CN117946531A - 一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，所述复合改性沥青的组成成分包括基质沥青、伊朗岩沥青及增塑剂；基质沥青、烘干水份的伊朗岩沥青、增塑剂三者的质量比为100:20:1～2。本发明还涉及该复合改性沥青的制备方法。本发明实施例通过将增塑剂掺入伊朗岩沥青、基质沥青，可以改善伊朗岩沥青的低温性能，制备出来的复合改性沥青具有优异的高低温性能。
Description
技术领域
本发明属于沥青改性剂技术领域，尤其涉及一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面经常应用于我国城市和公路中的各种高等级路面，其具备多种优点，例如噪音低、无接缝、施工方便、维修简单和开放交通快。随着我国经济的迅速发展，道路交通量呈现爆发式增长，严重的交通荷载使得沥青路面在建成运营不久后就出现开裂、车辙、水损害、坑槽等一系列道路病害。为了提升沥青路面的使用性能，延长路面服役寿命，改性沥青技术应运而生。
在众多的沥青改性剂中，聚合物改性剂如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、普通橡胶、聚乙烯(PE)等，因其能够显著的改善、提高沥青路面的性能，延长沥青路面寿命，成为国内外目前使用较为普遍的道路沥青改性剂。然而，在实际应用研究中发现，大多数聚合物改性剂与基质沥青相容性差，而且存储稳定性差，易出现离析现象，且聚合物改性剂的价格成本相对较高，聚合物改性剂的这一系列缺点，在一定程度上限制了聚合物改性沥青在道路工程领域中的推广应用。
岩沥青是石油不断从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂缝中长期蒸发凝固而形成的天然沥青。天然岩沥青与基质沥青拥有很好的配伍性，把天然岩沥青用作改性剂，用于道路工程中可有效改善基质沥青的路用性能。天然岩沥青具有高含量的沥青质及高软化点，可以显著改善沥青路面的高温性能；其内大量氮原子以官能团的形式稳定存在，使得沥青黏结力增大，进而降低沥青粘结剂对水分的敏感程度，提升沥青路面抗水损害的能力。天然岩沥青能依附在沥青的表面，形成细密的微观膜，延缓外部环境因素对沥青的长期老化作用，提升沥青的耐久性能，延长沥青路面的使用寿命。
然而，有研究表明，单独使用岩沥青作为改性剂添加到基质沥青中时，大大降低了沥青在低温环境中抵抗变形开裂的能力，这严重限制了岩沥青的推广与应用。因此，掺入其它沥青添加剂以改善岩沥青单一改性沥青的低温性能，对岩沥青在改性沥青技术领域中的推广应用具有十分重要的现实意义。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青及其制备方法。
第一方面，本发明实施例提供一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，所述复合改性沥青的组成成分包括基质沥青、伊朗岩沥青及增塑剂；基质沥青、烘干水份的伊朗岩沥青、增塑剂三者的质量比为100:20:1～2。
优选地，所述基质沥青为70号基质沥青。
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
第二方面，本发明实施例提供第一方面所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入烘箱内烘干水分后取出；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青研磨至颗粒状，并按比例称取岩沥青颗粒备用；
3)、将基质沥青放入烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、按比例称取软化后的基质沥青放入反应容器中；将称取的岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并手动搅拌直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，同时辅以手动搅拌；
6)、按比例称取增塑剂后，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌；
7)、手动搅拌直至排除气泡后，得到复合改性沥青。
优选地，所述步骤1)中烘箱加热温度为60℃，烘干时间为4小时；所述步骤3)中烘箱加热温度为165℃。
优选地，所述步骤5)剪切搅拌时间为45分钟；所述步骤6)中搅拌时间为15分钟。
优选地，所述步骤7)中手动搅拌时间为10～15分钟。
优选地，所述岩沥青颗粒直径为0.6mm。
优选地，所述反应容器温度保持在165℃～170℃。
优选地，所述步骤5)高速剪切机的转速为5000rpm；所述步骤6)中高速搅拌机的转速为1500rpm。
本发明实施例通过将增塑剂掺入伊朗岩沥青、基质沥青，可以改善伊朗岩沥青的低温性能，制备出来的复合改性沥青具有优异的高低温性能。尤其是，将邻苯二甲酸二辛酯掺入伊朗岩沥青、基质沥青，得到的复合改性沥青，低温性能得到明显的提升。由于增塑剂邻苯二甲酸二辛酯与基质沥青具有了良好的相容性，随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯掺量的增加，复合改性沥青的低温性能提越明显。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明进行进一步描述。
本发明实施例提供一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，所述复合改性沥青的组成成分包括基质沥青、伊朗岩沥青及增塑剂；基质沥青、烘干水份的伊朗岩沥青、增塑剂三者的质量比为100:20:1～2。
在一种实施方式中，所述基质沥青为70号基质沥青。
在一种实施方式中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
本发明实施例还提供上述任一项所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入烘箱内烘干水分后取出；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青研磨至颗粒状，并按比例称取岩沥青颗粒备用；
