CN114836051B - 一种pg82-22等级改性沥青及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种PG82‑22等级改性沥青及其生产方法，该改性沥青组分按重量份数计包括：道路石油沥青100重量份，SBS改性剂4.0～6.0重量份，橡胶油0～3.0重量份，PG增强剂0～3.0重量份，稳定剂0.1～0.5重量份；其中，所述道路石油沥青为25℃的针入度为60‑80 0.1mm，10℃延度为＞100cm的直馏沥青；具体选用进口韩国双龙70#沥青、韩国SK70#沥青、韩国GS70#沥青的至少一种与国产沥青大连西太70#，镇海70#，山东闰城70#、山东京博70#、山东海右70#中的至少一种按比例混合；所述PG增强剂为江苏文昌新材料HW型产品。本发明的通过添加PG增强剂，提升沥青高温PG性能，并改善沥青粘度，且组分之间相容性好，不离析分层，拥有优异的抗车辙性能及抗老化性能，具有良好的实用性与经济性。
Description
技术领域
本发明属于改性沥青制备技术领域，具体来说，涉及一种PG82-22等级改性沥青及其生产方法。
背景技术
由于气候温度的逐年升高，沥青路面大量重载交通的作用，即使采用了改性沥青，仍然出现了较为严重的车辙等早期损坏现象，严重影响车辆正常、安全行驶。且随着经济与社会的发展，对于道路工程的施工质量要求日益提高，沥青作为道路的重要材料也得到了越来越多的重视，传统按三大指标和粘度等的分级方法已不能完全模拟路面的实际使用条件，沥青指标尚未能建立起路用性能关系。并且现有的针入度指标体系更多的是用来约束生产厂商上游的沥青质量，而不是用来为下游使用者提供参考，在路面沥青的选择中，也未能做到根据工程特点、气候特点地沥青进行选用。因此利用现有的沥青指标体系保证路面质量是很难的。
PG分级引入了和气候条件相关的沥青等级标准，用新的物理含义和更加明确的试验方法代替了一些老的沥青性能试验方法，对低温性能提出了有效的测试方法。PG规范能真实地反映沥青胶结料的实际使用环境，和使用性能有直接相关性，能直观反应沥青材料的永久变形性，和抗疲劳开裂及低温开裂性能。
近年来PG分级作为重要的评价体系得到了广泛的应用。目前常规聚合物改性沥青生产技术水平已比较成熟，但是对高温性能有特别要求的PG88-22等级的SBS改性沥青生产技术难度较高。例如，中国专利文献CN 103305014A、CN105176110A公开的PG88-22等级SBS改性沥青均添加多聚磷酸沥青以提升沥青高温性能；实际上，这种方式会造成改性沥青的黏度高，超指标要求，且施工和易性差。中国专利文献CN114350167A公开的一种PG82-22改性沥青，通过原位酰胺化反应生成高性能酰胺基化合物，提升沥青高温PG性能，降低改性沥青粘度；然而，过多的添加剂使用，导致改性沥青体系复杂，物料之间的相容性差，易离析分层，且生产操作过于繁琐，不具有实用性与经济性。中国专利文献CN105176110A公开的PG82-22改性沥青选用50#重交沥青，采用低标号基质沥青以提高改性沥青的高温等级；然而，采用基质沥青的标号越低，基质沥青与改性剂的相容性越差，制备的改性沥青的储存稳定性越差。另一中国专利文献CN101270227A公布了一种高强度改性沥青，其使用较高掺量(6～7％)的岩沥青协同SBS改性剂对基质沥青进行改性，这种改性方式虽然拥有较好的高温性能，但其低温抗裂性不足，抗老化性能较差，且随着掺量增加，对于改性沥青的低温延展性能损伤也较大，并且高温粘度提升较快，不利于现场施工拌和。
