CN109370242A - 一种改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性沥青组合物，其组成以重量百分比计算，包括如下组分：苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物1‑6wt％；乙烯‑乙酸乙烯共聚物0.1‑0.4wt％；聚苯乙烯1‑3wt％；三聚氰胺树脂1‑2wt％；萜烯树脂10‑15wt％；过渡金属氧化物1‑5wt％；碳酸钙1‑2wt％；基质沥青余量。本发明的使用的添加改性剂即防止了共聚物改性剂在车辙载荷下的结构链断裂，也同时促进了非聚合改性剂在沥青体中的分散形态。得到的改性沥青组合物在保持沥青高弹性的同时，也能保持高强度、抗疲劳性。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青组合物及其制备方法，特别地涉及了一种路面用改性沥青组合物及其制备方法。
背景技术
沥青具有良好的矿物附着力和粘弹性而被广泛应用于铺设道路。季节的变化对沥青的路用性能影响很大，温度高时，沥青易熔化且易流淌。相反，温度低时，沥青更容易变脆，从而导致沥青丧失流动性。这种性质往往使沥青路面在夏天时出现车辙现象，在冬天时沥青路面温缩开裂。随着中国经济的飞速发展，道路交通量的增加，传统的沥青铺成的路面已经无法满足发展的需求，因此，对沥青进行改性，改善和提高其路用性能，以满足不同恶劣环境下的使用需求和对高质量道路沥青日益增长的需求。
而沥青改性剂的选择对改性沥青的路用和使用性能起着决定性因素。改性沥青是在基质沥青中掺加改性剂，如橡胶、高分子聚合物，或其他填料等外掺剂，或采取对沥青轻度氧化等方法，制成性能得到提高的沥青结合料。
沥青改性剂大体上可分为聚合沥青改性剂和非聚合沥青改性剂两类。中国专利CN101717585A公开了一种乳化SBS聚合物改性沥青及其制备方法，采用原料为基质沥青、水、SBS沥青改性剂、复合沥青乳化剂、乳化稳定剂和盐酸，先把基质沥青加热，加入SBS沥青改性剂，搅拌溶胀后，通过胶体磨高速研磨并充分分散，保温发育后得到SBS改性沥青；在水中加入复合沥青乳化剂，加入预先用水调匀的乳化稳定剂，添加适量盐酸调整pH值获得皂液；最后将SBS改性沥青降温，与皂液混合经乳化分散得到乳化SBS聚合物改性沥青。适用于道路施工的粘层、封层、表面处治、稀浆封层以及沥青路面再生、温拌沥青、客运专线铁路板式轨道的水泥沥青砂浆层等。中国专利CN106810884A公开了一种基于石墨烯抗车辙剂的改性沥青，由基质沥青及占该基质沥青的重量百分比为1％-7％的石墨烯抗车辙剂制成；其中由于石墨烯的界面作用，使得基质沥青与抗车辙剂有效成分形成稳定结构。CN102051060A公开了一种无机改性煤沥青及其制备方法，采用此改性煤沥青制备的铝电解用碳素电极和TiB2/C复合阴极材料，其体积密度、抗压强度、抗弯强度、抗氧化性、抗电解膨胀性能均有明显提高。
目前现有技术中对沥青改性作用都是局限于单一使用聚合物，或者单一使用非聚合物进行改性，但是这种单一的改性作用有限。目前还没有对多种改性机理的改性剂的协同作用进行研究。因此有必要开发出一种聚合物和非聚合物协同改性的沥青组合物，加强沥青在极端天气和外力条件下的综合性能。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种改性沥青组合物及其制备方法，其得到沥青给合物用于路面铺设中，可有效减少沥青的车辙和开裂。
本发明的具体技术方案如下，一种改性沥青组合物，其组成以重量百分比计算，包括如下组分：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-6wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.1-0.4wt％；
聚苯乙烯1-3wt％；
三聚氰胺树脂1-2wt％；
萜烯树脂10-15wt％；
过渡金属氧化物1-5wt％；
碳酸钙1-2wt％；
基质沥青余量。
进一步的，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子式为
进一步的，所述基质沥青选自石油沥青、橡胶沥青、天然沥青、焦油沥青中的一种。
进一步的，所述过渡金属氧化物形态为球状或纤维粉状。
进一步的，所述过渡金属氧化物选自氧化铝、氧化锌、氧化钛，氧化硅、氧化铜、氧化铁中的一种，或上述氧化物二种以上形成的复合氧化物。
另外，本发明还提供一种改性沥青组合物制备方法，其特征在于所述方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
本发明还提供一种改性沥青组合物在沥青路面铺设中的应用。
本发明苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物由于具有线型结构，具有良好的形变自恢复性和弹性，能够提高沥青稳定性能。同时非聚合物改性剂使用过渡金属氧化物，优选纤维状的复合氧化物，具有吸附、分散、增韧和加筋作用，可改善沥青混合料的各项路用性能；本发明创造性地采用聚合物与非聚合的复合相形成的改性剂，利用两者的协同作用，即防止了共聚物改性剂在车辙载荷下的结构链断裂，也同时促进了非聚合改性剂在沥青体中的分散形态。得到的改性沥青组合物在保持沥青高弹性的同时，也能保持高强度、抗疲劳性。
本发明取得了如下的技术效果：
采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和过渡金属氧化物的形成均一、交联的复合改性剂，能够避免共聚物在车辙、风雪等条件下的弹性失效问题，同时又解决了改性沥青中的氧化物，特别是纤维状氧化物的分散性问题，避免了非聚合体团聚，改善了沥青在路面上的应用。
附图说明
图1为本发明实施例样品的弯曲应变。
图2为本发明实施例样品的疲劳寿命。
具体实施方式
以下结合说明书具体实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本发明采用聚合物与非聚合的复合改性剂对沥青进行改性，两种改性剂协同作用，即能保持聚合物改性剂产生的弹性，又能保持非聚合物改性剂提供的抗疲劳性。在制备过程，在沥青搅拌剪切前，先通过高温加热聚合物/非聚合物混合物，产生均一稳定的、交联的改性复合相物质，在后期的沥青路面应用中产生了现有技术意料不到的效果。
实施例一
一种改性沥青组合物的原料配备如下：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.12wt％；
聚苯乙烯1wt％；
三聚氰胺树脂1wt％；
萜烯树脂10wt％；
