岩沥青复合改性剂及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种岩沥青复合改性剂及其制备方法与应用。这种岩沥青复合改性剂由10%—90%的岩沥青和10%—90%的外掺剂复合而成，将本发明的岩沥青复合改性剂添加到基质沥青中，可提高沥青高低温性能，降低沥青感温性。本发明的岩沥青复合改性剂可用来制备复合改性沥青混合料。本发明可以弥补目前行业内普通SBS改性沥青存在的缺陷：存储稳定性差、价格高、对基质沥青的伍配性要求高；岩沥青复合改性剂能降低沥青混合料的拌和温度、提高对石料的粘附性，进而延缓路面车辙、推移、拥抱、裂缝、松散脱落等病害发生的时间，从而延长道路使用寿命。本发明不仅起到改性沥青性能的作用,还能减少沥青混合料的沥青用量，既改善了路面的路用力学性能，又节省了建设成本，具有很好的社会效益和经济效益。
【专利说明】岩沥青复合改性剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路建筑材料领域的改性剂及其制备方法与应用，具体是由岩浙青与一种或一种以上外掺剂复合而成的岩浙青复合改性剂及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]岩浙青是由于石油不断地从地壳中冒出存在于山体、岩石裂隙中，经长期蒸发凝固而形成的天然浙青。天然岩浙青具有高含氮量(一般浙青中很少含氮)，因此浙青粘度大，抗氧化性强，特别是与集料有很好的粘附性及抗剥离性。化学结构与浙青接近，故与浙青的相容性非常好，易与聚合物结合，具有良好的抗水损害性和抗氧化性；与浙青平均分子量3000相比，天然岩浙青的分子量高达9000，故高温粘度也大，使改性后的浙青粘度更好。
[0003]用于改善浙青性能的改性剂主要有两大类:聚合物类和天然浙青类。目前，国内较常使用的是聚合物类改性浙青，大致分为三类:树脂类、橡胶类和热塑性弹性体。一般来说，经树脂类聚合物改性的浙青软化点升高，延度降低，高温性能增强；经橡胶类聚合物改性后，浙青延度增加，低温性能得到改善；热塑性弹性体材料则同时具有优良的高低温性能，备受道路工作者的欢迎，其中又以SBS应用得最为广泛。尽管如此，几乎所有的聚合物改性浙青都面临着一个共同的致命性缺陷:与基质浙青相容性、伍配性差，易离析。另外聚合物改性浙青的价格也相对较高，这些因素阻碍了聚合物改性浙青的进一步应用和发展。
[0004]天然岩浙青作为浙青的一种，与道路石油浙青有着相容性好、性质稳定、价格低廉等优点，用于浙青改性以提高浙青混合料的高温稳定性已得到了大量的研究与推广。
[0005]单独使用岩浙青对石油浙青进行改性，将其混合料铺筑与路面上，一方面在某种程度上可以提高路面的高温性能、抗水损害性能及抗疲劳性能，但改性效果却很有限，另一方面低温性能不容乐观，掺量越多对低温性能破坏越大。``
【发明内容】
[0006]本发明的第一个目的在于提供一种岩浙青复合改性剂，本发明的第二个目的在于提供上述岩浙青复合改性剂的制备方法，本发明的第三个目的在于提供上述岩浙青复合改性剂的应用一拌制复合改性浙青混合料，将混合料铺筑于各级路面的各个层位，改善路面的高温抗变形能力、抗水损害能力、感温性、耐久性、抗疲劳性，减少路面车辙、推移、拥抱、裂缝、松散脱落等病害，同时相比于其他常用改性剂，岩浙青价格合理，可以降低工程成本。
[0007]实现本发明的技术方案是:
一种岩浙青复合改性剂，由10%-90%的岩浙青和10%-90%的外掺剂组成，百分比为占岩浙青复合改性剂总重的比例。
[0008]本发明中，所述岩浙青为天然固体，其浙青含量在20% — 30%之间，软化点大于80°C，含氮量高，不含蜡。
[0009]本发明中，所述外掺剂包括选自橡胶、树脂、热塑性弹性体、弹性体、塑性体及其组合的至少一种成分。[0010]本发明中，所述外掺剂包括选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁二烯-苯乙烯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、乙丙橡胶(EPDM)、氯化聚乙烯(CPE)、橡胶粉、硫磺、炭黑、及其组合的至少一种成分。
[0011]本发明中，所述橡胶粉来源于，但不限定于，废旧轮胎，其粒径为80目一200目。