3)、将基质沥青放入烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、按比例称取软化后的基质沥青放入反应容器中；将称取的岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并手动搅拌直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，同时辅以手动搅拌；
6)、按比例称取增塑剂后，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌；
7)、手动搅拌直至排除气泡后，得到复合改性沥青。
在一种实施方式中，所述步骤1)中烘箱加热温度为60℃，烘干时间为4小时；所述步骤3)中烘箱加热温度为165℃。
在一种实施方式中，所述步骤5)剪切搅拌时间为45分钟；所述步骤6)中搅拌时间为15分钟。
在一种实施方式中，所述步骤7)中手动搅拌时间为10～15分钟。
在一种实施方式中，所述岩沥青颗粒直径为0.6mm。
在一种实施方式中，所述反应容器温度保持在165℃～170℃。
在一种实施方式中，所述步骤5)高速剪切机的转速为5000rpm；所述步骤6)中高速搅拌机的转速为1500rpm。
以下结合具体实施例及对比例对上述提升岩沥青低温性能的复合改性沥青及其制备方法进行进一步详细描述。下述实施例1至3及对比例采用的伊朗岩沥青，沥青含量80.5％，软化点为115℃。
实施例1
一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入60℃烘箱内烘干水分后取出，时间为4小时；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青机械研磨至直径为0.6mm的颗粒状，并称取80g岩沥青颗粒置于烧杯中备用；
3)、将壳牌70号基质沥青放入165℃烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、称取400g软化后的基质沥青放入反应容器中，温度保持在165℃～170℃；将称取的80g岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并使用玻璃棒手动搅拌15分钟，直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，转速为5000rpm，时间为45分钟，同时使用玻璃棒辅助搅拌；
6)、反应容器温度保持在165℃～170℃，称取4g邻苯二甲酸二辛酯，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌15分钟，转速为1500rpm；
7)、手动搅拌10～15分钟，排除气泡后，得到复合改性沥青。
实施例2
一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入60℃烘箱内烘干水份后取出，时间为4小时；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青机械研磨至直径为0.6mm的颗粒状，并称取80g岩沥青颗粒置于烧杯中备用；
3)、将壳牌70号基质沥青放入165℃烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、称取400g软化后的基质沥青放入反应容器中，温度保持在165℃～170℃；将称取的80g岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并使用玻璃棒手动搅拌15分钟，直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，转速为5000rpm，时间为45分钟，同时使用玻璃棒辅助搅拌；
6)、反应容器温度保持在165℃～170℃，称取6g邻苯二甲酸二辛酯，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌15分钟，转速为1500rpm；
7)、手动搅拌10～15分钟，排除气泡后，得到复合改性沥青。
实施例3
一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入60℃烘箱内烘干水分后取出，时间为4小时；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青机械研磨至直径为0.6mm的颗粒状，并称取80g岩沥青颗粒置于烧杯中备用；
3)、将壳牌70号基质沥青放入165℃烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、称取400g软化后的基质沥青放入反应容器中，温度保持在165℃～170℃；将称取的80g岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并使用玻璃棒手动搅拌15分钟，直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，转速为5000rpm，时间为45分钟，同时使用玻璃棒辅助搅拌；
6)、反应容器温度保持在165℃～170℃，称取8g邻苯二甲酸二辛酯，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌15分钟，转速为1500rpm；
7)、手动搅拌10～15分钟，排除气泡后，得到复合改性沥青。
对比例
1)、将伊朗岩沥青放入60℃烘箱内烘干水分后取出，时间为4小时；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青机械研磨至直径为0.6mm的颗粒状，并称取80g岩沥青颗粒置于烧杯中备用；
3)、将壳牌70号基质沥青放入165℃烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、称取400g软化后的基质沥青放入反应容器中，温度保持在165℃～170℃；将称取的80g岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并使用玻璃棒手动搅拌15分钟，直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，转速为5000rpm，时间为45分钟，同时使用玻璃棒辅助搅拌；得到改性沥青。
