CN104212186B - 丁苯胶液改性沥青嵌缝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丁苯胶液的改性沥青嵌缝材料及其制备方法；该改性沥青嵌缝材料按重量100%计由以下原料组成：丁苯胶液5～8%，萜烯树脂3～5%，硫粉0.5～1.5%、石油沥青余量；其制备方法，包括以下步骤：首先按比例称取原材料，将搅拌式反应釜预热至120～140℃，输入沥青并升温至150℃，先后掺入丁苯胶液、萜烯树脂搅拌15min，再加入硫粉搅拌5min，最后降温至在130℃恒温30min，输出桶装即制成嵌缝料成品；该嵌缝材料化学性质稳定，在熔融态时与交界面渗透、吸附能力强，凝固后抗剥落性好，特别适合于水泥混凝土路面接缝灌逢、沥青路面裂缝养护及桥面板伸缩缝使用。
Description
技术领域
本发明涉及公路路面材料制备领域，特别涉及一种基于丁苯胶液的改性沥青嵌缝材料组成及其制备方法。
背景技术
我国已成为世界上水泥混凝土路面拥有里程最多的国家。截止2012年底，我国高等级公路水泥混凝土路面接近22万km，城市水泥混凝土路面9万Km，公路与城市水泥混凝土路面总里程达30万km以上，目前仍以每年约8000～10000km左右的速度增长。
由于水泥混凝土路面结构设计与路面功能的需要，水泥混凝土路面板每隔一定距离（4～5m）必须切缝，然后灌逢。同时，随着高速公路向丘陵、山区延伸，在建、在役桥梁越来越多，桥面板伸缩缝需及时填充或更换。除此之外，沥青路面表层裂缝需要大量的灌逢材料进行养护，以防止路表水进入面层内部甚至基层导致水损害。据初步估计，每年公路路面嵌缝、灌逢材料在5000吨以上，灌逢材料一般为沥青基材料，通常也掺入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、橡胶粉等外掺剂。根据使用方式、工程情况，通常采用两种方式进行作业，一种是依赖灌逢机进行热灌逢，灌缝成本较高；另一种是制成条带状成品，清缝后，稍加热成品黏附于缝上。
目前，受交通荷载、气候环境及交界面接触状况等因素的影响，尽管掺入热塑性橡胶类改性材料，高温性能有所提高，嵌缝料粘度增大，流动性与渗透性变差，现有的嵌缝或灌缝材料使用效果并不理想，主要表现为低温形变能力较差，与粘附界面胶结能力不强，易开裂剥落，严重影响了嵌缝料实际使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丁苯胶液改性沥青嵌缝材料及其制备方法。采用石油沥青，根据使用地区、接缝状况选用70号、90号或110号沥青；掺入适量的丁苯胶液改善其低温抗裂性能；掺入适量的萜烯树脂，增强胶结界面的黏附性；掺入适量的稳定交联材料硫粉（单斜硫），提高该改性材料热储存的稳定性及高温稳定性。该嵌缝材料化学性质稳定，在熔融态时与交界面渗透、吸附能力强，凝固后抗剥落性好，特别适合于水泥混凝土路面接缝灌逢、沥青路面裂缝养护及桥面板伸缩缝使用。
本发明所述的一种丁苯胶液改性沥青嵌缝材料，按重量100%计由以下原料组成：丁苯胶液5～8%，萜烯树脂3～5%，硫粉0.5～1.5%、石油沥青余量。
上述丁苯胶液改性沥青嵌缝材料组成及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先按比例称取原材料，在反应釜中加热搅拌至120～140℃，输入沥青并升温至150℃，然后掺入丁苯胶液、萜烯树脂搅拌15min，再加入硫粉搅拌5min，最后降温至在130℃恒温30min，输出桶装即制成嵌缝料成品。
本发明的丁苯胶液改性沥青嵌缝材料，可综合改善嵌缝料的高温稳定性、低温抗裂性及粘附性。在本发明中，以石油沥青为主要原材料，石油沥青是一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属的衍生物所组成的混合物。普通石油沥青常温下为黑色固体，集粘—弹—塑性于一体，具有良好的形变性能，热熔后与交界面有一定的黏附性。密度为1.0g/cm3，软化点为46℃，随着加热温度的上升，从固态到粘流态，直至150℃以上，变成完全液态。0℃以下低温柔韧性略显不足，极端天气气温40℃以上（路面可达60℃以上）高温稳定性有待提高。但整体而言，石油沥青化学稳定性好，防水、耐腐，是嵌缝料优选基材。
丁苯胶液为苯乙烯和丁二烯单体经引发剂作用，发生阴离子溶液聚合反应，形成苯乙烯—丁二烯—苯乙烯多嵌段高分子聚合物，常温下为粘稠液体，密度为0.63～0.98g/cm3。该胶液可明显改善沥青的低温柔韧性及延展性，降低沥青粘度，并且，与沥青相容性较好。
萜烯树脂是一些热塑性嵌段共聚物，平均分子量介于650～2600之间，密度：0.9～1.0g/cm3，软化点：80～140℃，不溶于水，不结晶，遇光和热不变色，耐酸、耐碱、耐候性好，无毒。具有高附着力、抗氧化性和优良的热稳定性，与沥青相容性好等优点。特别是在溶剂型SBR橡胶粘着剂中，具有维持内聚力和良好的初粘性，尤其是在快速粘着方面增粘效果明显。
