本发明涉及一种沥青组合物及其制备方法。
背景技术：
我国城市基础设施建设近年呈现快速增长的势头，大跨度斜拉桥、钢箱梁桥越来越多的出现在工程领域中，因其韧性大、易挠曲、传热快和桥面底部加劲纵横肋多且易腐蚀等特性，使得钢桥面铺装的使用条件比一般高速公路、机场路面严酷的多，除铺装需满足行驶功能及对钢板的防锈保护功能外，还应具有高温抗变形能力及良好的层间结合力。
高粘弹沥青材料因具有良好的高、低温性能、抗车辙能力及低温开裂能力，软化点大于80℃，弹性恢复大于90％等优点，被广泛应用到应力吸收层和桥面铺装材料等。高粘弹沥青能够显著提高对龟裂、坑槽等破损的抵抗性，并显著缓解桥梁的震动及弯沉效果，以及保证在行驶中的安全性和舒适性。
然而，随着路面等级的提高，现有的高粘弹沥青材料的高低温性能和粘弹性还有待进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷提供一种新的沥青组合物及其制备方法。
本发明提供一种沥青组合物，其中，该沥青组合物含有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和橡胶粉，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青通过用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化物类稳定剂和芳 烃油对基质沥青改性而制得；以100重量份的基质沥青为基准，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的用量为3-10重量份，芳烃油的用量为2-12重量份，硫化物类稳定剂的用量为0.3-1重量份，橡胶粉的用量为5-25重量份；所述沥青组合物在60℃时的动力粘度为30000-100000Pa·S，所述沥青组合物在25℃时的弹性恢复大于90％，所述沥青组合物的根据AASHTO M320测定的PG分级为82-28。
本发明还提供一种上述沥青组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将基质沥青加热后与芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂共混，得到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青；
(2)在加热条件下，将步骤(1)得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青与橡胶粉共混。
本发明提供的沥青组合物通过特定的用量的特定组分使得该沥青组合物具有优良的高弹性、高粘性和优良的高低温性能。具体地，所述沥青组合物在60℃时的动力粘度为30000-100000Pa·S，在25℃时的弹性恢复大于90％，根据AASHTO M320测定的PG分级达到82-28。该沥青组合物可应用到应力吸收层和桥面铺装等，解决反射裂缝病害、龟裂等问题。
此外，根据本发明的一种优选实施方式，当所述硫化物类稳定剂为MBS-3以及将废旧轮胎橡胶粉作为部分改性剂时，本发明提供的沥青组合物具有更优良的高低温性能以及良好的高弹性、高粘性；此外，本发明提供的沥青组合物的生产成本较低并且具有节能环保的特点。
本发明提供的沥青组合物制备方法简单易操作，通过特定的添加顺序使得由该方法制备的沥青组合物具有优良的高弹性、高粘性和优良的高低温性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种沥青组合物，其中，该沥青组合物含有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和橡胶粉，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青通过用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化物类稳定剂和芳烃油对基质沥青改性而制得；以100重量份的基质沥青为基准，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的用量为3-10重量份，芳烃油的用量为2-12重量份，硫化物类稳定剂的用量为0.3-1重量份，橡胶粉的用量为5-25重量份；所述沥青组合物在60℃时的动力粘度为30000-100000Pa·S，所述沥青组合物在25℃时的弹性恢复大于90％，所述沥青组合物的根据AASHTO M320测定的PG分级为82-28。
根据本发明，为了使沥青组分物具有更优良的高弹性、高粘性和优良的高低温性能，优选情况下，以100重量份的所述基质沥青为基准，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的用量为4-7重量份，所述芳烃油的用量为3-8重量份，所述硫化物类稳定剂的用量为0.4-0.7重量份，所述橡胶粉的用量为8-15重量份。
根据本发明，当所述沥青组合物在60℃时的动力粘度低于30000Pa·S时，该沥青组合物的高温性能下降；当所述沥青组合物在60℃时的动力粘度高于100000Pa·S时，不利于施工的和易性。
在本发明中，所述沥青组合物在60℃时的动力粘度根据JTG/T0620-2000中方法进行测定。采用无锡石油仪器有限公司型号为WSY-08的沥青动力粘度计进行测定。
根据本发明，当所述沥青组合物在25℃时的弹性恢复低于90％时，该沥青组合物的弹性下降，不适用作为应力吸收层和桥面铺装用材料。优选情况下，所述沥青组合物在25℃时的弹性恢复大于92％％。
在本发明中，采用JTG/T0662-2000中沥青弹性恢复试验方法测定沥青组合物在25℃时的弹性恢复。
在本发明中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青通过用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化物类稳定剂和芳烃油对基质沥青改性而制得。
根据本发明，所述基质沥青优选为石油沥青。石油沥青是原油提炼加工过程的一种产品，常温下为黑色或黑褐色的粘稠液体、半固体或固体。
