CN115537035A - 一种复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青技术领域，具体而言，涉及一种复合改性沥青，按重量份数计包括如下成分：基质沥青75‑90份，芳烃油1‑5份以及改性剂，所述改性剂包括：SEPS 5‑20份，TBC 1‑5份，PPA 0.5‑3份；其制备方法包括如下步骤：1)、将基质沥青加热后向其中添加芳烃油，并不断搅拌混合均匀；2)、在步骤1)得到的沥青混合物中，分批次添加SEPS，并不断搅拌；然后梯度升温，并在恒温控制器下，高速剪切；3)、向步骤2)得到的沥青混合物中添加PPA、TBC，搅拌一段时间后，将混合物料置于恒温箱中溶胀发育一段时间，即得到复合改性沥青；本发明复合改性沥青综合性能提升，解决了SBS等聚合物改性沥青稳定性差、抗老化性能不足的问题。

Description

一种复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青技术领域，具体而言，涉及一种复合改性沥青及其制备方法。

背景技术

日益增加的公路交通量，使得人们需要疲劳寿命、高低温性能更佳的交通路面。路面结构和沥青性能是影响路面综合性能的两个重要因素，其中沥青性能起着至关重要的作用。

SBS改性沥青凭借其高温抗车辙性能优异，在全球范围内得到广泛使用。但在实际工程中，SBS改性沥青暴露出储存稳定性差、抗老化性能不足等缺点。SBS是一种具有不饱和键的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。在合适的加工工艺作用下，SBS吸附沥青中的轻质油分，从而充分溶胀发育形成共混体系的空间网状结构。然而，在大气热氧和紫外线的作用下，SBS的不饱和键可以发生裂解，与沥青分离，网格结构破裂，进而对沥青改善性能变弱甚至消失。因此，SBS改性沥青对低温性能提升程度有限，不适用于严寒地区。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合改性沥青及其制备方法，使得复合改性沥青综合性能提升，解决SBS等聚合物改性沥青稳定性差、抗老化性能不足的问题。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种复合改性沥青，按重量份数计，包括如下成分：基质沥青75-90份，芳烃油1-5份以及改性剂，所述改性剂包括：SEPS 5-20份，TBC 1-5份，PPA 0.5-3份。

上述复合改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

1)、将基质沥青加热后向其中添加芳烃油，并不断搅拌混合均匀；

2)、在步骤1)得到的沥青混合物中，分批次添加SEPS，并不断搅拌；然后梯度升温至160-200℃，并在恒温控制器下，高速剪切；

3)、向步骤2)得到的沥青混合物中添加PPA 、TBC，搅拌一段时间后，将混合物料置于恒温箱中溶胀发育一段时间，即得到复合改性沥青。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1)本发明提出使用SEPS、TBC及PPA复配作为改性剂，对基质沥青进行改性的思路，复配后SEPS软段的碳-碳双键因加氢生成碳-碳单键，使改性沥青抗热氧老化能力显著提升，并始终保持稳定性。并且，在软段侧链引入的甲基使其和沥青质形成类似“交联”作用，显著提升热稳定性，使其储存稳定性增强，且不引入有害物，符合环保要求。

2)本发明使用复合改性剂，能在不削弱改性沥青高温性能的情况下，减少SEPS用量，节约成本。

3)本发明使用TBC，能降低SEPS在沥青中的结晶度，使SEPS发挥出更接近与橡胶的性能，有效改善改性沥青低温抗开裂性能。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种复合改性沥青及其制备方法进行具体说明。

一种复合改性沥青，按重量份数计，包括如下成分：基质沥青75-90份，芳烃油1-5份以及改性剂，所述改性剂包括：SEPS 5-20份，TBC 1-5份，PPA 0.5-3份。

