本发明属于道路工程材料和环境保护技术领域，涉及一种高性能复合改性沥青及其制备方法。
背景技术：
石油沥青被广泛应用在交通运输业、建筑业、工业等各领域，石油沥青存在如高温易软化，低温易脆裂，耐老化、抗疲劳等性能不太理想等缺陷，因此，添加改性剂来改善沥青性能是十分有效的途径。
目前，常用的沥青改性剂是sbs，但是sbs的掺量要达到一定的程度才会有较好的改性效果，从而需要的添加量大，导致sbs改性沥青成本较高。其次sbs对设备和改性工艺的要求较高，其核心设备胶体磨的专利技术被国外厂家所垄断，导致不仅设备价格高，而且设备的后期维护成本也昂贵。再次，sbs改性沥青的加工温度高、加工时间长，大量的能耗也导致sbs改性沥青的改性成本居高不下。同时，因为sbs改性沥青属于物理改性，容易发生离析现象，导致sbs改性沥青的储存稳定性较差，加上设备及加工工艺的限制，很多沥青混合料生产企业的不能自行生产，需要在特定的sbs生产企业购买，而施工企业与sbs生产企业的距离太远，会导致最终sbs改性沥青经过长途运输后性能大幅衰减。
聚磷酸改性量在国内的研究较多，聚磷酸改性沥青具有良好的储存稳定性和高温稳定性，但是大量研究表明，聚磷酸改性沥青会使沥青提前老化，会在一定程度上降低沥青的低温性能，尤其是低温延度。
如何在提高改性沥青高温性能的同时，维持或提高改性沥青的低温性能一直是研究的热点问题。如将聚磷酸加入sbs改性沥青体系研究比较多，用廉价的聚磷酸取代部分sbs，适当降低改性成本，但是现有技术中没有从根本上改变sbs改性沥青对设备和加工工艺的限制，产品性能也没有明显的变化，成本降低非常有限。因此没有受到客户的认可，仍然停留在研究阶段。
为了提高沥青路面的路面性能，在沥青混合料生产过程中，常添加各种添加剂如抗车辙剂等，通过与集料之间的机械拌和，部分熔融于集料表面，对集料进行预改性，从而提高集料的粘结性，使沥青的软化点提高、黏度增大、温度敏感性降低。但从改性沥青的角度，这些添加剂难以在沥青中分散均匀，容易结团，且在运输途中和储存过程中会出现改性剂与沥青的分层离析，导致改性沥青的性能迅速衰减，使改性沥青的三大指标和低温性能不能满足道路技术要求。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高性能复合改性沥青及其制备方法，加工工艺简单、加工温度低、加工时间短、可在任意拌合站生产、同时高温性能达到甚至超过添加抗车辙剂的指标，低温性能达到甚至优于sbs改性沥青。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高性能复合改性沥青，它由以下重量比的组分组成：a组分80～95份，b组分5～20份，其中a组分由以下重量份的组分组成：基质沥青79.8～94.8份，聚磷酸0.2～2.5份；b组分由以下重量份的组分组成：再生聚乙烯蜡1～10份，岩沥青0～8份，填料0.1～5份，橡胶0.5～8份，抽出油0～5份。
进一步地，所述聚磷酸中的磷酸含量≥95％。
进一步地，所述再生聚乙烯蜡为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯的一种或两种的混合物裂解后的产品，熔点为100～160℃。
进一步地，所述岩沥青为天然岩沥青。
进一步地，所述填料为炭黑、碳酸钙中的一种或两种的混合物。
进一步地，所述橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶或40目以上的废旧橡胶粉中的一种或多种的混合物。
另一方面，本发明的一种高性能复合改性沥青的制备方法，该制备方法各组分按照按前述的重量份备料，分别制备a组分和b组分，然后将b组分加入到完成化学改性的a组分中，充分搅拌1～4h，得到所述的高性能复合改性沥青；所述a组分的制备方法为：将基质沥青在130～165℃温度下加热熔化，在搅拌条件下加入聚磷酸进行化学反应10～60min；所述b组分的制备方法为将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油配比后同时加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。
进一步地，a组分中加入聚磷酸时的搅拌速度为200～300r/min。
进一步地，将b组分加入到完成化学改性的a组分中充分搅拌的拌速度为200～300r/min。
本发明制备的改性沥青可立即使用，也可冷却长期储存，使用时需加热至130℃以上，搅拌均匀后使用。本发明通过a组分与b组分的分开加工，化学改性、物理改性和特殊的加工工艺条件的控制，使沥青改性工艺变得简单易行，加工成本显著降低，改性沥青的高温性能显著提高，有效提高道路材料的使用性能和耐久性能。
