CN116162360A - 一种高粘弹改性沥青的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高粘弹改性沥青的制备方法，包括如下步骤：1)原材料处理；2)加入助溶剂；3)加入改性剂；4)加入高粘改性剂；5)发育；6)加入高粘增强剂；7)熟化。本发明所提供的一种高粘改性沥青的制备方法，通过采用特定比例的混合沥青为基质，赋予特定的高粘改性剂和SBS改性剂，再复合特定的高粘增强剂，使得该高粘弹改性沥青的性能指标在符合使用要求的情况下，大大提高了其在60℃粘度大于200000pa·s，不仅有效改善沥青路面的粘结性、高温稳定性、疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度，提高其热稳定性和抗低温性能。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种高粘弹改性沥青的制备方法。
背景技术
薄层罩面是一种超薄沥青混凝土磨耗层技术，其是在传统沥青混凝土技术基础上进一步改进形成的一种新型沥青混合料技术，它是利用更细小的骨料加上高粘弹改性沥青，通过普通沥青摊铺机摊铺形成的一种超薄沥青罩面技术。在我国《公路沥青路面养护技术规范》JTG5142-2019中，薄层罩面属于功能性罩面的一种，主要用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护，厚度一般为2-4cm，超薄罩面厚度为20mm±5mm。超薄罩面作为优良的沥青路面预防性养护技术，具有抗滑、抗磨耗、工期短、开放交通早、提高了路面的平整度、降低路面行驶噪音、施工中不影响正常交通的优点能够快速改善道路的行驶状况，是符合现代高速公路养护发展的方向。同时，由于超薄罩面厚度薄，降低资源消耗，节能减碳，工程材料供应保障压力小，节省集料与沥青消耗，总体来说，在国内预防性养护技术中超薄罩面被认可程度较高。超薄层罩面在我国内地应用较为广泛，在此基础之上，也发展出新的专有技术，如Novachip、微罩面、SMC改性沥青超薄罩面等。
新疆公路养护大中修中曾应用过薄层罩面，但应用里程和规模都较小。分析原因有以上几方面：一是考虑到薄层罩面技术对设备、施工精细化程度和质量控制技术水平要求高；二是考虑新疆本地基质沥青由于特殊的组分和技术性质，制备成品高粘弹改性沥青有一定难度，即使指标达到稳定性也难控制；三是，新疆气候环境复杂，南北疆、山区气候差异大，且超薄罩面自身具有厚度薄、施工温度散失快的特点，在新疆不同地区的施工工艺也不同；四是薄层罩面费用相比较高。总而言之，新疆高粘弹沥青薄层罩面的应用还没有形成系统性。
据悉2022年新疆公路养护大中修公路工程计划应用近百公里超薄层罩面养护技术。鉴于此，有必要开展高粘弹改性沥青及性能分析、施工工艺、长期耐久性能观测等方面的课题研究工作，形成系统化的成果，为性能优良的且符合现代高速公路养护方向的超薄罩面技术在新疆的应用提供技术支撑，促进其在疆内公路和城市道路养护的应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种高粘弹改性沥青，旨在解决现有高粘弹改性沥青无法兼顾粘度与其余指标的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高粘弹改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
1)、原材料处理：选取克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青分别加热至150℃±5℃后，在温度为155℃±2℃下搅拌混合3-4小时，得混合物A；
2)、加入助溶剂：在步骤1)所得的混合物A中加入助溶剂，所述助溶剂的温度为50℃±5℃，得到混合液；
3)、加入改性剂：将步骤2)所得的混合液通过换热器瞬间换热至180-190℃后送至预混罐内，通过自动称重和螺旋喂料机连续投放SBS改性剂至预混罐内，并进行高速搅拌，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，得到混合物B；
4)、加入高粘改性剂：在混合料B充分溶胀后，加入高粘改性剂，温度保持在175℃-183℃，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，得到混合物C；
5)、发育：将胶体磨研磨后的混合物C泵送至发育罐内进行搅拌发育，所述混合物C的温度为175℃-183℃，当发育罐内的混合物C液位达到1m时开始搅拌，搅拌速度为54-60转/分，至混合物C全部泵送至发育罐内后开始计时发育，发育时间为4h-7h，得到混合物D；
6)、加入高粘增强剂:在混合物D发育完成后继续搅拌，搅拌温度为175℃-183℃，分次加入高粘增强剂，得到混合物E；
