CN114773869B - 一种高黏改性沥青及其制备方法以及一种高黏改性沥青混合料和其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路工程材料技术领域，提供了一种高黏改性沥青及其制备方法以及一种高黏改性沥青混合料和其应用。本发明提供的高黏改性沥青包括基质沥青、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物(EVA)和多聚磷酸(PPA)。SBS可改善沥青的高低温性能，PPA和SBS复配可提高SBS在沥青中的分散性，并提高改性沥青的高低温性能，EVA可提高改性沥青软化点，同时增加改性沥青的黏稠度，EVA还可与PPA和SBS发生协同作用，提高改性沥青的高低温性能。本发明得到的高黏改性沥清具有良好的高低温性能，由其制备得到的混合料高温抗变形、低温抗裂能力强，可用于高低温环境的道路沥青路面铺设。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，尤其涉及一种高黏改性沥青及其制备方法以及一种高黏改性沥青混合料和其应用。
背景技术
沥青，俗称柏油，是一种高黏度的有机液体。沥青不透水，不导电，耐酸、碱、盐的腐蚀，具有良好的黏附性，是一种十分优良的道路工程材料。同时，由于沥青资源丰富，价格便宜，因此在道路工程中得到广泛的应用。
道路石油沥青混合料是公路、市政道路路面的主要材料。随着交通物流和重载车辆行业的发展，沥青公路的货运量增加，沥青路面承载量增加，同时由于沥青公路遍布的地域范围不断扩大，公路所处的自然环境条件也呈现出多样化，甚至会出现高温或高寒、多雨、潮湿的条件，对沥青路面的性能要求日益提升。现有的多种沥青路面中，排水沥青混凝土路面、超薄沥青混凝土罩面；还有一些在中东国家的沥青混凝土路面多采用高黏沥青制备。在中东国家，由于国家所处的地理位置以及当地少雨高温的气候，夏季的气温可以到达50℃以上，而沥青混凝土路面经过吸热后路面温度可达90℃以上。
我国对于高黏沥青的软化点温度要求为不小于80℃。而现有技术中，普通沥青的软化点温度为35～60℃；而改性沥青的软化点温度为45～65℃，均存在软化点较低的缺陷，由其制备的沥青混凝土路面在高气温及重载交通条件下很容易出现软化，甚至沥青路面会出现流动性剪切破坏，车辆经过后，会在路面上产生明显的车辙，对路面的平整性造成很大的破坏，影响行车安全和道路通过能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高黏改性沥青及其制备方法以及一种高黏改性沥青混合料和其应用。本发明提供的高黏改性沥青软化点高，高温性能优良，满足混合料机械化施工要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高黏改性沥青，以质量百分数计，包括以下制备原料：
优选的，所述高黏改性沥青的60℃动力粘度≥100000pa.s。
本发明还提供了上述技术方案所述高粘改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和多聚磷酸依次进行混合和发育，得到所述高黏改性沥青。
优选的，所述混合包括以下步骤：
将所述基质沥青进行加热，得到液态基质沥青；
向所述液态基质沥青中加入多聚磷酸和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行第一混合，得到第一混合料；
向第一混合料中加入乙烯-乙酸乙烯酯共聚物进行第二混合，得到第二混合料。
优选的，所述加热的温度为162～168℃。
优选的，所述发育的温度为172～178℃，所述发育的时间为4～6h。
本发明还提供了一种高黏改性沥青混合料，以质量百分数计，包括以下组分：
碎石料 93.7％～97.2％；
高黏改性沥青 2.8％～6.3％；
所述高黏改性沥青为上述技术方案所述的高黏改性沥青或上述技术方案所述制备方法得到的高黏改性沥青。
优选的，所述碎石料为用于AC、SAC、ATB、SMA、OGFC或Sup沥青混合料的碎石料。
本发明还提供了上述技术方案所述高黏改性沥青混合料在沥青路面中的应用。
