本发明属于道路工程材料领域，具体涉及一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青及其制备方法，该结合料主要用于排水性沥青路面和钢桥面铺装sma混合料中。
背景技术：
高粘沥青是指温度60°条件下动力粘度大于20000pa·s的一种结合料，添加于混合料中能够显著改善其抗疲劳性能；尤其是对于排水性沥青混合料，研究显示，结合料60°动力粘度值是排水性沥青混合料耐久性保证的关键。排水性沥青混合料压实后的空隙率在18％以上，且混合料内部能够形成排水通道，该大空隙结构可以快速、有效地消除路面积水，提高雨天行车安全性；并具有降低交通噪声的作用，是一种环保型路面。铺筑于城市道路中，通过渗水和排水等功能有效降低了城市内涝现象，且能够补充地下水资源、实现土地的调蓄功能，符合“海绵城市”建设的理念。高粘沥青的制备多采用基质沥青与高粘改性剂(典型产品有日本产tps和国产sinotps等)共混或基质沥青与岩沥青、橡胶粉、sbs聚合物等材料复合得到，其中前者应用的较为普遍，且在拌合站生产时可以直接添加于松散矿料中，不需要额外增加改性沥青的生产设备；但高粘改性剂的价格普遍较高，个别产品的单价甚至达到50000元/吨，另外产品掺量较大，最低不低于8.0％，一般为12～16％，经济因素的限制导致其推广应用受到阻碍。而采用后者方式生产的高粘改性沥青，由于组分材料均属于惰性较强的高分子物质，造成相互之间不发生化学反应，以致于影响改性沥青的性能稳定性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青及其制备方法，以解决现有高粘改性沥青价格高、储存稳定性不佳等的缺陷；其用于排水性沥青路面中，不仅可以提高路面的耐久性，还可以降低加工成本，性价比较好。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，以质量份数计，包括基质沥青100份，聚氨酯预聚体3～6份，sbs改性剂3～5份，扩链剂0.2～0.8份，偶联剂2～3份和质量为sbs改性剂1.0‰的稳定剂。
进一步的，动力粘度值均大于20000pa·s。
进一步的，sbs改性剂采用星型或者线型sbs聚合物；聚氨酯预聚体采用聚醚型聚氨酯预聚体h2122a或聚醚型聚氨酯预聚体h2133a；稳定剂采用单质硫、硫化物或无硫型化合物；偶联剂采用硅烷偶联剂或硼酸酯偶联剂；扩链剂采用二元胺类扩链剂moca或二元胺类扩链剂m-oea。
一种制备基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青的方法，包括以下步骤：
步骤1)、按质量份数取聚氨酯预聚体3～6份，sbs改性剂3～5份，基质沥青100份，扩链剂0.2～0.8份，偶联剂2～3份和质量为sbs改性剂1.0‰的稳定剂；
步骤2)、将基质沥青加热至熔融状态后加入sbs改性剂混合均匀得到混合物a，并将混合物a进行剪切；
步骤3)、在剪切后的混合物a中加入稳定剂，然后剪切混合均匀得到混合物b；
步骤4)、在混合物b中加入扩链剂和偶联剂并进行剪切得到混合物c；
步骤5)、在混合物c中添加聚氨酯预聚体混合均匀后发育，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
进一步的，sbs改性剂采用星型或者线型sbs聚合物；聚氨酯预聚体采用聚醚型聚氨酯预聚体h2122a或聚醚型聚氨酯预聚体h2133a；稳定剂采用单质硫、硫化物或无硫型化合物；偶联剂采用硅烷偶联剂或硼酸酯偶联剂；扩链剂采用二元胺类扩链剂moca或二元胺类扩链剂m-oea。
进一步的，步骤2)中，将基质沥青加热至155～165℃，然后将称量好的sbs改性剂加入熔融状态的基质沥青中，待sbs添加完毕后搅拌溶胀30min，且保持温度在155～165℃范围内，得到混合物a。
进一步的，步骤3)中将混合物a快速加热到165～180℃后，采用其转速为3500～4500r/min的剪切机进行剪切，时间不低于30min。
进一步的，将稳定剂加入剪切完后的混合物a中，在165～180℃的温度条件下以3500～4500r/min的转速剪切不低于10min，得到混合物b。
进一步的，在混合物b中依次加入扩链剂和偶联剂，并在160～170℃的温度下剪切不低于10min，速率为3500～4500r/min，得到混合物c。