7)、熟化：将步骤6)得到的混合物E的温度控制在175-183℃，分次加入稳定剂并不断搅拌，所述稳定剂的投放速度为20-30kg/10min，投放时间需要30min-60min，相邻两次的投放间隔时间为5-15min，投放结束后继续搅拌2-4h后，即得高粘弹改性沥青。
优选地，其中所述高弹性改性沥青，以质量分数计，其包括如下组分：混合沥青：87.34％，助溶剂2.5-12％，SBS改性剂5-15％，高粘改性剂0.5-2.0％，高粘增强剂0.5-2.0％，稳定剂0.05-0.25％。
优选地，其中所述克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为6：4。
优选地，其中所述助溶剂为减二、减三线抗氧化类沥青助溶增延剂。
优选地，其中所述高粘改性剂为Sasobit。
优选地，其中所述SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线性结构，平均分子量为8-12万，嵌段比为40/60。
优选地，其中所述高粘增强剂为聚烯烃弹性体，所述聚烯烃弹性体选自POE、辛烯聚合物橡胶连接剂、氯磺化聚乙烯弹性体及乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种。
优选地，其中所述稳定剂的游离硫和结合硫的含量在84.5％以上；
优选地，其中所述胶体磨的功率为50-60KW，转速为2950～3000r/min。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1)本发明所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，通过特定比例的沥青基质，结合采用特定种类的高粘改性剂，特定结构、分子量和嵌段比的SBS改性剂的加入，再复合特定的高粘增强剂，使得该高粘弹改性沥青的性能指标在符合使用要求的情况下，大大提高了其在60℃粘度大于200000pa·s，不仅有效改善沥青路面的粘结性、高温稳定性、疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度，提高其热稳定性和抗低温性能。
2)采用本发明方法制备的高粘弹改性沥青，满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的相关指标，使用的主要原材料为本地材料，不仅能够提高新疆本地基质沥青的使用率，而且制备出的改性沥青能够满足新疆以及新疆气候条件和地理环境类似的地区使用，有效降低使用成本，可广泛适用于沥青路面的使用；
3)采用具有特定游离硫和结合硫的含量的稳定剂，且该稳定剂投放时根据罐内液面的粘度变化来控制具体的投放量和间隔时间，有利于体系的均一稳定、有利于三维结构的形成，使得整个体系网络结构明显，化学稳定好，从而影响整个体系的储存稳定性和力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
下述实施例中，本申请所提供的高粘弹改性沥青的制备方法中，所采用助溶剂为减二、减三线抗氧化类沥青助溶增延剂，下述实施中使用的助溶剂为芳烃油；所采用的高粘改性剂为SASOBIT；所采用的SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，其中该苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线性结构，平均分子量为10万，嵌段比为40/60；所采用的高粘增强剂为聚烯烃弹性体，所述聚烯烃弹性体选自POE、辛烯聚合物橡胶连接剂、氯磺化聚乙烯弹性体及乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种，下述实施例中选用的聚烯烃弹性体为乙烯-醋酸乙烯共聚物；所采用的稳定剂的游离硫和结合硫的含量在84.5％以上，该稳定剂购自仕宇牌改性沥青添加剂，型号为SYWDJ03-4H型；
下述实施例中，对制备所得的高粘弹改性沥青依据JTG E20-2011进行检测；
实施例1
下述实施例中，关于混合沥青，本申请选取克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青分别加热至150℃±5℃后，并按照表1中的质量比进行混合，在温度为155℃±2℃下，以55r/min的速度搅拌混合3小时，得混合物A；对混合物A进行性能检测，结果如下所示，
表1实施例1-3制备所得高粘弹改性沥青的性能指标
| 质量比 | 软化点 | 针入度 | 延伸度 | 旋转粘度(135℃) |
| 7:3 | 80 | 55 | 51 | 2.1 |
| 5:5 | 69 | 74 | 57 | 2.6 |
| 6:4 | 92 | 67 | 40 | 2.8 |
从表1可知，克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为6:4时，其软化点、针入度、延伸度和旋转粘度(135℃)的综合性能最佳，因此选用克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为6:4作为下述实施例的混合沥青。
