CN116948415B - 一种沥青改性剂、改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青改性剂、改性沥青及其制备方法,它涉及沥青混合料技术领域。本发明为沥青路面提供一种能够在65℃地面温度下抗车辙,同时在‑40℃环境下不产生低温开裂的沥青混合料添加剂,添加剂由A组分2‑6份,B组分5‑30分组成;A组分是超支化聚合物,B组分是通用聚合物类沥青添加剂。先把A组分加入基质沥青控热搅拌,A组分在沥青中形成均匀网络,把沥青制成动态均质胶体,再把B组分加入沥青中,B组分聚合物在沥青芳香分中形成连续相,在其它成分中形成粒子相,通过引发交联,A组分活性端基与B组分、沥青的活性基团产生交联反应,形成不可逆交联网络,限制了沥青粒子的流动性,赋予沥青体系热固性弹性体的特征。
Description
技术领域
本发明属于一种沥青改性剂、改性沥青及其制备方法,涉及公路路面、桥梁路面、机场跑道、工程筑路材料技术领域。
背景技术
沥青混合料是一种复合材料,主要由沥青、粗骨料、细骨料、矿粉组成,有的还加入聚合物、纤维、功能性添加剂;由这些不同质量和数量的材料混合形成不同的结构,并具有不同的力学性质。
国内公路交通流量和行驶频度急剧增长,货运车的轴重不断增加,沥青路面的抗车辙性能、低温抗裂性能、抗水损害性能和抗疲劳性能是沥青路面研究的主体,同时具备上述四种能力,才能称为合格的沥青路面。
国内公路设计年限通常是10-12年,目前的技术现状是,路面的抗车辙、抗水损、抗疲劳三个能力都能达到设计年限,但低温抗裂能力不足,不能100%保证达标。
沥青路面的耐高温和高温稳定性问题,表现为沥青路面的抗车辙能力。稳定性低可产生推移、壅包、波浪等路面危害。目前改善沥青混合料的高温稳定性方法是加入沥青改性剂如SBS、RET、PE、EVA、PPA、APAO、SBR等高分子聚合物,外加小量添加剂如无机填料炭黑、纳米碳酸钙、氧化钙、硅藻土等,交联剂如硫化物、过氧化物等,用来提高沥青软化点,提高抗车辙能力,使沥青混合料高温稳定性提高到设计要求。其中SBS是最重要的改性剂,它既具有抗车辙能力还具有抗低温开裂能力,所以国内沥青混合料普遍使用SBS。以SBS为主体的聚合物沥青添加剂,抗高温车辙效果很好,性能可以超过国标十倍。中国有882个专利都在沥青混合料中加入SBS,如CN20221048386.8一种适用于重载路面面层的石灰岩环氧沥青混合料、其制备方法及应用,用于重载路面抗车辙;CN20221080101.0掺钢渣的高性能抗滑薄层罩面沥青混合料及其制备方法,用于路面抗滑。
但是SBS由于主链上存在聚丁二烯链段,其中的双键和CH2-CH2键很脆弱,只有223kJ/mol,很容易在紫外线辐射下发生断裂,C-C双键也会发生断裂并降低主链上的不饱和度。SBS改性沥青感温性能提高的主要原因是SBS形成网络,2个S链段可以提高沥青的高温稳定性,B链段提高了沥青在低温下的弹性,防止开裂;当SBS主链断裂,聚丁二烯不饱和度下降后,改性沥青的感温性能也随之下降;光辐射后,SBS改性沥青PI值同步下降,说明低温弹性性能下降,所以SBS的抗老化抗疲劳性能较差。
SBS在沥青中是物理溶胀,不产生化学反应,SBS与沥青相容性和相容稳定性不佳,所以不能储存,施工中还会造成SBS改性沥青路面的局部地区性能与整体不一致,在工作中局部路面容易损坏。
沥青路面的低温抗裂性能,表现为沥青混合料在高寒地区和高低温激烈交替路段的膨胀收缩造成路面裂缝。沥青路面低温收缩裂缝是寒冷地区和温差较大地区特有的,是世界上尚没完全解决的一种道路病害。目前改善沥青混合料的低温收缩开裂方法在聚合物改性、集料级配、沥青混合料孔隙率、沥青用料选择、沥青用量、防老化等措施上下功夫,主要集中在SBS、SBR、废橡胶为主体的聚合物添加剂的研究,外加小量交联剂、分散剂、相容剂、温拌剂(表面活性剂)、各种纤维等,这些措施对沥青混合料的耐寒性和低温开裂都有一定作用,但不能完全解决问题。
沥青胶结料内加入改性剂,特别是复配的高分子类改性剂,已经有能力解决沥青混合料的高温稳定性问题,同样加入高分子类改性剂后,沥青混合料的低温抗裂性能得到提高,但是用同一种改性剂既能解决沥青混合料的高温稳定性问题,同时解决极端低温环境的抗裂问题,这样的改性剂没有出现。
沥青的各组分含量是沥青质量的根本,由于经济原因,目前有的沥青组分内沥青质含量大于25%,饱和组分、芳香组分含量降低,沥青脆性加大,用橡胶或热塑性橡胶为主的改性剂无法改性。
本团队还发现,目前的聚合物改性沥青难以提高低温性能的问题在于:聚合物中主体部份橡胶、热塑性橡胶、树脂只分散于沥青中的芳香份内形成连续相,但在胶质、沥青质、饱和份、蜡成份内没有形成聚合物连续相,沥青体系内部存在非均相结构,在外力作用下,体系内应力不均匀,形成沥青路面局部损坏;特别是低温时,沥青内部各组份低温收缩量不同,形成内部应力,损坏路面。所以以SBS为代表的热塑性橡胶配合橡胶类、树脂类聚合物为主体的沥青改性剂,难以应对-30℃及以下的严寒。
新疆地区特定的气候条件,吐鲁番夏季平均气温35℃,沥青路面温度可以高达65℃,冬季平均达到-20℃,极端最低-40℃,当日温差可达30℃;桥梁路面也有类似状况。这种极端气候时常发生,所以那里的沥青混合料必须能解决65℃的高温稳定性问题,又能解决-40℃时的低温抗裂问题,一种改性剂必须同时解决这二个问题,才能达到设计要求。
实际上国际著名品牌的沥青改性剂也不能同时满足沥青混合料的高、低温性能要求,如德国的路浮8000、domix、Sasobit、美国的TPS,在适宜的掺量下可大幅度的提高沥青混合料的高温稳定性,其最大提高幅度已达到了国标的10倍之多,高温稳定性可适应任何地区的使用环境,但其低温抗裂性只是稍有提高,所提高的数值对沥青混合料的低温抗裂作用有限,不能适应极端严寒环境。
路浮8000、domix、Sasobit、TPS等国际大品牌,都是由多种聚合物(橡胶、热塑性橡胶、树脂)及少量添加剂组成,它们的共同特点是能在沥青胶结料中溶化,均匀分散在沥青中,并与沥青共同凝固,与沥青产生化学和物理反应,形成高弹性的固化结构。这个结构成功地解决了沥青混合料的高温稳定性问题,但对低温抗开裂能力不足。
本团队认为,现有技术不能解决上述问题,只有换个方法换个思路才有可能取得进展。
发明内容