因此，如何制备一种具有良好高温性，同时低温抗裂性好，拥有优异的抗车辙及抗老化性能的PG82-22等级改性沥青，是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了达到上述的目的，制备兼具优秀高温和良好低温性能的PG82-22改性沥青，本发明的一种PG82-22改性沥青及基生产方法，通过添加PG增强剂，提升沥青高温PG性能，并保证改性沥青粘度不超过3.0Pa.s，且组分之间相容性好，不离析分层；该改性沥青拥有优异的抗车辙性能及抗老化性能，具有良好的实用性与经济性。具体技术方案如下：
首先，本发明提供一种PG82-22等级改性沥青，按重量份数计，该改性沥青的组分包括：道路石油沥青100重量份，SBS改性剂4.0～6.0重量份，橡胶油0～3.0重量份，PG增强剂0～3.0重量份，稳定剂0.1～0.5重量份；其中，所述道路石油沥青为25℃的针入度为60-80 0.1mm，10℃延度为＞100cm的直馏沥青；具体选用进口韩国双龙70#沥青、韩国SK70#沥青、韩国GS70#沥青的至少一种与国产沥青大连西太70#，镇海70#，山东闰城70#、山东京博70#、山东海右70#中的至少一种按比例混合，一般进口沥青60～80％，国产沥青20～40％。优选结合和比例为70％韩国双龙70#+30％大连西太70#，60％韩国双龙70#+40％山东闰成70#，或，75％韩国双龙70#+25％山东海右70#。
所述PG增强剂为江苏文昌新材料HW型产品，该产品能够改善沥青的高低温性能，改善改性沥青的高温存储稳定性，改善沥青的黏弹性性能和抗老化性能，提升沥青的质量等级。
前述的PG82-22等级改性沥青，所述SBS改性剂为中石化YH791H，中石油独山子T6302H，宁波金海晨光JH7302，宁波长鸿高科1301中的至少一种。
前述的PG82-22等级改性沥青，所述橡胶油为芳烃油或环烷基油，优选为武汉康润WKD-1产品。
前述的PG82-22等级改性沥青，所述稳定剂为硫磺、二硫代氨基甲酸盐类产品、醛胺类化合物中的至少一种，优选稳定剂为盛通WD/4-6A型。
其次，本发明提供一种前述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，包括如下步骤：
1)混合基质沥青：将选择的道路石油沥青在专罐内混合获得混合基质沥青，并将其快速加热至120～130℃；
2)预加热：将加热的混合基质沥青泵送到高温罐中，进行搅拌1～2小时，经换热器预加热到175℃～185℃后，再泵入反应釜中；
3)预混改性：待反应釜中的内沥青达到一定量时，开始向反应釜内按比例添加SBS改性剂，进行预混改性；
4)一次发育：将预混均匀的物料经研磨后输送到发育储存罐，泵入橡胶油，搅拌，进行一次发育；
5)二次发育：向一次发育后的物料中缓慢加入稳定剂，继续搅拌，进行二次发育；
6)三次发育：向而次发育后的物料中加入缓慢PG增强剂，加料结束后继续搅拌，进行三次发育，即可制得PG82-22等级改性沥青。
前述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，步骤3)中，所述预混改性为待反应釜中的内沥青达到3.5～4吨时，向反应釜内的按配方比例添加SBS改性剂。
前述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，步骤4)中，所述研磨优选采用两台串联的德国SIEFER胶体磨，其隙分别调至0.3，0.25单位；所述一次发育时间为2小时。
前述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，步骤5)中，稳定剂的加料时间优选控制为1.5小时；所述二次发育时间为2～4小时。
前述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，步骤6)中，所述PG增强剂加料时间控制在1～1.5小时，加料温度保持在170～180℃；所述三次发育时间为3～6小时。