过渡金属氧化物4wt％；
碳酸钙1wt％；
基质沥青余量。
其改性沥青组合物制备方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
实施例2
一种改性沥青组合物的原料配备如下：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.4wt％；
聚苯乙烯1wt％；
三聚氰胺树脂2wt％；
萜烯树脂12wt％；
过渡金属氧化物5wt％；
碳酸钙2wt％；
基质沥青余量。
其改性沥青组合物制备方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
实施例3
一种改性沥青组合物的原料配备如下：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物6wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.3wt％；
聚苯乙烯3wt％；
三聚氰胺树脂2wt％；
萜烯树脂14wt％；
过渡金属氧化物5wt％；
碳酸钙1wt％；
基质沥青余量。
其改性沥青组合物制备方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
实施例4
一种改性沥青组合物的原料配备如下：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.4wt％；
聚苯乙烯2.5wt％；
三聚氰胺树脂1.5wt％；
萜烯树脂13wt％；
过渡金属氧化物3wt％；
碳酸钙1wt％；
基质沥青余量。
其改性沥青组合物制备方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
实施例5
一种改性沥青组合物的原料配备如下：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.4wt％；
聚苯乙烯1.5wt％；
三聚氰胺树脂1.2wt％；
萜烯树脂15wt％；
过渡金属氧化物4.5wt％；
碳酸钙1wt％；
基质沥青余量。
其改性沥青组合物制备方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
对比例1和2
对比例1的技术方案，除原料组成中，不含有过渡金属氧化物外，其余参数与步骤，与实施例1相同。
对比例2
对比例1的技术方案，除原料组成中，不含有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物外，其余参数与步骤，与实施例1相同。
其中实施例1-5及对比例1-2的样品编号，以及过渡氧化物和基质沥青的选择如下表。
表1
| 实施例 | 编号 | 氧化物 | 沥青 |
| 实施例1 | A | TiO<sub>2</sub>-ZnO | 石油沥青 |
| 实施例2 | B | TiO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 橡胶沥青 |
| 实施例3 | C | CuO-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 石油沥青 |
| 实施例4 | D | ZnO-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 石油沥青 |
| 实施例5 | E | TiO<sub>2</sub>-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 焦油沥青 |
| 对比例1 | F | —— | 石油沥青 |
| 对比例2 | G | TiO<sub>2</sub>-ZnO | 石油沥青 |
其中对上述沥青样品进行疲劳测试试验，结果如图1和图2所示。
可以看出，采用本发明技术方案改性的沥青样品，比对比例1和2的样品在抗疲劳性能提高了40-60％。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种改性沥青组合物，其原料以重量百分比计算，包括如下组分：
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-6wt％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物0.1-0.4wt％；
聚苯乙烯1-3wt％；
三聚氰胺树脂1-2wt％；
萜烯树脂10-15wt％；
过渡金属氧化物1-5wt％；
碳酸钙1-2wt％；
基质沥青 余量。
2.根据权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子式为
3.根据权利要求1-2之一所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述基质沥青选自石油沥青、橡胶沥青、天然沥青、焦油沥青中的一种。
4.根据权利要求1-3之一所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述过渡金属氧化物形态为微球状或纤维粉状。
5.根据权利要求1-4之一所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自氧化铝、氧化锌、氧化钛，氧化硅、氧化铜、氧化铁中的一种，或上述氧化物二种以上形成的复合氧化物。
6.如权利要求1-5之一的一种改性沥青组合物的制备方法，其特征在于所述方法主要包括以下工艺步骤：步骤一，反应釜内加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物预热搅拌，然后搅拌条件下加入过渡金属氧化物，保持温度在150℃±5℃，进行高速搅拌60-250分钟，得到添加剂A；步骤二、将一定量的基质沥青加入到搅拌反应釜内，在175-185℃的条件下，加入添加剂A，通过高速剪切乳化机剪切60-120分钟，当混合液粘度达到50000Pa.s且能够通过60目网筛时，停止加热搅拌反应，获得混合液I；步骤三、保持温度175℃-185℃，搅拌加入聚苯乙烯，三聚氰胺树脂，萜烯树脂，碳酸钙，充分搅拌2-4小时，得到改性沥青组合物。
7.如权利要求1-5之一的一种改性沥青组合物在沥青路面铺设中的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190222 |
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