CN105368084B - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种改性沥青及其制备方法。本发明提供的改性沥青，包括以下原料组份：沥青60～90份、天然橡胶5～15份、聚合物改性剂5～20份、活性炭2～8份、交联剂2～8份、乳化剂1～4份、相容剂1～6份、聚乙二醇1～3份。该改性沥青以天然橡胶、聚合物改性剂对沥青进行改性，很好的提高沥青的抗车辙、高温裂解能力及水稳定性，降低疲劳损伤、剥离和温度敏感性。本发明还提供了一种改性沥青的制备方法，该方法与所述沥青配合，操作简便可靠。

Description

一种改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的发展，交通体系的逐步完善，公路沥青路面的建设规模逐渐扩大，特别是高等级公路建设里程的不断增加，对高质量的公路沥青的需求量呈上升趋势。由于普通沥青存在粘结力差、延伸度低、含蜡量高、温度敏感性大等性能缺点，难以在高等级公路上使用；同时由于国民经济的发展带来交通量迅速增加，车辆载重量大幅度增加以及我国南北、冬夏温差大等因素，对沥青路面的质量提出了更高的要求。

改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。目前我国采用的改性沥青通常较传统沥青有更好的性能，但其强度仍然有进一步改进的空间，且现有沥青的高温稳定性、低温抗裂性能及水稳定性仍然不够理想。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种改性沥青，所述的改性沥青，可解决现有沥青产品强度不足，高低温稳定及水稳定性不理想的缺点。

本发明的第二目的在于提供一种所述的改性沥青的制备方法，该制备方法与所述沥青配合，操作简便可靠。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种改性沥青，包括以下原料组份：

沥青60～90份、天然橡胶5～15份、聚合物改性剂5～20份、活性炭2～8份、交联剂2～8份、乳化剂1～4份、相容剂1～6份、聚乙二醇1～3份。

本申请以天然橡胶、聚合物改性剂对沥青进行改性，很好的提高沥青的抗车辙、高温裂解能力及水稳定性，降低疲劳损伤、剥离和温度敏感性。

优选的，如上所述的改性沥青，包括以下原料组份：

沥青70～80份、天然橡胶8～13份、聚合物改性剂10～15份、活性炭3～5份、交联剂4～6份、乳化剂2～3份、相容剂3～5份、聚乙二醇1～2份。

优选的，如上所述的改性沥青，所述沥青为70#或90#A级沥青。

70#比90#沥青硬度要更高一些，适合的地区温度比90#沥青温度高，90#沥青的低温性能比70#沥青则要更好，行对适合在相对较为寒冷的地区使用。在具体选择时，应根据所铺设路面的温度情况灵活选择。

优选的，如上所述的改性沥青，所述聚合物改性剂为质量百分比为(1～2)：1：(1～2)的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、60～100目的丁苯橡胶、高抗冲聚苯乙烯组成的混合物。

苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)具有优异的波纹密封性和高温保持力，其压敏和热熔性能好，能耗小，在本申中可用作粘接剂，提高SBR和HIPS的性能。

丁苯橡胶(SBR)是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用。

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系，其冲击性能和加工性能方有很宽的范围。

优选的，如上所述的改性沥青，所述交联剂包括苯甲醛、结晶硫、聚异丁烯中的一种或多种。

交联剂可改善本申请采用的聚合物改性剂的存储稳定性。通过加入合适的交联剂，使聚合物改性剂和沥青之间发生交联反应，从而增强改性沥青的粘弹性和相容性，最大程度地发挥其改性作用。

优选的，如上所述的改性沥青，所述乳化剂为丙烯二胺。

沥青的乳化剂是由非极性的疏水基和极性的亲水基组成的两亲性分子，这种结构使乳化剂在溶液表(界)面形成定向紧密排列，改变了体系的表(界)面化学性质。当乳化剂的浓度超过其临界胶束浓度，表(界)面张力降至最低，从而具有乳化、消泡、分散等功能。