根据本发明，所述石油沥青可以为本领域中常用的各种石油沥青。例如可以为50号、70号、90号和110号的普通道路用石油沥青。优选情况下，所述石油沥青为70号石油沥青和/或90号石油沥青。
根据本发明，所述基质沥青的针入度对聚合物与基质沥青的相容性能产生影响，一般地，所述基质沥青在25℃时针入度可以为40-120，优选情况下，所述基质沥青在25℃时针入度为60-100。
在本发明中，采用JTG/T 0604-2000中规定的方法测定基质沥青的针入度。
根据本发明，所述芳烃油可以为本领域中能够起到增加基质沥青与聚合物改性剂之间的相容性的各种芳烃油，一般地，所述芳烃油中的芳香烃含量可以为70-87重量％，优选为75-85重量％。
根据本发明，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物可以为本领域常用的各种能够作为基质沥青的聚合物改性剂的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。优选地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为5-35万，更优选地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的平均分子量为15-30万。由此形成的沥青组合物具有优良的高弹性、高粘性和优良的高低温性能。
根据本发明，优选情况下，以所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的总量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为20-40重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为60-80重量％。由此形成的沥青组合物具有优良的高 弹性、高粘性和优良的高低温性能。
根据本发明，所述橡胶粉可以为本领域中常用的各种橡胶粉，优选情况下，所述橡胶粉为废旧卡车轮胎橡胶粉。所述橡胶粉的粒度可以为30-80目，优选为40-60目。根据本发明的沥青组合物，通过采用废旧卡车轮胎橡胶粉，使得所述沥青组合物的生产成本较低并且具有节能环保的特点。
根据本发明，优选情况下，所述硫化物类稳定剂为MBS-3，例如可以为购自上海博琪科国际贸易公司的硫化物类稳定剂MBS-3，该硫化物稳定剂的组成为：聚硫化物的含量为70重量％，氧化锌的含量为20重量％，硫磺的含量为10重量％。当采用硫化物类稳定剂MBS-3时，显著提高了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与基质沥青的相容性，同时改善了沥青组合物的稳定性；并且使得制得的沥青组合物具有更优良的高低温性能以及良好的高弹性和高粘性。
在本发明的一种优选实施方式中，该沥青组合物含有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和橡胶粉，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青通过用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化物类稳定剂和芳烃油对基质沥青改性而制得，其中，所述硫化物类稳定剂为MBS-3，所述橡胶粉为废旧轮胎橡胶粉(粒度为40-60目)。该沥青组合物具有更优良的高低温性能以及良好的高弹性、高粘性；此外，该沥青组合物的生产成本较低并且具有节能环保的特点。
根据本发明，所述沥青组合物优选通过以下步骤进行制备，制备过程包括：
(1)将基质沥青加热后与芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂共混，得到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青；
(2)在加热条件下，将步骤(1)得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青与橡胶粉共混。
根据本发明，步骤(1)中，所述加热的条件的可以包括：加热的温度 为160-220℃，加热的时间为10-30min。加热过快或加热过慢会影响组分之间的相容性，因此，为了使基质沥青呈熔融态利于与聚合物改性剂更好地相容，优选情况下，加热的温度为175-195℃，加热的时间为15-25min。本发明中，所述加热时间为加热至所要达到的加热温度所需要的时间。
根据本发明，将所述基质沥青加热后与芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂进行共混的条件可以本领域中常规的共混的条件，只要使基质沥青、芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂混合均匀得到改性沥青即可。例如所述共混可以在剪切条件下进行，转速可以为80-150rpm，共混的时间为可以为15-150min；优选情况下，转速为100-120rpm，共混的时间为40-60min。
所述共混的装置可以为本领域中常用的用于混合的各种装置，例如高速剪切机。
根据本发明，步骤(2)中，为了使橡胶粉与步骤(1)制得的改性沥青具有更好的相容性，需要在加热的条件下向改性沥青中加入橡胶粉。所述加热的条件可以包括：加热的温度为160-220℃，加热的时间为10-30min。热过快或加热过慢会影响组分之间的相容性，因此，优选情况下，加热的温度为195-205℃，加热的时间为15-30min。
根据本发明，步骤(2)中，将步骤(1)得到的改性沥青与橡胶粉共混的条件可以为本领域中常规的选择，例如，所述共混的条件可以包括：转速为80-150rpm，共混的时间为30-180min，为了使改性沥青与橡胶粉具有更好的相容性，优选情况下，所述共混的条件包括：转速为100-130rpm，共混的时间为60-120min。所述共混的装置可以为本领域中常用的用于混合的各种装置，例如高速剪切机。
本发明还提供了上述沥青组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将基质沥青加热后与芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂共混，得到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青；