本发明采用的硫粉为单斜晶硫，由8个S原子形成的环状分子，相对分子量约为256，密度为1.96g/cm3，熔点119.0℃。在沥青熔融体环境中，丁苯胶液大分子通过单硫键或多硫键连接生成网络结构，也伴随沥青中烃类高分子的参入，使得轻组分聚集向重组分转移，降低多相共存体界面能，从而提高反应共混沥青胶体溶液的热储存稳定性。
本发明的丁苯胶液改性沥青嵌缝材料，突出的特点在于沥青与丁苯胶液、萜烯树脂相容性较好，熔融态基本上能形成均一的胶体，流动性、泵送可灌性增强。与其他热熔性嵌缝料相比，高温粘度降低，不至于堵塞灌缝机泵送管道，同时，随着嵌缝材料粘度下降，流体渗入交界面的能力提高，增强嵌缝材料与交界面的粘附作用。并且，丁苯胶液改性沥青嵌缝材料制备工艺流程简单，运输方便，采用普通热灌缝机即可施工。
根据使用地区气候条件和工况，通过改变沥青基材料，本发明的丁苯胶液改性沥青嵌缝材料可形成系列产品，可广泛应用于水泥混凝土路面接缝灌缝、沥青路面不同类型裂缝灌缝养护及桥面板伸缩缝填充，具有良好的市场应用前景和推广价值，必将产生巨大的社会经济效益。本发明涉及的材料可由如下方式取得：
丁苯胶液制备工艺：
丁苯胶液为溶液聚合的苯乙烯—丁二烯—苯乙烯多嵌段高分子聚合物，常温下为粘稠液体，密度为0.63～0.98g/cm3。制备方法为：首先向反应器中加入溶剂（C5～C10）及调节剂，控制专用设备温度在40～80℃，压力在0.05～0.5MPa，向反应器中加入10～50份苯乙烯和适量催化剂，5～20分钟后向反应器中加入90～50份丁二烯，升温至80～120℃，1～20分钟后向反应器中加入偶联剂，搅拌5～20分钟后，脱除溶剂制得丁苯胶液。该胶液可明显改善沥青的低温柔韧性及延展性，降低沥青粘度，与沥青相容性较好。
表1.萜烯树脂、硫粉的市场采购信息
具体实施方式
本发明的丁苯胶液改性沥青嵌缝材料制备方法，包括以下步骤：首先按比例称取原材料，将搅拌式反应釜预热至120～140℃，输入沥青并升温至150℃，先后掺入丁苯胶液、萜烯树脂搅拌15min，再加入硫粉搅拌5min，最后降温至在130℃恒温30min，输出桶装即制成嵌缝料成品。
为了便于说明与对比，下面各实施例是嵌缝料从反应釜中流出取样即测试其技术性能。
根据使用地区气候条件的差异，实施例1～实施例3采用70#石油沥青，适合于夏热区；实施例4～实施例6采用90#石油，适合于夏凉区、冬温区；实施例7～实施例9采用110#石油沥青，适合于冬冷区、冬寒区。
实施例1：
70#石油沥青90%、丁苯胶液6%，萜烯树脂3.0%，硫粉1.0%。
实施例2：
70#石油沥青88%、丁苯胶液7%，萜烯树脂3.5%，硫粉1.5%。
实施例3：
70#石油沥青86%%、丁苯胶液8%，萜烯树脂5.0%，硫粉1.0%。
实施例4：
90#石油沥青90%、丁苯胶液6%，萜烯树脂3.0%，硫粉1.0%。
实施例5：
90#石油沥青88%、丁苯胶液7%，萜烯树脂3.5%，硫粉1.5%。
实施例6：
90#石油沥青86%%、丁苯胶液8%，萜烯树脂5.0%，硫粉1.0%。
实施例7：
110#石油沥青90%、丁苯胶液6%，萜烯树脂3.0%，硫粉1.0%。
实施例8：
110#石油沥青88%、丁苯胶液7%，萜烯树脂3.5%，硫粉1.5%。
实施例9：
110#石油沥青86%%、丁苯胶液8%，萜烯树脂5.0%，硫粉1.0%。
按实施例1～实施例9的配比关系制备9种丁苯胶液改性沥青嵌缝材料，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），测试各样品技术性能，试验结果见表2。
表2丁苯胶液改性沥青嵌缝料技术性能
Claims (3)
1.一种丁苯胶液的改性沥青嵌缝材料，其特征在于，按重量100％计由以下原料组成：丁苯胶液5～8％，萜烯树脂3～5％，硫粉0.5～1.5％、石油沥青余量；所述石油沥青选用70号、90号或110号石油沥青，常温下为黑色固体，密度为1.0g/cm3，软化点为46℃，随着加热温度的上升，从固态到粘流态，直至150℃以上，变成完全液态；所述丁苯胶液为苯乙烯和丁二烯单体经过阴离子溶液聚合反应，形成苯乙烯—丁二烯—苯乙烯多嵌段高分子聚合物，常温下为粘稠液体，密度为0.63～0.98g/cm3；所述萜烯树脂是一些热塑性嵌段共聚物，平均分子量介于650～2600之间，密度：0.9～1.0g/cm3，软化点：80～140℃，不溶于水，耐酸、耐碱、耐候性好，无毒。
2.根据权利要求1所述的丁苯胶液的改性沥青嵌缝材料，其特征在于：所述硫粉为单斜晶硫，相对分子量为256，密度为1.96g/cm3，熔点119.0℃。
3.一种权利要求1所述的丁苯胶液的改性沥青嵌缝材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先按比例称取原材料，将搅拌式反应釜预热至120～140℃，输入沥青并升温至150℃，然后掺入丁苯胶液、萜烯树脂搅拌15min，再加入硫粉搅拌5min，最后降温至在130℃恒温30min，输出桶装即制成嵌缝料成品。
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