专利名称：一种沥青改性剂、改性沥青以及沥青混合料的制作方法
技术领域：
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种适用于钢桥面铺装的高粘高弹浙青改性齐U，以及应用该改性剂制得改性浙青和浙青混合料。
背景技术：
浙青钢桥面铺装结构是一种铺筑在钢桥面板上的薄层浙青路面(通常在5-lOcm)，其质量的好坏对于桥梁在建成营运期间的行车安全性、舒适性以及美观性等方面都起着至关重要的作用。钢桥面铺装结构所处的温度及荷载环境相比一般路面复杂的多，主要有以下几点一、温度场更加严苛由于钢箱梁具有良好的温度传导性，易受到外界温度变化影响，致使其冬季极端温度下可达-10°C以下，夏季高温钢箱梁顶面钢板达70°C以上，且温度变化梯度较大，因此对铺装层材料的高低温性能、抗温度疲劳性能提出更高要求。二、所处荷·载应力复杂钢箱梁本身振动幅度变形较大，且变形复杂，要求铺装层与钢板具有良好的追从变形能力，能承受反复振动荷载作用而不产生应力疲劳破坏；同时随着重载、超载现象严重，使钢桥面铺装层受力和变形比公路路面或机场道面复杂得多，加之极端温度的共同作用，使钢桥面铺装层极易出现车辙、坑槽、裂缝等早期病害。因此，钢桥面铺装除需要满足普通浙青路面的基本要求外，还必须具有足够的强度和适当的刚度、良好的抗疲劳性能、较高的高温稳定性、良好的抗裂性能、抗剪能力及较好的变形随从性。目前所用的桥面铺装层浙青胶结料多采环氧浙青，或者用橡胶粉与SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)复合改性，或者采用岩浙青、湖浙青对道路石油浙青复合改性。环氧浙青的优势是强度高变形小，但疲劳性能差，早期强度偏低，施工工艺复杂，工程养护周期较长，造价昂贵。而其他的改性浙青疲劳性能优于环氧浙青，施工工艺简单，但很难适应桥面的特殊温度及受力环境，刚性、弹性、韧性、变形随从性显著不足，浙青60°C动力粘度较小，使其浙青混合料在重力荷载作用下易出现车辙，在界面剪应力作用下出现推移、拥抱，在温度差作用下钢板变形较大而混合料变形协从性较差易出现开裂，抗温度疲劳和荷载疲劳性能较差易产生开裂、脱落等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种浙青改性剂，并且应用该改性剂制得改性浙青和浙青混合料，应用该改性剂制得的改性浙青60°C动力粘度可达300000Pa. s以上，性能分级达PG88-28 ;浙青混合料具有良好水稳定性，较高的动态模量，较高的车辙动稳定度及低温破坏应变，可以抵御钢桥面复杂的力学及温度环境。本发明所述的浙青改性剂，按重量份计，其原料组成为废旧轮胎胶粉3-10份，聚乙烯废弃物3-10份,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份,苯乙烯-异戍二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯树脂1-5份，溶剂油5-10份，醇醚羧酸盐界面剂O. 3-0. 7份。其中，废旧轮胎胶粉是将废旧轮胎粉中的子午线钢丝以及纤维去除后常温粉碎获得的。废旧轮胎胶粉的化学本质决定其具有良好的浙青改性功能，其中的天然橡胶、合成橡胶使浙青具有宽广的弹性温度工作区间，炭黑及少量的氧化钙使浙青具有良好的抗老化和耐磨性，因此废旧轮胎胶粉在提高浙青低温柔性、改善浙青抗疲劳特性方面具有优异的效果，但其对浙青的高温性能改善不明显，单独与浙青作用时与浙青的相容性较差，致使浙青存储稳定性较差。废旧轮胎胶粉用量过大，其在浙青中不能充分溶胀，使改性浙青的粘度过大，影响浙青的施工和易性；用量过小，不具有明显的改性效果，对浙青的低温柔性及抗疲劳特性改善不明显，因此需要控制其用量在3-10份。聚乙烯废弃物以废旧塑料为原料，也就是俗称的“白色垃圾”为原始材料,高温熔融，采用螺杆机挤出造粒得到。这种材料对浙青的高温稳定性有明显的改善，用于改善浙青的高温抗车辙能力，显著提高浙青的60°C动力粘度。采用电子显微镜研究聚乙烯改性浙青，可发现有絮状的发丝状的联结，有一些柔顺卷曲的聚乙烯支链相互结合，形成交联网状结构，并裹复浙青折叠交联在一起，形成立体的网状结构，因而扩大了浙青的粘弹性范围，约束了浙青在外力作用下的流动性，由此提高浙青在高温状态下的粘度和抗流动变形能力。但是单独作用，与浙青的相容性较差，其掺量过大对浙青的低温性能损伤较大，因此其用量需要限定在一定范围，发明人经过多次实验发现其用量为3-10份时制得的改性剂效果较好。综合上述对于废旧轮胎胶粉单独与浙青作用时的效果描述，若聚乙烯废弃物与废旧轮 胎胶粉复合，则具有协同效应，改善两者在浙青中的相容性，共同改善浙青的高低温性能。