实施例2
本发明所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
1)、原材料处理：选取克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青分别加热至150℃±5℃后，并按照重量百分比为6：4进行混合，在温度为155℃±2℃下，以55r/min的速度搅拌混合3小时，得混合物A；
2)、加入助溶剂：在步骤1)所得的混合物A中加入助溶剂，所述助溶剂的温度为50±5℃，得到混合液；
3)、加入改性剂：将步骤2)所得的混合液通过换热器瞬间换热至180-190℃后送至预混罐内，通过自动称重和螺旋喂料机连续投放SBS改性剂至预混罐内，并进行高速搅拌，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，胶体磨的功率为50-60kw，转速为2950-3000r/min，得到混合物B；
4)、加入高粘改性剂：在混合料B充分溶胀后，加入高粘改性剂，温度保持在175℃-183℃，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，得到混合物C；
5)、发育：将胶体磨研磨后的混合物C泵送至发育罐内进行搅拌发育，所述混合物C的温度为175℃-183℃，当发育罐内的混合物C液位达到1m时开始搅拌，搅拌速度为54-60转/分，至混合物C全部泵送至发育罐内后开始计时发育，发育时间为4h，得到混合物D；
6)、加入高粘增强剂:在混合物D发育完成后继续搅拌，搅拌温度为175℃-183℃，分次加入高粘增强剂，得到混合物E；
7)、熟化：将步骤6)得到的混合物E的温度控制在175-183℃，分次加入稳定剂并不断搅拌，稳定剂在投放时需要用9-10mm的滤网进行过筛，所述稳定剂的投放速度为30kg/10min，投放时间需要30min，相邻两次的投放间隔时间为15min，投放结束后继续搅拌4h后，即得高粘弹改性沥青。
其中所述高弹性改性沥青，以质量分数计，其包括如下组分：混合沥青：87.34％，芳烃油3％，SBS改性剂7％，高粘改性剂1.25％，乙烯-醋酸乙烯共聚物1.25％，稳定剂0.125％。
实施例3:
本实施例所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为7:3。
实施例4
本实施例所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为5:5。
对比例1
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于不含有高粘改性剂SASOBIT。
对比例2
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于不含有SBS改性剂。
对比例3
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：只将其中的SBS改性剂替换成等量的线性结构，平均分子量为6万，嵌段比为40/60的SBS改性剂。
对比例4
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：只将其中的SBS改性剂替换成等量的线性结构，平均分子量为14万，嵌段比为40/60的SBS改性剂。
对比例5
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：只将其中的SBS改性剂替换成等量的线性结构，平均分子量为10万，嵌段比为20/80的SBS改性剂。
对比例6
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：只将其中的SBS改性剂替换成等量的线性结构，平均分子量为10万，嵌段比为50/50的SBS改性剂。
对比例7
本对比例1所提供的高粘弹改性沥青的制备方法，其组分、组分比例和方法步骤均与实施例2基本相同，不同之处在于：只将其中的SBS改性剂替换成等量的星形结构，平均分子量为15万，嵌段比为40/60的SBS改性剂。
性能测试：
1)本申请对实施例2-4和对比例1-7制备的高粘弹改性沥青进行性能测试，结果如表2所示：
表2实施例2-4和对比例1-8制备的高粘弹改性沥青的性能指标