本发明目的是提供一种沥青改性剂、改性沥青以及改性沥青的制备方法:把沥青内的半固体沥青质和小部分胶质剪切成小粒子,均匀固定在聚合物网络中,形成了保和分、芳香分、大部分胶质、聚合物网络组成的沥青胶结料动态均质胶体,再对这一沥青动态均质胶体进行改性,制成改性沥青,再把改性沥青加入集料中制成沥青混合料。
本发明的另一个目的是提供一种能够实现第一个目的的沥青改性剂,以该沥青改性剂制造的沥青混合料,能够同时解决沥青混合料路面的高温稳定性和低温开裂问题,为路面提供一种能够在65℃地面温度下抗车辙的高温稳定性沥青混合料,还能在-40℃环境下不产生低温开裂,同时能提高沥青混合料的抗水损害性能、抗老化、抗疲劳性能和抗滑性能,达到和超过国家质量指标标准的沥青混合料。
本发明提供的技术方案:
一种沥青改性剂,包括能在沥青胶体内形成聚合物网络的超支化聚合物,所述聚合物网络上具有强极性正电荷,所述聚合物网络上还具有活***联性基团、降粘基团、分散基团、乳化基团、附着力基团和相容剂基团。作为优选,按照质量份数计算,所述超支化聚合物包括两性离子超支化聚合物0-50份、阳离子超支化聚合物0-50份、两亲性超支化聚合物0-50份、降粘分散性超支化聚合物1-50份、超支化聚合物附着力促进剂0-50份和超支化聚合物固化剂0-20份,所述超支化聚合物总组份100份组成。
作为优选,所述超支聚合物中阳离子超支化聚合物和两性离子超支化聚合物带有极强正电荷,所述阳离子超支化聚合物包括端氨基超支化聚合物季胺盐、超支化聚乙烯亚胺、超支化聚酰胺-胺、超支化聚酯季铵盐、超支化阳离子水性聚氨酯、超支化吉米奇中的一种或者多种的组合;所述两性离子超支化聚合物包括两性离子超支化聚醚、超支化两性离子型聚丙烯酰胺、两性离子超支化聚碳酸酯、两性离子超支化聚乙二醇、两性离子超支化聚酰胺-胺、两性离子超支化聚酰胺、两性离子超支化聚乙烯亚胺、两性离子超支化聚酯、两性离子氨基超支化聚硅氧烷、两性离子超支化聚甲基丙烯基、两性离子超支化聚酯酰胺、两性离子超支化聚氨基酸。
作为优选,所述活***联性基团包括羟基、羧基、羰基、氨基、磷酸酯基、双键基、酰胺基。
作为优选,所述降粘基团、分散基团和乳化基团选用两亲性超支化聚合物,包括两亲性超支化聚酰胺胺、两亲性端羧基超支化聚酯、聚硅氧烷改性两亲性超支化聚酯、烷基链封端两亲性超支化聚缩水聚合甘油、两亲性超支化聚酯-聚丙烯酸、两亲性超支化聚酰胺酯、两亲性超支化聚磷酸酯中的一种或者多种的组合物;
和/或选用酯类单体接枝超支化聚合物制成的降粘分散性超支聚合物,包括丙烯酸十八酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸甲酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸月桂酯封端超支化聚合物、丙烯酸十二酯封端超支化聚合物、苄基丙烯酸酯封端超支化聚合物、马来酸双十八酯封端超支化聚合物、醋酸乙烯酯封端超支化聚合物、邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯封端超支化聚合物中的一种或者多种的组合物。
作为优选,所述附着力基团和相容剂基团,选用脂肪链封端超支化聚酯磷酸酯、烷基端基超支化聚磷酸酯、超支化芳香族聚酯树脂,丙烯酸端基聚磷酸酯、端羧基超支化聚酯中的一种或者多种的组合物。
一种沥青改性剂,按照质量份数计算,包括聚合物50-90份,交联剂1-10份,填料0-30份,抗剥落剂1-10份、相容剂1-30份、耐寒增韧剂0-20份、抗氧剂0-5份、抗紫外光剂0-5份,合计100份组成。
作为优选,所述聚合物包括选用Tb(脆化温度)在-50℃以下的高耐寒性橡胶、热塑性弹性体、高分子量树脂;所述聚合物是该沥青改性剂的主体部分,该沥青改性剂质量份数的10%-100%。
一种改性沥青,按照质量份数计算,包括沥青100份,沥青改性剂A 0.1-30份,沥青改性剂B 2-50份。
一种改性沥青的制造方法,包括以下步骤:
S1、将沥青改性剂A加入至热沥青中,然后控温剪切成沥青动态均质胶体,沥青改性剂A在沥青动态均质胶体中形成均匀的聚合物网络,固定住沥青质粒子;
S2、采用沥青改性剂B加入至上述的沥青动态均质胶体中,剪切搅拌使其在沥青中形成聚合物连续相,该连续相穿过步骤S1中形成的聚合物网络,相互交叉,并最终得到具有二维或者三维结构新网络的改性沥青。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、采用本发明中的沥青改性剂A和沥青改性剂B的组合,制造成功在高粘、高弹、高模量沥青体系内,聚合物连续相在沥青中所有组分(芳香分、饱和分、胶质、沥青质、蜡)内的均相结构,对延长沥青路面使用寿命具有重大意义;并且用同一种改性剂既解决了沥青混合料的高温稳定性问题,又解决了低温抗裂问题,抗水、抗疲劳性能优秀。
2、选用的沥青改性剂B组分聚合物的Tb脆化温度全部低于-50℃,沥青改性剂A组分是塑性弹性体,多臂具备柔韧性,其Tb温度普遍低于-70℃,所制成的沥青混合料改性剂在-40℃工作环境中,所选用的聚合物有足够的低温柔韧性。
3、沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分在沥青体系内产生交联,这种不可逆交联网络限制了沥青粒子的流动性,赋予沥青体系热固性弹性体的特征,这种交联的另一特征是沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分在沥青体系内是二维为主三维为副的交联,这种交联网络模式可在沥青体系内的芳香份、饱和份和胶质份内形成聚合物连续相,既提高了沥青混合料的高温稳定性,又提高了低温抗裂性能。
4、加入ELevast聚合物,在沥青体系内加入反式聚辛烯、BSR、耐寒增韧剂尼龙酸二辛酯、植物沥青和植物油,这些物质协同作用,提高了改性沥青低温延度、低温粘韧性。
5、采用超支化聚合物作沥青降粘剂、分散剂,显著降低沥青粘度,降低温拌温度10-20℃,可以较大幅度提高沥青体系内聚合物用量,提高了沥青路面的使用年限;本发明改性沥青不但适用于普通沥青混合料如AC类,提高AC类路面的使用寿命,更加适用于高粘高弹高模量沥青混合料,用于同时产生高温、严寒地区路面,如桥梁路面,新疆地区路面。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例:
一种改性沥青及其制备方法,改性沥青按照质量份数计算,包括沥青100份,沥青改性剂A 0.1-30份,优选1-20份,进一步优选2-6份,沥青改性剂B 2-50份,优选5-30份,进一步优选10-20份。
先通过沥青改性剂A对沥青体系进行均质处理:在沥青中加入沥青改性剂A,控温剪切成沥青胶结料动态均质胶体,沥青改性剂A在沥青动态均质体系中形成均匀的聚合物网络,固定住沥青质粒子;然后通过沥青改性剂B组份进行聚合物改性:采用特定的聚合物和一些添加剂加入沥青中,剪切搅拌在沥青体系内形成聚合物连续相,该聚合物连续相穿过聚合物网络,相互交叉,在交联剂作用下进行有控二维或三维聚合,把沥青改性剂A、沥青改性剂B在沥青中固化成非均相均匀性弹性胶体。沥青改性剂A包括能在沥青胶体内形成均匀聚合物网络的超支化聚合物,聚合物网络上具有强极性正电荷,有效吸附沥青质的负极性电荷,把沥青质固定在聚合物网络上。聚合物网络上还具有活***联性基团、降粘基团、分散基团、乳化基团、附着力基团和相容剂基团。活***联性基团可以交联沥青质和胶质及其后加入的沥青改性剂B上的活性基团,形成新的网络。降粘基团、分散基团和乳化基团,可以均匀分散沥青质及其后加入的沥青改性剂B,降低沥青体系粘度,还可用于乳化沥青。附着力基团、相容剂基团,降低沥青与改性剂离析,提高改性沥青与集料附着力。
沥青改性剂A选用超支化聚合物,优选乙烯基POSS、苯乙烯基POSS、超支化聚乙烯亚胺、超支化季铵盐类、超支化聚酯类、超支化聚酰胺类、超支化聚氨基酸类、超支化聚芳烃类、超支化聚氨酯类、超支化多羟基聚胺-酯HP-II、超支化环氧树脂类、超支化聚醚类、超支化聚醚多元醇等,选用其中一种或多种,再在超支化聚合物多臂端基上接枝功能性单体,或把功能性单体加入反应体系内,制成两性离子超支化聚合物、阳离子超支化聚合物、阴离子超支化聚合物、非离子超支化聚合物、两亲性超支化聚合物、降粘分散性超支化聚合物、超支化聚合物固化剂,超支化聚合物附着力促进剂;也可在制造超支化聚合物时把功能性单体加入聚化体系,一次性制成两性离子超支化聚合物、阳离子超支化聚合物、阴离子超支化聚合物、非离子超支化聚合物、两亲性超支化聚合物、降粘分散性超支化聚合物,超支化聚合物固化剂,超支化聚合物附着力促进剂。
沥青改性剂A由超支化聚合物组成,选用两性离子超支化聚合物0-50份、优选2-40份,进一步优选5-20份,进一步优选10份,阳离子超支化聚合物0-50份,优选2-40份,进一步优选5-20份,两亲性超支化聚合物0-50份,优选5-40份,进一步优选10-30份,降粘分散性超支化聚合物1-50份,优选5-40份,进一步优选10-30份,超支化聚合物附着力促进剂0-50份,优选5-40份,进一步优选10-30份,超支化聚合物固化剂0-20份,优选0-15份,进一步优选5-10份,超支化聚合物总组份100份组成;沥青改性剂A优选为前述材料中的一种或多种或全部的混合物。
超支化聚合物为1代至5代,优选3代以上超支化聚合物,再优选支化度超过100个臂的球形聚合物,呈液体或固体(粉体),溶解度低于120℃,三代以上超支化聚合物,由于其多臂端基具有羟基、羧基、羰基、氨基、磷酸酯基、双键基、酰胺基(可以安装所需的功能性端基)等高活性基团,是天然的功能性物质,具有降粘、分散、交联、相容、附着等等功能。
具体地,超支聚合物中阳离子超支化聚合物和两性离子超支化聚合物带有极强正电荷。
沥青改性剂A选用的两性离子超支化聚合物,用作沥青质粒子捕获剂,优选两性离子超支化聚合物中的两性离子超支化聚醚、超支化两性离子型聚丙烯酰胺、两性离子超支化聚碳酸酯、两性离子超支化聚乙二醇、两性离子超支化聚酰胺-胺、两性离子超支化聚酰胺、两性离子超支化聚乙烯亚胺、两性离子超支化聚酯、两性离子氨基超支化聚硅氧烷、两性离子超支化聚甲基丙烯基、两性离子超支化聚酯酰胺、二性离子超支化聚氨基酸。
沥青改性剂A选用的阳离子超支化聚合物,用作沥青质粒子捕获剂,优选端氨基超支化聚合物季胺盐、超支化聚乙烯亚胺、超支化聚酰胺-胺。超支化聚酯季铵盐、超支化阳离子水性聚氨酯、超支化吉米奇。
降粘基团、分散基团和乳化基团选用两亲性超支化聚合物选用两亲性超支化聚合物,用作沥青质分散剂、降粘剂、乳化剂;由水溶性乳化分散单体接枝在超支化聚合物上制成,选用聚醚类、烷基磺酸类、酸酐类、酰胺类、聚磷酸酯类表面活性剂单体,改性超支化聚合物,制成两亲性超支化聚合物;优选丙烯酰胺、烯丙基环氧基聚醚、聚磷酸酯、丙烯酰胺基十六烷磺酸和马来酸酐单体中的至少一种,通过引发剂改性超支化聚合物,制成的两亲性超支化聚合物,可在水性沥青体系中用作乳化剂,在油性体系中用作温拌剂,可降低拌和温度10-20℃;再优选两亲性超支化聚酰胺胺、两亲性端羧基超支化聚酯、聚硅氧烷改性两亲性超支化聚酯、烷基链封端两亲性超支化聚缩水聚合甘油、两亲性超支化聚酯-聚丙烯酸、两亲性超支化聚酰胺酯、两亲性超支化聚磷酸酯中的一种或者多种组合;特别是两亲性脂肪链封端超支化聚磷酸酯、聚硅氧烷改性两亲性超支化聚酯还可用作沥青路面抗剥落剂、沥青乳液消泡剂。
沥青改性剂A选用降粘分散性超支化聚合物,用作沥青体系的降粘、沥青改性剂B组份在沥青体系内的分散,还可乳化沥青;添加降粘分散性超支化聚合物后,可以较大幅度地降低沥青体系的粘度、提高沥青改性剂B组分在沥青体系中的用量,提高沥青体系的物理性能,特别是抗冻柔韧性的有效提升。
沥青改性剂A选用的降粘分散性超支化聚合物,选用超支化聚合物为主链,端基接枝分散剂单体制成;优选乙烯基POSS、苯乙烯基POSS、超支化聚乙烯亚胺、超支化聚酯类、超支化聚酰胺类、超支化聚芳烃类、超支化聚氨酯类、超支化多羟基聚胺-酯HP-II、超支化环氧树脂类、超支化聚醚类、超支化聚醚多元醇等,选用其中一种或多种混合物,再在超支化聚合物端基上接枝分散性单体,优选脂肪酯类或芳香酯类、磷酸酯类分散性单体,再优选丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十二酯、苄基丙烯酸酯、马来酸双十八酯、醋酸乙烯酯、邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯等,制成的降粘剂、分散剂;再优选丙烯酸十八酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸甲酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸月桂酯封端超支化聚合物、丙烯酸十二酯封端超支化聚合物、苄基丙烯酸酯封端超支化聚合物、马来酸双十八酯封端超支化聚合物、醋酸乙烯酯封端超支化聚合物、邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯封端超支化聚合物中的一种或者多种组合物。