[0012]一种岩浙青复合改性剂的制备方法，包括以下步骤:对岩浙青进行造粒，然后与外掺剂按比例混合拌匀，得到岩浙青复合改性剂。
[0013]一种岩浙青复合改性剂的制备方法，包括以下步骤:首先将岩浙青与外掺剂共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0014]一种岩浙青复合改性剂的应用，包括以下步骤(湿法):
(1)将基质浙青加热至140°C_180°C，加入按比例称量好的岩浙青复合改性剂，拌合40-100min,待混合物充分溶胀后，得到复合改性浙青；
(2)将集料加热至145°C_210°C，喷入步骤(1)的复合改性浙青和矿粉，在135°C _190°C的温度下拌合30s-70s,得到复合改性浙青混合料。
[0015]上述步骤(1)中基质浙青和岩浙青复合改性剂的配比根据实际需要确定。
[0016]一种岩浙青复合改性剂的应用，具体步骤如下(湿法):
(1)将外掺剂添加到基质浙青中，初步获得预改性浙青，制作方法参照普通改性浙青的制备；
(2)将步骤(1)中的初步改性浙青加热到140°C_180°C，加入计量好的岩浙青颗粒，搅拌30min-90min,待岩浙青颗粒完全溶解后,得到复合改性浙青；
(3)将集料加热至145°C -210 °C,喷入步骤(1)的复合改性浙青和矿粉，在1350C _190°C的温度下拌合30s-70s，得到复合改性浙青混合料。
[0017]上述步骤(1)中的预改性浙青可以从浙青生产厂家直接获得或参照普通改性浙青制作方法自行制备获得，具体配比根据实际需要确定。
[0018]一种岩浙青复合改性浙青混合料，具体步骤如下(干法):
(1)参照普通改性浙青方法将外掺剂添加到基质浙青中，获得预改性浙青；
(2)将集料加热至145°C— 210°C，投入按比例称量好的岩浙青，干拌15s-30s，喷入步骤(I)的预改性浙青和矿粉，在135°C — 190°C的温度下拌合30s-60s，得到复合改性浙青混合料。
[0019]上述掺配比例根据实际需要具体确定。
[0020]一种岩浙青复合改性剂的应用，具体步骤如下(干法):将集料加热至1450C -210°C，投入按比例称量好的岩浙青复合改性剂，拌合15s-30s，喷入基质浙青和矿粉，在135°C — 190°C的温度下拌合30s-60s，得到复合改性浙青混合料。
[0021]上述基质浙青和岩浙青复合改性剂的配比根据实际需要确定。
[0022]本发明相对于现有技术的优点及效果:
(I)目前，国内常用改性剂对基质浙青的质量要求很高，而国产浙青大多难以满足要求，这就增加了对国外高品质浙青产品的依赖性。另一方面，这些改性剂和基质浙青在结构上存在很大差异，将其混合得到的改性浙青普遍存在易离析、存储稳定性差的问题。本发明中的岩浙青复合改性剂与基质浙青相容性较好，对后者伍配性要求没那么严格，普通国产浙青即能胜任，有利于推动国产浙青的应用与发展。[0023](2)相比于普通的非改性浙青混合料及单独应用岩浙青、聚合物或矿物改性的浙青混合料，本发明将岩浙青与一种或一种以上外掺剂复合，可以充分发挥岩浙青和外掺剂各自的性能优势，形成性能互补，使得经复合改性剂改性后的路面高温稳定性、低温抗裂性、常温抗疲劳性、抗水损害性、耐久性等路用性能都得到最大程度的改善。
[0024](3)目前国内常用的改性浙青生产过程复杂，生产设备昂贵，浙青的价格始终保持较高水平。本发明的岩浙青复合改性剂不仅可以较好地改性浙青，且制备工艺简单，操作方便，节省成本。对于普通改性浙青，为防止其发生离析需不断对其进行高温加热搅拌；对于常用的热拌浙青混合料，较高的拌合温度是其主要特征，这些因素无疑增加了燃料消耗成本。伴随燃料费用的增加，浙青的热老化反应、有毒气体和废气的排放也都在同步进行，结果适得其反。本发明的岩浙青复合改性剂应用于路面铺筑时，拌合温度较普通热拌混合料降低几十度，不仅节约能源消耗，节省储运费用，减轻浙青老化水平，同时减少了有毒气体、温室气体的排放，最大程度减少对人与环境的危害，因此本发明具有很好的社会效益、经济效益和环境效益。
[0025](4)本发明中的岩浙青复合改性剂与石油浙青有着很好的相容性，与集料有着很好的粘结性，具有优良的高温稳定性、水稳定性、耐久性和抗疲劳性。将其应用到浙青及浙青混合料中，一方面增强了浙青的结构强度，实现对浙青的改性，另一方面可以替代浙青混合料中的部分浙青，减少浙青用量。从初期阶段看，本发明的技术方案节约了浙青成本；从长远看来，因其铺筑的路面具有良好的路用性能，到后期运营阶段的养维工作量、养维费用都将大大降低，因此，本发明所产生的经济效应是巨大的。