本发明中，制备a组分时，可在短时间内用聚磷酸对沥青进行化学改性，形成稳定的溶胶-凝胶结构，不至于导致沥青的过度老化。b组分达到对聚合物材料橡胶添加剂的均匀分散和预改性，消除聚合物材料在沥青中普遍存在的离析现象，避免了聚合物改性沥青所需要的高温剪切和长时间溶胀过程。本发明通过所述化学改性、物理改性和加工工艺条件的控制，获得的高性能复合改性沥青的软化点＞70℃，25℃针入度为40～60/0.1mm，10℃延度＞50cm，改性沥青混合料动稳定度＞8000次/mm，低温弯曲应变＞2500uε。本发明方法工艺简单，不需要胶体磨，而且加工温度低、加工时间短、可在任意拌合站生产，充分利用各组分的优势，显著降低道路沥青的改性成本。
与现有技术相比，本发明所产生的有益效果如下。
(1)本发明在a组分中，首先利用聚磷酸对沥青进行化学改性，通过聚磷酸与沥青中的活性官能团之间发生反应生成新的化学键或化学基团，改变沥青的活性、分子链形式及沥青的分子量等，从而从根本上改变沥青的技术性能。通过严格控制化学反应的时间，在短时间内用聚磷酸对沥青进行化学改性，形成稳定的溶胶-凝胶结构，同时不至于长时间反应导致沥青的过度老化。在b组分中充分利用聚乙烯蜡优良的耐热性、耐化学性和耐磨性、优良的外部润滑性和较强的内部润滑作用，从而改善其它聚合物添加剂和填料的分散性。通过聚乙烯蜡对岩沥青、填料、橡胶等进行预改性，使复合改性剂在沥青中能稳定存在，不会发生离析现象。
(2)在b组分的预改性过程中，利用双螺杆挤出机对少量的橡胶类物质进行剪切分散，冷却成型，加工量显著降低、加工时间大幅缩短。从而避免传统sbs改性沥青过程中，需要对加入了sbs改性剂的大量沥青体系在高温下通过胶体磨剪切和长时间的溶胀发育过程，不仅降低能耗，节约能源，同时大幅缩短改性沥青的加工周期。
(3)本发明通过前期a、b组分的分开加工，后期混合的加工工艺，使沥青改性工艺变得简单，两个组分的加工可以分开进行。a组分的加工比较容易，同时加工时间很短，在普通沥青储罐上就能进行；b组分加工量少，可以制成产品存放，随用随取，改性工艺非常灵活。同时，a组分与b组分混合工艺简单，仅需要普通搅拌或体系内循环就可以实现，在普通沥青混合料拌合站就可实施，并且操作温度与基质沥青相当，从而避免聚合物改性沥青生产需要大量的基建、设备、热源等投资，使用范围大幅扩大。
(4)本发明所述的改性沥青制备过程中，加工温度仅有130-165℃，与基质沥青的使用温度相当，远低于常规的聚合物改性沥青的180-200℃，可以大幅节约能源消耗，是一种环境友好的改性技术。
(5)本发明获得的高性能复合改性沥青从沥青指标上看，达到或超过了sbs改性沥青的基础指标，软化点＞70℃，25℃针入度为40～60/0.1mm，10℃延度＞50cm；从改性沥青混合料的指标上看，达到或超过了添加抗车辙剂等的路用性能指标，动稳定度＞8000次/mm，低温弯曲应变＞2500uε，获得了聚合物改性沥青和抗车辙剂改性沥青混合料的双重改性的目的。
本发明充分利用各组分的物理、化学特性及特殊的加工工艺控制条件，充分发挥了各组分的优势，同时避免了各组分单独使用时存在的问题，获得了高低温性能优异的改性沥青。该方法生产工艺简单、生产温度低、能耗和生产成本显著下降，非常适合非批次大规模的公路工程。
具体实施方式
本发明提供了一种高性能复合改性沥青及其制备方法，为了使本发明的目的、技术方案、以及优点更清楚、明确，以下将结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但不限于实施例。
实施例1
按照下述重量称取所用原料：基质沥青82份、聚磷酸1.5份、再生聚乙烯蜡3份、岩沥青2份、碳酸钙1.5份、粉末丁苯橡胶8份、抽出油2份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在160℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌30min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到160℃下的a组分中，在250r/min条件下搅拌4h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例2
按照下述重量称取所用原料：基质沥青86.5份、聚磷酸0.5份、再生聚乙烯蜡3份、岩沥青3份、炭黑2份、天然橡胶1份、抽出油4份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在130℃下加热熔化，加入聚磷酸在200r/min条件下搅拌1h，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到130℃下的a组分中，在200r/min条件下搅拌2h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例3