超支化聚合物附着力促进剂提供附着力基团和相容剂基团,选用脂肪链封端超支化聚酯磷酸酯、烷基端基超支化聚磷酸酯、超支化芳香族聚酯树脂,丙烯酸端基聚磷酸酯、端羧基超支化聚酯中的一种或者多种的组合物。
通过沥青改性剂A组分把沥青制成动态的均质胶体:首先在沥青中加入沥青改性剂A,通过控温剪切,沥青改性剂A在沥青中很快均匀分散,具有二性离子和阳离子多臂结构的沥青改性剂A组份张开多臂在沥青中形成网络;半固体状沥青质和部分胶质胶束在搅拌剪切中被分解成小粒子,带有强极性负电荷的沥青质小粒子首先被沥青改性剂A组份的二性离子树脂和阳离子树脂上的多臂结构中的正电荷节点捕获,通过离子吸附和氢键结合,附着在沥青改性剂A组份形成的聚合物网络中,少量带弱阴离子的胶质又附着在沥青质及沥青改性剂A组份的二性离子多臂上,同时分散在饱和份、芳香份、部分胶质份的液态连续相中,形成整个沥青体系的动态均质平衡。本团队发现,在沥青质含量较多的沥青体系中,沥青改性剂A组分的作用非常有效,失去负电荷的沥青质重新形成胶束的动能减弱,沥青改性剂A组份由于附着了沥青质小粒子及部分胶质不再快速上浮,沥青体系即使停止搅拌,这个动态均质平衡还能维持24h以上。
完成沥青均质后,再把沥青改性剂B组份加入均质沥青中,通过控温剪切,完成沥青改性。
沥青改性剂B组份由聚合物、交联剂、填料、抗剥落剂、相容剂、耐寒增韧剂、抗氧剂、抗紫外光剂组成;把上述原料混合,加热挤出造粒成塑胶粒子,即为沥青混合料直投式添加剂;还可把上述原料随机混合即为沥青混合料添加剂;还可选用上述全部原料或部分原料分次掺入沥青中,用作沥青混合料添加剂。
根据本发明,沥青改性剂B组份按质量份数计,主要由以下组分构成:聚合物10-100份优选50-90份、抗氧剂0-5份优选1-4份、抗紫外光剂0-5份优选1-4份、耐寒增韧剂0-20份优选3-15份、交联剂1-10份、抗剥落剂1-10、相容剂1-30、填料0-30份优选5-20份,共100份。
沥青改性剂B组分的聚合物包括橡胶(TB)或废橡胶类、热塑性橡胶(TPE)及废热塑性橡胶类、树脂及废树脂类;优选耐寒性的橡胶、热塑性弹性体、高分子量树脂;再优选Tb(脆化温度)在-50℃以下的高耐寒性橡胶、热塑性弹性体、高分子量树脂;再优选硅基橡胶、天然胶(NR)及天然胶改性物、丁笨橡胶(SBR)丁基橡胶(IIR)、乙丙二元或三元橡胶(EPM、EPDM)、顺丁橡胶(BR)、OBC乙烯一辛烯嵌段共聚物弹性体、POE聚烯烃弹性体、APAO无规烯烃共聚物、TPV热塑性硫化橡胶弹性体、TPEE热塑性聚酯弹性体、TPS笨乙烯系热塑性弹性体(SBS、SEBS、SIS、SEPS)、RET三元共聚物弹性体、EMA乙烯-丙烯酸甲酯共聚物弹性体、TPU聚氨酯类弹性体(取Tb低于-60℃段)、PE、EVA(取Tb低于-60℃段)、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚酯或称涤纶)、聚酰胺类(取Tb低于-60℃段)、共聚甲醛、聚苯醛、聚酰胺酰亚胺、聚芳砜、聚醚砜、双醚酐型聚酰亚胺、增韧环氧树脂(取Tb低于-60℃段)等;所述B组分的聚合物还包括增粘树脂:包括萜烯类树脂、松香类树脂、古马龙-茚类树脂、C5-C9树脂、脂环族类(DCPD)树脂;所述B组分的聚合物还包括废塑料树脂橡胶:包括PE、PP、EVA、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯PBT、PET(聚酯或涤纶)、聚酰胺类、共聚甲醛、聚苯醛及天然橡胶、丁笨橡胶(SBR)丁基橡胶(IIR)、乙丙二元或三元橡胶(EPM、EPDM)、顺丁橡胶(BR)等。
沥青改性剂B组分中聚合物是沥青添加剂的主体部分,占B组分的10%-100%,优选50-90%,加入足量的聚合物,聚合物在沥青体系内形成连续相。由于沥青改性剂A组分的超支化聚合物具有降粘、分散作用,经沥青改性剂A组分均质处理后的沥青,沥青改性剂B组分聚合物掺加量相比于普通沥青可以增加一倍,聚合物用量的增加,提高了沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂性能。
沥青改性剂B组分填料包括消石灰、水泥、炭黑、碳纳米管、纳米碳酸钙、硅藻土。
沥青改性剂B组分中交联剂包括硫类、过氧类、丙烯酸类、偶氮类、醛类、其它类,优选对苯醌二肟、无机硫类(如氯化硫磺、二氯化硫、多硫化物等)、硫元素、亚砜类(如氯化亚砜、二甲基亚砜、二苯基亚砜等)、二硫代二吗啉(DTDM)、磺化木质素、三聚硫氰酸、格尼泊素、三烯丙基异氰脲酸酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基苯、过氧化二苯甲酰、三聚甲醛、烷基苯酚甲醛树脂、二叔丁基过氧化己烷(DBPMH)、甲叉双丙烯酰胺、乙酰丙酮钛、异腈酸酯类、异丙醇铝、二乙基二硫代氨基甲酸碲、反式聚辛烯、硅氧烷类(如甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等)、二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、正硅酸甲酯、双丙酮丙烯酰胺、氧化锌、氧化镁中的一种或几种的混合。
沥青改性剂B组分交联剂中还可加入交联引发剂,包括有机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂,优选过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二异丙苯DCP、过氧化二碳酸二环己酯,偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈等。