[0026](5)在改性剂的应用方面，干法和湿法都有各自的优缺点及各自的适用范围，鉴于此，本发明提供岩浙青复合改性剂用于拌制混合料的两种方法一干法和湿法，以供不同情况下使用。
【具体实施方式】
[0027]下面通过实施例进一步说明本发明。
[0028]实施例1: 一种岩浙青复合改性剂，由20%的岩浙青和80%的橡胶粉组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与橡胶粉共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0029]实施例2:—种岩浙青复合改性剂，由30%的岩浙青和70%的炭黑组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青通过粉碎机破碎成颗粒，然后与炭黑按比例混合拌匀，并制成颗粒，即得到岩浙青复合改性剂。
[0030]实施例3:—种岩浙青复合改性剂，由50%的岩浙青和50%的硫磺组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青通过粉碎机破碎成颗粒，然后与硫磺按比例混合拌匀，并制成颗粒，即得到岩浙青复合改性剂。
[0031]实施例4:一种岩浙青复合改性剂，由40%的岩浙青和60%的氯丁橡胶(CR)组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与氯丁橡胶(CR)按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0032]实施例5:—种岩浙青复合改性剂，由45%的岩浙青和55%的乙丙橡胶(EPDM)组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与乙丙橡胶(EPDM)按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0033]实施例6:—种岩浙青复合改性剂，由60%的岩浙青和40%的氯化聚乙烯(CPE)组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与氯化聚乙烯(CPE)按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0034]实施例1: 一种岩浙青复合改性剂，由70%的岩浙青和30%的丁二烯-苯乙烯橡胶(SBR)组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与丁二烯-苯乙烯橡胶(SBR)按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0035]实施例8:一种岩浙青复合改性剂，由80%的岩浙青和20%的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
[0036]实施例9:一种岩浙青复合改性剂，由65%的岩浙青、5%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和30%的硫磺组成。具体实施步骤如下:
首先将岩浙青与苯乙烯-丁二烯-`苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、硫磺按比例共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改`性剂。
[0037]实施例10:将实施例3的岩浙青复合改性剂用于制备岩浙青复合改性浙青混合料，具体实施步骤如下:
(1)将基质浙青加热至150°C,加入称量好的岩浙青复合改性剂,拌合40min,待混合物充分溶胀后，得到复合改性浙青；
(2)将集料加热至170°C，喷入步骤(1)的复合改性浙青和矿粉，在135°C的温度下拌合30s,得到复合改性浙青混合料。
[0038]步骤(1)中基质浙青和岩浙青复合改性剂的配比根据具体需要确定。
[0039]表1为岩浙青复合改性浙青混合料车辙动稳定度试验结果，不难发现，经岩浙青复合改性剂改性后的浙青混合料，其动稳定度远大于基质浙青混合料，很容易达到2800，且随改性剂掺量的增加，车辙动稳定度也在不断提高。
