CN114716839A - 重载路面用改性沥青、改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重载路面用改性沥青、改性沥青混合料及其制备方法。该重载路面用改性沥青的原料包括以下重量份的组分：基质沥青65～80份、SBS 8～12份、湖沥青4～8份、双环戊二烯树脂4～8份、植物再生油4～8份和抗剥落剂0.3～0.6份。本发明的重载路面用改性沥青稳定性高、粘附性好，并且制备方法简单，用其制备的改性沥青混合料具有良好的抗裂性能和抗车辙性能，可以满足重载路面的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种重载路面用改性沥青、改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
在高速公路的建设中，我国绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面，沥青路面具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性，适合于各种车辆的通行。随着交通事业的迅猛发展，路网布局逐步完善，交通呈现高速化、重载化、渠化，对路面品质提出更高的需求。按照传统设计方法和现行规范修建的道路不同程度呈现出裂缝、松散、泛油、推移、车辙等早期病害，使用寿命大幅缩短，服务功能衰减，并且修复极为困难，严重影响了交通基础设施的功能发挥和社会形象，增大了养护管理资金的投入。普通沥青作为结合料存在粘度低、集料裹附厚度不足、在重载交通下路面耐久性不高等问题。近年来，为了满足重载路面使用的需要，改性沥青成为研究热点。
目前改性沥青多单独采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、岩沥青或抗车辙剂作为改性剂，但是得到的改性沥青在存储、运输和使用过程中存在一定程度的不稳定及离析现象。中国专利申请CN107722648A公开了一种高粘高弹改性沥青，其采用SBS接枝共聚物作为改性剂，改善SBS与沥青的相容性，提升了改性沥青性能。但是SBS接枝共聚物制备过程复杂，均聚物、二元共聚物和接枝物的分离困难。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的重载路面用改性沥青不稳定、易离析、制备困难等缺陷，从而提供了一种重载路面用改性沥青、改性沥青混合料及其制备方法。本发明的重载路面用改性沥青稳定性高、粘附性好，并且制备方法简单，用其制备的改性沥青混合料具有良好的抗裂性能和抗车辙性能，可以满足重载路面的需要。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种重载路面用改性沥青，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青65～80份、SBS 8～12份、湖沥青4～8份、双环戊二烯树脂4～8份、植物再生油4～8份和抗剥落剂0.3～0.6份。
本发明中，所述基质沥青可为本领域常规的各型号基质沥青，较佳地为70#基质沥青。
本发明中，所述SBS表示苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，较佳地为线型SBS，更佳地为分子量为13-18万的线型SBS，例如日本旭化成生产的T-432型SBS。
本发明中，所述湖沥青可为本领域常规使用的湖沥青，较佳地为特立尼达湖沥青。
本发明中，所述双环戊二烯树脂可为本领域常规的双环戊二烯树脂。所述双环戊二烯树脂的软化点较佳地为100～150℃，更佳地为120～150℃。
本发明中，适量的双环戊二烯树脂不仅可以使得产品在低温时粘附性高，还可以在高温时充分降低黏度。
本发明中，所述植物再生油可为本领域常规的植物再生油，较佳地为由日常食用植物油回收提炼后形成的植物再生油，例如餐厨垃圾油经过脱杂、清洗、油水分离、370℃高温蒸馏后形成的塔底油；所述植物再生油在常温下较佳地为固体或者膏状。
本发明中，适量的植物再生油有利于提高产品的延度。
本发明中，所述抗剥落剂可为本领域常规的胺类或非胺类抗剥落剂，较佳地为日本花王生产的KG80型抗剥落剂。
本发明一较佳的重载路面用改性沥青，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青70～76份、SBS 10～12份、湖沥青4～6份、双环戊二烯树脂5～6份、植物再生油4～6份和抗剥落剂0.3～0.4份。本发明一更佳的重载路面用改性沥青，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青70～76份、线型SBS 10～12份、特立尼达湖沥青4～6份、双环戊二烯树脂5～6份、植物再生油4～6份和非胺类抗剥落剂0.3～0.4份。
本发明一较佳的重载路面用改性沥青，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青75.7份、SBS 10份、湖沥青4份、双环戊二烯树脂6份、植物再生油4份和抗剥落剂0.3份。本发明一更佳的重载路面用改性沥青，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青75.7份、日本旭化成生产的T-432型SBS 10份、特立尼达湖沥青4份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂6份、植物再生油4份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.3份。