在交联剂中还可加入交联促进剂,包括秋兰姆类、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)、2-疏基苯并噻唑、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、噻唑、二硫代氨基甲酸盐、次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二乙基二硫代氨基甲酸碲、二苄基二硫代氨基甲酸锌、偶氮系硫化促进剂、噻唑类促进剂、亚磺酰胺类促进剂中的一种或几种的混合。
沥青改性剂B组分抗剥落剂包括岩沥青、湖沥青、硫黄、碳纳米管、纳米ZnO、纳米SiO2、有机硅系防水剂、界面剂(如偶联剂、聚氨酯、聚酯、EVA、环氧树脂等)、聚乙烯、消石灰、金属皂化物、季胺盐表面活性剂、高分子胺类抗剥落剂、高分子非胺类抗剥落剂(磷羟基类有机高分子)、贝洛胺、卡洛胺型抗剥落剂、脂肪酰胺型抗剥落剂、高分子有机盐类抗剥落剂、磷酸脂类抗剥落剂、正多元醇、多聚磷酸复合型抗剥落剂、纤维素类高分子表面活性剂中的一种或几种的混合。或者包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
沥青改性剂B组分相容剂包括糠醛抽出油、植物沥青、芳烃油(芳烃含量≥75%)、环烷油、催化油浆、植物油、橡胶油、地沟油、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、硫磺类交联型稳定剂、马来酸酐接枝聚合物(马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐环氧树脂等)、马来酸酐、羧酸型相容剂、异氰酸酯型相容剂、8-羟基喹啉铝配合物、CBT树脂中的一种或几种的混合。
沥青改性剂B组分耐寒增韧剂包括EVA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物EEA、乙烯丙烯酸丁酯EBA、SAG-002R、含有环氧功能团的乙烯类三元共聚物PTW、聚异戊二烯苯乙烯类、尼龙酸酯类耐寒增塑剂:尼龙酸二异丁酯、尼龙酸二正丁酯、尼龙酸二辛酯等;还有脂肪族二元酸酯类耐寒增塑剂中的一种或几种的混合。
沥青改性剂B组分中抗氧剂选用受阻酚类、芳香胺类和亚磷酸酯类、辅助抗氧剂类;优选2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、二丁基羟基甲苯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三壬基酚苯酯、亚磷酸三苯酯、:二苯胺、对苯二胺、二氢喹啉,辅助抗氧剂优选硫代二丙酸双酯等,它们的一种或多种混合物。
沥青改性剂B组分中抗紫外光剂选用光屏蔽剂类、光吸收剂类;优选炭黑、二氧化钛、氧化锌、紫外线吸收剂UV-1164、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、奥克立林等,它们的一种或多种混合物。
沥青改性剂A组分的均质过程:把沥青改性剂A组分加入热沥青体系中搅拌剪切,沥青被分散成芳香份、饱和份和包含大部分胶质的液体连续相,及其以粒子方式存在于连续相中的沥青质和小部分胶质;沥青改性剂A组分形成网络均匀分散在连续相中,把沥青质和胶质粒子吸附于沥青改性剂A组分的各个网格中,形成保和分、芳香分、大部分胶质、聚合物网络组成的沥青液态胶体的动态均相。沥青改性剂B组分加入沥青体系时,沥青改性剂B组分溶解后形成粒子在芳香份、饱和份内分散,但只与芳香份相容,在芳香份内形成连续相,在饱和份内以粒子方式分布,在胶质份内有少量粒子分布,不与沥青质发生反应。形成连续相的沥青改性剂B组分聚合物在沥青体系内与沥青改性剂A组分网络形成互穿网络,形成粒子分布的沥青改性剂B组分聚合物均匀分布在沥青改性剂A组分的各个网络中。沥青改性剂B组分聚合物内存在有交联剂、引发剂,沥青质、胶质上存在有氨基、羧基、羰基、双键基、醛、萘活性基团,沥青改性剂A组分网络上的多臂端基上有羟基、羧基、羰基、氨基、磷酸酯基、双键基、酰胺基等高活性基团,都有交联能力,通过触发交联反应,沥青改性剂B组分聚合物连续相、粒子相与沥青改性剂A组分网络产生交联,形成二维或三维结构的新网络,沥青改性剂A组分聚合物、沥青改性剂B组分聚合物交联后新网络再与沥青质、胶质交联,在沥青上形成锚着点,这样就形成了包含沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分、沥青的巨大网络,把沥青体系内的芳香份、饱和份和胶质分割成填充相,沥青的流变性受聚合物网络支配。聚合物的不可逆交联网络极大地限制了沥青粒子的流动性,改变了沥青的热塑性性质,赋予沥青体系热固性弹性体的特征。
沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分在沥青体系内的交联,与环氧沥青体系相同,形成不可逆交联网络,限制了沥青粒子的流动性,赋予沥青体系热固性弹性体的特征,提高了沥青体系的稳定性;但不同的是本发明产生的交联网络的主网络是沥青改性剂A组分,沥青改性剂B组分参与交联是一种二维为主三维为副的交联,沥青改性剂B组分接枝在沥青改性剂A组分多臂端基上,形成二维交联;在极端低温环境中,沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分在沥青体系中可以发生伸展与旋转运动,具有变形能力和韧性,所以这种交联网络还提高了沥青混合料的低温抗裂性能。
沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分选用的聚合物的Tb脆化温度全部低于-50℃,沥青改性剂A组分是塑性弹性体,多臂具备柔韧性,其Tb温度普遍低于-70℃,所制成的沥青混合料改性剂在-40℃工作环境中,有足够的低温柔韧性。
在所述沥青体系中,沥青量一定时,当沥青改性剂B组分用量增加时,沥青的热稳定性和低温抗裂性同时提高,在现有改性技术中,热稳定性提高幅度很大,其最大提高幅度可以达到国标的10倍之多,但低温抗裂性能提高幅度较少。本发明中由于沥青改性剂A组分的降粘、分散能力,可以在沥青体系中加入更多的沥青改性剂B组分;本发明采用加入过量沥青改性剂B组分来提高沥青体系的热稳定性性能,当热稳定性指标达到国标数倍时,在沥青体系内加入耐寒增韧剂,耐寒增韧剂的加入,使改性沥青的热稳定性能降低,但耐低温抗裂性能增加,不断加入不断测定低温开裂数据,高温稳定性数据,当沥青体系的高低温性能都达到要求,即是平衡点,就是沥青改性剂B组分和耐寒增韧剂的最佳用量。可用所有热稳定性指标来调整平衡点,优选135℃运动粘度、动稳定度、车辙因子。