进一步地，SEPS 10-15份，TBC 1-2份，PPA 0.5-1份，基质沥青77-84.5份，芳烃油4-5份。

进一步地，所述SEPS嵌段比为2-4：6-8，分子量为15-20万。

进一步地，所述所基质沥青为70号、50号、130号、160号、180号基质沥青。

上述复合改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

1)、将基质沥青加热后向其中添加芳烃油，并不断搅拌混合均匀；

2)、在步骤1)得到的沥青混合物中，分批次添加SEPS改性剂，并不断搅拌；然后梯度升温至160-200℃，并在恒温控制器下，高速剪切；

3)、向步骤2)得到的沥青混合物中添加PPA、TBC，搅拌一段时间后，将混合物料置于恒温箱中溶胀发育一段时间，即得到复合改性沥青。

进一步地，步骤1)中，将基质沥青加热至150-170℃。

进一步地，步骤2)中，分批次添加SEPS改性剂时，以1.5-4份/h的速率添加。

进一步地，步骤2)中，梯度升温时，以2-10℃/min的速率梯度升高。

进一步地，步骤3)中，将混合物料置于160-200℃的恒温箱中溶胀发育1.5-3h。

本发明中，发明人经过分析研究创新性地发现SBS改性沥青的不足主要是以下原因造成的，并针对性地进行改进创新，具体如下：首先，SBS改性剂在沥青中分散，过程为物理混溶，稳定性弱，在实际工程中需要加硫磺形成化学交联来提升储存稳定性，但硫磺和当今环保理念背道而行。其次，SBS的软段结构富含碳-碳双键，在热氧条件下易发生反应，进而造成SBS降解，影响道路使用寿命。针对SBS的不足，现有技术中有使用SEBS、SIS在改性沥青领域中；然而SEBS尽管将软段氢化为碳-碳单键，抗热氧老化能力增强。但其储存稳定性仍然存在不足，易离析。SIS尽管在侧链引入甲基，使其和沥青质相互作用加强，储存稳定性增强。但软段仍为碳-碳双键，抗老化性能不足。

发明人针对现有技术中不足的内在原因，针对性的进行改进，提出用SEPS、TBC及PPA复配作为改性剂，对基质沥青进行改性的思路，复配后SEPS软段的碳-碳双键因加氢生成碳-碳单键，使改性沥青抗热氧老化能力显著提升，并始终保持稳定性。并且，在软段侧链引入的甲基使其和沥青质形成类似“交联”作用，显著提升热稳定性，使其储存稳定性增强，且不引入有害物，符合环保要求。

此外，PPA一方面能影响沥青中的分散相，另一方面和沥青发生化学反应，使得沥青中的含氧物质和含氧基团发生磷酸化从而形成新的化学键，提升沥青高温性能。除此之外，本发明改进剂，利用PPA复配SEPS改性基质沥青，能使价格更低的PPA取代部分SEPS，在使改性沥青性能不被削弱的情况下，减少价格更高的SEPS掺量，达到节约成本的目的。

TBC能在不改变SEPS结构的情况下，降低SEPS结晶度，使SEPS更接近于橡胶的性能，有效改善低温抗开裂性能。因此，SEPS/TBC/PPA改性的复合改性沥青，既保证了优异的高温性能，也解决了SBS等改性沥青储存稳定性差、抗老化能力不足的问题。同时辅以TBC，改善了低温抗开裂能力，从而制得一种兼得高温性能、低温性能、储存稳定性强、抗老化性能强的综合性能优异的改性沥青。

实施例1

一种复合改性沥青，按重量份数计，包括如下成分：基质沥青84.5份，芳烃油4份以及改性剂，所述改性剂包括：SEPS 10份，TBC 1份，PPA 0.5份。

按下述方法制备综合性能提升的复合改性沥青：

a.将70#基质沥青加热至165℃，然后向70#基质沥青中添加芳烃油，并不断搅拌使芳烃油和石油沥青混合均匀；

b.在a得到的沥青混合物中，分批次添加SEPS，具体地以2份/h的速率添加，并不断搅拌使SEPS均匀分散在石油沥青中；将沥青混合物梯度升温到180℃，具体地，以5℃/min的速率梯度升高，并在恒温控制器下，以4000r/min高速剪切1h；

c.向b得到的沥青混合物中同时添加PPA和TBC，以600r/min的速度搅拌30分钟；

d.将c制得的混合物料置于180℃的恒温箱中溶胀发育2h，得到综合性能提升的SEPS/TBC/PPA复合改性沥青。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：复合改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SEPS 12.5份、TBC 1.5份、PPA 0.8份、基质沥青80.7份、芳烃油4.5份。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：复合改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SEPS 15份、TBC 2份、PPA 1份、基质沥青77份、芳烃油5份。

