CN105038280B - 一种sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SBS改性沥青，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.0～3.5份，RET沥青改性剂1～2份，多聚磷酸0.2～0.5份，相容剂3～4份，稳定剂0.1～0.15份。另外，本发明还公开了制备该SBS改性沥青的方法，该方法为：一、将基质沥青加热后加入相容剂搅拌均匀，得到混合物料；二、向混合物料中加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌均匀，剪切后加入稳定剂继续剪切，再加入多聚磷酸搅拌均匀，得到SBS改性沥青。本发明SBS改性沥青为化学稳定型SBS改性沥青，具有良好的高温性能和抗车辙性能，且其热稳定性更优于传统SBS改性沥青。
Description
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
目前最常用的传统SBS改性沥青可显著地改善沥青的高温、低温、疲劳以及耐老化等性能，能全面综合改善沥青的性能，因此其在全世界的使用最为广泛，其改性工艺、施工工艺以及质量监控也已十分成熟。尽管如此，传统SBS改性沥青在实际工程中仍然存在不少问题，首先是成本问题，SBS沥青改性剂的价格较高，其掺量要达到一定的程度才会有较好的改性效果；其次对于改性设备以及改性工艺要求较高，主要表现为核心设备—胶体磨，前些年我国无法自行生产符合要求的胶体磨，该设备只能从国外进口，由于专利技术均被国外大厂家所垄断，导致不仅设备价格高昂，后期的设备维护也是一个很大的难题；目前尽管国内已能自行生产性能较好的胶体磨，但是市场品种繁多，良莠不齐，不同厂家的设备之间有着不小的差别，导致改性工艺也各不相同，极大地影响了改性沥青的生产质量；至于工业批量化生产聚合物改性沥青，该方法能较好地保证沥青质量，但是在实际工程中，施工工地与工厂距离相对较远，改性沥青到达使用现场需要专用车辆的长途运输，这无疑会增加公路建设成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种SBS改性沥青，该SBS改性沥青为化学稳定型SBS改性沥青，具有良好的高温性能和抗车辙性能，且其热稳定性更优于传统SBS改性沥青。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种SBS改性沥青，其特征在于，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.0～3.5份，RET沥青改性剂1～2份，多聚磷酸0.2～0.5份，相容剂3～4份，稳定剂0.1～0.15份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
上述的一种SBS改性沥青，其特征在于，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.5～3.5份，RET沥青改性剂1～1.5份，多聚磷酸0.3～0.5份，相容剂3～3.5份，稳定剂0.1～0.13份。
上述的一种SBS改性沥青，其特征在于，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3份，RET沥青改性剂1.2份，多聚磷酸0.5份，相容剂3份，稳定剂0.1份。
另外，本发明还提供了一种制备上述SBS改性沥青的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至155℃～165℃，然后加入相容剂搅拌15min～20min，得到混合物料；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃～175℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌15min～20min，搅拌后将混合物料在温度为170℃～180℃的条件下剪切30min～35min，接着加入稳定剂继续剪切20min～25min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为175℃～185℃的条件下搅拌30min～40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min～15g/min，所述剪切的剪切速率为3500r/min～4000r/min。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述基质沥青为70#A级道路石油沥青。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述SBS沥青改性剂为线型SBS沥青改性剂。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述多聚磷酸的质量百分比浓度以H3PO4计为110％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中RET沥青改性剂能够提高基质沥青的疲劳寿命，改善其高温抗车辙、抗剥离、防止低温开裂的能力等。而且，RET沥青改性剂能够改善沥青的储存稳定性，有利于SBS改性沥青的大批量生产和重复加热使用，本发明中通过采用多聚磷酸(PPA)和RET沥青改性剂与SBS沥青改性剂进行复配作为改性成分，可以减少SBS沥青改性剂的用量，降低SBS改性沥青的生产成本，并且显著增加SBS改性沥青的稳定性，避免离析的出现。
2、本发明SBS改性沥青不仅具有优异的路用性能，同时能够避免复杂的加工工艺和改性设备，质量监控易于实行，由于本发明所使用的各种化学改性剂能与基质沥青之间发生化学反应，而不是简单的物理共混，这样基质沥青与化学改性剂之间能形成稳定的化学键联接，改变沥青胶体结构，全面提升沥青的性能，本发明采用的PPA在起到化学改性作用的同时也具有催化功能，具有良好的价格优势，不仅原材料价格较低，仅为SBS改性剂价格的一半，掺量也较小，一般不超过基质沥青质量的1.5％，远低于SBS改性剂，用PPA、RET沥青改性剂替代部分SBS沥青改性剂既能改善SBS改性沥青的性能，又能降低制备成本。
3、本发明SBS改性沥青的加工工艺简单，无需预混罐、胶体磨和发育罐等设备，只需要采用剪切机剪切、搅拌即可完成改性，可节约大量能源，而且该SBS改性沥青热稳定性良好，不会产生离析。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的SBS改性沥青和对比例1制备的SBS改性沥青的红外对比谱图。
