专利名称：一种沥青组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种沥青组合物及其制备方法，本发明的组合物专用于半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层和桥面防水抗疲劳层。
背景技术：
聚合物在各种用途的沥青组合物中应用已经非常普遍，包括聚乙烯PE、乙烯醋酸乙烯酯共聚物EVA、天然橡胶NR、丁苯胶乳SBR或苯乙烯类嵌段共聚物等，这些聚合物分散到沥青中可以改善沥青及沥青混合料的高低温性能并延长路面的使用寿命，因而得到广泛应用，其中苯乙烯类嵌段共聚物对沥青的各项性能综合提高效果较好，从而使其在全世界范围内逐渐成为用于沥青改性的最主要的聚合物。
现有技术生产的聚合物改性沥青，其中的聚合物含量一般都不超过6％，本领域技术人员可以设想到通过提高沥青组合物中聚合物含量来提高产品的性能，然而在聚合物含量增加的同时，由于聚合物与沥青在结构和密度上的差异，产品离析的现象非常严重，很难得到聚合物均匀分散且贮存稳定的产品。现有技术生产的改性沥青对于大多数路面应用来说，其性能已经可以满足要求。但是，对于某些特殊的应用场合，比如桥面防水抗疲劳层，其所经受的震动、拉伸、剪切作用比普通沥青路面的防水层要更加强烈和频繁；再如半刚性基层水泥混凝土路面的防水抗冲刷层，因路面板块划分及力学体系和沥青混凝土路面的差异很大，其在行车荷载下所经受的挤压、拉伸、水冲刷作用也较沥青混凝土路面防水层大得多。在这两种应用场合中，为防止或减缓水侵入对桥体钢结构的腐蚀或对半刚性基层的损坏，防水层对材料的高温稳定性、低温柔韧性、弹性恢复能力和抗疲劳性能有更苛刻的要求。然而在在当今交通量和车辆荷载的日益增大的情况下，现有技术生产的聚合物改性沥青已经不能满足这两种特殊应用的需要。本发明的目的就在于解决这个问题，提供一种专用的沥青组合物及其制备方法。
石油沥青的组成极为复杂，通常可以认为其包含沥青质、胶质、芳香分、饱和分四种组分，其中沥青质和胶质的分子量较大，芳香分和饱和分分子量相对较小。在生产聚合物改性沥青过程中，沥青中这几种组分的比例对于聚合物在沥青中的稳定分散非常重要，特别是芳香分能有效溶胀聚合物，降低聚合物颗粒与沥青之间的界面张力，所以在增大聚合物用量时，同时增加体系中芳香分等低分子量成分的含量，延长溶胀时间，并加入适量稳定剂以交联聚合物，才能确保聚合物在沥青中均匀分散。
基质沥青的品质对改性沥青产品的性能有影响，特别是当增加聚合物用量和对产品性能指标有更高要求时，必须对基质沥青性能指标加以限定，由于测定和评价沥青的具体组分较复杂，所以采用限定基质沥青一般指标的方式更切合实际，如基质沥青的密度和老化前后质量变化可以反映其老化性能，另外国家规范对基质沥青60℃动力粘度的上限未作规定，实际上该参数对于生产高指标改性沥青影响较大。
聚合物改性沥青的制备过程中，聚合物的分子量分子量过小，对沥青改性效果不明显，分子量过大，又不易在沥青中稳定均匀分散，因此聚合物分子量应控制在合适的范围内才能达到较好的改性效果。另外，线型聚合物在沥青中相对星型聚合物易于在沥青中溶胀分散，但对沥青性能的改善效果不如后者，二者在改性沥青的制备中需要控制合适的配合比例以达到最佳效果。同样，嵌段共聚物的刚性链段与柔性链段在改性沥青中起着不同作用，合适的比例可以使改性沥青中的聚合物网络结构具有更好的改性效果。
现有技术也涉及基质沥青的选择、聚合物种类、分子量对改性效果的影响，生产过程中也考虑了溶胀过程对于聚合物均匀分散的重要性，然而，对于需要更严格高低温性能和抗疲劳性能的沥青组合物，现有技术没有深入涉及对基质沥青的具体指标要求，以及相关的聚合物种类、组合和用量，也没有考虑到若想更多的聚合物在沥青中溶胀，必须同时往体系中添加相应量的富含芳香分的物质，并适当延长溶胀时间，同时现有技术对溶胀时机、稳定剂的加入时机与反应时间也没有足够考虑。
本发明的沥青组合物具有较高的高温稳定性、低温柔韧性、弹性恢复能力和抗疲劳性，适用于对材料性能要求更为苛刻的半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层或桥面的防水抗疲劳层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青组合物及其制备方法。本发明所述的沥青组合物具有较高的高温稳定性、低温柔韧性和弹性恢复能力，适用于对材料性能要求苛刻的半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层或桥面的防水抗疲劳层。
本发明所述改性沥青具体组成(质量)为石油沥青70～86％，聚合物8～15％，稳定剂0.08～0.6％，相容剂6～10％，填充剂0～10％。
所述石油沥青是指满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)70号、90号或110号指标要求的石油沥青，15℃相对密度大于1.02，老化前后质量变化为-0.3％～0，其中70号沥青60℃动力粘度不大于220Pa.s，90号沥青60℃动力粘度不大于180Pa.s，110号沥青60℃动力粘度不大于130Pa.s。
