本发明涉及一种路桥用改性材料及其应用，尤其涉及一种高粘温拌沥青改性剂及改性沥青的制备方法。
背景技术：
沥青结合料的分子量相对较小，其物理特性劣于分子量较大的聚合物。因此，使用具有出色物理特性的聚合物树脂能够改善沥青结合料的性质，进而延长路面的使用寿命。用于此目的聚合物添加剂称为改性剂，含改性剂的沥青结合料称为改性沥青结合料。然而，需要注意的是，基于使用的改性剂不同，沥青结合料的物理特性的改良程度也不尽相同。在通过添加改性剂或改性沥青结合料生产改性沥青混凝土混合料时，可以采用高温加热160～170℃，热拌沥青或中温加热120～140℃，温拌沥青两种生产方法。后者温拌沥青生产法较受欢迎，因为它具有减少环境污染、节约能源等特点。
在改性剂的传统组分中，作为粘度增稠剂的大部分聚合物树脂是粘度中等的通用聚合物树脂(如废旧PE、HDPE、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA))等，而并非高粘度的材料。若在生产改性沥青结合料时加入常规量的聚合物，粘度方面则无法达到要求。路面相对容易出现车辙。相反，加入大量聚合物以提高粘度也不符合节约成本的原则。此外，高温下粘度较大的聚合物(如硬沥青、沥青岩、石油树脂、环氧树脂等)在低温下表现出脆性，易造成早期路面开裂。
近期，为了解决混合料生产中能源消耗和空气污染的问题，使用温拌沥青取代热拌沥青生产的方法得到了越来越多的关注，很多专利因此发布。有专利采用马来酸聚乙烯蜡和工艺油作为温拌添加剂，SBS或丁苯橡胶作为改性剂。然而，SBS或SBR的粘度和弹性较差。因此，它几乎不会导致路面开裂，但由于粘度较差，产生车辙的可能性也更大。
相关专利提出采用费托合成法制成的工艺蜡，以它为温拌添加剂，胺或碱石灰为抗剥剂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和一种无机粉末为改性剂。然而，EVA树脂并不是合适的改性剂，因为它的粘度相对较弱，低温条件下没有弹性。作为温拌添加剂的沙索蜡也能提高低温条件下的脆性(裂缝)和高温条件下的软化度(车辙)。
根据上述专利文献调查，大部分专利提出使用单一或至少一种材料作为温拌添加剂。专利提及的大部分改性剂有些具有良好的弹性和较低的粘度，有些具有较高的脆性和较低的弹性。几乎没有一种改性剂兼具了弹性和粘度。
有鉴于上述现有的沥青改性剂存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型高粘温拌沥青改性剂及改性沥青的制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于，克服现有的沥青改性剂存在的缺陷，而提供一种新型高粘温拌沥青改性剂及改性沥青的制备方法，降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的高粘温拌沥青改性剂，由以下重量份的各组分组成：热塑性丁苯橡胶20～60份、橡胶粉10～30份、弹性体材料20～50份、温拌剂1～20份、改性助剂1～10份，稳定剂0～5份。
前述的高粘温拌沥青改性剂，所述热塑性丁苯橡胶为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，间结构为梳型、体型、线型、星型中的任意一种或两种的混合物，苯乙烯含量为10％-50％之间，因为苯乙烯含量高，聚合物溶液粘度变小，拉伸强度的硬度大，对沥青粘度和低温性能影响较小；所述热塑性丁苯橡胶的分子量为50000～250000，若分子量小于5万，粘度过小，对沥青粘度影响较小，不能满足使用要求，若分子量大于25万，热塑性丁苯橡胶聚合物在沥青中溶解、松散的难度增加，施工难度大，并可能致使松散不均匀，改性作用反而下降。
前述的高粘温拌沥青改性剂，所述橡胶粉的粒度为40～80目。
前述的高粘温拌沥青改性剂，所述弹性体材料为SIS(苯乙烯和共轭二烯烃组成的嵌段共聚物)、SEPS(氢化SIS)、SEBS(饱和性SBS，或氢化SBS)中的任意一种或两种的混合物；所述弹性体材料的分子量为100000～500000，若分子量小于10万，分子间相互作用力小，体系粘度较小，对沥青粘度影响较小，不能满足使用要求；若分子量大于50万，弹性体材料与沥青相容性变差，容易和沥青发生相分离。
温拌剂选用霍尼韦尔7686、DAT、Sasobit、中路WM-4198其中一种或两种混合物。
前述的高粘温拌沥青改性剂，所述改性助剂为乙烯聚合物改性沥青树脂、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯蜡共聚物其中任意两种或两种以上的混合物。
前述的高粘温拌沥青改性剂，所述稳定剂为硫磺，纯度>99％。
前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法，包括如下操作步骤：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分放入重型双轴混合机或强力混合机中，加热融化，搅拌均匀，搅拌温度为140～200℃，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；将固体颗粒进一步压碎或粉碎制成细粒或粉末；
