一种复合天然岩沥青改性剂、制备方法及应用与流程

本发明属于沥青改性技术领域，尤其涉及一种复合天然岩沥青改性剂及其制备方法和应用。

背景技术：

目前，随着我国经济快速发展，交通建设日新月异，以提高沥青路面使用性能为目的的改性沥青技术被人们越来越重视。当前，我国道路建设中除了常规使用的聚合物化学沥青改性剂外，天然沥青凭借其良好的路用性能也在部分道路工程进行使用，如2009年北京长安街大修中使用了特立尼达和多巴哥湖沥青和印尼布敦岩沥青。岩沥青作为天然沥青的一种，是石油类矿物在长期的地质作用下，经过高温、高压、氧化、触媒等复杂的物理化学作用后，形成的沥青类产物。天然岩沥青的适用种类繁多，从四川青川岩沥青、新疆岩沥青种类到适用印度尼西亚布敦岩沥青、中东伊朗岩沥青、北美岩沥青和东欧阿尔巴尼亚岩沥青等等。不同产地的天然岩沥青品质不一、规范标准也不尽相同，不同种类的岩沥青成分和性能存在较大差异，因此，科学规范不同种类的天然岩沥青技术对于道路工程建设至关重要。

目前，为普及天然沥青的工程技术应用，国家交通主管部门及个地方交通机构相继颁布了天然沥青的行业及地方标准。但不同种类的天然沥青品质存在差异，技术性能和施工工艺也不尽相同，以至天然沥青推广前景广阔但实际工程应用十分有限。例如，布敦岩沥青，灰分高达70％以上，有效沥青含量偏低，工程使用时的添加比例大，常规使用比例占沥青混合料总质量的3％～5％，不仅生产运输困难，生产投放也对沥青混合料的制备造成诸多不变。具体性能而言，布敦岩沥青的软化点偏低，导致其高温稳定性能也较差。布敦岩沥青矿石的沥青含量在20％～25％不等，粒径、含水率等指标也和加工工艺息息相关，这些宽泛的理化指也会对布敦岩沥青的工程应用造成影响。另外，伊朗岩沥青的灰分虽然较低，沥青含量较高，很多厂家认为通过“湿法”改性工艺可以提高产品的附加值，但由于伊朗岩沥青中的大量的固定碳以及硫含量，导致其并不能完全溶解，这样不仅制备成本很高，对伊朗岩沥青的改性效果也产生了影响。所以，规范天然沥青的工程技术对于其推广应用具有重要意义。

由于布敦岩沥青高灰分及伊朗岩沥青高含硫等自然属性，两种岩沥青在工程使用中受到技术限制，很难充分发挥各自的技术优势。因此提供一种高性能稳定型天然岩沥青改性材料是本领域技术人员需要解决的问题。布敦岩沥青和伊朗岩沥青均属沥青类物质，均是一种不可再生的石油资源，不能充分使用也是对资源的一种浪费。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)天然岩沥青的理化指标难统一。天然岩沥青由于收到产地的自然环境影响，不同矿区的沥青矿石指标存在差别。如矿石的沥青含量、灰分、硫化物含量等指标存在较大差别，这一差异将导致其在工程应用过程的质量控制困难，技术效果也均不相同。

(2)天然岩沥青改性沥青混合料的高温抗车辙性能收到限制。其中布敦岩沥青矿石的灰分较高，伊朗岩沥青中硫化物含量比例大，大比例使用会对沥青混合料产生低温开裂、水损病害等问题。但是，掺加比例偏低时，两种天然岩沥青改性沥青混合的高温抗车辙效果较差，不能充分发挥其高温抗车辙性能。

(3)一些学者提出，将pe、胶粉、石油树脂等化工材料与天然岩沥青进行复合改性以可提高其技术性能，但化工材料与天然岩沥青的化学结构明显不同，相互之间配伍性差，其复合材料很难均匀融合，容易产生离析分层，进而造成改性效果不稳定等问题。