具体实施方式
实施例1
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3份，RET沥青改性剂1.2份，多聚磷酸0.5份，相容剂3份，稳定剂0.1份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至160℃，然后加入相容剂搅拌15min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌15min，搅拌后将混合物料在温度为175℃的条件下剪切30min，接着加入稳定剂继续剪切25min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为175℃的条件下搅拌40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min，所述剪切的剪切速率为4000r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
对比例1
本对比例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂4.5份，相容剂3份，稳定剂0.1份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至160℃，然后加入相容剂搅拌15min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为170℃的条件下加入SBS沥青改性剂搅拌30min，搅拌后将混合物料在温度为180℃的条件下剪切40min，接着加入稳定剂继续剪切30min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂的加入速度为10g/min，所述剪切的剪切速率为4000r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂。
图1中曲线a为实施例1制备的SBS改性沥青的红外谱图，曲线b为对比例1制备的SBS改性沥青的红外谱图，对比曲线a和曲线b可以看出，实施例1制备的SBS改性沥青的红外谱图中在波数900cm-1～1200cm-1之间出现了混合吸收宽峰，说明实施例1中将多聚磷酸、RET沥青改性剂与SBS沥青改性剂复配后能够与基质沥青发生化学反应，生成磷酸脂类物质，由于此类化学反应的发生，增加了SBS改性沥青的稳定性及其流变特性。
实施例2
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.5份，RET沥青改性剂1.5份，多聚磷酸0.3份，相容剂3.5份，稳定剂0.13份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至155℃，然后加入相容剂搅拌20min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为170℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌18min，搅拌后将混合物料在温度为170℃的条件下剪切35min，接着加入稳定剂继续剪切20min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为185℃的条件下搅拌30min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为15g/min，所述剪切的剪切速率为3500r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
实施例3
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3.5份，RET沥青改性剂1份，多聚磷酸0.5份，相容剂3份，稳定剂0.1份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至165℃，然后加入相容剂搅拌18min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为175℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌20min，搅拌后将混合物料在温度为180℃的条件下剪切32min，接着加入稳定剂继续剪切23min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为180℃的条件下搅拌35min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为13g/min，所述剪切的剪切速率为3800r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
实施例4
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3份，RET沥青改性剂1.25份，多聚磷酸0.4份，相容剂3.2份，稳定剂0.12份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至160℃，然后加入相容剂搅拌17min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为170℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌18min，搅拌后将混合物料在温度为175℃的条件下剪切33min，接着加入稳定剂继续剪切22min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为180℃的条件下搅拌35min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为12g/min，所述剪切的剪切速率为3700r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
实施例5
