选自LY(常州路友交通设施有限公司)、HLJ(江苏鸿路杰轨道交通新材料有限公司)、XT-1(常州信拓路面改性材料有限公司)中的一种或多种，本发明实施例中具体采用LY、HLJ两种。
对实施例制备的改性沥青按照DLT 5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》进行指标检测，结果如下：
表1本发明实施例制备的水工沥青的性能指标
以上数据显示，添加抗剥落剂会增加针入度，但软化点下降幅度较小，采用不同基质沥青调整配方后，与抗剥落剂配伍性较好。添加抗剥落剂黏附性等级增加1～2个等级。由此说明，本发明提供的水工沥青具有较好的高温性能及低温性能，利于应用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种黏附性优异的水工沥青，其特征在于，包括以下重量份的组分：
100份的70#基质沥青；
1.5-3.8份的SBS改性剂；
0-1.5份的SBR改性剂；
1.3-3.8份的增延剂；
0.5-1份的抗剥落剂；
0.08-0.2份的稳定剂。
2.根据权利要求1所述的水工沥青，其特征在于，所述SBS改性剂为线性SBS，熔体流动速率可为0.1-5g/10min。
3.根据权利要求2所述的水工沥青，其特征在于，所述SBS改性剂选自牌号YH-791、1301-1、YH-792、YH-796其中一种。
4.根据权利要求1所述的水工沥青，其特征在于，所述增延剂为含有表面活性剂、非橡胶油和糠醛抽出油的添加剂，密度为0.95-1.05g/cm3，闪点大于230℃。
5.根据权利要求1所述的水工沥青，其特征在于，所述抗剥落剂为有机高分子活性化合物。
6.根据权利要求1所述的水工沥青，其特征在于，所述稳定剂的主要成分为硫磺。
7.根据权利要求1-6任一项所述的水工沥青，其特征在于，所述70#基质沥青为符合70#指标的道路石油沥青。
8.如权利要求1-7任一项所述的水工沥青的制备方法，包括以下步骤：
将70#基质沥青加热到165-175℃，加入增延剂、SBS改性剂及SBR改性剂，溶胀，之后加入抗剥落剂，搅拌，开始过磨，过两遍磨，添加稳定剂搅拌，发育一定时间，即得。
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