本申请优选的丙烯二胺，为阳离子乳化剂，技术成熟，毒性小，且不需要调节pH即可直接使用，且具有用量少的优点。

优选的，如上所述的改性沥青，所述相容剂为催化裂化油浆。

相容剂又称增容剂，是指借助于分子间的键合力，促使不相容的两种聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的助剂。本申请优选的催化裂化油浆，其中的高度缩合芳烃取代沥青胶体体系中的烷烃和低缩合芳烃，可改善沥青的延伸度和耐久度。

一种改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)、将天然橡胶、聚合物改性剂、活性炭、交联剂、乳化剂、相容剂、聚乙二醇加热并研磨处理，得到混合材料；

2)、将沥青加热至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后高速剪切；自然冷却至常温即得改性沥青。

本申请提供的改性沥青的制备方法，该制备方法与所述沥青配合，操作简便可靠。

优选的，如上所述的改性沥青的制备方法：

在步骤1)中，加热的温度为140～180℃；

在步骤2)中，将沥青加热至熔融状态时，反应温度为170～195℃，恒温反应20～40min。

在对本申请的改性沥青混合料进行搅拌的时候，要严格注意改性沥青混合料的温度，以180℃左右为宜。混合材料的温度也需要注意，使其保持在140～180℃之间，这两点材料的温度保持住就没问题，如果一旦温度超过180摄氏度时，混合料就只能被放弃。

优选的，如上所述的改性沥青的制备方法：

所述高速剪切的速度为15000～20000rpm，剪切时间为25～35min。

剪切搅拌的作用就是让这些材料混合的更为均匀，以合理的方式和力度以及频率搅拌，不但能防止沥青混合料出现结块，还能保证改性沥青的质感更为细腻有弹性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本申请以天然橡胶、聚合物改性剂对沥青进行改性，很好的提高沥青的抗车辙、高温裂解能力及水稳定性，降低疲劳损伤、剥离和温度敏感性。

(2)本申请提供的改性沥青的制备方法，该制备方法与所述沥青配合，操作简便可靠。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。

实施例1

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶5kg、聚合物改性剂5kg、活性炭2kg、交联剂2kg、乳化剂1kg、相容剂1kg、聚乙二醇1kg加热并研磨处理，得到混合材料；

2)、将沥青60kg加热至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后高速剪切；自然冷却至常温即得改性沥青。

实施例2

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶15kg、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物6.6kg、60目的丁苯橡胶6.6kg、高抗冲聚苯乙烯6.6kg、活性炭8kg、聚异丁烯8kg、丙烯二胺4kg、催化裂化油浆6kg、聚乙二醇3kg加热至140℃并研磨处理，得到混合材料；

2)、将70#沥青90kg于170℃加热40min至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后15000rpm高速剪切35min；自然冷却至常温即得改性沥青。

实施例3

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶8kg、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物5kg、100目的丁苯橡胶5kg、高抗冲聚苯乙烯5kg、活性炭3kg、结晶硫4kg、丙烯二胺2kg、催化裂化油浆3kg、聚乙二醇1kg加热至180℃并研磨处理，得到混合材料；

2)、将90#沥青70kg于195℃加热20min至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后20000rpm高速剪切25min；自然冷却至常温即得改性沥青。

实施例4

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶13kg、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物4kg、90目的丁苯橡胶2kg、高抗冲聚苯乙烯4kg、活性炭5kg、聚异丁烯6kg、丙烯二胺3kg、催化裂化油浆5kg、聚乙二醇2kg加热至150℃并研磨处理，得到混合材料；

2)、将70#沥青80kg于180℃加热30min至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后20000rpm高速剪切30min；自然冷却至常温即得改性沥青。

实施例5

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶10kg、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物4kg、80目的丁苯橡胶5kg、高抗冲聚苯乙烯2.5kg、活性炭5kg、苯甲醛5kg、丙烯二胺2.5kg、催化裂化油浆4kg、聚乙二醇1.5kg加热至160℃并研磨处理，得到混合材料；

2)、将90#沥青75kg于185℃加热30min至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后18000rpm高速剪切30min；自然冷却至常温即得改性沥青。