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2份，RET沥青改性剂2份，多聚磷酸0.5份，相容剂4份，稳定剂0.15份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至165℃，然后加入相容剂搅拌15min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为170℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌18min，搅拌后将混合物料在温度为170℃的条件下剪切35min，接着加入稳定剂继续剪切20min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为180℃的条件下搅拌40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min，所述剪切的剪切速率为4000r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
实施例6
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3.5份，RET沥青改性剂1份，多聚磷酸0.2份，相容剂3份，稳定剂0.1份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至155℃，然后加入相容剂搅拌20min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌20min，搅拌后将混合物料在温度为170℃的条件下剪切35min，接着加入稳定剂继续剪切20min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为180℃的条件下搅拌40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为15g/min，所述剪切的剪切速率为4000r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
实施例7
本实施例SBS改性沥青由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.8份，RET沥青改性剂1.5份，多聚磷酸0.35份，相容剂3.5份，稳定剂0.12份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺。
本实施例SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至160℃，然后加入相容剂搅拌20min，得到混合物料；所述基质沥青优选为70#A级道路石油沥青；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌20min，搅拌后将混合物料在温度为170℃的条件下剪切35min，接着加入稳定剂继续剪切25min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为180℃的条件下搅拌40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min，所述剪切的剪切速率为4000r/min；所述SBS沥青改性剂优选为线型SBS沥青改性剂，所述多聚磷酸优选质量百分比浓度以H3PO4计为110％的多聚磷酸。
一、技术指标测试
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的方法对实施例1～实施例7制备的SBS改性沥青和对比例1制备的SBS改性沥青的相关技术指标进行测试，测试结果见表1。
表1 实施例1～实施例7以及对比例1制备的SBS改性沥青的相关技术指标测试结果
从表1中可以看出，与对比例1相比，实施例1制备的SBS改性沥青的软化点增大，表明实施例1制备的SBS改性沥青具有更好的高温性能和更高的抗车辙性能，虽然实施例1制备的SBS改性沥青的低温性能略有下降，但仍满足I-D聚合物改性沥青技术要求，且流变试验结果(G*/sinδ)表明实施例1制备的SBS改性沥青具有良好的抗车辙性能，进一步表明其高温性能得到提高，另外，从表1中可以看出，实施例2～实施例7制备的SBS改性沥青均具有良好的高温性能和抗车辙性能。
二、储存稳定性测试
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对实施例1～实施例7制备的SBS改性沥青和对比例1制备的SBS改性沥青的储存稳定性进行测试，测试条件为在温度为163℃储存48h，测试结果见表2。
表2 实施例1～实施例7以及对比例1制备的SBS改性沥青的储存稳定性测试结果
从表2中可以看出，与实施例1相比，对比例1制备的SBS改性沥青在温度为163℃的条件下储存48h后，测试样品上部1/3和下部1/3位置处的针入度、延度和软化点的差别均比实施例1制备的SBS改性沥青大，说明实施例1制备的SBS改性沥青的化学稳定性明显优于对比例1制备的SBS改性沥青，另外，实施例2～实施例7制备的SBS改性沥青在温度为163℃的条件下储存48h后，测试样品上部1/3和下部1/3位置处的针入度、延度和软化点的差别均相对较小，说明本发明的SBS改性沥青具有优良的化学稳定性，储存性能良好。
三、路用性能测试
分别采用实施例1～实施例7中的SBS改性沥青和对比例1中的SBS改性沥青制备SBS改性沥青混合料，具体制备过程为：采用AC-13型矿料级配，矿料级配设计见表3，最佳油石比为4.7％，将集料加热至185℃～195℃后倒入拌锅中，然后将加热至165℃～175℃的SBS改性沥青倒入拌锅中搅拌90s，再加入矿粉后继续搅拌90s，得到SBS改性沥青混合料。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)分别测试采用实施例1～实施例7中的SBS改性沥青和对比例1中的SBS改性沥青制备SBS改性沥青混合料的高低温性能和水稳定性，测试结果见表4、表5和表6。
表3 AC-13型矿料级配设计
表4 采用实施例1～实施例7和对比例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的高温性能测试结果
从表4中可以看出，与对比例1相比，采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的动稳定度有所提高，车辙深度有所降低，说明采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料能够达到甚至优于现有技术中4.5wt％掺杂量的SBS改性沥青混合料高温稳定性的效果，采用实施例2～实施例7中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的高温性能测试结果也表明采用本发明SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料具有良好的高温稳定性。
