CN114874635A

CN114874635A - 一种含有同步温拌再生剂的新型sbs改性沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN114874635A
Application number: CN202210656964.6A
Authority: CN
Inventors: 倪志军; 张德润; 孙涛; 周坤; 王丽静; 赵阳; 汪亮; 郭哲; 罗锋; 莫国雄; 许培欣; 苗雨; 阮滨
Original assignee: Hubei Changjiang Road And Bridge Co ltd; Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Hubei Changjiang Road And Bridge Co ltd; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2022-06-10
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2042-06-10
Also published as: CN114874635B

Abstract

本发明公开了一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青及其制备方法，涉及道路工程新材料技术领域。本发明的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，按质量百分数计，由以下组分组成：SBS改性沥青78％～89％，胶体结构调节剂5％～10％，SBS交联剂1％～3％，温拌剂3％～5％，温拌补偿剂2％～4％。本发明的温拌再生沥青不仅能够恢复老化SBS改性沥青的胶体结构稳定性，而且可以修复SBS三维网状分子结构，起到同步再生的效果；同时可显著降低沥青混合料的拌和、摊铺和碾压温度，避免废旧SBS沥青的二次老化，在温拌补偿剂的作用下削减添加温拌剂对沥青流变性能的不利影响，促使废旧SBS沥青混合料在路面全厚度结构层的原位大比例再生利用。

Description

一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程新材料技术领域，特别涉及一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青及其制备方法。

背景技术

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(简称SBS)改性沥青(由SBS共聚物和基质沥青按照一定比例制备而成)能显著改善沥青的高低温性能和抗疲劳性能，因此，自上个世纪九十年代起就被世界各国广泛用于沥青路面的铺装。目前，我国高等级路面中，沥青路面占有率高达90％左右。这些高等级沥青路面层上面层已经普遍使用SBS改性沥青混合料，并且在中下面层中的使用比例也在逐年提高。然而，由于沥青路面一经建成就暴露在自然环境中，承受空气、雨水、阳光以及重复车辆荷载等综合作用，SBS改性沥青不可避免的会经历老化劣化，导致路面产生一系列病害，显著降低路面的服役性能和使用寿命。当这些沥青路面无法满足使用要求，需要对其进行铣刨重建，而大量铣刨后的废旧SBS改性沥青混合料的再利用问题一直是研究的热点。我国通常使用厂拌热再生沥青技术对废旧SBS混合料进行再生或者改性制备，这种方式需要对混合料进行二次高温加热拌和(160℃-180℃)，进一步加剧SBS改性沥青的老化程度，严重降低废旧SBS混合料的再生利用率。越来越多的研究表明，将热再生沥青技术与温拌技术相结合得到的温拌再生沥青技术，能够大幅度提高废旧 SBS混合料的再生利用率，因为温拌技术能够在115℃-135℃的温度条件下实现沥青混合料的拌和、摊铺和碾压，从而有效避免SBS改性沥青的二次老化，实现良好的经济环保效益。目前在实际生产实践中，温拌再生沥青技术对废旧 SBS混合料的再利用率通常为15-20％左右，远低于文献中的60％。造成这一现象的原因是，废旧SBS混合料含有相当多的老化沥青，粘附在集料上的坚硬老化沥青很难与后续添加的温拌沥青充分融合。因此，通常来说，废旧SBS混合料温拌再生沥青路面中的集料与沥青粘结性能较差，这是大多数温拌再生沥青混合料只能用于建造中面层和下面层，而不能建造上面层的根本原因。

与普通基质沥青相比，SBS改性沥青的老化程度不仅与基质沥青的老化相关，而且很大程度上取决于SBS改性剂三维网状分子结构的老化降解。一方面，随着服役年限的增长基质沥青中的轻质成分如芳香分、饱和分挥发，胶质显著减少而沥青质显著增加，此时基质沥青的原有稳定胶体结构遭到破坏，导致沥青的粘度、软化点增大，针入度、延度降低；另一方面，组成SBS三维网状分子结构的丁二烯嵌段由于其C═C和α-H化学键具有相对较高的键活性，很容易受热断裂被氧化形成羟基和羧基，导致SBS共聚物链在老化过程中断裂为两嵌段，失去三维活性，导致原沥青的高温低性能、疲劳寿命显著下降。因此， SBS改性沥青的再生不仅应包括基质沥青的老化再生，而且更重要的是对SBS 三维网状分子结构的修复。