本发明提供了一种高黏改性沥青，以质量百分数计，包括以下制备原料：基质沥青85％～95％；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3.26％～6.36％；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物1.36％～7.54％；多聚磷酸0.38％～1.10％。在本发明中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)具有良好的黏弹性，可以改善沥青的高低温性能，多聚磷酸(PPA)和SBS复配可以提高SBS在沥青中的分散性，并提高改性沥青的高低温性能；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的加入能够在提高改性沥青软化点的同时，增加改性沥青的黏稠度，EVA还可以与多聚磷酸和SBS发生协同作用，进一步提高改性沥青的高低温性能。本发明通过调整各组分的配比，使高黏改性沥青的黏度和软化点达到最佳，具有良好的高低温性能。
本发明还提供了一种高黏改性沥青的制备方法，本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作，容易进行工业化生产。
本发明还提供了一种高黏改性沥青混合料，该混合料的组分包括上述技术方案所述的高黏改性沥青以及碎石料。该混合料在高温条件下不易软化，具有良好的高温抗形变能力。
本发明还提供了上述技术方案所述高黏改性沥青混合料在路面铺设的应用。本发明提供的高黏改性沥青混合料具有良好的高温抗形变、低温抗裂能力，具有较大的车辙动稳定度，将其应用于路面铺设中，可以使路面在高温环境中不易变形，具有良好的平整性，减少养护成本。实施例结果表明，本发明提供的高黏改性沥青的针入度可以达到4.1～4.4mm，延度为51～55cm，软化点为95～100℃，60℃动力粘度为113921.7～116156.9pa.s，具有良好的高温抗形变、低温抗裂性能。本发明提供的改性沥青混合料的车辙动稳定度最高可以达到16606次/mm，具有良好的路面抗变形性能，可以应用于路面机械化铺设。
具体实施方式
本发明提供了一种高黏改性沥青，以质量百分数计，包括以下制备原料：
如无特殊说明，本发明使用的制备原料均为市售。
以质量百分数计，本发明提供的高黏改性沥青的制备原料包括85％～95％的基质沥青，优选为87％～94％，更优选为90％～93.5％。在本发明的具体实施例中，所述高黏改性沥青的制备原料包括87.78％或93.02％的基质沥青。在本发明中，所述基质沥青优选为石油沥青，更优选为道路石油沥青，所述道路石油沥青的牌号优选为50号、70号、90号、110号、130号和160号中的一种或多种，更优选为70号、90号、110号或130号，进一步优选为70号或90号，最优选为70号。在本发明的具体实施例中，所述基质沥青优选为中海沥青四川有限责任公司生产的70号A级沥青，产品型号为中海油36-1。在本发明中，所述基质沥青作为改性沥青的主要成分，所述沥青的牌号越小，性能越好，但价格越高，本发明优选采用牌号为70号或90号的道路石油沥青作为基质沥青，有利于同时兼顾改性沥青的性能和经济性。
以质量百分数计，本发明提供的高黏改性沥青的制备原料包括3.26％～6.36％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，优选为3.76％～5.86％，更优选为4.16％～5.66％。在本发明的具体实施例中，所述高粘改性沥青的制备原料包括4.19％或5.64％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的结构优选为线性结构。在本发明的具体实施例中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物优选为新疆独山子有限公司的T6302H产品，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为12万。在本发明中，所述SBS具有多相结构，在高温下具有塑性，在低温下具有橡胶特性，且在-80℃～80℃之间表现出良好的黏弹性，将其作为改性沥青的制备原料，可以有效改善沥青的高低温性能和路用性能。
以质量百分数计，本发明提供的高黏改性沥青的制备的制备原料包括1.36％～7.54％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，优选为1.86％～7.04％，更优选为1.86％～6.14％。在本发明的具体实施例中，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物优选为北京路德永泰环保科技有限公司生产的LTYT-HV-1型号的EVA产品。在本发明中，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物能够在提高改性沥青软化点的同时，增加改性沥青的稠度，且能与多聚磷酸和SBS发生协同作用，进一步提高改性沥青的高低温性能。