所述聚合物按质量百分比包括30～50％的一种可由通式(AB)nX表示星型嵌段共聚物、50～70％的一种可由通式ABA表示的线型嵌段共聚物和0～10％的合成橡胶；其中星型嵌段共聚物重均分子量为20～30万，线型嵌段共聚物重均分子量为10～15万，合成橡胶重均分子量为10～15万；在通式(AB)nX和ABA中，A是由苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯或乙烯基吡啶聚合得到的链段，B是由丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯或2，3-二甲基丁二烯聚合得到的链段；在通式(AB)nX中n为3或4，X为带有3或4个官能基的偶联剂残基；在通式(AB)nX和ABA中A组分所占质量百分比为20-40％；所述合成橡胶是乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、废橡胶粉或顺式异戊橡胶中的一种或两种以上的组合。
所述的稳定剂是有机过氧化合物、有机偶氮化合物、硫磺粉、有机多硫化物、有机磺酸化合物或金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
所述的相容剂是指反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂，抽出油芳香分含量大于90％。
所述的填充剂是指硅藻土、天然沥青中的一种或两种的组合。
本发明所述的沥青组合物制备方法是首先将质量百分比为70～86％的石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入6～10％的相容剂、8～15％的聚合物和0～10％的填充剂，再通过转速为2000～4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2～10小时，然后加入0.08～0.6％的稳定剂，反应1-5小时，得到本沥青组合物产品。
本发明所述的沥青组合物可达到以下技术指标软化点为85-95℃，测试方法为行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)中描述的T0606-2000；弹性恢复不小于99％，测试方法为T0662-2000；4℃测力延度比不小于0.4％，测试方法为美国材料与试验协会测试方法ASTM D226；5℃延度不小于75cm，旋转薄膜加热试验后5℃延度不小于45cm，延度测试方法为T0605-1993，旋转薄膜加热试验方法为T0610-1993。
本发明所述的沥青组合物可达到如下技术指标软化点为85～95℃，25℃弹性恢复不小于99％，4℃测力延度比不小于0.4，5℃延度不小于75cm，旋转薄膜加热试验后5℃延度不小于45cm。
所述的沥青组合物，其可用于半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层。
所述的沥青组合物，其可用于桥面防水抗疲劳层。
具体实施例方式
实施例一首先将质量百分比为79.7％的70号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入10％的反序糠醛抽出油和10％的聚合物(聚合物包括40％的星型SBS和60％的线型SBS)，再通过转速为2500RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀6小时，然后加入0.3％的硫磺粉，再反应4小时，得到沥青组合物产品。
实施例二首先将质量百分比为79.8％的90号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入8％的反序糠醛抽出油、3％的天然沥青和9％的聚合物(聚合物包括35％的星型SBS、60％的线型SIS和5％的丁苯橡胶)，再通过转速为3000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀5小时，然后加入0.1％的有机多硫化物和0.1％的金属氧化物，再反应3小时，得到沥青组合物产品。
实施例三首先将质量百分比为80.8％的110号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入6％的反序糠醛抽出油、2％的天然沥青、2％的硅藻土和9％的聚合物(聚合物包括30％的星型SBS、65％的线型SIS和5％的废橡胶粉)，再通过转速为2000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀5小时，然后加入0.1％的有机多硫化物和0.1％的硫磺粉，再反应4小时，得到沥青组合物产品。
对比例一首先将质量百分比为95.4％的90号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入4.4％的星型SBS和0.2％的硫磺粉，再通过转速为2500RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下反应3小时，得到产品。
对比例二首先将质量百分比为94.5％的110号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入5.2％的星型SBS和0.3％的硫磺粉，再通过转速为2000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下反应4小时，得到产品。
对比例三首先将质量百分比为94.5％的110号石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入3％的糠醛抽出油、8％的线型SBS和0.4％的硫磺粉，再通过转速为2000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下反应5小时，得到产品。
上述实施例产品与对比例产品技术指标对比如表1所示。