本发明一较佳的重载路面用改性沥青，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青74.7份、SBS 12份、湖沥青5份、双环戊二烯树脂5份、植物再生油8份和抗剥落剂0.4份。本发明一更佳的重载路面用改性沥青，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青74.7份、日本旭化成生产的T-432型SBS 12份、特立尼达湖沥青5份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂5份、植物再生油8份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.4份。
本发明一较佳的重载路面用改性沥青，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青74.4份、SBS 8份、湖沥青6份、双环戊二烯树脂8份、植物再生油4份和抗剥落剂0.6份。本发明一更佳的重载路面用改性沥青，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青74.4份、日本旭化成生产的T-432型SBS 8份、特立尼达湖沥青6份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂8份、植物再生油4份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.6份。
本发明还提供了一种所述重载路面用改性沥青的制备方法，其包括以下步骤：(1)将基质沥青加热至170～180℃，边剪切边加入SBS、湖沥青、双环戊二烯树脂、植物再生油和抗剥落剂；(2)继续加热至190～220℃，剪切2～3h；(3)在温度为190～220℃的条件下发育3～5h。
本发明中，所述剪切较佳地采用胶体磨进行。所述胶体磨可为本领域常规的胶体磨。
本发明中，所述剪切的剪切速率较佳地为6000-10000r/min。
本发明还提供了一种改性沥青混合料，其包含所述重载路面用改性沥青和集料。
本发明中，所述重载路面用改性沥青在所述改性沥青混合料中的质量百分比较佳地为4～6％，更佳地为5.9％。
本发明中，所述集料可为符合《公路沥青路面施工技术规范》中级配标准的石料。所述集料较佳地包括粒径为0～3mm的1#料、粒径为3～5mm的2#料、粒径为5～10mm的3#料、粒径为10～15mm的4#料以及矿粉。所述集料更佳地包括13.0％的粒径为0～3mm的1#料、4.0％的粒径为3～5mm的2#料、38.0％的粒径为5～10mm的3#料、35.0％的粒径为10～15mm的4#料以及10.0％的矿粉，百分比为质量百分比。
本发明中，按照结构形式，所述改性沥青混合料较佳地为改性沥青玛蹄脂碎石混合料，简称SMA，例如SMA-13。
本发明中，所述改性沥青混合料可由本领域常规方法制备。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的重载路面用改性沥青稳定性高，粘附性好，软化点高，抗流动性非常好，并且制备方法简单。本发明的改性沥青混合料生产和施工与一般改性沥青混合料相同，但具有良好的抗裂性能和抗车辙性能，非常适合重载路面。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
以下实施例中采用的原料中各组分的型号如下：
基质沥青：70#基质沥青；
SBS：日本旭化成生产的T-432型SBS；
湖沥青：特立尼达湖沥青；
双环戊二烯树脂：濮阳市昌誉石油树脂有限公司生产的D5140，软化点120～150℃；
植物再生油：上海海丰米业有限公司生产的植物再生油；
抗剥落剂：日本花王生产的KG80型抗剥落剂。
实施例1
将75.7份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为6000r/min，边剪切边加入SBS 10份、湖沥青4份、双环戊二烯树脂6份、植物再生油4份和抗剥落剂0.3份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。
将得到的重载路面用改性沥青制备成改性沥青混合料SMA-13。SMA-13高弹性改性沥青的质量百分比为5.9％，所述集料的配合比如表1所示。
表1
实施例2
将74.4份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为8000r/min，边剪切边加入SBS 12份、湖沥青5份、双环戊二烯树脂5份、植物再生油8份和抗剥落剂0.4份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的重载路面用改性沥青制备成SMA-13混合料。
实施例3
将74.4份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为10000r/min，边剪切边加入SBS 8份、湖沥青6份、双环戊二烯树脂8份、植物再生油4份和抗剥落剂0.6份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的重载路面用改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例1