进一步的，在混合物c中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至80～90℃且保温10～20min，然后将加入聚氨酯预聚体的混合物c在160～170℃的温度下剪切不低于30min；加工完毕后的混合物置于150～160℃的烘箱中进行发育，时间为50～60min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，聚氨酯化合物属于热固性材料，分子结构中含有类似sbs聚合物的软硬段相，兼具橡胶和塑料的双重特性；且结构中含有异氰酸酯基活性官能团，能够与多种化合物发生反应从而赋予基体更好的性能，添加于基质沥青中可以显著改善结合料的高温和粘结性能，且改性沥青具有较好的存储稳定性。根据异氰酸酯基与某些活性官能团之间产生的化学反应以及sbs聚合物对高温性能的显著改善作用，从而达到降低聚合物掺量和提高储存稳定性的双重作用。选择性价比较好的高粘沥青用于排水性路面建设中，有利于“海绵城市”建设理念更好的进行实施和开展。
本发明一种制备基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青的方法，因为聚氨酯具有高温固化的特性，长时间处于高温状态时可能会降低共混体系的流变性，甚至会缩短其可加工时间，因此，复合改性沥青制备时采用先加工sbs改性沥青后再添加pu的方法来进行，将基质沥青加热至熔融状态后加入sbs改性剂混合均匀得到混合物a，提供了未溶胀发育完全的sbs改性沥青，然后将混合物a进行剪切得到溶胀发育的sbs改性沥青，然后加入稳定剂，保证混合物b的稳定性，然后加入扩链剂和偶联剂，扩链剂是聚氨酯预聚体发生固化反应形成粘结力的关键，偶联剂的掺入可以减少聚氨酯化合物与空气中微量的水分发生化学反应，降低产生的气体对沥青的存储稳定性和改性效果造成影响，最后加入聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体分子结构中含有活性异氰酸酯基，异氰酸酯基会与沥青组分中的羟基反应生成氨基甲酸酯基，与沥青质中的氨基发生化学反应生成脲基甲酸酯。
进一步的，将称量好的sbs改性剂加入熔融状态的基质沥青中，使sbs改性剂均匀地分散在基质沥青中，这里合理的剪切温度使沥青始终处于熔融流动的状态，保证了sbs改性剂质在其中的分散以及沥青组分向聚合物网络中的扩散和渗透能力。
进一步的，将混合物a快速加热到165～180℃后，使沥青始终处于熔融流动的状态，保证改性剂颗粒在其中的分散以及沥青组分向聚合物网络中的扩散和渗透能力，采用高速剪切机进行剪切加工，通过高速旋转的转子与定子之间所产生的强力的剪断、分散、冲击、乱流等过程使物料在剪切缝中被切割，迅速破碎成200nm～2μm的微粒，进而可以使改性剂更好地均匀分散在沥青中。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细描述：
本发明的目的在于提供一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青及其制备方法，以解决现有高粘改性沥青价格高、储存稳定性不佳等的缺陷；其用于排水性沥青路面中，不仅可以提高路面的耐久性，还可以降低加工成本，性价比较好。
为达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤1)、根据质量份数取聚氨酯预聚体3～6份，sbs改性剂3～5份、基质沥青100份，扩链剂0.2～0.8份，偶联剂2～3份，质量为sbs改性剂1.0‰的稳定剂；
其中基质沥青采用70#基质沥青采或65#基质沥青；
步骤2)、将基质沥青加热至熔融状态，具体加热温度为155～165℃，将称量好的sbs改性剂加入熔融状态的基质沥青中，使sbs改性剂均匀地分散在基质沥青中，这里合理的剪切温度使沥青始终处于熔融流动的状态，保证了sbs改性剂质在其中的分散以及沥青组分向聚合物网络中的扩散和渗透能力；具体采用电动搅拌器低速搅拌，待sbs添加完毕后搅拌溶胀不低于30min，且保持温度在155～165℃范围内，得到混合物a；
步骤3)、将混合物a快速加热到165～180℃后，使沥青始终处于熔融流动的状态，保证改性剂颗粒在其中的分散以及沥青组分向聚合物网络中的扩散和渗透能力，采用高速剪切机进行剪切加工，其转速为3500～4500r/min、时间不低于30min；通过高速旋转的转子与定子之间所产生的强力的剪断、分散、冲击、乱流等过程使物料在剪切缝中被切割，迅速破碎成200nm～2μm的微粒，进而可以使改性剂更好地均匀分散在沥青中；