本发明的有益效果是：
1)本发明的通过添加PG增强剂，提升沥青高温PG性能，保证改性沥青粘度不超过3.0Pa.s；且所制备的沥青各组分之间相容性好，不离析分层。经验证，该改性沥青拥有优异的抗车辙性能及抗老化性能，具有很好的实用性与经济性。
2)本发明PG增强剂与沥青发生化学交联反应，改变石油沥青的胶体结构，改善改性沥青的储存稳定性，高温稳定性和感温性。由沥青为连续相，聚合物为分散相的结构转变为聚合物和沥青相互贯穿的双连续相结构。与沥青中的小分子、多环芳烃、短脂肪链、杂原子的化学反应，增加沥青质，提升沥青高温PG性能，同时使SBS在高温储存过程中分散更加均匀，不发生离析现象。
3)本发明通过PG增强剂将沥青连续相和聚合物的分散相结构转变为聚合物和沥青相互贯穿的双连续相结构，在低温环境中，能最大限度的减少永久变形，提升沥青的抗疲劳开裂和低温开裂性能，因而具有拥有优异的抗车辙及抗老化性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1为制备PG82-22等级改性沥青的方法；实施例2-4为根据实施例1的制备方法制备PG82-22等级改性沥青；实施例5-8为基于实施例4的实施方案进行对比；其中，实施例5为考察加入PG增强剂的温度控制效果；实施例6为考察加入PG增强剂的加料时间效果；实施例7为考察加入PG增强剂的发育时间对改性的影响；实施例8为考察不加入PG增强剂的改性效果。
实施例1
本实施例为制备一种PG82-22等级改性沥青，该改性沥青的组分按重量份数计包括：道路石油沥青100重量份，SBS改性剂4.0～6.0重量份，橡胶油0～3.0重量份，PG增强剂0～3.0重量份，稳定剂0.1～0.5重量份；其中，所述道路石油沥青为25℃的针入度为60-800.1mm，10℃延度为＞100cm的直馏沥青；具体选用进口韩国双龙70#沥青、韩国SK70#沥青、韩国GS70#沥青的至少一种与国产沥青大连西太70#，镇海70#，山东闰城70#、山东京博70#、山东海右70#中的至少一种按比例混合。一般进口沥青60～80％，国产沥青20～40％。优选结合和比例为70％韩国双龙70#+30％大连西太70#，60％韩国双龙70#+40％山东闰成70#，或，75％韩国双龙70#+25％山东海右70#。
所述PG增强剂为江苏文昌新材料HW型产品，经试验该产品能够与所选道路沥青中的小分子、多环芳烃、短脂肪链、杂原子发生化学交联反应，从而改善沥青的高低温性能，改善改性沥青的高温存储稳定性，改善沥青的黏弹性性能和抗老化性能，提升沥青的质量等级。所述SBS改性剂为中石化YH791H，中石油独山子T6302H，宁波金海晨光JH7302，宁波长鸿高科1301中的至少一种；所述橡胶油为芳烃油或环烷基油，优选为武汉康润WKD-1产品；所述稳定剂为盛通WD/4-6A型。
该改性沥青的生产方法，具体包括如下步骤：
1)混合基质沥青：将选择的道路石油沥青在专罐内混合获得混合基质沥青，并将其快速加热至120～130℃；
2)预加热：将加热的混合基质沥青泵送到高温罐中，进行搅拌1～2小时，经换热器预加热到175℃～185℃后，再泵入反应釜中；
3)预混改性：待反应釜中的内沥青达到3.5～4吨时，开始向反应釜内按配方比例添加SBS改性剂，进行预混改性；
4)一次发育：将预混均匀的物料经两台串联的德国SIEFER胶体磨(胶体磨间隙分别调至0.3，0.25单位)研磨后输送到发育储存罐，泵入橡胶油，搅拌2小时，星三角控制搅拌速度68rpm，温度控制为178～185℃，进行一次发育；
