CN113861707B - 一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料及其制备方法 - Google Patents

一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及道路工程材料技术领域，特别是涉及一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料及其制备方法。所述沥青胶结料包括如下重量份的组分：石油沥青100份；SBS 8～12份；MBS2～4份；光稳定剂0.2～0.4份；硫0.1～0.2份。所述制备方法为：将石油沥青加热到160～200℃，加入SBS，在300～500r/min的转速下高速搅拌1～1.5h，再依次与MBS、光稳定剂混合均匀过胶体磨，然后搅拌30～60min，最后加入硫搅拌混合均匀，得到用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。本发明利用SBS和MBS复合改性沥青胶结料，以及特定的光稳定剂，可显著提高沥青胶结料的路用性能和抗热氧老化性能。

Description

一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，特别是涉及一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料及其制备方法。
背景技术
沥青路面在服役过程中，胶结料受阳光、水、空气、行车荷载作用会出现老化，沥青自身粘附性下降，出现内聚性破坏。与此同时，滞留在路面中的水不断产生动水冲刷作用，沥青与集料之间粘附力减弱，最终导致沥青与集料剥离，出现粘附性破坏。内聚性破坏和粘附性破坏同时导致沥青路面出现集料松散脱落，最终形成坑槽。坑槽不仅严重影响车辆交通的运行速度，降低了行车过程中舒适性，而且极大地危害了人身及财产安全，容易引发安全事故。
专利CN109574550A公开了一种沥青混凝土路面坑槽修补材料及制备方法，该材料包括沥青、再生集料、稀释剂、改性填料和抗剥落剂，其中改性填料由膨胀石墨、膨润土等材料组成，稀释剂由煤油、石油醚等物质组成。该专利通过膨胀石墨、膨润土等改性填料的加入提高了坑槽修补材料的早期强度，但煤油、石油醚等稀释剂成分挥发速度较慢，残留在混合料中会对材料的最终强度和抗水损性能产生不利影响。
专利CN109574548A公开了一种低温快速养护坑槽修补材料及其制备方法，该材料包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，环氧树脂胶结料包括A组分、B组分和C组分。该专利通过混合三组分材料得到环氧树脂并与骨料拌和，得到修补坑槽的材料，具有较强的抗压、抗弯折强度。但环氧树脂反应速度较快，施工窗口时间短，易造成修补面不平整，影响美观。
专利CN 106810886 A公开了一种高低温性能优异的复合改性沥青，通过将杜仲胶硫化后与SBS制成复合改性沥青，提高复合改性沥青的高低温性能，同时节省SBS的用量。然而杜仲胶结构单一(聚异戊二烯)，对沥青的耐高温氧化及老化能力改善有限，所得改性沥青的软化点为57.3～82.2℃，无法满足路面坑槽修补材料的使用场景，路用性能较差。专利CN 102952407 A公开了一种热储存稳定的MBS-沥青组合物及其制备方法，通过沥青、MBS、增容剂及助剂的混合反应得到热储存稳定的MBS-沥青组合物。但单一的MBS对沥青的耐高温氧化及老化能力改善有限，所得沥青组合物的软化点为60～72℃，同样存在路用性能差的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的首要目的在于提供一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。本发明的沥青胶结料采用SBS和MBS复配改性，通过两者的交联效应可以显著提高沥青的耐高温氧化及老化能力。
本发明的再一目的在于提供上述用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料，包括如下重量份的组分：
石油沥青                                     100份；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)          8～12份；
苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(MBS)  2～4份；
光稳定剂                                     0.2～0.4份；
硫                                           0.1～0.2份。
进一步地，所述石油沥青25℃针入度为60～80dmm。
进一步地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构。星型聚合物作为非线形结构聚合物的一种，是多个线形支链通过化学键连接到同一个中心核上，由于此类聚合物特殊的结构，其表现为许多特异的性能。在本发明中，所述自流平沥青胶结料进一步采用星型结构的SBS，更易于与溶胀的MBS发生交联反应形成网状结构填充，有效提高胶结料在高温条件下的强度保持率，更进一步减缓SBS相的降解。
进一步地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的数均分子量为10～25万，苯乙烯含量为38％～42％，拉断伸长率≥500％。
进一步地，所述苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物的折光率为1.49％～1.50％。
进一步地，所述苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物拉伸强度为30～35MPa。
进一步地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物的重量份比例为1:0.25～0.35。
进一步地，所述光稳定剂为苯并***类紫外吸收剂UV928或UV234、受阻胺类自由基捕获剂LS111或UV4050、光屏蔽剂LDHs或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，更优选为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
上述用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料的制备方法，包括如下制备步骤：