将基质沥青加热至150℃～165℃，再将高粘温拌沥青改性剂细粒或粉末加入基质沥青中，低速搅拌0.5～1小时，搅拌温度为175～190℃；高速剪切1.5～2小时，剪切温度为175～190℃，剪切速率为3000～5000r/min；最后，再低速搅拌0.5～1.0小时，得到目标产物。
前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法，包括如下操作步骤：将上述高粘弹性温拌改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，挤出温度为100℃～200℃，冷却后切割成固体颗粒；将固体颗粒进一步压碎或粉碎制成细粒或粉末；
将基质沥青加热至150℃～165℃，再将将高粘温拌沥青改性剂细粒或粉末加入基质沥青中，低速搅拌0.5～1小时，搅拌温度为175～190℃；高速剪切1.5～2小时，剪切温度为175～190℃，剪切速率为3000～5000r/min；最后，再低速搅拌0.5～1.0小时。
前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法，包括如下操作步骤：
在室温下用压碎机或粉碎机将高粘温拌改性剂的各组分分别制成细粒或粉末，然后将各组分混合；
将基质沥青加热至150℃～165℃，再将将高粘温拌沥青改性剂细粒或粉末加入基质沥青中，低速搅拌0.5～1小时，搅拌温度为175～190℃；高速剪切1.5～2小时，剪切温度为175～190℃，剪切速率为3000～5000r/min；最后，再低速搅拌0.5～1.0小时。
前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法，所述高粘温拌沥青改性剂的质量为基质沥青质量的2％～16％。
借由上述技术方案，本发明的高粘温拌沥青改性剂及改性沥青的制备方法至少具有下列优点：
本发明适当比例混合SBS、对应各种弹性体材料以及橡胶粉，由于SBS高分子链具有串联结构的塑性段和弹性段两种嵌段，各种结构复配，即聚苯乙烯链段的聚集形成三维结构，分散在沥青中，聚苯乙烯链段赋予材料足够的强度，中间嵌段聚丁二烯又使共聚物具有特别好的弹性，从而有效地改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、混合料的稳定性、耐老化性等；加之温拌剂通过其活性组分可以起到高温降黏、中温缓黏、低温增黏的作用，使其采用该高粘温拌改性剂制备的沥青混合料在路面生产和施工过程中具有可降低空气污染、节约燃料、降低材料氧化老化、缩短道路开放时段等优势，广泛应用于道路沥青路面铺筑。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的高粘温拌沥青改性剂及改性沥青的制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：线型热塑性丁苯橡胶聚合物40wt％，其中苯乙烯含量为50％，且重均分子量为10万；橡胶粉25wt％，其粒度为45目；弹性体材料20wt％，为SIS和SEPS的混合物，重均分子量为45万；霍尼韦尔7686温拌剂8wt％；改性助剂5wt％，主要包含乙烯聚合物改性沥青树脂和聚乙烯蜡两种，硫磺稳定剂2wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分放入重型双轴混合机或强力混合机中，加热140℃至融化，搅拌均匀，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至165℃，将高粘温拌沥青改性剂粉末加入基质沥青中，其中高粘温拌改性剂的质量占基质沥青的16％，低速搅拌1小时，搅拌温度为180℃；高速剪切2小时，剪切温度为180℃，剪切速率为5000r/min；最后，再低速搅拌1.0小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例1制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青对比，测试结果见表1所示：
表1实施例1制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例1制备的高粘温拌改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表2：
表2实施例1制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表1和表2中可以看出，应用实施例1高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例2
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：星型热塑性丁苯橡胶聚合物30wt％，其中苯乙烯含量为45％，且重均分子量为15万；橡胶粉20wt％，其粒度为50目；弹性体材料30wt％，为SIS和SEBS的混合物，重均分子量为40万；美国DAT温拌剂12wt％；改性助剂6wt％，主要包含乙烯聚合物改性沥青树脂和氧化聚乙烯蜡两种，硫磺稳定剂2wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，挤出温度为100℃，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至160℃，将高粘温拌沥青改性剂粉末加入基质沥青中，其中高粘温拌改性剂的质量占基质沥青的12％，低速搅拌0.8小时，搅拌温度为180℃；高速剪切1.8小时，剪切温度为180℃，剪切速率为4500r/min；最后，再低速搅拌0.5小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例2制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表3所示：
