一种改性再生剂及其制备方法和应用

本技术涉及公路工程的，具体涉及一种改性再生剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着沥青路面大规模养护期和高等级公路改扩建期的到来，大量的旧料资源缺少高效利用方式，而工程优质石料愈发紧缺、沥青不断涨价，对热再生高性能化的需求愈发突出。

2、与新拌沥青混合料相比，旧沥青路面混合料(rap料)除了由于沥青“变硬”导致的高温抗车辙指标提高，其他性能基本都是劣化趋势：粘附性降低导致水稳性和抗剥落性能严重下降，沥青老化导致疲劳抗裂性能衰减80％左右、低温抗裂性能也下降35％左右。而目前对于老化沥青的再生一般通过对老化沥青组分进行协调为主，虽然能够一定程度上恢复和改善老化沥青的组分组成，但是无法有效恢复sbs改性剂的作用性能，因此难以实现对改性沥青的再生，且必然会影响到再生应用工程的成败。

3、与此同时，对于采用重交沥青修筑的混合料，当使用达到一定年限进行再生时，即使通过最大程度的再生，所得到再生路面所含有的沥青材料性质仍然为重交沥青水平，难以升级为改性沥青，而重交沥青显然已不能满足高等级路面对于沥青材料的要求。

4、通过改性剂来改善再生沥青混合料的性能，其方式主要有两种：将外加改性剂加入新补沥青材料(湿法工艺)中；在拌制再生沥青混合料时，直接将外加改性剂掺入混合料中(干法)。对湿法而言，由于补充的新沥青和再生剂一般不超过10％，而改性剂在沥青中分散一般不超过8％，改性剂换算为整体沥青(含旧沥青)中的比例不大于0.8％，这对于当前改性沥青混合料普遍在4-6％的改性剂用量来说，显然无法起到充分的改性效果。而干法改性剂不受rap和新沥青掺量的限制，只需要根据具体情况添加不同比例的外加改性剂即可。但是热再生应用干法工艺对于外加改性剂的性质提出了严格的要求，要在短时间的拌和过程中同时起到组分调节、力学增强的作用，特别是在对于拌和要求较为严苛的现场热再生施工时，平均拌和温度只有140℃左右，新建道路上的sbs改性技术目前拌和普遍在180℃左右。

5、因此，亟需开发一种可满足140℃左右拌和工况的直投型sbs改性再生剂，全面提升热再生混合料性能、特别是rap料劣化严重的性能指标，从材料性能角度大幅提升再生沥青路面的使用耐久，实现普通沥青路面直接再生为改性沥青混合料、劣化的sbs改性沥青路面再生为更为优良的sbs改性沥青混合料，实现对旧沥青路面资源的最大化、高附加值利用。

技术实现思路

1、为了满足140℃左右拌和工况，且能够全面提升热再生混合料性能，本技术提供一种改性再生剂及其制备方法和应用。

2、第一方面，本技术提供一种改性再生剂。

3、一种改性再生剂，包括以下重量份的组分：45-55份sbs改性剂、22-28份拌和剂、16-24份稳定剂、14-20份组分调节剂；

4、所述组分调节剂包括重量比为(8-13)：(2-5)：(1-4)：(1-3)的季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚；

5、所述拌和剂包括重量比为(22-28)：(1-3)的树脂和松香酸钠。

6、本技术的发明人发现，以季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚作为组分调节剂，与sbs改性剂、拌和剂、稳定剂协同配合，利用该技术方案中的各组分进行结合，获得的改性再生剂可以用于沥青的热再生处理技术中，能够实现沥青及沥青混合料拌和温度的降低和旧沥青混合料的再生利用。即，改性再生剂可以在低温140℃左右的工况下进行使用，且与旧沥青混合料、新沥青在短时间的拌和过程中可以起到组分调节、力学增强的作用，以同时还原老化的沥青和老化的sbs改性剂，获得高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害、抗疲劳性等性能优异的再生沥青。

7、本技术使用的组分调节剂可以对废旧混合料中的老化沥青组分进行调和，补充轻质组分，使其性质得到一定程度恢复，提高了材料的低温开裂及抗水损性能，从而提高其综合性能。组分调节剂中的端氨基超支化聚酰胺具有丰富的氨基和酰胺键，且反应活性较大，可以作为组分调节剂与改性再生剂中的sbs改性剂、拌和剂、稳定剂之间快速发生交联接枝反应，形成稳固的改性再生剂的内部结构；季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、单硬脂酸甘油酯与脂肪醇聚氧乙烯醚具有较高的润滑渗透性，可以提高各原料物质的分散性，提升各原料物质之间的相容性，通过端氨基超支化聚酰胺的同步添加，可协同产生增稠增粘的作用，进一步提高材料的韧性，加强了改性剂与石料的黏附性，提高了材料的低温开裂及抗水损性能。