解决上述技术问题的难度：

1、天然岩沥青的规格指标难以统一。天然岩沥青形成过程中受到不同自然环境影响，其物化指标存在一定的差异，这一自然属性的差别难以在认为加工过程中量化。

2、工程技术规范对于天然岩沥青的使用具有约束作用。由于天然岩沥青的矿物品质相对固定，改变天然岩沥青在沥青混合料中的添加比例在一定程度上可以改善某方面性能，但同时对其他方面的性能也容易产生影响而不满足规范技术要求。

3、常规化学改性材料难以和天然岩沥青复合使用。化工材料与天然岩沥青具有明显的化学结构差异，相互之间难以有效融合，易造成分层、离析，进而造成性质不易稳定等问题。

解决上述技术问题的意义：本发明基于相似相容原理、结合不同天然岩沥青的技术特性，本发明一种品质稳定、性能优异的复合天然岩沥青改性材料，拓展了沥青改性行业的材料选择及技术应用。本发明转变单一天然岩沥青作为改性剂的技术思维，通过多种天然岩沥青相互融合，提升天然岩沥青材料的综合改性效果，对于解决天然岩沥青在高温抗车辙、低温抗开裂及水稳定性能等不足的问题，提高天然岩沥青在我国沥青公路建设的工程技术推广具有重要意义。

另外，天然岩沥青作为一种不可再生的战略资源，本发明通过制备复合天然岩沥青改性剂提升岩沥青在我国道路工程的推广应用，大量利用进口天然岩沥青，对于节约我国石油资源具有战略意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种复合天然岩沥青改性剂、制备方法及应用。

本发明是这样实现的，制备一种复合天然岩沥青改性剂，所述复合天然岩沥青改性剂的成分由布敦岩沥青和伊朗岩沥青以及少量的化学助剂组成；按照重量比布敦岩沥青：伊朗岩沥青＝90:10物理共混；再添加天然岩沥青总质量1％的化学助剂—精炼环烷油。

本发明的另一目的在于提供一种所述复合天然岩沥青改性剂的制备方法，所述复合天然岩沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

第一步，将布敦岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；将伊朗岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；制备精炼环烷油作为融合剂备用；

第二步，将布敦岩沥青和伊朗岩沥青进行物理共混，(单叶搅拌机搅拌时长不少于6min，双叶搅拌机搅拌时长不少于4.5min)，均匀度达到98％以上；

第三步，将环烷油加入两种岩沥青混合料中加热搅拌至均匀；

第四步，将得到的复合天然岩沥青改性剂冷却并收集。

进一步，所述布敦岩沥青的品质规格：含水量≤2％；沥青含量22％～25％；粒径细度为2.36mm通过率100％，1.18mm通过率大于80％；加热损失≤2％；闪点大于230℃；

所述伊朗岩沥青的品质规格：含水量≤2％；灰分含量10％～15％，粒径细度0.15mm通过率100％；加热损失≤2％；闪点大于230℃；

所述精炼环烷油的品质规格：软化点≥100℃；倾点≤-30℃；ca％≥50％；闪点大于200℃

进一步，所述布敦岩沥青、伊朗岩沥青和精炼环烷油的重量比为90:10:1.0。

进一步，所述搅拌机转速不小于32转/min。

进一步，所述复合天然岩沥青改性剂收集方法是整体灌装，灌装高度小于等于1.5m，材料成分均匀。

进一步，所述布敦岩沥青加工细度至4目以内且干燥；伊朗岩沥青加工细度至100目以内且干燥；精炼环烷油ca％≥50％。

本发明的另一目的在于提供一种所述复合天然岩沥青改性剂在道路铺设中的应用。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明根据沥青的相似相融原理，针对布敦岩沥青和伊朗岩沥青的技术特性分析，拟将两种岩沥青类材料进行复合共混，辅以精炼环烷油进行融合，强化其改性沥青混合料的高温稳定性、水稳定性等性能，同时优化天然岩沥青改性剂的施工工艺，提高天然沥青在工程中的应用效果。