表3实施例2制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例2制备的高粘改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表4：
表4实施例2制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表3和表4中可以看出，应用实例2高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例3
本发明高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：热塑性丁苯橡胶聚合物30wt％，为线型和星型混合物，其中苯乙烯含量为40％，且重均分子量为20万；橡胶粉15wt％，其粒度为55目；弹性体材料35wt％，为SEPS和SEBS的混合物，重均分子量为35万；Sasobit温拌剂8wt％；改性助剂8wt％，主要包含乙烯聚合物改性沥青树脂和乙烯-醋酸乙烯共聚物两种，硫磺稳定剂4wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
在室温下用压碎机或粉碎机将高粘弹性温拌改性剂的各组分分别制成细粒或粉末，然后将各组分混合。
应用前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至155℃，将高粘温拌沥青改性剂细粒加入基质沥青中，其中温拌高粘改性剂的质量占基质沥青的10％，低速搅拌0.6小时，搅拌温度为180℃；高速剪切1.6小时，剪切温度为180℃，剪切速率为4000r/min；最后，再低速搅拌1小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例3制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表5所示：
表5实施例3制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例3制备的高粘度改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表6：
表6实施例3制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表5和表6中可以看出，应用实例3高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例4
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：热塑性丁苯橡胶聚合物45wt％，为线型和星型混合物，其中苯乙烯含量为35％，且重均分子量为25万；橡胶粉15wt％，其粒度为60目；弹性体材料25wt％，为SIS和SEBS的混合物，重均分子量为30万；中路WA-4198温拌剂6wt％；改性助剂7wt％，主要包含聚乙烯蜡和乙烯-醋酸乙烯共聚物两种，硫磺稳定剂2wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分放入重型双轴混合机或强力混合机中，加热150℃至融化，搅拌均匀，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性剂制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至150℃，将温拌高粘沥青改性剂加入基质沥青中，其中高粘温拌改性剂的质量占基质沥青的8％，低速搅拌0.5小时，搅拌温度为180℃；高速剪切1.5小时，剪切温度为180℃，剪切速率为3500r/min；最后，再低速搅拌0.5小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例4制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表7所示：
表7实施例4制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例4制备的高粘度改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表8：
表8实施例4制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表7和表8中可以看出，应用实例4高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例5