在本发明的一个实施例中,向沥青改性剂A组分改性沥青体系中加入过量沥青改性剂B组分,使135℃运动粘度超过5-8MPa,再向沥青体系内加入耐寒增韧剂,调整135℃运动粘度回落到5MPa以下,不断测定低温开裂数据、高温稳定度数据,当沥青体系的高低温性能达到新平衡后,即是沥青改性剂B组分和耐寒增韧剂的最佳配比。
沥青改性剂B组分耐寒增韧剂,优选尼龙酸酯类增塑剂、用量是沥青质量的1%-5%,加入耐寒增韧剂本发明的沥青混合料就可在-40℃环境中正常工作。
所述超支化聚合物多臂端基上的活性基团具有高附着力功能,沥青改性剂A组分中的二亲性超支化聚合物及两亲性脂肪酸封端超支化聚磷酸酯,具备更高的附着能力,配合沥青改性剂B组分中的偶联剂具有较强的抗水损剥落效果。
本发明所述的改性沥青在沥青混合料中的应用:把改性沥青加入集料中制成沥青混合料;当沥青改性剂A加沥青改性剂B用量少于沥青用量15%时,用于生产普通沥青混合料,当沥青改性剂A加沥青改性剂B用量是沥青用量15%-20%时,用于生产高粘高弹高模量沥青混合料,当沥青改性剂A加沥青改性剂B用量是沥青用量20%-30%时,用于生产高耐寒同时高耐热沥青混合料。
实施例1:超支化聚合物A组分在沥青体系内的改性作用。
从网上购入二亲性超支化聚醚巴斯夫润湿剂WE 3323标记为a,即为沥青改性剂A中的两亲性超支化聚合物;从威海晨源分子新材料有限公司购入二性离子超支化树枝状吸附剂CYD-D040标记为b,即为沥青改性剂A中的两性离子超支化聚合物、聚烯烃长链型超支化聚合物分散型增韧剂CYD-6000标记为c、聚烯烃专用树枝状润滑剂CYD-P214标记为d、丙烯酸封端超支化聚合物附着力促进剂CYD-T56标记为e,即为沥青改性剂A中的超支化聚合物附着力促进剂、双键封端超支化聚酯H20P标记为f、树枝状塑料脱模剂CYD-816A标记为g,从郑州易和精细化学品有限公司购入超支化乳化润湿分散剂31818标记为h、超支化吉米奇(Gemini)季铵盐AG-166标记为i,即为沥青改性剂A中的阳离子超支化聚合物。
实验如下:S11、把上述超支化聚合物成份组合成5组分制成A,记为A1、A2、A3、A4、A5如下表:
A组分的成份组成表
上述成份组合,只是本发明的一种成份组成和成份组合方法。把各成份常温混合搅拌制成A1、A2、A3、A4、A5分别用作沥青改性剂A组分,沥青改性剂A组分是粘状液体,粘度(25℃)约1200cp,内有少许聚合物固体粿粒。从A1-A5,沥青改性剂A组分中阳离子含量逐步增加,降粘能力逐步增加,附着力逐步减少,A1适用于软质沥青,逐步加硬,A5适用于硬质沥青。本实施例取沥青改性剂A组分中A3为沥青改性剂,对ESSO70#沥青进行改性,步骤如下:
S12、实验仪器的准备,准备600mL烧杯,1000mL烧杯,搅拌棒,各五套,烘箱,保温炉和电子天平(精确到0.01g)一套,美国Brookfield的DV-2型旋转粘度仪一套,针入度仪一套、SYD-2806G软化度仪一套、SYD-4508C沥青延度试验器一套;
S13、在五个600ml烧杯中各称量300g加热至160℃的AH70#沥青。所有样品置于160℃~165℃的保温炉内,分别加入3g、6g、9g、12g、15gA3组分,掺量1%~5%,掺量间隔为1%,加入过程中,快速而均匀地搅拌剪切,加入完成后继续搅拌剪切30分钟,使其充分熔化并均匀分布于沥青中;
S14、改性沥青的粘温特性:
按照T0625-2011试验方法测试改性沥青粘度,本发明采用A3改性ESSO70#沥青(以下简称ES),不同剂量的A3组分添加剂对ES沥青粘度的影响见下表。
A3掺量对ES沥青粘度的影响表
粘温曲线在100℃时出现了转折点。在小于转折点温度时,粘度随着添加剂剂量的增加而逐渐增大,这证明A3在160℃沥青内形成网络后,其活性端基与沥青活性基团产生反应,由于均匀分布于体系内的超支化聚合物端基上分布反应活性极高的羟基、羧基、羰基、氨基、磷酸酯基、双键基等,这些活性基团能够与沥青上的活性基团在高温搅拌中产生局部交联。当温度大于转折点时,粘度随着添加剂剂量的增加粘度减小,温度150℃时,在沥青中掺入3%A3,沥青粘度降低60%,掺入5%A3,沥青粘度降低95%。
由粘温特性表可知,随着A3剂量的增大,拌和温度与碾压温度逐渐降低,当A3的剂量升高到3%时,拌和温度和碾压温度以最大值降低,当剂量达到4%时,降温幅度减少,因此推荐A3的剂量为3%左右;A3的剂量为3%时,拌和温度为145℃,碾压温度为135℃,相对于原沥青降温效果明显。
S15、沥青改性剂A组分改性ES沥青三大指标测定:
3%A3组分改性ESSO70#沥青三大指标表
实施例2:3%A3改性ESSO70#沥青制备超支化改性沥青胶结料
超支化聚合物改性沥青可以独立应用于沥青混合料,用作沥青路面,防水材料等,这种沥青路面除了弹性恢复率不足外,其它性能都能达到国家标准,特别是抗低温开裂能力十分特出,其制备方法如下:
S21、将计量好的97份ESSO70#沥青加入到溶解罐内,加热到180℃,熔化后,保温5min,除去沥青中残余的水分,再向体系中加入3份A3,搅拌10min后专入3000r/min搅拌剪切30分钟,使A3均匀分散在沥青中,降温至160℃,发育1h,使A3的活性端基与沥青活性基团反应,部份交联后得到改性沥青S21。
S22:对制得的改性沥青性能进行低温性能测试:本发明的A3改性沥青样品经过短期旋转薄膜加热老化后再用PAV长期压力老化,老化温度100度,再用沥青弯曲梁流变仪BBR测试沥青的低温性能。
SBS-ES是指4.5%SBS改性ESSO70#沥青,A3-ES是指3%A3改性ESSO70#沥青,数据表明,本发明提供的3%A3改性ESSO70#沥青,在-34℃环境中具有低温柔韧性。
实施例3:B组分沥青改性剂的制造:
S31、通过如[0047]所述的大量实验,选取B组分配方如下:用于开级配磨耗层(0GFC)或高粘高弹性沥青混合料的B组分沥青改性剂,本发明称为B1;用于沥青玛蹄脂SMA的B组分沥青改性剂,本发明称为B2;用于普通沥青道路AC、ATB的B组分沥青改性剂,称为B3,用于道路旧料回收热拌再生的B组分沥青改性剂,称为B4,用于橡胶沥青混合料ARAC的B组分沥青改性剂,称为B5,用于抗高温车辙抗低温开裂的沥青混合料B组分沥青改性剂,称为B6。