(2)在加热条件下，将步骤(1)得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青与橡胶粉共混。
根据本发明，步骤(1)中，所述加热的条件的可以包括：加热的温度为160-220℃，加热的时间为10-30min。加热过快或加热过慢会影响组分之间的相容性，因此，为了使基质沥青呈熔融态利于与聚合物改性剂更好地相容，优选情况下，加热的温度为175-195℃，加热的时间为15-25min。
根据本发明，将所述基质沥青加热后与芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂进行共混的条件可以为本领域中常规的共混的条件，只要使基质沥青、芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和硫化物类稳定剂混合均匀得到改性沥青即可。例如所述共混可以在剪切条件下进行，转速可以为80-150rpm，共混的时间为可以为15-150min；优选情况下，转速为100-120rpm，共混的时间为40-60min。
所述共混的装置与上文描述一致，在此不再赘述。
根据本发明，步骤(2)中，为了使橡胶粉与步骤(1)制得的改性沥青具有更好的相容性，需要在加热的条件下向改性沥青中加入橡胶粉。所述加热的条件可以包括：加热的温度为160-220℃，加热的时间为10-30min。热过快或加热过慢会影响组分之间的相容性，因此，优选情况下，加热的温度为195-205℃，加热的时间为15-30min。
根据本发明，步骤(2)中，将步骤(1)得到的改性沥青与橡胶粉共混的条件可以为本领域中常规的选择，例如，所述共混的条件可以包括：转速为80-150rpm，共混的时间为30-180min，为了使改性沥青与橡胶粉具有更好的相容性，优选情况下，所述共混的条件包括：转速为100-130rpm，共混的时间为60-120min。所述共混的装置与上文描述一致，在此不再赘述。
根据本发明的方法，所述基质沥青、芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化物类稳定剂和橡胶粉的种类的选择与前文描述相同，在此不再赘述。所述基质沥青、芳烃油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、硫化 物类稳定剂和橡胶粉的用量以使得最终制备的沥青组合物中各组分的含量能够满足前文所述的要求为准。
以下结合实施例和对比例详细说明本发明。
以下实施例和对比例中，采用JTG/T 0604-2000中规定的方法测定石油沥青和沥青组合物的针入度；采用JTG/T 0605-2000中规定的方法测定沥青组合物在5℃时的延度；采用JTG/T 0606-2000中规定的沥青软化点试验(环球法)方法测定沥青组合物的软化点；采用JTG/T 0662-2000中沥青弹性恢复试验测定沥青组合物在25℃时的弹性恢复；根据JTG/T 0620-2000中规定沥青组合物的在60℃时的动力粘度；根据JTG/T 0625-2011中规定沥青组合物的在177℃时的运动粘度；采用AASHTO M320测定沥青组合物的PG分级。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的沥青组合物及其制备方法。
沥青组合物的组成配方(以重量份计)：
其中，基质沥青为商购自中国石化镇海炼化分公司的70A道路石油沥青，针入度(25℃，100g，5s)为71；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)为商购自中国石化岳阳石化分公司的牌号为SBS-791H的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，平均分子量为20万，其中，以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的总量为基准，由苯 乙烯形成的结构单元的含量为30重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为70重量％；
芳烃油中的芳香烃含量为75重量％(商购自济南重油化工有限公司)；
硫化物类稳定剂购自上海博琪科国际贸易公司，牌号为MBS-3，该MBS-3的组成：聚硫化物的含量为70重量％，氧化锌的含量为20重量％，硫磺的含量为10重量％，以下相同；
废旧卡车轮胎橡胶粉为购自温州诚信橡胶粉厂的废旧卡车轮胎橡胶粉，粒度为40目。
沥青组合物的制备方法为：
(1)将基质沥青加热15min，加热至175℃，然后缓慢加入芳烃油、SBS和硫化物类稳定剂MBS-3，搅拌均匀，用剪切机(型号为L100，江苏启东化工设备厂，以下相同)高速剪切40min，转速为100rpm，得到SBS改性沥青；
(2)将步骤(1)得到的SBS改性沥青加热15min，升温至195℃，然后加入废旧卡车轮胎橡胶粉，用剪切机高速剪切60min，转速为100rpm，控制195℃不变，得到根据本发明的沥青组合物。将得到的沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表1。
对比例1
本对比例提供参比的沥青组合物及其制备方法。
采用与实施例1相同的方法制备沥青组合物，不同的是，采用相同重量份的硫磺(中国石化普光油田有限公司)代替硫化物类稳定剂MBS-3，得到参比沥青组合物。将得到的参比沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表 1。
对比例2
本对比例提供参比的沥青组合物及其制备方法。
采用与实施例1相同的方法制备沥青组合物，不同的是，步骤(1)中，硫化物类稳定剂的用量为2重量份。得到参比沥青组合物。将得到的参比沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表1。
对比例3
本对比例提供参比的沥青组合物及其制备方法。