发明人经过多次实验发现当聚乙烯废弃物为3-10份时，废旧轮胎胶粉也为3-10份，两者的协同作用较好，尤其是两者的用量比为1:1时，效果最佳。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS为热塑性弹性体。SBS作为优良的浙青改性剂，对浙青的高低温性能均有一定的改善，但若单独作用，通常掺量较大，而其价格较高，更多的工作者希望寻找其替代品。SIS作为优良的胶结剂，在胶水领域应用较多，将其应用于浙青改性，可提高浙青弹性及粘结特性。两者在一定的配比下结合使用，既改善了改性浙青的高低温性能又提高了改性浙青的弹性及粘结特性，而且不会导致生产成本过高。树脂类产品在改善基质稠度方面具有一定效应，也是优良的胶结剂。作为高粘高弹浙青改性剂，要求其改善浙青50-90°C之间的粘弹特性，使浙青具有更大的粘度，但希望浙青在135°C的粘度较低，以使改性浙青具有较好的施工和易性。因此选择软化点在90-110°C之间，酸值小于20mgK0H/g的萜烯树脂。这种萜烯树脂在温度低于80°C时，在浙青中基本不流动，起到锚固作用；但当温度达到90-100°C时，首先开始软化,改善浙青在120°C以上的粘弹性，确保改性浙青135°C不大于6Pa. s，具有良好的施工和易性。所述的溶剂油可以采用常规的糠醛抽出油，也可以采用废弃食用油与糠醛抽出油的复合物。废弃食用油为餐饮或家庭食用油废弃物，其中的高级脂肪酸甘油酯与改性剂中多种高分子聚合物相容性较好；而糠醛抽出油为富芳烃组分，可加速浙青中改性剂的溶胀，促使改性剂在浙青中更好的相容。两者复合使用，对于改性浙青的相容性提高具有更优的价值。发明人通过多次实验发现当两者以重量比1:1复合时，可以取得较好的效果。所述的界面剂为醇醚羧酸盐，例如AEC_9Na、AEC-1ONa, AEC-H，其中效果最好的是AEC-IONa0由于现存的浙青改性手段均为物理改性，改性剂在浙青体系中不会完全溶解，通常以较细小的颗粒存在，在热存储状态下，这些微小的颗粒会在重力作用下产生沉降，造成改性浙青的离析。而醇醚羧酸盐可有效降低固体微粒与浙青相的界面张力，增加改性浙青的网络结构强度，改善改性浙青的弹性及韧性，确保改性浙青长期的热存储稳定性，不发生尚析。发明人经过长期试验摸索发现，按重量份计，当浙青改性剂的原料组成为废旧轮胎胶粉3份，聚乙烯废弃物3份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物6份，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物2份，萜烯树脂4份，溶剂油6份，醇醚羧酸盐界面剂O. 7份时，改性效果最好。制备本发明所述的浙青改性剂，其具体步骤为将溶剂油、醇醚羧酸盐界面剂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯废弃物、废旧轮胎胶粉、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、萜烯树脂按重量比例在180-190°C下剪切研磨混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，通过切粒机切粒，得高粘高弹改性浙青改性剂。温度为180-190°C可以确保上述原料能熔融接枝，并能开始造粒。 另外，本发明应用上述的浙青改性剂制得了一种改性浙青，按重量份计，其原料组成为基质浙青70-80份，浙青改性剂15-30份，稳定剂O. 05-0. 4份。其中，改性剂的用量过小，不能赋予浙青显著的改性效果，浙青的高低温性能及抗疲劳性能改善效果不显著；改性剂用量过大，改性浙青的粘度过大，影响浙青的施工和易性；此外，改性剂的用量还需考虑改性剂在浙青中的相容性问题，由于本发明中采用不同高聚物复合改性剂，不同高聚物之间具有协同效果，使复配后改性剂具有较好的相容性，但改性剂的用量还应控制在合适范围内。发明人经过长期试验摸索发现当基质浙青78份，改性剂22份，稳定剂O. 3份时，效果最好。所述的稳定剂为硫化剂，例如硫磺、四硫化双五甲撑秋兰姆、N_(对甲苯磺酰胺基)一 N’ 一苯基对苯二胺、二丁基二硫代氨基甲酸镍等，使改性剂与浙青发生交联反应，可以提高改性剂在浙青中的稳定性，是改性浙青必不可少的一部分。本发明所述的改性浙青的制备方法，其具体步骤为(I)将基质浙青加热至流动状态，剪切至混合均匀；(2)将改性剂按比例在高速剪切条件下加入上述混合物中，温度保持在185-200°C，剪切至混合均匀；(3)保持温度为185_200°C，将稳定剂按比例加入上述混合物中，混合均匀；(4)将上述混合物于175_185°C搅拌l_3h，即可得到高粘高弹改性浙青。