将石油沥青加热到160～200℃，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，在300～500r/min的转速下高速搅拌1～1.5h，再依次与苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物、光稳定剂混合均匀过胶体磨，然后搅拌30～60min，最后加入硫搅拌混合均匀，得到用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。
沥青老化的原因有很多，其中石油沥青的硬化和高聚物的降解是改性沥青老化的主要因素。SBS在沥青中由于主链上存在聚丁二烯不饱和链段，存在降解的可能性，但由于SBS单位体积内的交联效应较大，因此SBS改性沥青相比其他类型改性沥青降解的幅度小得多。本发明采用苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物作为优良抗老化剂、抗氧化剂，加入后苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物在沥青中能够发生溶胀反应，与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复配使用，利用两者的交联反应形成网状结构，实现有效的填充，提高沥青胶结料的软化点，在高温条件下，仍有一定强度保持率，从而进一步减缓了SBS相的降解，从而显著提高沥青的抗热氧老化性能。且进一步发现采用特定的光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯会提高沥青的耐热性能，延缓石油沥青的硬化，使改性沥青在热氧作用下老化程度明显降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物在沥青中的溶胀效应及与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的交联效应，通过两者复合改性沥青胶结料，相比单一苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性或苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物改性，具有显著提高的抗热氧老化性能。
(2)本发明进一步发现采用特定的光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯会提高沥青的耐热性能，延缓石油沥青的硬化，使改性沥青在热氧作用下老化程度明显降低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到180℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)1公斤，开动高速剪切机，在400r/min的转速下高速搅拌1.5h，然后依次加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(折光率为1.50％，拉伸强度为32MPa)0.3公斤、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.03公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌60min，最终加入硫0.015公斤搅拌2h，得到本实施例的用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。将所得沥青胶结料进行旋转薄膜烘箱加热，加热温度分别为163℃、193℃，测试残留物的针入度、软化点、延度，性能测试结果见表1。
实施例2
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到160℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)0.8公斤，开动高速剪切机，在300r/min的转速下高速搅拌1.5h，然后依次加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(折光率为1.49％，拉伸强度为35MPa)0.2公斤、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.02公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌30min，最终加入硫0.01公斤搅拌2h，得到本实施例的用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。
实施例3
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到200℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)1.2公斤，开动高速剪切机，在500r/min的转速下高速搅拌1h，然后依次加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(折光率为1.50％，拉伸强度为30MPa)0.4公斤、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.04公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌45min，最终加入硫0.02公斤搅拌2h，得到本实施例的用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。
对比例1
本对比例与实施例1相比，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的加入量减少为0.5公斤，其余完全相同。
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到180℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)0.5公斤，开动高速剪切机，在400r/min的转速下高速搅拌1.5h，然后依次加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(折光率为1.50％，拉伸强度为32MPa)0.3公斤、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.03公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌60min，最终加入硫0.015公斤搅拌2h，制备出改性沥青。将沥青进行旋转薄膜烘箱加热，加热温度分别为163℃、193℃，测试残留物的针入度、软化点、延度，性能测试结果见表1。