按照下述重量称取所用原料：基质沥青80份、聚磷酸1.5份、再生聚乙烯蜡10份、岩沥青1份、炭黑4份、氯丁橡胶2份、抽出油1.5份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在165℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌20min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到165℃下的a组分中，在250r/min条件下搅拌3h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例4
按照下述重量称取所用原料：基质沥青82.9份、聚磷酸2份、再生聚乙烯蜡1份、岩沥青8份、碳酸钙0.1份、粉末丁苯橡胶1份、抽出油5份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在140℃下加热熔化，加入聚磷酸在300r/min条件下搅拌40min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到140℃下的a组分中，在300r/min条件下搅拌1h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例5
按照下述重量称取所用原料：基质沥青89份、聚磷酸0.5份、再生聚乙烯蜡4份、岩沥青3份、碳酸钙2份、粉末丁苯橡0.5份、抽出油1份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在140℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌10min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到140℃下的a组分中，在250r/min条件下搅拌3h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例6
按照下述重量称取所用原料：基质沥青87份、聚磷酸2.5份、再生聚乙烯蜡1份、岩沥青1份、炭黑0.5份、氯丁橡胶6份、抽出油2份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在150℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌60min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到150℃下的a组分中，在250r/min条件下搅拌3.5h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例7
按照下述重量称取所用原料：基质沥青94.8份、聚磷酸0.2份、再生聚乙烯蜡2.5份、炭黑1份、40目橡胶粉1.5份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在150℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌20min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、填料、橡胶等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到150℃下的a组分中，在250r/min条件下搅拌2h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
实施例8
按照下述重量称取所用原料：基质沥青83份、聚磷酸1份、再生聚乙烯蜡3.5份、岩沥青1.5份、碳酸钙5份、天然橡胶2份、抽出油4份。
采用如下步骤制备改性沥青：1)a组分的制备方法：将基质沥青在150℃下加热熔化，加入聚磷酸在250r/min条件下搅拌20min，完成化学改性。2)b组分的制备方法：将再生聚乙烯蜡、岩沥青、填料、橡胶、抽出油等按照一定的配方加入双螺杆挤出机，经过螺杆挤出机混合、加热、剪切、成型、切粒工序制备成复合改性剂颗粒。3)将b组分加入到150℃下的a组分中，在300r/min条件下搅拌2h，得到所述的高性能复合改性沥青。
制备得到的改性沥青的技术指标见表1所示。
表1实施例1-8制备得到的改性沥青各项指标
从表1中可以看出，每个实施例制备得到的高性能复合改性沥青的软化点都在70℃以上，动稳定度＞8000次/mm，低温弯曲应变＞2500uε，说明其高低温性能均比较优秀。
综上所述，本发明配方灵活多变，能适应各种条件要求，可根据使用条件如气候，轴载，交通量等的特殊要求定制相应的改性沥青。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。