以质量百分数计，本发明提供的高黏改性沥青的制备的制备原料包括0.38％～1.10％的多聚磷酸，优选为0.40％～0.99％，更优选为0.44％～0.93％。在本发明的具体实施例中，所述多聚磷酸优选为云天化股份有限公司生产工业级105％产品。在本发明中，所述多聚磷酸和SBS复配可以提高SBS在沥青中的分散性，同时，多聚磷酸可以提高改性沥青的高温性能，且不会对改性沥青的低温性能产生较大的负面影响。
在本发明中，所述高黏改性沥青的60℃动力粘度优选为≥100000pa.s，更优选为100000～130000pa.s，进一步优选为110000～120000pa.s。在本发明的具体实施例中，所述高黏改性沥青的60℃动力粘度分别为113921.7pa.s或116156.9pa.s。在本发明中，所述高黏改性沥青的针入度优选为4.0～4.5mm，更优选为4.1～4.4mm，延度优选为50～60cm，更优选为51～55cm，软化点优选为90～100℃，更优选为95～100℃。在本发明中，所述高黏改性沥青的60℃动力粘度、针入度、延度、软化点优选根据中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)的要求进行试验测量。
本发明还提供了上述方案所述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：将基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和多聚磷酸依次进行混合和发育，得到所述改性沥青。
在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：将所述基质沥青进行加热，得到液态基质沥青；向所述液态基质沥青中加入多聚磷酸和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行第一混合，得到第一混合料；向第一混合料中加入乙烯-乙酸乙烯酯共聚物进行第二混合，得到第二混合料。
在本发明中，所述加热的温度优选为162～168℃，更优选为164～166℃，所述加热优选在沥青罐中进行，本发明对加热时间没有特殊限制，以使基质沥青成熔融状态即可。
在本发明中，所述第一混合优选在胶体磨或剪切机中进行，所述第一混合的次数优选不少于1次，更优选为2～4次，进一步优选为2～3次。本发明优选将多聚磷酸和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物先与基质沥青进行混合。
在本发明中，所述第二混合优选在胶体磨或剪切机中进行，所述第二混合的次数优选不少于1次，更优选为1～3次，进一步优选为1～2次，本发明优选向第一混合料中加入乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。在本发明中，所述第一混合和第二混合优选在加热的条件下进行，所述加热的温度独立地优选为160～170℃，更优选为163～167℃。
在本发明中，所述发育优选在发育罐中进行，即得到第二混合料后，将所述第二混合料在发育罐中升温至发育温度进行发育；所述发育优选在搅拌的条件下进行，所述发育的温度优选为172～178℃，更优选为174～176℃，所述发育的时间优选为4～6h，更优选为4～5.5h，进一步优选为4.5～5h。本发明优选上述发育条件有利于使改性沥青中各组分之间的化学反应更快，更充分，同时有利于改善SBS和基质沥青之间的相容性，增强改性效果。
在本发明中，所述发育后，本发明的实施例优选根据中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)对所述改性沥青进行针入度、软化点、延度、60℃动力粘度和135℃运动粘度的检验，当所述检验的结果满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中的要求时，将所述改性沥青料用于制备所述改性沥青混合料；当所述检验的结果不满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中的要求时，重新进行改性处理，直至所述改性沥青料的检验的结果满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中的要求。