配方及制作方法与实施例1相同，但双环戊二烯树脂的掺量改为0份，即：将81.7份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为6000r/min，边剪切边加入SBS 10份、湖沥青4份、植物再生油4份和抗剥落剂0.3份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例2
配方及制作方法与实施例2相同，但湖沥青与双环戊二烯树脂的掺量均改为0份，即：将79.6份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为8000r/min，边剪切边加入SBS 12份、植物再生油8份和抗剥落剂0.4份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例3
配合与及制作方法与实施例3一样，但植物再生油的掺量改为0份，即：将77.4份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为10000r/min，边剪切边加入SBS 8份、湖沥青6份、双环戊二烯树脂8份和抗剥落剂0.6份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例4
将88份基质沥青加热至170℃，开启胶体磨，设置剪切速率为6000r/min，边剪切边加入SBS 12份。添加完毕后，将混合物加热至190℃，胶体磨继续剪切2h，然后将混合物打入发育罐，发育4h，再转入成品罐。按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例5
将I-D标准SBS改性沥青加热至170℃，按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料。
对比例6
将I-D标准SBS改性沥青加热至170℃，按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料，混合料制备过程中，加入混合料重量0.35％的岩沥青(本领域常规的岩沥青)。
对比例7
将I-D标准SBS改性沥青加热至170℃，按照实施例1的方法将得到的改性沥青制备成SMA-13混合料，混合料制备过程中，加入混合料重量0.35％的抗车辙改性剂(常州巨贸新材料科技有限公司生产的抗车辙剂)。
效果实施例1
按照本领域常规方法对实施例1～3与对比例1～4制得的各改性沥青以及各改性沥青混合料进行性能测试，测试项目、指标要求(《道路、排水管道成品与半成品施工及验收规程》(DG/TJ 08-87-2016))，各指标的实测值见表2。
表2
表3为实施例1制得的SMA-13混合料与对比例5～7制得的SMA-13混合料的性能对比。
表3
由表2和表3可知：
(1)关于改性沥青
本发明的各实施例制得的改性沥青都明显具有较高的软化点，均在88℃以上，甚至可达90℃以上，说明本发明的改性沥青的抗流动性好。而对比例制得改性沥青虽然具有较高的软化点，但是其在180℃下的旋转黏度均高于实施例，表明本发明的改性沥青在高温下黏度低，更利于施工。其中，实施例1在180℃下的旋转黏度低于对比例1，说明双环戊二烯树脂的加入充分降低了高温下的黏度。
本发明实施例的改性沥青稳定性高，在离析试验中，本发明实施例的改性沥青的48h软化点差均在1.8℃以下；而对比例中，除对比例1外，其余均在2.4℃以上。其中，实施例2的48h软化点差低于对比例2，说明双环戊二烯树脂和湖沥青的加入，可以进一步提高稳定性。
本发明实施例的改性沥青的延度均在32cm以上，其中，实施例3的延度明显低于对比例3，说明植物再生油的加入，可以提高改性沥青的塑性变形能力。
对比例4在180℃下的旋转黏度、离析试验、延度和PG分级均差于实施例1，说明湖沥青、双环戊二烯树脂、植物再生油和抗剥落剂对于本发明的改性沥青的制备均具有不可或缺的作用。
此外，本发明各实施例制得的SMA-13混合料马歇尔残留稳定度均在88％以上，冻融劈裂强度比冻融劈裂强度比均在92％以上，-10℃低温弯曲试验破坏应变均在4800με以上、甚至可达5500με，皆优于各对比例，表明本方明实施例的改性沥青粘附性好；本发明各实施例制得的SMA-13混合料动稳定度均优于各对比例，也表明本方明实施例的改性沥青抗流动性好。
(2)关于改性沥青混合料
本发明各实施例制得的SMA-13混合料的动稳定度(60℃)均在8800次/mm以上，甚至可达10000次/mm以上；动稳定度(70℃)均在5400次/mm以上，甚至可达6000次/mm以上；马歇尔残留稳定度均在88％以上；说明采用本发明的改性沥青制得的沥青混合料具有良好的高温稳定性。
本发明各实施例制得的SMA-13混合料的冻融劈裂强度比均在92％以上，高于对比例。各实施例制得的SMA-13混合料的-10℃低温弯曲试验破坏应变均在4800με以上，甚至可达5500με，远高于对比例2-4。这表明采用本发明的改性沥青制得的沥青混合料具有良好的低温稳定性和抗裂性能。
另外，实施例1制得的SMA-13混合料的疲劳性能均优于对比例5～7，50h浸水车辙剥离面积率远低于对比例5～7，说明采用本发明制得的改性沥青制得的沥青混合料明显优于常规的I-D标准SBS改性沥青，具有良好的抗疲劳性能和抗车辙性能，适用于重载路面。
Claims (10)