对比例1

本对比例为空白对照，即仅为：普通70#基质沥青。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：为一种SBS改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SBS改性剂7份，芳烃油4份，70#基质沥青89份。

制备方法如下：

将基质沥青加热至180℃，加入芳烃油搅拌均匀后，加入SBS改性剂，采用搅拌机以600转/分钟的转速搅拌10分钟，保持温度，随后采用高速剪切机以4000转/分钟剪切60分钟。将所得改性沥青放置于180℃烘箱中以600转/分钟搅拌溶胀发育30分钟，即得普通SBS改性沥青。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于：为一种SEBS-GMA改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SEBS-GMA改性剂15份，芳烃油4份，70#基质沥青81份。

制备方法如下：

将基质沥青加热至180℃，加入芳烃油搅拌均匀后，加入SEBS改性剂，采用搅拌机以600转/分钟的转速搅拌10分钟，保持温度，随后采用高速剪切机以4000转/分钟剪切60分钟。最后加入硫磺，将所得改性沥青放置于180℃烘箱中以600转/分钟搅拌溶胀发育30分钟，即得普通SEBS改性沥青。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于：为SEPS改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SEPS改性剂15份，芳烃油4份，70#基质沥青81份。

制备方法如下：

将基质沥青加热至180℃，加入芳烃油，搅拌均匀后，加入SEPS改性剂，采用搅拌机以600转/分钟的转速搅拌10分钟，保持温度，随后采用高速剪切机以4000转/分钟剪切60分钟。将所得改性沥青放置于180℃烘箱中以600转/分钟搅拌溶胀发育30分钟，即得普通SEPS改性沥青。

对比例5

本对比例为SEPS/PPA复合改性沥青，由以下重量份数的原料制备而成：SEPS改性剂10份，PPA 0.8份，芳烃油4份，70#基质沥青81份。

制备方法如下：

将基质沥青加热至180℃，加入芳烃油并搅拌均匀，加入SEPS，采用高速剪切机以4000转/分钟剪切60分钟。随后投入PPA，在180℃下以600转/份低速搅拌30分钟，即得SEPS/PPA复合改性沥青。

实验例1

本实验例对实施例1～3以及对比例1～5的性能分别进行测试，试验方法：将上述配制得到的改性沥青分别取样，进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中关于旋转粘度、针入度、软化点、延度及离析试验。另取样，对沥青进行旋转薄膜烘箱加热(RTFOT)老化。老化在163℃进行，总持续时间为85分钟。老化结束后，进行相同的性能测试。试验结果如表1所示：

表1实施例1-3和对比例1-5的性能试验结果对比

从表1中实施例1-3与对比例1-5的比较可以看出：

1.老化前，通过本发明制备的复合改性沥青，软化点和延度都明显优于基质沥青和SEBS-GMA改性沥青。同时也略优于SBS改性沥青。

2.通过本发明制备的复合改性沥青离析试验软化点差值明显低于SBS改性沥青，略优于SEBS-GMA改性沥青。

3.老化前后，本发明制备的复合改性沥青各项性能指标变化都远低于SBS改性沥青和基质沥青，与SEBS-GMA改性沥青相当。

4.用少量PPA和SEPS复配制得的改性沥青，其各项性能参数和高掺量SEPS接近，说明能用价格更低的PPA代替部分价格更高的SEPS，性能不会发生显著改变且节约成本。