本发明还提供了一种高黏改性沥青混合料，以质量百分数计，包括以下组分：碎石料93.7％～97.2％；高黏改性沥青2.8％～6.3％；所述高黏改性沥青为上述技术方案所述的高黏改性沥青或上述技术方案所述制备方法得到的高粘改性沥青。
在本发明中，以质量百分数计，所述高黏改性沥青混合料包括93.7％～97.2％的碎石料。在本发明的具体实施例中，所述高黏改性沥青混合料包括94.2％或95.0％的碎石料。在本发明中，所述碎石料优选包括用于AC、SAC、ATB、SMA、OGFC或Sup沥青混合料的碎石料。在本发明的具体实施例中，所述碎石料优选为云南镇雄县高山村石子沟石料，由3号料、4号料和矿粉按照质量比为71.59:12.25:10.36组成，或由3号料和矿粉按照质量比为88.35:6.65组成，其中，所述3号料的粒径为4.75～9.5mm，所述4号料的粒径为大于0mm小于等于4.75mm，所述矿粉的粒径为大于0mm小于等于0.6mm。
在本发明中，以质量百分数计，所述高黏改性沥青混合料包括2.8％～6.3％的高黏改性沥青，在本发明的具体实施例中，所述高黏改性沥青混合料包括5.8％或5.0％的高黏改性沥青。在本发明中，所述碎石料和高黏改性沥青的用量优选采用称量系统按生产配合比进行标定。
本发明对所述高黏改性沥青混合料的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可，在本发明的具体实施例中，优选将所述碎石料和高黏改性沥青在搅拌站中进行混合，所述混合优选为：将碎石料加入所述搅拌站的拌锅的同时，加入所述高黏改性沥青进行搅拌。本发明对所述搅拌的条件没有特别要求，为本领域技术人员熟知的常规手段，以搅拌得到的高粘改性沥青混合料满足施工要求为准。
本发明还提供上述方案所述的高黏改性沥青混合料在路面铺设中的应用。在本发明中，所述高黏改性沥青混合料在路面铺设应用时所用的方法和设备为本领域技术人员所熟知的方法和设备。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种高黏改性沥青，以质量百分数计，由以下制备原料组成：基质沥青93.02％；SBS 4.19％；EVA 1.86％；PPA0.93％。
其中，基质沥青为中海沥青四川有限责任公司生产的70号A级沥青，产品型号为中海油36-1，SBS为新疆独山子有限公司的T6302H产品，EVA为北京路德永泰环保科技有限公司生产的LTYT-HV-1产品，PPA为云天化股份有限公司生产的工业级105％产品。
一种高黏改性沥青混合料，以质量百分数计，由以下原料组成：碎石料94.2％，高黏改性沥青5.8％。碎石料为云南镇雄县高山村石子沟石料，由3号料(粒径为4.75～9.5mm)、4号料(粒径为大于0mm小于等于4.75mm)和矿粉(粒径为大于0mm小于等于0.6mm)组成。3号料、4号料、矿粉和高黏改性沥青的具体质量比为71.59:12.25:10.36:5.8。
具体制备方法如下：
步骤一：按照上述质量百分数，将70号A级基质沥青在沥青罐中加热至165℃，得到液态基质沥青；
步骤二：向液态基质沥青中加入PPA及SBS，通过胶体磨循环2次，加热温度为166℃，得到第一混合料；
步骤三：向第一混合料中加入EVA，通过胶体磨循环1次，加热温度为166℃，得到第二混合料；
步骤四：将第二混合料送入发育罐中，在搅拌条件下进行发育，发育温度为175℃；
步骤五：发育4小时后，进行针入度、软化点、延度、60℃动力粘度、135℃运动粘度检验，质量合格后得到高黏改性沥青，用于制备高黏改性沥青混合料；
步骤六：调试好间竭式沥青搅拌站及称量系统，按生产配合比标定各粒级碎石和高黏改性沥青用量；
步骤七：将各规格碎石料加入拌锅的同时，按剂量注入高黏改性沥青充分拌和均匀，得到高黏改性沥青混合料。
根据中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)，测得高黏改性沥青的针入度(25℃，100g，5s)为4.4mm，软化点为95℃，延度(25℃，5cm/min)为55cm，60℃运动粘度为113921.7pa.s；135℃运动粘度为2.75pa.s，180℃运动粘度为1.779pa.s，高黏改性沥青混合料的车辙动稳定度(次/mm)为16606。
实施例2
一种高黏改性沥青，以质量百分数计，由以下制备原料组成：基质沥青87.78％；SBS 5.64％；EVA6.14％；PPA0.44％。
其中，基质沥青、SBS为、EVA和PPA为实施例1所用的产品。
一种高黏改性沥青混合料，以质量百分数计，由以下原料组成：碎石料95％，改性沥青5％。碎石料为云南镇雄县高山村石子沟石料，由3号料(粒径为4.75～9.5mm)和矿粉(粒径为大于0mm小于等于0.6mm)组成。3号料、矿粉和高黏改性沥青的具体质量比为88.35:6.65:5。