5)二次发育：向一次发育后的物料中缓慢加入稳定剂，加料时间优选控制为1.5小时，加料温度为178±2℃；继续搅拌2～4小时，星三角控制搅拌速度68rpm，进行二次发育；
6)三次发育：向而次发育后的物料中加入缓慢PG增强剂，加料时间控制在1～1.5小时，加料温度保持在170～180℃；加料结束后继续搅拌3～6小时，星三角控制搅拌速度68rpm，进行三次发育，即可制得PG82-22等级改性沥青。
本实施例的通过添加PG增强剂，提升沥青高温PG性能。PG增强剂最后缓慢加入是为了让PG增强剂与沥青中的小分子、多环芳烃、短脂肪链、杂原子充分发生化学交联反应，改变石油沥青的胶体结构，由沥青为连续相，聚合物为分散相的结构转变为聚合物和沥青相互贯穿的双连续相结构。改善改性沥青的储存稳定性，高温稳定性和感温性，提升沥青高温PG性能，同时使SBS在高温储存过程中分散更加均匀，不发生离析现象；并在低温环境中，能最大限度的减少永久变形，提升沥青的抗疲劳开裂和低温开裂性能，因而具有拥有优异的抗车辙及抗老化性能。
实施例2
将70000kg韩国双龙70#沥青和30000kg大连西太70#沥青从原料罐中通过换热器迅速升温至130℃，泵入100吨高温罐中，搅拌2小时后，通过换热器迅速升温至180℃，泵入车间反应釜中；同时，将4800kg中石化YH791H的SBS通过变频传送管提升到反应釜中进行预混改性；然后通过两台串联的德国SIEFER胶体磨(胶体磨间隙分别调至0.3，0.25单位)研磨一遍进入成品罐中，并泵入1000kg橡胶油，开启成品罐搅拌2h；然后缓慢均匀地加入160kg稳定剂，继续搅拌2小时；再将500kg的HW通过加料斗升机缓慢均匀地加入到成品罐中，保持温度175℃，加料时间控制在1.5小时，加料结束后，继续搅拌5小时，制得PG82-22改性沥青。
实施例3
将60000kg韩国双龙70#沥青和40000kg山东闰城70#沥青从原料罐中通过换热器迅速升温至130℃，泵入100吨高温罐中，搅拌1.5小时后，通过换热器迅速升温至180℃，泵入车间反应釜中；同时，将4800kg中石油独山子T6302H的SBS通过变频传送管提升到反应釜中进行预混改性；然后通过两台串联的德国SIEFER胶体磨(胶体磨间隙分别调至0.3，0.25单位)研磨一遍进入成品罐中，并泵入500kg橡胶油，开启成品罐搅拌2h；然后缓慢均匀地加入150kg稳定剂，继续搅拌2.5小时；再将500kg的HW通过加料斗升机缓慢均匀地加入到成品罐中，保持温度180℃，加料时间控制在1小时，加料结束后，继续搅拌4小时，制得PG82-22改性沥青。
实施例4
将75000kg韩国双龙70#沥青和25000kg山东海右70#沥青从原料罐中通过换热器迅速升温至130℃，泵入100吨高温罐中，搅拌2小时后，通过换热器迅速升温至180℃，泵入车间反应釜中；同时，将4600kg金海晨光JH7302的SBS通过变频传送管提升到反应釜中进行预混改性；然后通过两台串联的德国SIEFER胶体磨(胶体磨间隙分别调至0.3，0.25单位)研磨一遍进入成品罐中，开启成品罐搅拌2h；然后缓慢均匀地加入170kg稳定剂，继续搅拌4小时；最后将800kgHW通过加料斗升机缓慢均匀地加入到成品罐中，保持温度180℃，加料时间控制在1.5小时，加料结束后，继续搅拌5小时，制得PG82-22改性沥青。
实施例5
本实施例为基于实施例4的实施方案，考察加入PG增强剂的温度控制效果。
为验证PG增强剂加入时的温度控制对改性效果的影响，本实施例设置多个温度梯度实验(T)，进行验证。具体如下：
本实施例中，沥青组分配方与实施例4一致，其制备方法除了HW加入时温度，其他操作也与实施例4一致。
本实施例中，HW加入时温度控制为：T1：170℃；T2：180℃(实施例4)；T3：190℃。