中国发明专利CN112251036A、CN113583457A、CN103819912A、 CN104479378A、CN108715686A、CN112094505A和CN113773658A等均披露了一种SBS改性沥青再生剂，比如CN112251036A公开了一种软化剂、SBS修复剂以及其他材料混掺的SBS改性沥青再生剂，但是其再生工艺不符合实际施工操作，废旧SBS混合料一般不会将老化沥青从集料表面分离后再生，而是沥青混合料的整体再生利用，因此不存在单独的老化沥青再生，该专利提出的微波辐射处理获得SBS再生沥青更加无法开展，而且在实际施工时，只有约90s 的混合料拌和时间，没有催化剂存在时SBS修复剂基本上无法达到修复的目的； CN113583457A公开的SBS改性沥青再生剂与CN112251036A存在同样的问题，即未考虑工程实际中不存在单独的老化沥青，因此SBS改性沥青再生方案难以开展；其余公开的专利虽然考虑了工程实际情况，但是老化沥青的再生不可能达到100％，使用传统热再生沥青技术的拌和(160℃～180℃)、摊铺(≥140℃) 和碾压温度(≥135℃)高，又不可避免的造成未完全再生的SBS改性沥青的二次老化。中国专利CN112960941A、CN110467825A和CN110054905A等公开了一种沥青温拌再生剂，该温拌再生剂能够恢复基质沥青的胶体结构稳定性，但是都忽略了对SBS改性剂的修复，此外无论掺加何种温拌剂都会对原沥青的流变性能产生不利影响。

为此，本发明制备出一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青用于路面建设，该沥青不仅能够恢复老化SBS改性沥青的胶体结构稳定性，而且可以修复SBS三维网状分子结构，起到同步再生的效果；同时可以显著降低沥青混合料的拌和、摊铺和碾压温度，在拌和过程中将其直接与废旧SBS混合料按照适当比例混合，能够实现废旧SBS混合料在高等级沥青路面的上、中、下面层的大比例高效再生利用目的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，以解决现有再生SBS改性沥青再生效果差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，按质量百分数计，由以下组分组成：SBS改性沥青78％～89％，胶体结构调节剂5％～10％，SBS交联剂 1％～3％，温拌剂3％～5％，温拌补偿剂2％～4％；所述SBS交联剂为三聚硫氰酸、京尼平、三烯丙基异三聚氰酸酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺中的一种或多种。

可选地，所述SBS改性沥青为SBS I-A、SBS I-B、SBS I-C、SBS I-D中的一种。

可选地，所述胶体结构调节剂为腰果壳油、废弃发动机油、废弃植物油、环氧大豆油中的一种或多种。

可选地，所述温拌剂为Sasobit、Evothern中的一种。

可选地，所述温拌补偿剂为阴离子丁苯橡胶(SBR)胶乳，或为碎屑橡胶粉(CRP)。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述含有同步温拌再生剂的新型SBS 改性沥青的方法，该制备方法，包括以下步骤：

1)将所述SBS改性沥青加热至130℃～150℃；

2)保持所述SBS改性沥青温度为130℃～150℃，将高速剪切机的转速调整至1200rpm～1500rpm，再将所述温拌补偿剂匀速倒入所述SBS改性沥青中，当所述温拌补偿剂完全加入后，将转速调整至3500rpm～4000rpm剪切搅拌 15min～25min；