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：星型热塑性丁苯橡胶聚合物50wt％，其中苯乙烯含量为30％，且重均分子量为20万；橡胶粉15wt％，其粒度为65目；弹性体材料25wt％，为SIS和SEPS的混合物，重均分子量为25万；霍尼韦尔7686温拌剂4wt％，改性助剂4wt％，主要包含乙烯聚合物改性沥青树脂和氧化聚乙烯蜡两种，硫磺稳定剂2wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，挤出温度为140℃，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至160℃，将高粘温拌沥青改性剂粉末加入基质沥青中，其中高粘温拌改性剂的质量占基质沥青的6％，低速搅拌0.5小时，搅拌温度为180℃；高速剪切1.5小时，剪切温度为180℃，剪切速率为3000r/min；最后，再低速搅拌1小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例5制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表9所示：
表9实施例5制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例5制备的高粘度改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表10：
表10实施例5制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表9和表10中可以看出，应用实例5高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例6
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：线型热塑性丁苯橡胶聚合物60wt％，其中苯乙烯含量为25％，且重均分子量为25万；橡胶粉10wt％，其粒度为70目；弹性体材料20wt％，为SEBS和SEPS的混合物，重均分子量为20万；美国DAT和中路WM-4198温拌剂5wt％，改性助剂4wt％，主要包含乙烯聚合物改性沥青树脂和聚乙烯蜡两种，硫磺稳定剂1wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分直接放入挤压机中，制成带状，挤出温度为180℃，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至165℃，将高粘温拌沥青改性剂细粒加入基质沥青中，其中高粘温拌沥青改性剂的质量占基质沥青的8％，低速搅拌0.5小时，搅拌温度为180℃；高速剪切1.5小时，剪切温度为180℃，剪切速率为3500r/min；最后，再低速搅拌0.5小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例6制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表11所示：
表11实施例6制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例6制备的高粘度改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表12：
表12实施例6制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表11和表12中可以看出，应用实例6高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
实施例7
本发明的高粘温拌沥青改性剂，包括下述组分：线型热塑性丁苯橡胶聚合物30wt％，其中苯乙烯含量为20％，且重均分子量为25万；橡胶粉20wt％，其粒度为75目；弹性体材料40wt％，为SEBS和SIS的混合物，重均分子量为35万；Sasobit温拌剂6wt％；改性助剂3wt％，主要包含聚乙烯蜡和乙烯-醋酸乙烯共聚物两种，硫磺稳定剂1wt％。
高粘温拌沥青改性剂制备方法如下：
将上述高粘温拌沥青改性剂的组成成分放入重型双轴混合机或强力混合机中，加热160℃至融化，搅拌均匀，形成均一的熔料；熔料通过挤压机，制成带状，冷却后切割成固体颗粒；这些颗粒被压碎机或粉碎机进一步制成细粒或粉末。
应用前述的高粘温拌沥青改性制备改性沥青的方法如下：
将基质沥青加热至155℃，将高粘温拌沥青改性剂粉末加入基质沥青中，其中高粘温拌改性剂的质量占基质沥青的12％，低速搅拌1小时，搅拌温度为180℃；高速剪切2小时，剪切温度为180℃，剪切速率为4500r/min；最后，再低速搅拌1小时，得到高粘温拌改性沥青。
对实施例7制备的高粘温拌改性沥青的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青性能进行对比，测试结果见表13所示：
表13实施例7制备的高粘温拌改性沥青的技术指标测试结果
对实施例7制备的高粘度改性沥青混合料的相关技术指标进行测试，并与采用常规方法制备的高粘改性沥青混合料性能进行对比，测试结果见表14：
表14实施例7制备的高粘温拌改性沥青混合料的技术指标测试结果
从表13和表14中可以看出，应用实施例7高粘温拌沥青改性剂制备的高粘温拌改性沥青及混合料各项指标均满足技术要求，且有效降低拌合温度、减少环境污染、节约能源，具有很好使用价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。