本发明复合天然岩沥青改性剂的制备方法提供了一种标准规格性能优异的天然岩沥青改性剂，采用一定的“干法”工艺生产的复合天然沥青改性沥青混合料不仅具有很高的高温稳定性能以及良好的水稳定性能和抗老化性能，最大程度的保留了混合料的低温抗裂性能，完全满足相关技术规范要求；复合天然岩沥青改性剂的大规模推广和使用，发挥天然沥青的进口资源的规模和经济优势，促进我国道路建设发展。

单一采用天然岩沥青改性沥青混合料的高温抗车辙性能有限。布敦岩沥青改性沥青混合料的动稳定度指标正常范围在3000～5000次/mm，超常规添加使用时，对于布敦岩沥青改性沥青混合料的低温抗裂性能产生不利影响，低温破坏应变指标将不能满足≥2000με的技术规范要求；伊朗岩沥青改性沥青混合料的动稳定度指标正常范围在3000～4000次/mm，超常规添加使用时，对于伊朗岩沥青改性沥青混合料的水稳定性及低温抗裂性能产生不利影响。其冻融劈裂强度比不能满足≥80％的技术规范要求。

研究发现，将布敦岩沥青和伊朗岩沥青按质量比90:10进行物理共混，同时以1％精炼环烷油进行热拌融合，得到复合天然岩沥青改性剂，其改性沥青混合料的高温抗车辙性能优异，动稳定度指标高达≥7000次/mm以上，同时水稳定性和低温抗裂性能完全满足技术规范要求。

表1复合天然岩沥青改性沥青混合料的水稳定性和低温抗裂性能

本发明通过制备复合天然岩沥青改性剂，改良天然岩沥青在沥青路面工程中的改性效果，提高其改性沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂及水稳定性等性能，对于天然岩沥青在我国公路建设的推广及应用具有重要意义。复合天然岩沥青改性剂开发使用，有助于改善我国当前道路交通量逐年增长，车辆轴重越来越大，沥青路面早期病害日益严重等问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂高温稳定性能示意图；

图中：(a)沥青混凝土高温抗车辙的主要指标——动稳定度；(b)动稳定度试验时试件模拟车辆荷载的效果图。

图3是本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂水稳定性能示意图；

图中：(a)沥青混凝土水稳定性的主要指标——马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比；(b)冻融劈裂试验时试件模拟水损害作用的效果图。

图4是本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂低温抗裂性能示意图；

图中：(a)沥青混凝土低温抗开裂性能的主要指标——破坏应变；(b)低温弯曲破坏应变试验的效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种复合天然岩沥青改性剂、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂由布敦岩沥青和伊朗岩沥青组成；按照重量比布敦岩沥青：伊朗岩沥青＝90:10物理共混；添加1％化学助剂。

如图1所示，本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

s101：将布敦岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；

s102：将伊朗岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；

s103：制备精炼环烷油作为融合剂备用；

s104：将伊朗岩沥青加入布敦岩沥青中进行物理共混(单叶搅拌机搅拌6min，双叶搅拌机搅拌4.5min)，均匀度达到98％以上；

s105：将精炼环烷油加入两种岩沥青混合料中加热搅拌至均匀，加热温度为65±2℃；

s106：将得到的复合天然岩沥青改性剂冷却收集。

在本发明的优选实施例中，步骤s101和s102可以不按上述顺序进行，即本发明对布敦岩沥青和伊朗岩沥青的制备顺序不做限制。

在本发明的优选实施例中，布敦岩沥青的品质规格：含水量≤2％；沥青含量22％～25％；粒径细度为2.36mm通过率100％，1.18mm通过率大于80％；加热损失≤2％；闪点大于230℃。

在本发明的优选实施例中，伊朗岩沥青的品质规格：含水量≤2％；灰分含量10％～15％，粒径细度0.15mm通过率100％；加热损失≤2％；闪点大于230℃。

在本发明的优选实施例中，精炼环烷油的品质规格：软化点≥100℃；倾点≤-30℃；ca％≥50％；闪点大于200℃。

在本发明的优选实施例中，布敦岩沥青、伊朗岩沥青和精炼环烷油的重量比为90:10:1。

在本发明的优选实施例中，搅拌转速要求不小于32转/min。

在本发明的优选实施例中，复合岩沥青改性剂收集方法是整体灌装，灌装高度小于1.5m，材料成分须均匀且，包装要求防水防潮。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例提供的复合天然岩沥青改性剂的制备方法具体包括以下步骤：