3)保持温度不变，将转速调整至2000rpm，匀速加入所述温拌剂继续剪切搅拌15min～25min；

4)保持转速和温度不变，匀速倒入所述胶体结构调节剂；

5)保持转速和温度不变，加入所述SBS交联剂，将转速调整至 500rpm～800rmp，继续剪切搅拌30min，得到含有同步温拌再生剂的新型SBS 改性沥青。

本发明中各原料的主要作用机理为：胶体结构调节剂用于补充老化沥青挥发的轻质成分以恢复胶体结构稳定；SBS交联剂用于修复由三嵌段断裂为两嵌段的SBS改性剂以恢复其三维网状分子结构；温拌剂用于降低沥青混合料的拌和、摊铺和碾压温度提高施工和易性；温拌补偿剂用于缓解温拌剂对沥青流变性能的影响。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1、本发明提出了一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，该沥青由多种材料组成，包括SBS改性沥青、胶体结构调节剂、SBS交联剂、温拌剂以及温拌补偿剂，不仅能够补充老化SBS改性沥青缺少的轻质成分，还原其原有的化学组成；而且能够交联老化SBS改性剂断裂的嵌段，恢复其三维网状结构；此外，温拌剂的存在还能显著降低废旧SBS混合料再生时的拌和，摊铺和碾压温度提高施工和易性，避免二次老化。

2、本发明提出了一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，采用的 SBS交联剂不需要催化剂的参与就能修复老化断裂的SBS，修复效率高、化学性能稳定、无毒无害，克服了现有技术公开的醚类物质必须要价格昂贵的催化剂参与才能修复老化断裂的SBS的问题；以及异氰酸酯类物质不仅毒性强、易伤害人体健康、污染环境，而且异氰酸酯与老化断裂的SBS发生交联反应时，生成大量的二氧化碳难以逸出，会对沥青流变性能造成严重不利影响等的缺陷。

3、本发明提出了一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，该新型 SBS改性沥青的制备温度低(135℃)，节能环保、经济效益高，在拌和过程中将其直接与废旧SBS混合料按照适当比例混合，能够最大限度的恢复废旧SBS 改性沥青的原有活性，同时显著降低沥青混合料的施工温度，克服了现有厂拌热再生废旧SBS混合料无法应用于铺筑高等级沥青路面上面层而只能铺筑中下面层的缺陷，从根本意义上实现废旧SBS混合料在路面全厚度结构层的原位大比例再生利用。

4、本发明提出了一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，该温拌沥青中添加了温拌剂补偿剂，能够缓解传统温拌剂的对原沥青流变性能的不利影响，改善温拌再生沥青混合料的路用性能，进而提高温拌再生沥青混合料的路面服役性能，延长其使用寿命。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青复合剪切模量测试结果对比图；

图2为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青相位角测试结果对比图；

图3为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青高温累计应变测试结果对比图(0.1kPa)；

图4为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青高温累计应变测试结果对比图(3.2kPa)。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明通过SBS(I-D)改性沥青(软化点为83℃、5℃延度为48cm、25℃针入度为52dmm)在163℃的旋转薄膜烘箱(RTFOT)中老化85分钟模拟SBS 改性沥青在混凝土拌合、摊铺过程中的短期老化以及在100℃和2.1MPa的压力老化箱(PAV)中老化20h模拟SBS改性沥青在路面使用过程中的长期老化来获得老化SBS改性沥青，该老化SBS改性沥青的性能为：软化点为91℃，5℃延度为8cm，25℃针入度为29dmm。需要说明的是，本发明实例中仅仅是采用人工老化沥青来验证本发明含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青的同步再生效果，在实际施工过程是将本发明制备的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，直接与废旧SBS混合料按适当比例混合。

下述实施例均采用上述老化SBS(I-D)改性沥青为各实施例测试评价同步再生效果的原料。

实施例1

一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，具体通过以下方法制得：

1)按重量份计，分别称取SBS改性沥青85份，腰果壳油5份，三聚硫氰酸3份，Sasobit温拌剂3份，SBR胶乳4份；

2)将上述85份的SBS改性沥青加热至135℃；

3)保持上述SBS改性沥青温度为135℃，将高速剪切机的转速调整至 1350rpm，再将上述4份的SBR胶乳匀速倒入SBS改性沥青中，当SBR胶乳完全加入后，将转速调整至3800rpm，剪切搅拌20min；