[0040]表1岩浙青复合改性温拌混合料车辙动稳定度试验结果_
【权利要求】
1.一种岩浙青复合改性剂，其特征在于它由岩浙青和外掺剂组成，岩浙青和外掺剂的质量百分比为10% — 90%:90% —10%。
2.根据权利要求1所述的岩浙青复合改性剂，其特征在于所述岩浙青为天然固体，其浙青含量在20% — 40%之间，软化点大于80°C，含氮量高，不含蜡。
3.根据权利要求1所述的岩浙青复合改性剂，其特征在于所述外掺剂包括选自橡胶、树脂、热塑性弹性体、弹性体或塑性体中一种以上。
4.根据权利要求1所述的岩浙青复合改性剂，其特征在于所述外掺剂包括选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁二烯-苯乙烯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、氯化聚乙烯、橡胶粉、硫磺、炭黑或纤维中一种以上。
5.根据权利要求4所述的岩浙青复合改性剂，其特征在于所述橡胶粉来源于，但不限定于，废旧轮胎，其粒径为80目一200目。
6.一种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的制备方法，其特征在于:首先将岩浙青通过粉碎机破碎成颗粒，然后与外掺剂按比例混合拌匀，并制成颗粒，即得到岩浙青复合改性剂。
7.—种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的制备方法，其特征在于:首先将岩浙青与外掺剂共混，然后对混合物进行造粒，得到岩浙青复合改性剂。
8.—种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的应用，其特征在于采用湿法，具体步骤如下:` (1)将基质浙青加热至140°C_180°C，加入按比例称量好的岩浙青复合改性剂，拌合40min-100min,待混合物充分溶胀后,得到复合改性浙青； (2)将集料加热至145°C_210°C，喷入步骤(1)的复合改性浙青和矿粉，在135°C _190°C的温度下拌合30s-70s,得到复合改性浙青混合料； 上述步骤(1)中基质浙青和岩浙青复合改性剂的配比根据实际需要确定。
9.一种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的应用，其特征在于采用湿法，具体步骤如下: (1)将外掺剂添加到基质浙青中，初步获得预改性浙青，制作方法参照普通改性浙青的制备； (2)将步骤(1)中的预改性浙青加热到140°C_180°C，加入计量好的岩浙青颗粒，搅拌30-90min,待岩浙青颗粒完全溶解后，得到复合改性浙青； (3)将集料加热至145°C_210°C，喷入步骤(1)的复合改性浙青和矿粉，在135°C _190°C的温度下拌合30s-70s,得到复合改性浙青混合料； 上述步骤(1)中的预改性浙青从浙青生产厂家直接获得或参照普通改性浙青制作方法自行制备获得。
10.一种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的应用，其特征在于采用干法，具体步骤如下: (1)参照普通改性浙青方法将外掺剂添加到基质浙青中，获得预改性浙青； (2)将集料加热至145°C— 210°C，投入按比例称量好的岩浙青，干拌15s-30s，喷入步骤(I)的预改性浙青和矿粉，在135°C — 190°C的温度下拌合30s-60s，得到复合改性浙青混合料；上述掺配比例根据实际需要具体确定。
11.一种如权利要求1所述的岩浙青复合改性剂的应用，其特征在于采用干法，具体步骤如下:将集料加热至145°C -210°C，投入按比例称量好的岩浙青复合改性剂，拌合15s-30s，喷入基质浙青和矿粉，在135°C — 190°C的温度下拌合30s-60s，得到复合改性浙青混合料； 上述基质浙青和岩浙青复合改性剂的配比根据实际需要确定。
【文档编号】C08L23/16GK103613940SQ201310568407
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】叶奋, 吴怀睿, 左锋, 康卉锦, 黄运, 徐骁龙 申请人:同济大学