步骤4)、将稳定剂加入剪切完后的混合物a中，在165～180℃的温度条件下以3500～4500r/min的转速剪切不低于10min，得到混合物b；保证混合物a有良好的流动性能，同时为反应性稳定剂的活化提供所需的能量，确保化学反应的产生，避免过高的温度造成沥青的老化和共混体系中局部化学反应的过度(胶体转变为凝胶型结构)，影响改性效果。剪切是使稳定剂被剪切、破碎成微粒，充分地在沥青中发育、溶胀；
步骤5)、混合物b无需进行烘箱发育，在混合物b中依次将扩链剂和偶联剂加入，并在160～170℃的温度下剪切不低于10min，速率为3500～4500r/min，得到混合物c；保证混合物b有良好的流动性能，促进扩链剂和偶联剂的溶胀；剪切是使扩链剂和偶联剂被剪切、破碎成微粒，充分地在沥青中发育、溶胀；
步骤6)、在混合物c中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至80～90℃、且保温10～20min，然后将加入聚氨酯预聚体的混合物c在160～170℃的温度下剪切不低于30min；
步骤7)、加工完毕后的混合物置于150～160℃的烘箱中进行发育，时间为50～60min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
在高粘改性沥青制备过程中，聚氨酯预聚体的异氰酸酯基与二元胺类扩链剂、沥青质中的氨基反应生成脲基甲酸酯(-nh-co-nh-)，异氰酸酯基与羟基反应生成氨基甲酸酯基(-nh-coo-)。
sbs改性剂采用星型或者线型sbs聚合物。
聚氨酯预聚体采用聚醚型聚氨酯预聚体h2122a或聚醚型聚氨酯预聚体h2133a。
稳定剂采用单质硫、硫化物或无硫型化合物中的一种。
扩链剂采用二元胺类扩链剂moca或二元胺类扩链剂m-oea。
偶联剂采用硅烷偶联剂或硼酸酯偶联剂。
本发明所述的高粘改性沥青采用sbs改性剂与聚氨酯化合物进行复合，能够充分发挥sbs聚合物对高温性能的显著改善作用以及异氰酸酯基的活性特征，实现不同改性技术的优势互补。
实施例1：
一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，以质量份数计，由以下材料组成：聚氨酯预聚体h2122a3份、星型sbs改性剂3份、70#基质沥青100份、扩链剂moca0.4份和偶联剂kh5502份，无硫型化合物稳定剂为sbs改性剂质量的1.0‰。
本实施例的复合改性沥青按照以下步骤制备：
(1)将70#基质沥青加热至155℃后缓慢加入sbs改性剂，并采用搅拌器低速搅拌，待sbs添加完毕后搅拌溶胀30min，且保持温度在155℃；
(2)将沥青与sbs改性剂的混合物快速加热到165℃后，采用高速剪切机进行加工，其转速为4000r/min、时间30min，剪切过程中混合物的温度为165℃；
(3)在剪切完毕后的混合物a中添加稳定剂，并在165℃的温度条件下以4000r/min的转速剪切10min；
(4)制备得到的sbs改性沥青无需进行烘箱发育，依次将扩链剂和偶联剂加入剪切后的sbs改性沥青中，并在160℃的温度下剪切10min，速率为4000r/min；
(5)共混体系中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至80℃、且保温10min，添加完毕后再在上述温度和剪切速率条件下剪切30min；
(6)加工完毕后的混合物置于150℃的烘箱中进行发育，时间为50min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
实施例2：
一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，以质量份数计，由以下材料组成：聚氨酯预聚体h2122a4份、星型sbs改性剂4份、70#基质沥青100份、扩链剂moca0.6份和偶联剂kh5503份，无硫型化合物稳定剂为sbs改性剂质量的1.0‰。
本实施例的复合改性沥青按照以下步骤制备：
(1)将70#基质沥青加热至160℃后缓慢加入sbs改性剂，并采用搅拌器低速搅拌，待sbs添加完毕后搅拌溶胀30min，且保持温度在160℃范围内；
(2)将沥青与sbs改性剂的混合物快速加热到170℃后，采用高速剪切机进行加工，其转速为4500r/min、时间45min，剪切过程中混合物的温度170℃；