然后检测各实验组制备的沥青的针入度(25℃,5s,100g)、软化点TR&B、运动粘度135℃；延度(5℃)等指标。具体如表1所示。
表1.不同温度下加入PG增强剂的改性效果
由上表可以看出：不同温度下加入PG增强剂对改性沥青是有影响的。170℃加入时，PG增强剂与沥青中的小分子、多环芳烃、短脂肪链、杂原子发生化学交联反应不充分，达不到PG82-22要求。温度在190℃时，沥青老化明显，且一般改性沥青生产温度控制在180℃，提高温度，不大加大生产成本，浪费能耗，同时加快改性沥青的老化。优选180℃时的温度，比较适合。
实施例6
本实施例为基于实施例4的实施方案，考察加入PG增强剂的加料时间效果。
为验证PG增强剂加料时间控制对改性效果的影响，本实施例设置多种加入方式(M)，进行验证。具体如下：
本实施例中，沥青组分配方与实施例4一致，其制备方法除了HW加入方式时间不同，其他操作也与实施例4一致。
本实施例中，M1：加料时间控制为0.5小时；M2：加料时间控制为1.5小时(实施例4)；M3：加料时间控制为2.5小时。
然后检测各实验组制备的沥青的针入度(25℃,5s,100g)、软化点TR&B、运动粘度135℃；延度(5℃)等指标。具体如表2所示。
表2.PG增强剂不同加料时间的改性效果
由上表可以看出：由于加料速度过快，PG增强剂与改性沥青局部骤然反应，导致轻度凝胶片状、块状。加料控制在1.5小时与2.5小时，各项指标差异不是很大，本着生产能耗经济原则，优选加料时间1.5小时。
实施例7
本实施例为基于实施例4的实施方案，考察加入PG增强剂后的发育时间对改性的影响。
为验证PG增强剂加入后发育时间对改性效果的影响，本实施例控制将PG增强剂后发育不同时间，进行验证。具体如下：
本实施例中，沥青组分配方与实施例4一致，其制备方法除了HW加入后发育时间不同，其他操作也与实施例4一致。
本实施例中，HW加入后发育时间控制为：F1：发育1小时；F2：发育3小时；F3：发育5小时(实施例4)；F4：发育7小时；F5：发育9小时。
然后检测各实验组制备的沥青的针入度(25℃,5s,100g)、软化点TR&B、运动粘度60℃；延度(5℃)、弹性恢复(25℃)、黏度等指标。具体如表3所示。
表3.PG增强剂加入后不同发育时间的改性效果
由上表可以看出：加入PG增强剂后不同的发育时间，对改性沥青的指标影响还是比较明显的，发育1小时改性沥青82℃老化后车辙因子G*/sinδ达不到要求，随着发育时间的进一步加长，改性沥青135℃粘度逐步增大，达到9小时时，135℃粘度已经超出要求。结合考虑，发育5小时改性沥青时，各项指标均达到最佳效果。
实施例8
本实施例为基于实施例4的实施方案，考察不加入PG增强剂的改性效果。具体如下：
本实施例中，比对例沥青组分配方与实施例4一致，其制备方法除了不加入HW，其他操作也与实施例4一致。
本实施例检测制备的沥青的针入度(25℃,5s,100g)、软化点TR&B、运动粘度60℃；延度(5℃)、弹性恢复(25℃)、黏度等指标，并与实施例2-4的制备的改性沥青进行对比。具体如表4所示。
表4.加入PG增强剂的改性效果
由上表可以看出：传统按针入度、软化点及延度三大指标和135℃粘度等的分级方法，是否加入PG增强剂的改性沥青并没有太大的区别，但通过PG性能等级检测后发现，加入PG增强剂后，76℃和82℃的车辙因子G*/sinδ明显增加。而未加入PG增强剂的改性沥青，RTFOT后残留样品的82℃车辙因子G*/sinδ为1.780，低于PG82-22中G*/sinδ≮2.2的要求。