从表2可以看出，本申请的制备方法所得的高粘弹改性沥青，在保持上述各项性能指标符合使用要求的同时，其在60℃下的粘度大于200000pa·s，达到301136pa·s；通过实施例2与实施例3、实施例4可知，本申请中的基质沥青中的沥青比例对该高粘弹改性沥青的性能具有很大影响；通过实施例2与对比例3-7可知，本申请中的SBS改性剂的结构、分子量和嵌段比均对高粘弹改性沥青的性能具有较大的影响；通过实施例2与对比例1和2可知，本申请通过特定的高粘改性剂和特定结构、分子量和嵌段比的SBS改性剂协同发挥作用，使得该高粘弹改性沥青在不降低原先性能指标的同时，其在60℃下的粘度大大提高，达到301136pa·s，进而有效改善沥青路面的粘结性、高温稳定性、疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度，提高其热稳定性和抗低温性能。
2)本申请以实施例2为例对制备得到的高粘弹改性沥青的其余性能指标进行测试，具体结果如表3所示：
表3实施例2制备得到的高粘弹改性沥青的性能指标
综上所述，本申请的制备方法得到的高粘弹改性量，其各项性能指标均符合均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的相关指标，且使得其在60℃时的粘度符合大于200000pa·s的技术要求，进而有效改善沥青路面的粘结性、高温稳定性、疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度，提高其热稳定性和抗低温性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、原材料处理：选取克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青分别加热至150℃±5℃后，在温度为155℃±2℃下搅拌混合3-4小时，得混合物A；
2)、加入助溶剂：在步骤1)所得的混合物A中加入助溶剂，所述助溶剂的温度为50℃±5℃，得到混合液；
3)、加入改性剂：将步骤2)所得的混合液通过换热器瞬间换热至180-190℃后送至预混罐内，通过自动称重和螺旋喂料机连续投放SBS改性剂至预混罐内，并进行高速搅拌，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，得到混合物B；
4)、加入高粘改性剂：在混合料B充分溶胀后，加入高粘改性剂，温度保持在175℃-183℃，搅拌混合均匀后通过胶体磨进行物理研磨，得到混合物C；
5)、发育：将胶体磨研磨后的混合物C泵送至发育罐内进行搅拌发育，所述混合物C的温度为175℃-183℃，当发育罐内的混合物C液位达到1m时开始搅拌，搅拌速度为54-60转/分，至混合物C全部泵送至发育罐内后开始计时发育，发育时间为4h-7h，得到混合物D；
6)、加入高粘增强剂:在混合物D发育完成后继续搅拌，搅拌温度为175℃-183℃，分次加入高粘增强剂，得到混合物E；
7)、熟化：将步骤6)得到的混合物E的温度控制在175-183℃，分次加入稳定剂并不断搅拌，所述稳定剂的投放速度为20-30kg/10min，投放时间需要30min-60min，相邻两次的投放间隔时间为5-15min，投放结束后继续搅拌2-4h后，即得高粘弹改性沥青。
2.根据权利要求1所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述高弹性改性沥青，以质量分数计，其包括如下组分：混合沥青：87.34％，助溶剂2.5-12％，SBS改性剂5-15％，高粘改性剂0.5-2.0％，高粘增强剂0.5-2.0％，稳定剂0.05-0.25％。
3.根据权利要求1所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述克拉玛依90#沥青和塔河石化60#沥青的质量比为6:4。
4.根据权利要求1所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述助溶剂为减二、减三线抗氧化类沥青助溶增延剂。
5.根据权利要求4所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述高粘改性剂为Sasobit。
6.根据权利要求1所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线性结构，平均分子量为8-12万，嵌段比为40/60。
7.根据权利要求4所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述高粘增强剂为聚烯烃弹性体，所述聚烯烃弹性体选自POE、辛烯聚合物橡胶连接剂、氯磺化聚乙烯弹性体及乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种。
8.根据权利要求7所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述稳定剂的游离硫和结合硫的含量在84.5％以上。
9.根据权利要求7所述的高粘弹改性沥青的制备方法，其特征在于，所述胶体磨的功率为50-60kw，转速为2950～3000r/min。
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