表1
从表1可以看出，现有技术生产的改性沥青(对比例一和对比例二)在软化点(高温性能)、老化前后延度(低温柔韧性)、弹性恢复性能上与本发明的沥青组合物指标有一定差距，特别是在低温柔韧性和弹性恢复能力上差别较大，而这正是半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层或桥面防水抗疲劳层这种对材料性能有苛刻要求的场合所需要的，而现有技术尚无法生产出聚合物含量超过8％的高品质沥青组合物产品，因此对比例三的产品离析严重且粘度过高，聚合物无法在沥青中均匀稳定分散。
权利要求
1.一种沥青组合物，其特征在于本沥青组合物按质量百分比组成为石油沥青70～86％，聚合物8～15％，稳定剂0.08～0.6％，相容剂6～10％，填充剂0～10％；本沥青组合物由如下方法制备首先将质量百分比为70～86％的石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入6～10％的相容剂、8～15％的聚合物和0～10％的填充剂，再通过转速为2000～4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2～10小时，然后加入0.08～0.6％的稳定剂，反应1-5小时，得到本沥青组合物产品；本沥青组合物可达到如下技术指标软化点为85～95℃，25℃弹性恢复不小于99％，4℃测力延度比不小于0.4，5℃延度不小于75cm，旋转薄膜加热试验后5℃延度不小于45cm。
2.根据权利要求1所述的沥青组合物，其特征在于所述石油沥青是指满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)70号、90号或110号指标要求的石油沥青，15℃相对密度大于1.02，老化前后质量变化为-0.3％～0，其中70号沥青60℃动力粘度不大于220Pa.s，90号沥青60℃动力粘度不大于180Pa.s，110号沥青60℃动力粘度不大于130Pa.s。
3.根据权利要求1所述的沥青组合物，其特征在于所述聚合物按质量百分比包括30～50％的一种可由通式(AB)nX表示星型嵌段共聚物、50～70％的一种可由通式ABA表示的线型嵌段共聚物和0～10％的合成橡胶；其中星型嵌段共聚物重均分子量为20～30万，线型嵌段共聚物重均分子量为10～15万，合成橡胶重均分子量为10～15万；在通式(AB)nX和ABA中，A是由苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯或乙烯基吡啶聚合得到的链段，B是由丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯或2，3-二甲基丁二烯聚合得到的链段；在通式(AB)nX中n为3或4，X为带有3或4个官能基的偶联剂残基；在通式(AB)nX和ABA中A组分所占质量百分比为20-40％；所述合成橡胶是乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、废橡胶粉或顺式异戊橡胶中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的沥青组合物，其特征在于所述的稳定剂是有机过氧化合物、有机偶氮化合物、硫磺粉、有机多硫化物、有机磺酸化合物或金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的沥青组合物，其特征在于所述的相容剂是指反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂，抽出油芳香分含量大于90％。
6.根据权利要求1所述的沥青组合物，其特征在于所述的填充剂是指硅藻土、天然沥青中的一种或两种的组合。
7.一种根据权利要求1所述的沥青组合物的制备方法，其特征在于首先将质量百分比为70～86％的石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入6～10％的相容剂、8～15％的聚合物和0～10％的填充剂，再通过转速为2000～4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2～10小时，然后加入0.08～0.6％的稳定剂，反应1-5小时，得到本沥青组合物产品。
8.根据权利要求1所述的沥青组合物，其可用于半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层。
9.根据权利要求1所述的沥青组合物，其可用于桥面防水抗疲劳层。
全文摘要
一种沥青组合物及其制备方法，其组成按质量为石油沥青70～86％、聚合物8～15％、稳定剂0.08～0.6％、相容剂6～10％和填充剂0～10％。其制备方法为首先将按质量70～86％的石油沥青加热到175～185℃至流动状态，在搅拌状态下依次加入6～10％的相容剂、8～15％的聚合物和0～10％的填充剂，再通过转速为2000～4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2～10小时，然后加入0.08～0.6％的稳定剂，反应1－5小时，得到产品。本组合物具有较高的高温稳定性、低温柔韧性、弹性恢复能力，专用于半刚性基层水泥混凝土路面防水抗冲刷层或桥面的防水抗疲劳层。
文档编号C08L53/00GK1986646SQ20061014505
公开日2007年6月27日 申请日期2006年11月30日 优先权日2006年11月30日
发明者侯芸, 戴建华 申请人:侯芸, 戴建华