具体制备方法如下：
步骤一：按照上述质量百分数，将70号A级基质沥青在沥青罐中加热至165℃，得到液态基质沥青；
步骤二：向液态基质沥青中加入PPA及SBS，通过剪切机循环2次，加热温度为166℃，得到第一混合料；
步骤三：向第一混合料中加入EVA，通过剪切机循环1次，加热温度为166℃，得到第二混合料；
步骤四：将第二混合料和剩余的基质沥青送入发育罐中，在搅拌条件下进行发育，发育温度为175℃；
步骤五：发育4小时后，进行针入度、软化点、延度、60℃动力粘度、135℃运动粘度检验，质量合格后得到高黏改性沥青，用于制备高黏改性沥青混合料；
步骤六：调试好间竭式沥青搅拌站及称量系统，按生产配合比标定各粒级碎石和高黏改性沥青用量；
步骤七：将各规格碎石料加入拌锅的同时，按剂量注入高黏改性沥青充分拌和均匀，得到高黏改性沥青混合料。
根据中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)，测得高黏改性沥青的针入度(25℃，100g，5s)为4.1mm，软化点为100℃，延度(25℃，5cm/min)为51cm，60℃运动粘度为116156.9pa.s；135℃运动粘度为2.83pa.s，180℃运动粘度为1.31pa.s，高黏改性沥青混合料的车辙动稳定度(次/mm)为2331。
从实施例1和实施例2的实验数据可以看出，本发明制备得到的高黏改性沥青，其针入度、软化点、延度及其60℃运动粘度均满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中的要求，具有良好的高温性能，并且，本发明制备得到的高粘改性沥青的60℃运动粘度不小于100000pa.s，更容易进行操作施工。此外，本发明制备得到的高黏改性沥青混合料的车辙动稳定度满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的要求，具有良好的抗高低温变形的性能，适合用于高低温地区的道路沥青路面铺设。
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 (8)
1.一种高黏改性沥青，其特征在于，以质量百分数计，由以下制备原料组成：
基质沥青90％～93.5％；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4.16％～5.66％；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物1.36％～7.54％；
多聚磷酸0.38％～1.10％；
所述高黏改性沥青的60℃动力粘度≥110000pa·s；
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为线性结构。
2.权利要求1所述的高黏改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和多聚磷酸依次进行混合和发育，得到所述高黏改性沥青。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合包括以下步骤：
将所述基质沥青进行加热，得到液态基质沥青；
向所述液态基质沥青中加入多聚磷酸和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行第一混合，得到第一混合料；
向第一混合料中加入乙烯-乙酸乙烯酯共聚物进行第二混合，得到第二混合料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为162～168℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述发育的温度为172～178℃，所述发育的时间为4～6h。
6.一种高黏改性沥青混合料，其特征在于，以质量百分数计，包括以下组分：
碎石料93.7％～97.2％；
高黏改性沥青2.8％～6.3％；
所述高黏改性沥青为权利要求1所述的高黏改性沥青或权利要求2～5任意一项所述制备方法得到的高黏改性沥青。
7.根据权利要求6所述的高黏改性沥青混合料，其特征在于，所述碎石料为用于AC、SAC、ATB、SMA、OGFC或Sup沥青混合料的碎石料。
8.权利要求6或7所述的高黏改性沥青混合料在沥青路面中的应用。
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