表5 采用实施例1～实施例7和对比例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的水稳定性测试结果
| 沥青混合料类型 | R1(MPa) | R2(MPa) | TSR(％) |
| SBS改性沥青混合料(实施例1改性沥青) | 1.707 | 1.631 | 95.83 |
| SBS改性沥青混合料(对比例1改性沥青) | 1.662 | 1.586 | 95.46 |
| SBS改性沥青混合料(实施例2改性沥青) | 1.749 | 1.685 | 96.35 |
| SBS改性沥青混合料(实施例3改性沥青) | 1.690 | 1.615 | 95.55 |
| SBS改性沥青混合料(实施例4改性沥青) | 1.679 | 1.608 | 95.76 |
| SBS改性沥青混合料(实施例5改性沥青) | 1.738 | 1.695 | 97.5 |
| SBS改性沥青混合料(实施例6改性沥青) | 1.698 | 1.624 | 95.62 |
| SBS改性沥青混合料(实施例7改性沥青) | 1.717 | 1.645 | 95.83 |
从表5中可以看出，与对比例1相比，采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的冻融劈裂强度比有所提高，说明采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料能够达到现有技术中4.5wt％掺杂量的SBS改性沥青混合料水稳定性的效果，采用实施例2～实施例7中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的水稳定性测试结果也表明采用本发明SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料具有良好的水稳定性。
表6 采用实施例1～实施例7和对比例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的-10℃低温性能测试结果
从表6中可以看出，与对比例1相比，采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的破坏应变有所提高，说明采用实施例1中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料能够达到现有技术中4.5wt％掺杂量的SBS改性沥青混合料低温性能的效果，采用实施例2～实施例7中的SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料的测试结果也表明采用本发明SBS改性沥青制备的SBS改性沥青混合料具有良好的低温性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种SBS改性沥青，其特征在于，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂2.5～3.5份，RET沥青改性剂1～1.5份，多聚磷酸0.3～0.5份，相容剂3～3.5份，稳定剂0.1～0.13份；所述相容剂为糠醛抽出油，所述稳定剂为硫磺；
制备该SBS改性沥青的方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至155℃～165℃，然后加入相容剂搅拌15min～20min，得到混合物料；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃～175℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌15min～20min，搅拌后将混合物料在温度为170℃～180℃的条件下剪切30min～35min，接着加入稳定剂继续剪切20min～25min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为175℃～185℃的条件下搅拌30min～40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min～15g/min，所述剪切的剪切速率为3500r/min～4000r/min。
2.按照权利要求1所述的一种SBS改性沥青，其特征在于，由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，SBS沥青改性剂3份，RET沥青改性剂1.2份，多聚磷酸0.5份，相容剂3份，稳定剂0.1份。
3.一种制备如权利要求1～2中任一权利要求所述SBS改性沥青的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将基质沥青加热至155℃～165℃，然后加入相容剂搅拌15min～20min，得到混合物料；
步骤二、在步骤一中所述混合物料的温度为165℃～175℃的条件下加入SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂搅拌15min～20min，搅拌后将混合物料在温度为170℃～180℃的条件下剪切30min～35min，接着加入稳定剂继续剪切20min～25min，剪切后加入多聚磷酸，再将混合物料在温度为175℃～185℃的条件下搅拌30min～40min，得到SBS改性沥青；所述SBS沥青改性剂和RET沥青改性剂的加入速度均为10g/min～15g/min，所述剪切的剪切速率为3500r/min～4000r/min。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中所述基质沥青为70#A级道路石油沥青。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述SBS沥青改性剂为线型SBS沥青改性剂。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述多聚磷酸的质量百分比浓度以H3PO4计为110％。
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