对比例2
本对比例与实施例1相比，不加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物，其余完全相同。
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到180℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)1公斤，开动高速剪切机，在400r/min的转速下高速搅拌1.5h，然后加入双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.03公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌60min，最终加入硫0.015公斤搅拌2h，制备出改性沥青。将沥青进行旋转薄膜烘箱加热，加热温度分别为163℃、193℃，测试残留物的针入度、软化点、延度，性能测试结果见表1。
对比例3
本对比例与实施例1相比，不加入双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，其余完全相同。
取25℃针入度为70dmm的埃索70号沥青10公斤，加热到180℃，先加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(中石化SBS，型号T171E；数均分子量约20万，苯乙烯含量为40.4％，拉断伸长率695％)0.5公斤，开动高速剪切机，在400r/min的转速下高速搅拌1.5h，然后加入苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物(折光率为1.50％，拉伸强度为32MPa)0.3公斤混合均匀后过胶体磨，然后搅拌60min，最终加入硫0.015公斤搅拌2h，制备出改性沥青。将沥青进行旋转薄膜烘箱加热，加热温度分别为163℃、193℃，测试残留物的针入度、软化点、延度，性能测试结果见表1。
表1沥青胶结料性能测试结果
Figure BDA0003310280680000051
Figure BDA0003310280680000061
沥青胶结料的老化试验主要是为性能试验准备经过老化的材料，如旋转薄膜烘箱(RTFOT)。RTFOT试验模拟沥青在混合料生产过程中发生的短期老化。RTFOT试验采用JTGE20规程T0610—2011“沥青旋转薄膜加热试验”方法，试验温度163℃，时间85min；为模拟自流平材料高温使用场景，将温度升至193℃，时间85min。
从表1中可以看出，实施例1制备得到的自流平沥青胶结料，未老化的原样具有较高的路用性能指标，是性能优良的结合料，RTFOT短期老化后，针入度、延度、软化点下降幅度较小，说明实施例1的沥青具有优异的抗热氧老化性能。对比例1得到的沥青样品，虽然加入了MBS，但由于SBS掺量的降低，各项指标均低于实施例1，路用性能相对较差。说明单独的MBS或SBS掺量不足改性的沥青胶结料难以满足路面坑槽修补材料的使用场景。对比例2相较于实施例1，没有添加苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物，原样指标与实施例1相近，但RTFOT短期老化后，针入度、延度、软化点各项指标均大幅下降，说明对比例2在加热老化过程中，沥青逐渐氧化，SBS出现了降解，抗老化性能较差。说明MBS在沥青中的溶胀效应及MBS与SBS的协同交联效应对沥青胶结料的抗老化性能提升显著。对比例3相较于实施例1，没有添加双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，原样指标与实施例1相近，但RTFOT短期老化后，针入度、延度、软化点各项指标均大幅下降，说明对比例3在加热老化过程中，沥青逐渐氧化，SBS出现了降解，抗老化性能较差。
由以上结果可见，本发明通过SBS和MBS复合改性沥青胶结料，相比单一SBS改性或MBS改性，具有显著提高的软化点及抗热氧老化性能。并进一步发现采用双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯会提高沥青的耐热性能，延缓石油沥青的硬化，使改性沥青在热氧作用下老化程度明显降低。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料，其特征在于包括如下重量份的组分：
石油沥青                                       100份；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物                 8~12份；
苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物         2~4份；
光稳定剂                                       0.2~0.4份；
硫                                             0.1~0.2份；
所述石油沥青25℃针入度为60~80dmm；
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构，数均分子量为10~25万，苯乙烯含量为38%~42%，拉断伸长率≥500%；
所述苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物的折光率为1.49%~1.50%，拉伸强度为30~35 MPa；
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物的重量份比例为1:0.25~0.35；
所述光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
2.权利要求1所述的一种用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
将石油沥青加热到160~200℃，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，在300~500r/min的转速下高速搅拌1~1.5h，再依次与苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物、光稳定剂混合均匀过胶体磨，然后搅拌30~60min，最后加入硫搅拌混合均匀，得到用于路面坑槽修补的自流平沥青胶结料。
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