当改性剂与基质浙青混合时，温度为185_200°C，有利于改性剂颗粒在基质浙青中溶胀，并加大基质浙青的流动性。本发明中，稳定剂的作用是使改性剂与基质浙青充分交联，交联必将使整个混合体系在短暂的时间内较粘稠，温度过低，不利于充分交联，因此，力口入稳定剂时，控制整个体系温度为185-200°C。待交联反应一段时间后，可以将整个混合体系的温度适当的降低，因为长时间保持高温容易造成整个混合体系的老化，因此加完稳定齐U，待整个混合体系较稳定后，可以将温度降温至175-185°C搅拌得高粘高弹改性浙青。为了确保改性剂不会因沉降而造成离析，搅拌时间为l_3h。本发明所制得的改性浙青,其技术指标见表I ;表2为按照美国Superpave浙青胶结料PG等级的性能分级结果，依照ASTM D6373标准。表I高粘高弹改性浙青技术指标
权利要求
1.一种浙青改性剂，其特征在于按重量份计，其原料组成为废旧轮胎胶粉3-10份，聚こ烯废弃物3-10份，苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物3-8份，苯こ烯-异戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物1-5份，萜烯树脂1-5份，溶剂油5-10份，醇醚羧酸盐界面剂O. 3-0. 7份。
2.根据权利要求I所述的浙青改性剂，其特征在于按重量份计，其原料组成为废旧轮胎胶粉3份，聚こ烯废弃物3份，苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物6份，苯こ烯-异戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物2份，萜烯树脂4份，溶剂油6份，醇醚羧酸盐界面剂O. 7份。
3.根据权利要求I所述的浙青改性剂，其特征在干所述的萜烯树脂软化点为90-110°C，酸值小于 20mgK0H/g。
4.根据权利要求I所述的浙青改性剂，其特征在于所述的溶剂油为糠醛抽出油或废弃食用油与糠醛抽出油的复合物。
5.根据权利要求4所述的浙青改性剂，其特征在于所述的废弃食用油与糠醛抽出油的复合物中废弃食用油与糠醛抽出油的重量比为1:1。
6.制备权利要求I所述的浙青改性剂的方法，其特征在于其具体步骤为将溶剂油、醇醚羧酸盐界面剂、苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物、聚こ烯废弃物、废旧轮胎胶粉、苯こ烯-异戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物、職烯树脂按重量比例在180-190°C下剪切研磨混合均勻，通过双螺杆挤出机挤出造粒，通过切粒机切粒，得浙青改性剂。
7.—种改性浙青,其特征在于包含权利要求1-2中任意一项所述的浙青改性剂,按重量份计，其原料组成为基质浙青70-80份，浙青改性剂15-30份，稳定剂O. 05-0. 4份。
8.根据权利要求7所述的改性浙青，其特征在于所述的稳定剂为硫化剂。
9.制备权利要求7所述的改性浙青的方法，其特征在于其具体步骤为 (1)将基质浙青加热至流动状态，剪切至混合均匀； (2)将改性剂按比例在高速剪切条件下加入上述混合物中，温度保持在185-200°C，剪切至混合均匀； (3)保持温度为185-200°C，将稳定剂按比例加入上述混合物中，混合均匀； (4)将上述混合物于175-185°C搅拌l_3h，即可得到高粘高弹改性浙青。
10.一种浙青混合料,其特征在于由集料与权利要求7-8任一项所述的改性浙青混合制备而成。
全文摘要
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种适用于钢桥面铺装的高粘高弹沥青改性剂，所述的沥青改性剂，按重量份计，其原料组成为废旧轮胎胶粉3-10份，聚乙烯废弃物3-10份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯树脂1-5份，溶剂油5-10份，醇醚羧酸盐界面剂0.3-0.7份。另外，本发明在该改性剂基础上制得了改性沥青和改性沥青混合料，应用该改性剂制得的改性沥青60℃动力粘度可达300000Pa.s以上，性能分级达PG88-28；沥青混合料具有良好水稳定性，较高的动态模量，较高的车辙动稳定度及低温破坏应变，可以抵御钢桥面复杂的力学及温度环境。
文档编号C08L45/00GK102838874SQ20121034400
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者王鹏, 王立志, 任瑞波, 高晓宁, 徐强, 耿立涛 申请人:山东建筑大学