一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青及其制备方法与流程

1.本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青及其制备方法。


背景技术：

2.沥青路面的车辙问题一直受到国内外公路工程研究者们的普遍关注。据不完全统计，在高等级公路维修原因中，车辙病害发生比率占80％以上。目前，国内外研究者为改善沥青混凝土路面的抗车辙能力进行了大量的试验研究。研究成果表明，沥青结合料性能的提高可显著改善混合料的抗车辙能力，模量较高的沥青结合料，可显著提高混合料的劲度模量，在一定的温度和加载速率下，抗剪切变形能力越强，沥青混合料抗车辙性能越好,路面车辙深度明显降低，且抗疲劳性能比普通沥青混合料有大幅提高。近年来，为了进一步提高沥青路面的抗车辙性能，加大了对改性沥青抗车辙抗疲劳性能的研究。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于，提供一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青及其制备方法，解决现有技术中的沥青车辙抵抗能力和弹性变形能力不足的技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，由以下原料制成：基质沥青、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物(sbs)、助剂、复合型天然岩沥青、稳定剂。
5.所述的抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青由以下原料制成：按重量份数计，基质沥青100份、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物(sbs)4份、复合型天然岩沥青9
‑
12份、助剂3份、稳定剂0.3份。
6.抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤一：将基质沥青加热，将助剂和苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物和加热后的基质沥青混合并搅拌升温，然后保温并高速剪切，制得sbs改性沥青；
8.步骤二：将制得的sbs改性沥青保持温度并缓慢加入稳定剂和复合型天然岩沥青粉末后继续机械搅拌，得到抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青。
9.所述的基质沥青加热温度为130
‑
140℃，所述的搅拌升温后的温度为 170
‑
180℃，高速剪切的剪切速度为45000转/分钟，剪切时间为20min，所述的sbs改性沥青保持温度为170
‑
180℃，搅拌时间为3小时。剪切过程中温度会上升，必须保证温度不高于180℃。温度不能过高，温度过高会老化。
10.所述的基质沥青加热温度为140℃，所述的搅拌升温后的温度为180℃，高速剪切时间为20min，所述的恒温加热套保持温度为180℃。
11.所述的基质沥青为国产镇海90号沥青。也可使用其他品牌的基质沥青。
12.所述的复合型天然岩沥青是为了改善岩沥青的综合性能，将几种不同类型的岩沥
青混合而成，本方案中使用的复合型天然岩沥青采用大连韵海岩沥青科技有限公司的yh
‑
k1型复合型天然岩沥青。
13.所述的sbs改性剂为线性改性剂；
14.所述的助剂为抽出油，抽出油指的是石油馏分溶剂精制的抽出液经脱除溶剂后的油。
15.所述的稳定剂由四种成分组成，按重量份数计，包括硫磺粉，其细度≥250 目，含量在60—65份，硫磺粉过低，稳定剂的效果达不到最佳，含量过高，又会引起反应的过激而导致改性沥青的絮凝，硫磺粉起主要作用；石棉灰，其含量为20份，起物理穿插的作用；轻质碳酸钙，其含量为10份，作用为依附 sbs，提高sbs密度的目的；炭黑，细度为纳米尺寸级别，含量为5—10份，为补充组分，起遮色和抗老化的目的。
16.制得的抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的针入度为20
‑
35(25℃,0.1mm)，软化点大于70℃，175℃布氏旋转粘度小于1pa
·
s，10℃延度大于20cm，车辙因子g*/sinδ(70℃，10rad/s)大于1.0kpa，复数模量g*(60℃，10rad/s) 大于10kpa，相位角δ(60℃，10rad/s)小于70，薄膜老化后针入度比大于 70％，薄膜老化后10℃延度大于10cm，薄膜老化后车辙因子g*/sinδ(70℃， 10rad/s)大于2.2kpa。
17.本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
18.(ⅰ)本发明的生产的改性沥青具有高温抗车辙、耐久、抗老化、抗水害等优点，具有较强的车辙抵抗能力和弹性变形能力，并且在显著提高沥青高温稳定性的同时不会影响其低温性能。
19.(ⅱ)本发明通过最优比例，多重成分相互作用，有效的提高了改性沥青的模量、高低温性能和抗疲劳性能，适用于重载交通道路及机场道面等领域使用。
20.(ⅲ)本发明的改性沥青可直接利用现有改性沥青设备进行生产抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，仅需将复合型天然岩沥青加入sbs改性沥青升温搅拌即可，对改性沥青加工企业而言无需设备改造，生产工艺简单，生产成本低，具有很好的价格优势。
21.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
22.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
23.所述的苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物(sbs)技术指标为；
24.表1苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物(sbs)主要技术指标
[0025][0026]
所述的复合型天然岩沥青技术指标为；
[0027]
表2复合型天然岩沥青主要技术指标
[0028]
颜色黑灰色观察形状粉末观察水分含量(％)6以下jtg e20/t 0302密度(g/cm3)1.12
‑
1.21/沥青含量(％)大于80jtg e20/t 0614闪点360℃/粒度200目80％通筛率/
[0029]
所述的助剂为技术指标为；
[0030]
表3助剂主要技术指标
[0031][0032][0033]
稳定剂由四种成分组成，包括硫磺粉，其细度≥250目，含量在60—65 份，硫磺粉过低，稳定剂的效果达不到最佳，含量过高，又会引起反应的过激而导致改性沥青的絮凝，硫磺粉起主要作用；石棉灰，其含量为20份，起物理穿插的作用；轻质碳酸钙，其含量为10
份，作用为依附sbs，提高sbs密度的目的；炭黑，细度为纳米尺寸级别，含量为5—10份，为补充组分，起遮色和抗老化的目的。