采用与实施例1相同的方法制备沥青组合物，不同的是，步骤(1)中，硫化物类稳定剂的用量为0.1重量份。得到参比沥青组合物。将得到的参比沥青组合物进行针入度、5℃延度、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表1。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的沥青组合物及其制备方法。
沥青组合物的组成配方(以重量份计)：
其中，基质沥青为商购自中国石化镇海炼化分公司的70A道路石油沥青，针入度(25℃，100g，5s)为71；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为商购自中国石化岳阳石化分公司的牌号为SBS-791H的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，平均分子量为20万，其中，以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的总量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为30重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为70重量％；
芳烃油中的芳香烃含量为85重量％(商购自济南石油化工有限公司)；
硫化物类稳定剂购自上海博琪科国际贸易有限公司，牌号为MBS-3，组成与实施例1相同；
废旧卡车轮胎橡胶粉为购自温州诚信橡胶粉厂的废旧卡车轮胎橡胶粉，粒度为60目。
沥青组合物的制备方法为：
(1)将基质沥青加热25min，加热至195℃，然后缓慢加入芳烃油、SBS和硫化物类稳定剂MBS-3，搅拌均匀，用剪切机高速剪切60min，转速为120rpm，得到SBS改性沥青；
(2)将步骤(1)得到的SBS改性沥青加热30min，升温至205℃，然后加入废旧卡车轮胎橡胶粉，用剪切机高速剪切120min，转速为130rpm，控制205℃不变，得到根据本发明的沥青组合物。将得到的沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表1。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的沥青组合物及其制备方法。
沥青组合物的组成配方(以重量份计)：
其中，基质沥青为商购自中国石化镇海炼化分公司的70A道路石油沥青，针入度(25℃，100g，5s)为67；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为商购自中国石化岳阳石化分公司的牌号为SBS-791H的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，平均分子量为20万，其中，以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的总量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为30重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为70重量％；
芳烃油中的芳香烃含量为80重量％(商购自济南重油化工有限公司)；
硫化物类稳定剂购自上海博琪科国际贸易公司，牌号为MBS-3，组成与实施例1相同；
废旧卡车轮胎橡胶粉为购自温州诚信橡胶粉厂的废旧卡车轮胎橡胶粉，粒度为50目。
沥青组合物的制备方法为：
(1)将基质沥青加热20min，加热至185℃，然后缓慢加入芳烃油、SBS和稳定剂MBS-3，搅拌均匀，用剪切机高速剪切50min，转速为110rpm，得到SBS改性沥青；
(2)将步骤(1)得到的SBS改性沥青加热20min，升温至200℃，然后加入废旧卡车轮胎橡胶粉，用剪切机高速剪切90min，转速为115rpm，控制200℃不变，得到根据本发明的沥青组合物。将得到的沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、PG分级的测定，结果见表1。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的沥青组合物及其制备方法。
沥青组合物的组成配方(以重量份计)：
其中，基质沥青为商购自中国石化镇海炼化的70A道路石油沥青，针入度(25℃，100g，5s)为67；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为商购自中国石化岳阳石化分公司的牌号为SBS-791H的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，平均分子量为20万，其中，以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的总量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为30重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为70重量％；
芳烃油中的芳香烃含量为80重量％(商购自济南重油化工有限公司)；
硫化物类稳定剂购自上海博琪科国际贸易公司，牌号为MBS-3，组成与实施例1相同；
废旧卡车轮胎橡胶粉为购自温州诚信橡胶粉厂的废旧卡车轮胎橡胶粉，粒度为50目。
沥青组合物的制备方法为：
(1)将基质沥青加热20min，加热至180℃，然后缓慢加入芳烃油、SBS和稳定剂MBS-3，搅拌均匀，用剪切机高速剪切70min，转速为105rpm，得到SBS改性沥青；
(2)将步骤(1)得到的SBS改性沥青加热15min，升温至200℃，然后加入废旧卡车轮胎橡胶粉，用剪切机高速剪切90min，转速为120rpm，控制200℃不变，得到根据本发明的沥青组合物。将得到的沥青组合物进行针入度、5℃延度、软化点、25℃弹性恢复、60℃动力粘度、177℃运动粘度、 PG分级的测定，结果见表1。
表1
从表1的结果看出，与对比例1-3相比，本发明提供的沥青组合物具有更优良的高低温性能、高粘性和高弹性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。