4)保持上述温度(135℃)不变，将转速调整至2000rpm，匀速加入上述 3份的Sasobit温拌剂继续剪切搅拌20min；

5)保持上述转速(2000rpm)和上述温度(135℃)不变，匀速倒入上述5 份的腰果壳油；

6)保持上述转速(2000rpm)和上述温度(135℃)不变，加入上述3份的三聚硫氰酸，将转速调整至650rmp，继续剪切搅拌30min，即制得含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青。

称取加热至135℃的老化SBS改性沥青100质量份，加入本发明实施例1 的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青100质量份，保持温度为135℃，在400rpm转速下搅拌15min，即制得同步再生温拌SBS改性沥青。对同步再生温拌SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为75℃，5℃延度为34cm，25℃针入度为44dmm。

对比例

本对比例的温拌SBS改性沥青再生剂与实施例1的区别在于：温拌SBS 改性沥青再生剂制备过程中所用的原材料为：按重量份计，SBS改性沥青88 份，腰果壳油5份，Sasobit3份，SBR胶乳4份，其他同实施例1。

称取加热至135℃的老化SBS改性沥青100质量份，加入本对比例的温拌 SBS改性沥青再生剂100质量份，保持温度为135℃，在400rpm转速下搅拌 15min，即制得温拌再生SBS改性沥青。

对温拌再生SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为86℃， 5℃延度为14cm，25℃针入度为38dmm。

由上述检测结果可知，与对比例相比，本发明实施例1中添加了三聚硫氰酸作为SBS交联剂，同步再生温拌SBS改性沥青的软化点减小，5℃延度均显著增大，说明本发明制备的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青中的三聚硫氰酸对老化SBS的分子结构有良好的修复作用，能很好地改善老化SBS改性沥青的性能。

实施例2

本实施例的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青与实施例1的区别在于：含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青制备过程中所用的原材料为：按重量份计，SBS改性沥青85份，腰果壳油5份，三烯丙基异三聚氰酸酯3份， Sasobit温拌剂3份，SBR胶乳4份，其他同实施例1。

称取加热至135℃的老化SBS改性沥青100质量份，加入本发明实施例2 的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青100质量份，保持温度为135℃，在400rpm转速下搅拌15min，即制得含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青。

对同步再生温拌SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为 77℃，5℃延度为36cm，25℃针入度为48dmm。

由上述检测结果可知，与实施例1相比，随着SBS交联剂的调整，同步再生温拌SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的改善。

实施例3

本实施例的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青与实施例1的区别在于：含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青制备过程中所用的原材料为：按重量份计，SBS改性沥青80份，废弃发动机油8份，京尼平5份，Sasobit温拌剂3份，SBR胶乳4份，其他同实施例1。

称取加热至135℃的老化SBS改性沥青100质量份，加入本发明实施例3 的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青100质量份，保持温度为135℃，在400rpm转速下搅拌15min，即制得含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青。

对同步再生温拌SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为 78℃，5℃延度为40cm，25℃针入度为49dmm。

由上述检测结果可知，与实施例1相比，随着SBS交联剂、胶体结构调节剂的调整和含量的增加，同步再生温拌SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的改善。

实施例4

本实施例的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青与实施例1的区别在于：含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青制备过程中所用的原材料为：按重量份计，SBS改性沥青85份，废弃植物油5份，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基) 碳酰二亚胺3份，Evothern温拌剂3份，SBR胶乳4份，其他同实施例1。

对同步再生温拌SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为 80℃，5℃延度为42cm，25℃针入度为50dmm。

由上述检测结果可知，与实施例1相比，随着SBS交联剂、胶体结构调节剂、温拌剂的调整，同步再生温拌SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的改善。