5.通过与其他改性剂相比，本发明制备的复合改性沥青具有优异的高低温性能、储存稳定性和抗老化性能，综合性能都有提升。

综上，本发明复合改性沥青比基质沥青和SEBS-GMA改性沥青有更优异的高低温性能，比SBS改性沥青有更强的储存稳定性和抗老化能力。该改性沥青凭其优异的综合性能可以在实际工程中广泛使用。

实验例2

本实验例对实施例1～3以及对比例2～3的流变性能进行检测。试验方法：将上述配制得到的改性沥青分别取样，采用动态剪切流变仪进行60℃温度扫描、多重应力蠕变恢复试验和25℃线性振幅扫描试验。采用弯曲梁流变仪进行-18℃低温弯曲试验。另取样，对沥青进行旋转薄膜烘箱加热(RTFOT)老化。老化在163℃进行，总持续时间为85分钟。老化结束后，进行相同的性能测试，实验结果如表2所示：

表2实施例1-3和对比例2-3的流变性能试验结果对比

由表2的数据可以看出：

1.在同等温度下，本发明复合改性沥青车辙因子、蠕变恢复率、不可恢复蠕变柔量、Nf值、蠕变劲度和m值都明显优于SBS和SEBS-GMA改性沥青。采用本发明所述的复合改性沥青，配比在本发明所述范围效果最佳。

2.经过RTFOT老化后，SBS改性沥青各项性能指标都变得更差，而本发明复合改性沥青和SEBS-GMA改性沥青性能小幅下降。说明结构软段的碳-碳单键具有较强的抗老化能力。老化后的本发明复合改性沥青性能下降，主要是因为基质沥青组分因老化发生改变。

实验例3

本实验例为对实施例1～3以及对比例2制备的沥青混合料(混合料结构为AC-13,油石比5％)性能检测。试验方法：1.将上述沥青混合料，进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中关于车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验。按照AASHTOTP105进行SCB试验。2.另制一批上述沥青混合料，按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》T 0734-2000规范，在135℃老化4小时。老化结束后，进行相同的沥青混合料性能试验。试验结果如表3所示：

表3实施例1-3和对比例2制备的沥青混合料的路用性能检测结果

由表3数据可以看出：

实施例1-3制备得到的沥青混合料路用性能明显优于SBS改性沥青制备的沥青混合料，说明本发明提供的复合改性沥青综合提升了沥青混合料路用性能。

老化后，本发明复合改性沥青混合料路用性能变化明显低于对比例2中的SBS改性沥青混合料，说明本发明复合改性沥青在实际工程中能发挥较强的抗老化能力。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种复合改性沥青，其特征在于，按重量份数计，包括如下成分：

基质沥青75-90份，芳烃油1-5份以及改性剂，所述改性剂包括：SEPS 5-20份，TBC 1-5份，PPA 0.5-3份。

2.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，SEPS 10-15份，TBC 1-2份，PPA0.5-1份，基质沥青77-84.5份，芳烃油4-5份。

3.根据权利要求1或2所述的复合改性沥青，其特征在于，所述SEPS嵌段比为2-4：6-8，分子量为15-20万。

4.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述所基质沥青为70号、50号、130号、160号、180号基质沥青。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、将基质沥青加热后向其中添加芳烃油，并不断搅拌混合均匀；

2)、在步骤1)得到的沥青混合物中，分批次添加SEPS，并不断搅拌；然后梯度升温至160-200℃，并在恒温控制器下，高速剪切；

3)、向步骤2)得到的沥青混合物中添加PPA、TBC，搅拌一段时间后，将混合物料置于恒温箱中溶胀发育一段时间，即得到复合改性沥青。

6.根据权利要求1所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将基质沥青加热至150-170℃。

7.根据权利要求1所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤2)中，分批次添加SEPS改性剂时，以1.5-4份/h的速率添加。

8.根据权利要求1所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤2)中，梯度升温时，以2-10℃/min的速率梯度升高。

9.根据权利要求1所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤3)中，将混合物料置于160-200℃的恒温箱中溶胀发育1.5-3h。