[0034]
实施例1：
[0035]
一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，其成分按重量份计：国产镇海 90号基质沥青100份、sbs4份、复合型天然岩沥青9份、助剂3份、稳定剂 0.3份；
[0036]
优选的，制备步骤如下：
[0037]
(1)将基质沥青加热到140℃，将一定比例的助剂和sbs缓慢投入容器内，搅拌升温，保持在180℃左右高速剪切20min(剪切速度45000转/分钟，剪切过程中温度会上升，必须保证温度不高于180℃)，制得sbs改性沥青；
[0038]
(2)停止剪切后，试样放入恒温加热套保持温度在180℃继续机械搅拌，缓缓加入一定比例的稳定剂和复合型天然岩沥青粉末，继续搅拌3小时得到抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青。
[0039]
对所得抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青路用性能进行测试，具体详见表 1和表2。
[0040]
实施例2：
[0041]
一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，其成分按重量份计：国产镇海 90号基质沥青100份、sbs4份、复合型天然岩沥青10份、助剂3份、稳定剂0.3份；
[0042]
优选的，制备步骤如下：
[0043]
(1)将基质沥青加热到140℃，将一定比例的助剂和sbs缓慢投入容器内，搅拌升温，保持在180℃左右高速剪切20min(剪切速度45000转/分钟，剪切过程中温度会上升，必须保证温度不高于180℃)，制得sbs改性沥青；
[0044]
(2)停止剪切后，试样放入恒温加热套保持温度在180℃继续机械搅拌，缓缓加入一定比例的稳定剂和复合型天然岩沥青粉末，继续搅拌3小时得到抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青。
[0045]
对所得抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青路用性能进行测试，具体详见表 1和表2。
[0046]
实施例3：
[0047]
一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，其成分按重量份计：国产镇海 90号基质沥青100份、sbs4份、复合型天然岩沥青11份、助剂3份、稳定剂0.3份；
[0048]
优选的，制备步骤如下：
[0049]
(1)将基质沥青加热到140℃，将一定比例的助剂和sbs缓慢投入容器内，搅拌升温，保持在180℃左右高速剪切20min(剪切速度45000转/分钟，剪切过程中温度会上升，必须保证温度不高于180℃)，制得sbs改性沥青；
[0050]
(2)停止剪切后，试样放入恒温加热套保持温度在180℃继续机械搅拌，缓缓加入一定比例的稳定剂和复合型天然岩沥青粉末，继续搅拌3小时得到抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青。
[0051]
对所得抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青路用性能进行测试，具体详见表 1和表2。
[0052]
实施例4：
[0053]
一种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青，其成分按重量份计：镇海90号基质沥青100份、sbs4份、复合型天然岩沥青12份、助剂3份、稳定剂0.3 份；
[0054]
优选的，制备步骤如下：
[0055]
(1)将基质沥青加热到140℃，将一定比例的助剂和sbs缓慢投入容器内，搅拌升温，保持在180℃左右高速剪切20min(剪切速度45000转/分钟，剪切过程中温度会上升，必须保证温度不高于180℃)，制得sbs改性沥青；
[0056]
(2)停止剪切后，试样放入恒温加热套保持温度在180℃继续机械搅拌，缓缓加入一定比例的稳定剂和复合型天然岩沥青粉末，继续搅拌3小时得到抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青。
[0057]
对所得抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青路用性能进行测试，具体详见表 1和表2。
[0058]
对比例
[0059]
本对比例与实施例1的区别仅在于没有加入复合型天然岩沥青，对所得 sbs改性沥青进行测试，具体详见表1和表2。
[0060]
上述实施例和对比例中针入度、软化点、延度、175℃布氏旋转粘度均根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程规范jtg e20
‑
2011测定的；车辙因子g*/sinδ、复数模量g*、相位角δ，rtfot残余物车辙因子g*/sinδ、疲劳因子g
·
*sinδ均根据美国shrp标准测定。
[0061]
表4各实施例和对比例所得沥青胶结料的常规性能测试结果
[0062][0063]
表5各实施例和对比例所得沥青胶结料的dsr试验结果
[0064][0065]
根据上述实施例和对比例的试验测试结果可知，本发明通过对基质沥青、复合型天然岩沥青、sbs、助剂、稳定剂的合理选择，实现了抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的制备。
[0066]
实施例1
‑
4所制备的四种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的软化点均介于80
‑
90℃之间，且均大于同掺量sbs改性沥青的软化点，远高于sbs改性沥青(i
‑
d)软化点不小于60℃的技术要求，其高温性能较强。与sbs改性沥青相比，四种抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的175℃运动黏度均得到显著提高，且均能满足施工和易性要求。
[0067]
根据表2dsr测试结果可知：抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青具有高黏度、高车辙因子、高复数模量的特点，与对比例sbs改性沥青进行对比，发现抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的上述技术指标在原样沥青及薄膜老化后都与sbs改性沥青成倍数增加，表明抗车辙抗疲劳高模量复合改性沥青的车辙抵抗能力、抗疲劳性能和弹性变形能力较强。
[0068]
以上详细说明了本发明的优选实施方案，但本发明并非仅限于以上实施方案中的具体实施细节，在本发明的技术思想范围内，对其中部分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精神和范围。
[0069]
上述实施例仅是本发明一部分，本发明专利并不限于以上实施例范围。