实施例5

本实施例的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青与实施例1的区别在于：含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青制备过程中所用的原材料为：按重量份计，SBS改性沥青85份，废弃植物油5份，三烯丙基异三聚氰酸酯与 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺混合物3份，其中，三烯丙基异三聚氰酸酯与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺的质量比为2:1，Evothern温拌剂3份，CRP 4份，其他同实施例1。

对同步再生温拌SBS改性沥青进行性能测试，经测试可知，其软化点为82℃，5℃延度为45cm，25℃针入度为52dmm。

由上述检测结果可知，与实施例1相比，随着SBS交联剂、胶体结构调节剂、温拌剂、温拌剂补偿剂的调整，同步再生温拌SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的改善。

为了进一步对比验证本发明提出的SBS交联剂在修复老化断裂SBS片段时的优势，选取现有公开专利中常见的醚类SBS交联剂(1,4-丁二醇二缩水甘油醚，CN 104231640 A)、异氰酸酯交联剂(4,4-二苯甲烷二异氰酸酯，CN 113583457A)作为对照组，对比分析本发明提出的SBS交联剂(三烯丙基异三聚氰酸酯、三聚硫氰酸为例)的修复提升效果。为了控制变量，三组再生沥青的胶体结构调节剂均为环氧大豆油，再生沥青各组分的量分别为胶体结构调节剂5质量份，SBS交联剂3质量份，老化SBS改性沥青92质量份。采用1,4- 丁二醇二缩水甘油醚、4,4-二苯甲烷二异氰酸酯制备再生SBS改性沥青时，其具体再生步骤参考中国专利CN 104231640 A，CN 113583457 A。

对上述三组再生SBS沥青分别开展沥青动态流变剪切DSR测试，包括 30-90℃下温度扫描测试、64℃下蠕变恢复测试以及25℃下线性振幅扫描测试，具体测试结果如图1-4以及表1-2所示。其中，表1为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青蠕变恢复率对比；表2为采用本发明新型SBS交联剂与现有技术SBS交联剂的再生沥青疲劳寿命测试结果对比。

由图1-4以及表1-2可知，采用本发明提出的三烯丙基异三聚氰酸酯和三聚硫氰酸制备得到的再生SBS改性沥青的各项测试指标均与原样SBS改性沥青最接近。现有技术公开的SBS交联剂能够一定程度改善老化沥青性能，但修复再生效果均不及本发明提出的SBS交联剂，说明本发明提出的SBS交联剂如三烯丙基异三聚氰酸酯、三聚硫氰酸对老化断裂SBS片段具有明显的修复提升效果。

表1

表2

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，其特征在于，按质量百分数计，由以下组分组成：SBS改性沥青78％～89％，胶体结构调节剂5％～10％，SBS交联剂1％～3％，温拌剂3％～5％，温拌补偿剂2％～4％；所述SBS交联剂为三聚硫氰酸、京尼平、三烯丙基异三聚氰酸酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，其特征在于，所述SBS改性沥青为SBSI-A、SBSI-B、SBSI-C、SBSI-D中的一种。

3.根据权利要求1所述的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，其特征在于，所述胶体结构调节剂为腰果壳油、废弃发动机油、废弃植物油、环氧大豆油中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，其特征在于，所述温拌剂为Sasobit、Evothern中的一种。

5.根据权利要求1所述的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青，其特征在于，所述温拌补偿剂为阴离子丁苯橡胶胶乳，或为碎屑橡胶粉。

6.制备权利要求1至5任一项所述的含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述SBS改性沥青加热至130℃～150℃；

2)保持所述SBS改性沥青温度为130℃～150℃，将高速剪切机的转速调整至1200rpm～1500rpm，再将所述温拌补偿剂匀速倒入所述SBS改性沥青中，当所述温拌补偿剂完全加入后，将转速调整至3500rpm～4000rpm剪切搅拌15min～25min；

4)保持转速和温度不变，匀速倒入所述胶体结构调节剂；

5)保持转速和温度不变，加入所述SBS交联剂，将转速调整至500rpm～800rmp，继续剪切搅拌30min，得到含有同步温拌再生剂的新型SBS改性沥青。