(3)在剪切完毕后的混合物a中添加稳定剂，并在170℃的温度条件下再次以4500r/min的转速剪切10min；
(4)制备得到的sbs改性沥青无需进行烘箱发育，依次将扩链剂和偶联剂加入，并在165℃的温度下剪切10min，速率为4500r/min；
(5)共混体系中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至85℃、且保温15min，添加完毕后再在上述温度和剪切速率条件下剪切不低于30min；
(6)加工完毕后的混合物置于155℃的烘箱中进行发育，时间为60min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
实施例3：
一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，以质量份数计，由以下材料组成：聚氨酯预聚体h2133a5份、线型sbs改性剂4份、70#基质沥青100份、扩链剂m-oea0.6份和偶联剂kh5502份，无硫型化合物稳定剂为sbs改性剂质量的1.0‰。
本实施例的复合改性沥青按照以下步骤制备：
(1)将70#基质沥青加热至165℃后缓慢加入sbs改性剂，并采用搅拌器低速搅拌，待sbs添加完毕后搅拌溶胀30min，且保持温度在165℃范围内；
(2)将沥青与sbs改性剂的混合物快速加热到175℃后，采用高速剪切机进行加工，其转速为3500r/min、时间50min，剪切过程中混合物的温度175℃；
(3)在剪切完毕后的混合物a中添加稳定剂，并在175℃的温度条件下再次以3500r/min的转速剪切10min；
(4)制备得到的sbs改性沥青无需进行烘箱发育，依次将扩链剂和偶联剂加入，并在170℃的温度下剪切10min，速率为3500r/min；
(5)共混体系中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至90℃、且保温20min，添加完毕后再在上述温度和剪切速率条件下剪切35min；
(6)加工完毕后的混合物置于160℃的烘箱中进行发育，时间为50min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
实施例4：
一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青，以质量份数计，由以下材料组成：聚氨酯预聚体h2133a6份、线型sbs改性剂5份、70#基质沥青100份、扩链剂m-oea0.8份和偶联剂kh5503份，无硫型化合物稳定剂为sbs改性剂质量的1.0‰。
本实施例的复合改性沥青按照以下步骤制备：
(1)将65#基质沥青加热至165℃后缓慢加入sbs改性剂，并采用搅拌器低速搅拌，待sbs添加完毕后搅拌溶胀30min，且保持温度在165℃范围内；
(2)将沥青与sbs改性剂的混合物快速加热到165℃后，采用高速剪切机进行加工，其转速为4000r/min、时间60min，剪切过程中混合物的温度190℃；
(3)在剪切完毕后的混合物a中添加稳定剂，并在165℃的温度条件下再次以4000r/min的转速剪切10min；
(4)制备得到的sbs改性沥青无需进行烘箱发育，依次将扩链剂和偶联剂加入，并在165℃的温度下剪切10min，速率为4000r/min；
(5)共混体系中添加聚氨酯预聚体，预聚体提前加热至85℃、且保温15in，添加完毕后再在上述温度和剪切速率条件下剪切35min；
(6)加工完毕后的混合物置于160℃的烘箱中进行发育，时间为60min，即可得到sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青。
为验证本发明一种基于sbs/聚氨酯复合的高粘改性沥青的性能，对本发明实施例1～4进行高低温、粘度、存储稳定性等试验，并与tps高粘改性沥青(“湿法”工艺制备、70#基质沥青与高粘剂的掺配比例为88％:12％)进行对比，结果如1所示。
表1高粘改性沥青不同性能对比结果
从表1可知，本发明制备的sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青其动力粘度值均大于20000pa·s，且高低温性能、储存稳定性也都优于tps高粘改性沥青，虽然对应的高温粘度值略大，但仍可满足施工拌合的需要。以上可说明开发的sbs/聚氨酯复合高粘改性沥青能够用作排水性沥青路面的结合料，且很大程度上可替代tps高粘沥青。