将按照实施例1至3方法制备得到的复合改性沥青及按照对比例方法制备得到的改性沥青，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行常规技术性能试验，包括软化点，针入度(25℃)、延度(15℃)；PG分级试验；低温弯曲梁流变试验，结果如下表1至3所示。
| 项目 | 软化点/℃ | 针入度/0.1mm | 延度/cm |
| 实施例1 | 59.2 | 41.4 | 16.7 |
| 实施例2 | 58.3 | 43.3 | 24.2 |
| 实施例3 | 57.6 | 50.1 | 30.4 |
| 对比例 | 60.4 | 38.1 | 11.2 |
表1
| 项目 | 失效温度 | 高温等级 |
| 实施例1 | 79.7 | 76 |
| 实施例2 | 77.8 | 76 |
| 实施例3 | 76.1 | 76 |
| 对比例 | 81.6 | 76 |
表2
表3
由表1数据可看出，增加增塑剂后，实施例1至3制得的复合改性沥青的高温性能相对于对比例制得的改性沥青高温性能有稍微的降低，但是影响较小。而随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入量的增加，复合改性沥青的针入度不断的提高，由此可看出，增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入可明显的降低复合改性沥青的稠度。其次，由对比例改性沥青的延度值与实施例1至3的复合改性沥青的延度值比较可看出，随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯掺入量的增加，复合改性沥青延度值也在不断的提高。由此可看出，增塑剂邻苯二甲酸二辛酯与基质沥青的相容性高，增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入可以明显地提升复合改性沥青的低温性能。
由表2数据可看出，随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入，实施例1至3的复合改性沥青的时效温度相对于对比例的改性沥青失效温度虽有稍微的降低，这会降低沥青的高温性能，但是这种降低的作用十分有限。因为从高温等级数据可以看出，实施例1至3的复合改性沥青的高温等级并未下降，均为76。因此，增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入并没有对沥青的高温性能产生太大的消极影响。
由表3数据可看出，随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的掺入，实施例1至3的复合改性沥青相对于对比例的改性沥青劲度模量S值降低，m值升高。由此可看出，复合改性沥青的硬度有大幅度的降低，其应力松弛能力得到了一定的提高，复合改性沥青的低温性能得到了改善。
本发明实施例通过将增塑剂掺入伊朗岩沥青、基质沥青，可以改善伊朗岩沥青的低温性能，制备出来的复合改性沥青具有优异的高低温性能。尤其是，将邻苯二甲酸二辛酯掺入伊朗岩沥青、基质沥青，得到的复合改性沥青，低温性能得到明显的提升。由于增塑剂邻苯二甲酸二辛酯与基质沥青具有了良好的相容性，随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯掺量的增加，复合改性沥青的低温性能提越明显。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，其特征在于，所述复合改性沥青的组成成分包括基质沥青、伊朗岩沥青及增塑剂；基质沥青、烘干水份的伊朗岩沥青、增塑剂三者的质量比为100:20:1～2。
2.根据权利要求1所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为70号基质沥青。
3.根据权利要求1所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)、将伊朗岩沥青放入烘箱内烘干水分后取出；
2)、待伊朗岩沥青温度降至室温后，将伊朗岩沥青研磨至颗粒状，并按比例称取岩沥青颗粒备用；
3)、将基质沥青放入烘箱内加热，直至基质沥青软化至流动状；
4)、按比例称取软化后的基质沥青放入反应容器中；将称取的岩沥青颗粒按照少量多次分批加入软化后的基质沥青中，并手动搅拌直至两者混合均匀；
5)、采用高速剪切机剪切搅拌基质沥青与岩沥青颗粒混合物，同时辅以手动搅拌；
6)、按比例称取增塑剂后，加入反应容器中，采用高速搅拌机继续搅拌；
7)、手动搅拌直至排除气泡后，得到复合改性沥青。
5.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤1)中烘箱加热温度为60℃，烘干时间为4小时；步骤3)中烘箱加热温度为165℃。
6.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤5)剪切搅拌时间为45分钟；步骤6)中搅拌时间为15分钟。
7.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤7)中手动搅拌时间为10～15分钟。
8.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述岩沥青颗粒直径为0.6mm。
9.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述反应容器温度保持在165℃～170℃。
10.根据权利要求4所述的提升岩沥青低温性能的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤5)高速剪切机的转速为5000rpm；步骤6)中高速搅拌机的转速为1500rpm。
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