第一步，将布敦岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；

第二步，将伊朗岩沥青进行脱水、粉碎、筛分备用；

第三步，制备精炼环烷油作为融合剂备用；

第四步，将布敦岩沥青和伊朗岩沥青进行物理共混(单叶搅拌机搅拌时长不少于6min，双叶搅拌机搅拌时长不少于4.5min)，均匀度达到98％以上；

第五步，将精炼环烷油加入两种岩沥青混合料中加热搅拌2min至均匀；

第六步，将得到的复合天然岩沥青改性剂冷却收集；

第七步，防水编织袋干燥常温保存。

本发明实施例采用精炼环烷油作为融合助剂，精炼环烷油具有良好的有机物质融合性，制备过程中具有一定的吸尘效果，自身无味且无毒。

其中，布敦岩沥青加工细度至8目(2.36mm)以内且干燥；

其中，伊朗岩沥青加工细度至100目(0.15mm)以内且干燥；

其中，精炼环烷油ca％≥50％。

其中，布敦岩沥青、伊朗岩沥青和精炼环烷油的重量比为90:10:1。本比例是按重量计算。

其中，制备过程在温控条件下进行。

其中，伊朗岩沥青加入所述布敦岩沥青后的物理搅拌速度为32转/min。

其中，精炼环烷油加入所述两种岩沥青混合料后的物理搅拌速度为32转/min。

下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。

原料：布敦天然岩沥青(北京布敦科技发展有限公司)；伊朗岩沥青(北京天和嘉业商贸有限公司)；精炼环烷油(重庆中加沥青技术服务有限公司)；th-3000复合破碎机；jy-5烘干机；设备包括m-101卧式粉料搅拌机；bd-600电子计量称；kj-1200灌包机。

具体制备步骤为：

s100：将布敦岩沥青矿石粉碎、烘干、筛分至粒径8目以下颗粒，称取900kg作为材料1(m1)；

s200：将伊朗岩沥青矿石粉碎、烘干、筛分至粒径100目以下粉末，称取100kg作为材料2(m2)；

s300：称取10kg精炼环烷油作为融合剂(r)；

s400：将材料2(m2)逐渐加入材料1(m1)中，物理搅拌6min形成混合料(m1/m2)；

s500:待混合料(m1/m2)均匀后，将融合剂(r)加入混合料(m1/m2)中升温至65±2℃搅拌2min形成复合天然岩沥青改性剂(m1/m2/r)；

s600:将得到的复合天然岩沥青改性剂(m1/m2/r)冷却，通过kj-1200灌包机进行收集；

s700:将复合天然岩沥青改性剂(m1/m2/r)用防水编织袋干燥常温保存。

制备得到的复合天然岩沥青改性剂的形态与粒径：经筛分和观察，复合天然岩沥青改性剂为粉状，细度超过8目(＜2.36mm)。

制备得到的复合天然岩沥青改性剂的有效沥青含量：30±0.2％。

制备得到的复合天然岩沥青改性剂改性沥青混合料高温稳定性随掺量技术效果见图2，通过图2可以看出，本发明制备的复合天然岩沥青改性剂在使用过程中，对于沥青混合料的高温稳定性具有明显提高，其动稳定度达到7235次/mm，具有显著的增强效果。

制备得到的复合天然岩沥青改性剂改性沥青混合料水稳定性随掺量技术效果见图3，通过图3可以看出，本发明制备的复合天然岩沥青改性剂在使用过程中，对于沥青混合料的水稳定性具有明显提高，其马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比分别高达95.3％和92.1％，具有显著的增强效果。

制备得到的复合天然岩沥青改性剂改性沥青混合料水稳定性随掺量技术效果见图4，通过图4可以看出，本发明制备的复合天然岩沥青改性剂在使用过程中，对于沥青混合料的低温稳定性影响较小，其低温破坏应变也可达到2249με，完全满足行业规范要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。