B组分的成份组成表
S32、B6适用于所有沥青混合料种类,所以本实施例用B6改性A3-ESSO70#沥青。各组分原料配比。
S321、B6组分成份的第一组物料配比为SBR(粉)10份;SEBS-g-MAH(美国科腾FG1901G)15份;RET10份;废树脂混合物40份,其中废塑料36份,ELevast聚合物改性剂4份;相容剂12.5份,其中植物沥青8份,氨基硅油0.5份,CBT树脂4份;抗剥落剂3.5份,其中异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯(KR-38S)2份,硅烷偶联剂(KH-560)1.5份;耐寒增韧剂尼龙酸二辛酯4份,马来酸酐4.5份,DCP0.5份,合计100份。
S322、B6组分成份的第二种配比为SBR(粉)10份;SBS15份;RET10份;废树脂混合物30份:其中废塑料27份,ELevast聚合物改性剂3份;30-60目废橡胶粉5份;相容剂12份:其中精练地沟油11份,氨基硅油1份;抗剥落剂3份:其中异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯(KR-38S)2份,硅烷偶联剂(KH-560)1份;抗氧剂2份:其中受阻胺类抗氧剂1010、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯各1份;抗紫外光剂2份,其中2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑(紫外线吸收剂UV-P)1.7份,紫外线吸收剂UV-1164-0.3份;耐寒增韧剂尼龙酸二辛酯5份;交联剂5份,其中反式聚辛烯4份.硫粉1份。合计100份。
S33、本发明沥青混合料添加剂的加工工艺,包括如下步骤:
S331、把第一组物料按配比称取,投入拌和机混合均匀;
S332、开启螺杆挤出机的温度控制***;
S333、将混合均匀后的物料加入螺杆挤出机中,经混炼、挤出得圆柱条状半成品,再进行常温水浴冷却、切割,即得所述B6-1沥青混合料添加剂。所述温度控制***中,一区加热温度为120~130℃,二区加热温度为140~150℃,三区加热温度160~170℃,四区加热温度为180~195℃,五区190-180℃,六区170-160。螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机,长径比为30:1~40:1;螺杆转速为30~250r/min。
S341、称取第二组物料中SBR(粉)10份、SBS15份、废橡胶粉10份;反式聚辛烯3份、地沟油4份,投入拌和机混合均匀;
S342、开启螺杆挤出机的温度控制***;
S343、将混合均匀后的物料加入螺杆挤出机中,混炼;
S344、第四区加入第二组余下所有物料,经温炼,挤出得圆柱条状半成品,再进行常温水浴冷却、切割,即得所述B6-2沥青混合料添加剂。所述温度控制***中,一区加热温度为120~130℃,二区加热温度为140~150℃,三区加热温度160~170℃,四区加热温度为170~180℃,五区170-160℃,六区160-150℃。螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机,长径比为20:1~40:1;螺杆转速为30~150r/min。
由此制得B组分的二种沥青添加剂B6-1、B6-2。
实施例4:沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分协同改性沥青的制备
S41、取实施例2中S21制成的沥青改性剂A组分改性沥青90份,加入到溶解罐内加热到190℃,熔化后,搅拌保温5min,再向体系中加入10份B6-1,熔化后搅拌10min,转入180℃3000r/min高速剪切30分钟,使B6-1均匀分散在沥青中,降温至160℃,低速搅拌1h,发育30分钟,使沥青改性剂A组分活性端基与B6-1活性基团反应,部份交联后得到沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青S41。
S42、取实施例2中S21制成的沥青改性剂A组分改性沥青75份,加入到溶解罐内加热到190℃,熔化后,搅拌保温5min,再向体系中加入25份B6-1,熔化后搅拌10min,转入180℃3000r/min高速剪切30分钟,使B6-1均匀分散在沥青中,降温至160℃,低速搅拌1h,发育30分钟,使沥青改性剂A组分活性端基与B6-1活性基团反应,部份交联后得到沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青S42。
S43、取实施例2中S21制成的沥青改性剂A组分改性沥青85份,加入到溶解罐内加热到180℃,熔化后,搅拌保温5min,再向体系中加入15份B6-2,熔化后搅拌10min,转入180℃3000r/min高速剪切30分钟,使B6-2均匀分散在沥青中,降温至160℃,低速搅拌1h,发育30分钟,使沥青改性剂A组分活性端基与B6-2活性基团反应,部份交联后得到沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青S43。
S44、取实施例2中S21制成的沥青改性剂A组分改性沥青70份,加入到溶解罐内加热到180℃,熔化后,搅拌保温5min,再向体系中加入30份B6-2,熔化后搅拌10min,转入180℃3000r/min高速剪切30分钟,使B6-2均匀分散在沥青中,降温至160℃,低速搅拌1h,发育30分钟,使沥青改性剂A组分活性端基与B6-2活性基团反应,部份交联后得到沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青S44。
S45、沥青改性剂A、沥青改性剂B组分协同改性沥青性能测试:为评定改性沥青工程上的路用性能,本发明测试了沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青性能栺标,以评定S41、S42、S43、S44工程适用性能。如下表。
沥青改性剂A、沥青改性剂B组分改性沥青性能测试表
实施例5、沥青改性剂A组分、沥青改性剂B组分改性沥青混合料的制备