综上而言，本发明的通过添加PG增强剂，提升沥青高温PG性能，保证改性沥青粘度不超过3.0Pa.s。且本发明中，PG增强剂与沥青发生化学交联反应，改变石油沥青的胶体结构，改善改性沥青的储存稳定性，高温稳定性和感温性。由沥青为连续相，聚合物为分散相的结构转变为聚合物和沥青相互贯穿的双连续相结构。与沥青中的小分子、多环芳烃、短脂肪链、杂原子的化学反应，增加沥青质，提升沥青高温PG性能，同时使SBS在高温储存过程中分散更加均匀，不发生离析现象，且在低温环境中，能最大限度的减少永久变形，提升沥青的抗疲劳开裂和低温开裂性能，并具有拥有优异的抗车辙及抗老化性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种PG82-22等级改性沥青的生产方法，其特征在于：按重量份数计，该改性沥青的组分包括：
道路石油沥青100重量份，
SBS改性剂4.0～6.0重量份，
橡胶油0～3.0重量份，
PG增强剂0.5～3.0重量份，
稳定剂0.1～0.5重量份；
其中，所述道路石油沥青为25℃的针入度为60-80 0.1mm，10℃延度为＞100cm的直馏沥青；其为60～80wt%的进口沥青和20～40wt %的国产沥青混合而成；
所述进口沥青为韩国双龙70#沥青、韩国SK70#沥青、韩国GS70#沥青中的至少一种；
所述国产沥青为大连西太70#，镇海70#，山东闰城70#、山东京博70#、山东海右70#中的至少一种；
所述SBS改性剂为中石化YH791H，中石油独山子T6302H，宁波金海晨光JH7302，宁波长鸿高科1301中的至少一种；
所述PG增强剂为江苏文昌新材料HW型产品；
该PG82-22等级改性沥青的生产方法，包括如下步骤：
1）混合基质沥青：将选择的道路石油沥青在专罐内混合获得混合基质沥青，并将其快速加热至120～130℃；
2）预加热：将加热的混合基质沥青泵送到高温罐中，进行搅拌1～2小时，经换热器预加热到175℃～185℃后，再泵入反应釜中；
3）预混改性：待反应釜中的内沥青达到一定量时，开始向反应釜内按比例添加SBS改性剂，进行预混改性；所述预混改性为待反应釜中的内沥青达到3.5～4吨时，向反应釜内按配方比例添加SBS改性剂；
4）一次发育：将预混均匀的物料经研磨后输送到发育储存罐，泵入橡胶油，搅拌，进行一次发育；所述研磨为采用两台串联的德国SIEFER胶体磨，其隙分别调至0.3，0.25单位；所述一次发育时间为2小时；
5）二次发育：向一次发育后的物料中缓慢加入稳定剂，继续搅拌，进行二次发育；所述稳定剂的加料时间控制为1.5小时；所述二次发育时间为2～4小时；
6）三次发育：向二次发育后的物料中加入缓慢PG增强剂，加料结束后继续搅拌，进行三次发育，即可制得PG82-22等级改性沥青；所述PG增强剂加料时间为1.5小时，加料温度保持在180℃；所述三次发育时间为3～6小时。
2.根据权利要求1所述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，其特征在于：所述道路石油沥青按重量百分比计为70%韩国双龙70# 和 30%大连西太70#，或60%韩国双龙70#和40%山东闰成70#，或75%韩国双龙70#和25%山东海右70#。
3.根据权利要求1所述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，其特征在于：
所述橡胶油为芳烃油或环烷基油；
所述稳定剂为硫磺、二硫代氨基甲酸盐产品、醛胺类化合物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的PG82-22等级改性沥青的生产方法，其特征在于：所述橡胶油为武汉康润WKD-1型号产品，所述稳定剂为盛通WD/4-6A型号产品。
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