实施例6

一种改性沥青及其制备方法

1)、将天然橡胶10kg、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物6kg、70目的丁苯橡胶3kg、高抗冲聚苯乙烯6kg、活性炭5kg、苯甲醛5kg、丙烯二胺2.5kg、催化裂化油浆4kg、聚乙二醇1.5kg加热至160℃并研磨处理，得到混合材料；

2)、将70#沥青75kg于185℃加热30min至熔融状态，再将混合液加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后17000rpm高速剪切30min；自然冷却至常温即得改性沥青。

沥青路面直接受车辆荷载和大气因素的影响，同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素与时间因素影响较大，因此为了能使路面给车辆提供稳定、耐久的服务，必须要求沥青路面具有一定的稳定性和耐久性。其中稳定性包括高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性。下面通过实验例对本申请实施例1～6的各项性能进行评定。以申请号为CN201310613383.5的实施例1为对比例1，以申请号为CN200510022110.9的实施例1为对比例2。

实验例1高温稳定性评价

车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的累积。这种变形主要发生在高温季节。在渠化交通的重交通道路上，当沥青路面采用半刚性基层时，车辙主要发生在沥青面层，其它各层的变形仅占很小部分。

车辙试验：车辙板尺寸为300mm×300mm×100mm，试验温度为60℃。取45min和60min的变形，计算产生1mm变形试验轮往返的次数，作为动稳定度。

表1车辙试验结果

从表1可看出，车辙试验稳定度基本上处于同一水平，且均高于现行规范的要求。实施例1～6的抗永久变形能力远好于对比例1和对比例2

实验例2水稳定性评价

表2残留稳定度试验结果

注:残留稳定度超过100％的记为100％；在60℃水温下测定马歇尔稳定度。

为了模拟路面的实际状况，本申请以冻融劈裂试验测试试件的承载力，在劈裂条件下试件内部呈受拉状态，试件的破坏是由于内部的粘结力不足以抵抗外加荷载造成的，因此更利于反映水分对沥青的软化和对沥青膜的剥落作用。通过测定沥青试件在受到水损害前后劈裂破坏的强度比，可以评价沥青混合料的水稳定性。试验结果如表3所示：

表3冻融劈裂试验结果

从上表可知，实施例1～6的残留强度比均大于对比例1～2。

实验例3低温稳定性评价

低温弯曲试验结果见表4，试件尺寸为40mm×40mm×200mm。

表4低温弯曲试验结果

沥青低温特性是影响低温开裂的重要因素。其主要原因是由于冬季气温急剧变化产生的温度应力来不及松弛，产生累计效应，并伴随能力的积累，当能力达到沥青混合料容许的极限，就会在路表面或路面结构的薄弱部位开裂，使积累的能力得到释放。

从试验结果可知，实施例1～6的低温特性均显著好于对比例1～2。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种改性沥青，其特征在于，包括以下原料组份：

沥青70～80份、天然橡胶8～13份、聚合物改性剂10～15份、活性炭3～5份、交联剂4～6份、乳化剂2～3份、相容剂3～5份、聚乙二醇1～2份；

所述聚合物改性剂为质量比为(1～2)：1：(1～2)的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、60～100目的丁苯橡胶、高抗冲聚苯乙烯组成的混合物；

所述相容剂为催化裂化油浆。

2.如权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述沥青为70#或90#A级沥青。

3.如权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述交联剂包括苯甲醛、结晶硫中的一种或多种。

4.权利要求1～3任一项所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将天然橡胶、聚合物改性剂、活性炭、交联剂、乳化剂、相容剂、聚乙二醇加热并研磨处理，得到混合材料；

2)、将沥青加热至熔融状态，再将所述混合材料加入熔融的沥青中并搅拌均匀，直至溶液中没有气泡；随后高速剪切；自然冷却至常温即得改性沥青。

5.如权利要求4所述的改性沥青的制备方法，其特征在于：

在步骤1)中，加热的温度为140～180℃。

6.如权利要求4所述的改性沥青的制备方法，其特征在于：所述高速剪切的速度为15000～20000rpm，剪切时间为25～35min。