1.一种重载路面用改性沥青，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青65～80份、SBS 8～12份、湖沥青4～8份、双环戊二烯树脂4～8份、植物再生油4～8份和抗剥落剂0.3～0.6份。
2.如权利要求1所述的重载路面用改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为70#基质沥青；
和/或，所述SBS为线型SBS；
和/或，所述湖沥青为特立尼达湖沥青；
和/或，所述双环戊二烯树脂的软化点为100～150℃；
和/或，所述植物再生油为由日常食用植物油回收提炼后形成的植物再生油；
和/或，所述抗剥落剂为胺类或非胺类抗剥落剂。
3.如权利要求2所述的重载路面用改性沥青，其特征在于，所述SBS为分子量为13-18万的线型SBS；
和/或，所述双环戊二烯树脂的软化点为120～150℃；
和/或，所述植物再生油为餐厨垃圾油经过脱杂、清洗、油水分离、370℃高温蒸馏后形成的塔底油；
和/或，所述植物再生油在常温下为固体或者膏状；
和/或，所述抗剥落剂为日本花王生产的KG80型抗剥落剂。
4.如权利要求3所述的重载路面用改性沥青，其特征在于，所述SBS为日本旭化成生产的T-432型SBS。
5.如权利要求1所述的重载路面用改性沥青，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青70～76份、SBS 10～12份、湖沥青4～6份、双环戊二烯树脂5～6份、植物再生油4～6份和抗剥落剂0.3～0.4份；
和/或，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青75.7份、SBS 10份、湖沥青4份、双环戊二烯树脂6份、植物再生油4份和抗剥落剂0.3份；
和/或，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青74.7份、SBS 12份、湖沥青5份、双环戊二烯树脂5份、植物再生油8份和抗剥落剂0.4份；
和/或，其原料包括以下重量份的组分：基质沥青74.4份、SBS 8份、湖沥青6份、双环戊二烯树脂8份、植物再生油4份和抗剥落剂0.6份。
6.如权利要求5所述的重载路面用改性沥青，其特征在于，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青70～76份、线型SBS 10～12份、特立尼达湖沥青4～6份、双环戊二烯树脂5～6份、植物再生油4～6份和非胺类抗剥落剂0.3～0.4份；
和/或，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青75.7份、日本旭化成生产的T-432型SBS 10份、特立尼达湖沥青4份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂6份、植物再生油4份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.3份；
和/或，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青74.7份、日本旭化成生产的T-432型SBS 12份、特立尼达湖沥青5份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂5份、植物再生油8份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.4份；
和/或，其原料由以下重量份的组分组成：70#基质沥青74.4份、日本旭化成生产的T-432型SBS 8份、特立尼达湖沥青6份、软化点为100～150℃的双环戊二烯树脂8份、植物再生油4份和日本花王生产的KG80型抗剥落剂0.6份。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的重载路面用改性沥青的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)将基质沥青加热至170～180℃，边剪切边加入SBS、湖沥青、双环戊二烯树脂、植物再生油和抗剥落剂；(2)继续加热至190～220℃，剪切2～3h；(3)在温度为190～220℃的条件下发育3～5h。
8.如权利要求7所述的重载路面用改性沥青的制备方法，其特征在于，所述剪切采用胶体磨进行；
和/或，所述剪切的剪切速率为6000-10000r/min。
9.一种改性沥青混合料，其特征在于，其包含如权利要求1～6任一项所述的重载路面用改性沥青和集料。
10.如权利要求9所述的改性沥青混合料，其特征在于，所述重载路面用改性沥青在所述改性沥青混合料中的质量百分比为4～6％，较佳地为5.9％；
和/或，所述集料包括粒径为0～3mm的1#料、粒径为3～5mm的2#料、粒径为5～10mm的3#料、粒径为10～15mm的4#料以及矿粉；所述集料较佳地包括13.0％的粒径为0～3mm的1#料、4.0％的粒径为3～5mm的2#料、38.0％的粒径为5～10mm的3#料、35.0％的粒径为10～15mm的4#料以及10.0％的矿粉，百分比为质量百分比；
和/或，按照结构形式，所述改性沥青混合料为改性沥青玛蹄脂碎石混合料。
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