把实施例4所得S41、S43改性沥青用来制备普通沥青混合料,用于AC类、再生类沥青混合料,本实施例选用于制备AC-16级配沥青混合料;把S42、S44改性沥青用来制备高粘沥青混合料,用于SMA、OGFC面层沥青混合料,本实施例用于制备大空隙率OGFC-13开级配排水式沥青磨耗层。
S51、通过马歇尔试验,制作马歇尔试件,测试试件密度、孔隙率、稳定度、流度、矿料间隙率VMA,沥青饱和度VFA,确定矿料级配、确定最佳沥青用量;本实施例中AC-16级配沥青混合料的最佳沥青用量5.3份、粗集料51份、细集料43.8份、矿粉加消石灰5.2份;大空隙排水沥青混合料OGFC-13试验后配比为:最佳沥青用量4.76份、粗集料81.5份、细集料15.5、矿粉加消石灰3份,设计空隙率20%,测定19.8%。
S52、AC-16沥青混合料制备:第一步把计量的4.85份S41改性沥青加热溶解后,升温至180℃备用;第二步将AC-16级配的粗集料、细集料、矿粉和消石灰投加到搅拌器中干拌混合,升温到180-185℃,喷入第一步制备的S41改性沥青,搅拌后制成AC-16沥青混合料S52。
S53、AC-16沥青混合料制备:第一步把计量的4.85份S43改性沥青加热溶解后,升温至180℃备用;第二步将AC-16级配的粗集料、细集料、矿粉和消石灰投加到搅拌器中干拌混合,升温到180-185℃,喷入第一步制备的S43改性沥青,搅拌后制成AC-16沥青混合料S53。
S54、OGFC-13沥青混合料制备:第一步把计量的4.76份S42改性沥青加热溶解后,升温至180-185℃备用;第二步将OGFC-13级配的粗集料、细集料、矿粉和消石灰投加到搅拌器中干拌混合,升温到190-195℃,喷入第一步制备的S42改性沥青,搅拌后制成OGFC-13沥青混合料S54。
S55、OGFC-13沥青混合料制备:第一步把计量的4.86份S44改性沥青加热溶解后,升温至180-185℃备用;第二步将OGFC-13级配的粗集料、细集料、矿粉和消石灰投加到搅拌器中干拌混合,升温到190-195℃,喷入第一步制备的S44改性沥青,搅拌后制成OGFC-13沥青混合料S55。
S56、制成的混合料性能检测:为评定S41、S42、S43、S44改性沥青所制备的AC-16沥青混合料、OGFC-13沥青混合料在工程上的适用性能,对AC-16沥青混合料、OGFC-13沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、抗疲劳性进行测定,如下表。
由于OGFC-13沥青混合料孔隙率大,高低温强度性能比普通的AC-16沥青混合料有较大下降,但已经足以适应使用要求。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种沥青改性剂,其特征在于:由能在沥青胶体内形成聚合物网络的超支化聚合物组成,所述超支化聚合物包括两性离子超支化聚合物0-50份、阳离子超支化聚合物0-50份、两亲性超支化聚合物0-50份、降粘分散性超支化聚合物1-50份、超支化聚合物附着力促进剂0-50份和超支化聚合物固化剂0-20份,所述超支化聚合物总组份100份组成。
2.根据权利要求1所述的沥青改性剂,其特征在于:所述超支聚合物中阳离子超支化聚合物和两性离子超支化聚合物带有极强正电荷,所述阳离子超支化聚合物包括端氨基超支化聚合物季胺盐、超支化聚乙烯亚胺、超支化聚酰胺-胺、超支化聚酯季铵盐、超支化阳离子水性聚氨酯、超支化吉米奇中的一种或者多种的组合;所述两性离子超支化聚合物包括两性离子超支化聚醚、超支化两性离子型聚丙烯酰胺、两性离子超支化聚碳酸酯、两性离子超支化聚乙二醇、两性离子超支化聚酰胺-胺、两性离子超支化聚酰胺、两性离子超支化聚乙烯亚胺、两性离子超支化聚酯、两性离子氨基超支化聚硅氧烷、两性离子超支化聚甲基丙烯基、两性离子超支化聚酯酰胺、两性离子超支化聚氨基酸。
3.根据权利要求1所述的沥青改性剂,其特征在于:所述两亲性超支化聚合物,包括两亲性超支化聚酰胺胺、两亲性端羧基超支化聚酯、聚硅氧烷改性两亲性超支化聚酯、烷基链封端两亲性超支化聚缩水聚合甘油、两亲性超支化聚酯-聚丙烯酸、两亲性超支化聚酰胺酯、两亲性超支化聚磷酸酯中的一种或者多种的组合物;
和/或降粘分散性超支聚合物,包括丙烯酸十八酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸甲酯封端超支化聚合物、甲基丙烯酸月桂酯封端超支化聚合物、丙烯酸十二酯封端超支化聚合物、苄基丙烯酸酯封端超支化聚合物、马来酸双十八酯封端超支化聚合物、醋酸乙烯酯封端超支化聚合物、邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯封端超支化聚合物中的一种或者多种的组合物。
4.根据权利要求1所述的沥青改性剂,其特征在于:所述超支化聚合物附着力促进剂,选用脂肪链封端超支化聚酯磷酸酯、烷基端基超支化聚磷酸酯、超支化芳香族聚酯树脂,丙烯酸端基聚磷酸酯、端羧基超支化聚酯中的一种或者多种的组合物。
5.一种改性沥青,其特征在于:按照质量份数计算,包括沥青100份,权利要求1-4任一项所述的沥青改性剂0.1-30份,还包括沥青改性剂B2-50份;
所述沥青改性剂B,按照质量份数计算,包括聚合物50-90份,交联剂1-10份,填料0-30份,抗剥落剂1-10份、相容剂1-30份、耐寒增韧剂0-20份、抗氧剂0-5份、抗紫外光剂0-5份,合计100份组成。
6.根据权利要求5所述的改性沥青,其特征在于:所述聚合物包括选用Tb(脆化温度)在-50℃以下的高耐寒性橡胶、热塑性弹性体、高分子量树脂;所述聚合物是该沥青改性剂的主体部分,该沥青改性剂质量份数的10%-100%。
7.一种改性沥青的制造方法,其特征在于:将权利要求1-4所述的沥青改性剂记为沥青改性剂A,包括以下步骤:
S1、将沥青改性剂A加入至热沥青中,然后控温剪切成沥青动态均质胶体,沥青改性剂A在沥青动态均质胶体中形成均匀的聚合物网络,固定住沥青质粒子;
S2、采用权利要求5或6中的沥青改性剂B加入至上述的沥青动态均质胶体中,剪切搅拌使其在沥青中形成聚合物连续相,该连续相穿过步骤S1中形成的聚合物网络,相互交叉,并最终得到具有二维或者三维结构新网络的改性沥青。
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