8、优选地，所述组分调节剂的添加量为17-20份。

9、在一个具体的实施方案中，所述组分调节剂的添加量可以为14份、17份、20份。

10、在一些具体的实施方案中，所述组分调节剂的添加量还可以为14-17份。

11、经过试验分析可知，本技术将组分调节剂的添加量控制为上述范围时，能够明显提高热再生混合料的而综合性能。

12、优选地，所述组分调节剂包括重量比为(11-13)：(2-4)：(1-3)：(1-2)的季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚。

13、在一个具体的实施方案中，所述季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚的重量比可以为12：3：2：1.5、11：2：1：1、13：2：3：2、13：3：3：2、13：3：3：2。

14、在一些具体的实施方案中，所述季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚的重量比还可以为(11-12)：2：(1-3)：(1-2)、(11-13)：(2-4)：3：(1-2)、(11-13)：(2-4)：1：(1-2)(9-11)：2：3：(1-2)。

15、经过试验分析可知，本技术将组分调节剂中季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚的重量比控制为上述范围内时，能够进一步提高再生沥青的综合性能。

16、优选地，所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为350-2200g/mol。

17、进一步地，所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为800-1000g/mol。

18、经过试验分析可知，当端氨基超支化聚酰胺的分子量为上述范围时，能够进一步提高再生沥青的综合性能。

19、优选地，所述组分调节剂的制备方法为：

20、称取相应重量的所述季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、所述单硬脂酸甘油酯和所述脂肪醇聚氧乙烯醚，并置于140-160℃的条件下进行充分混合；

21、然后将所述端氨基超支化聚酰胺加入反应体系中，边加入边将反应体系升温至200-240℃，与此同时不断地进行搅拌20-30min，然后降温至140-160℃，保持温度不变，得到所述组分调节剂备用。

22、本技术利用上述制备方法，先将季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后，再将端氨基超支化聚酰胺加入反应体系中，同时调节反应体系至200-240℃，得到组分调节剂；再与sbs改性剂、拌和剂、稳定剂协同配合共混产生融合，通过还原老化的沥青和老化的sbs改性剂，获得高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害、抗疲劳性等性能优异的再生沥青。

23、另外，在组分调节剂的制备过程中，通过筛选合适的加料顺序，并控制温度的升高再下降，使组分调节剂中各组分可以形成粒度小且分布均匀的颗粒，有利于进一步提高改性再生剂中各组分之间的交联性，从而进一步提升再生沥青混合料的整体质量。进一步地，所述反应体系升温的温度为210-230℃。

24、在一个具体的实施方案中，所述反应体系升温的温度可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃。

25、在一些具体的实施方案中，所述反应体系升温的温度还可以为200-210℃、200-220℃、200-230℃、200-240℃、210-220℃、210-240℃、220-230℃、220-240℃、230-240℃。

26、本技术通过利用上述的制备方法，将季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚混合加热并搅拌均匀，获得了组分调节剂，通过筛选合适的混合温度，可以进一步提高改性再生剂用于热再生沥青的性能。

27、优选地，所述sbs改性剂产自国路高科工程技术研究院有限公司。

28、进一步，所述sbs改性剂的熔融指数为4g/10min，粒径为50-150μm。

29、本技术使用的sbs改性剂可直投于拌合，与改性再生剂中的其他成分在短时间拌合过程中、靠集料剪切和高温作用实现类似“蒲公英散篷”的瞬间粉末化分散、快速熔融并形成交联网络，发挥sbs改性效果。

30、进一步地，所述拌和剂包括重量比为(24-26)：(1-2)的树脂和松香酸钠。

31、本技术使用的拌和剂中松香酸钠具有两亲结构，一端为亲水基，一端为亲油基，具有较好的化学稳定性，耐高温和耐高压性能更好，适合沥青温拌使用；能够与具有增粘作用的树脂配合使用作为拌和剂。

32、本技术的发明人发现在拌和过程中，拌和剂中的两种组分在结合料中产生泡沫作用，与沥青作用使之发泡，使得沥青的高温粘度降低，进而使得沥青能够在相对较低的温度条件下(130-150℃)与其他材料拌合均匀。因此，本技术使用树脂和松香酸钠作为拌和剂，使得结合料中的发泡反应起到润滑剂的作用，起到温拌效果，进而实现改性再生剂与旧沥青混合料、新沥青在130-150℃的低温拌合；同时该拌和剂与sbs改性剂、稳定剂和组分调节剂作为改性再生剂，和旧沥青混合料、新沥青具有较好的相容性，有利于进一步改善再生沥青的水稳定性，从而提高沥青的使用寿命。

33、在一个具体的实施方案中，所述树脂和所述松香酸钠的重量比为22：1、22：2、22：3、24：1、24：2、24：3、26：1、26：2、26：3、28：1、28：2、28：3。

34、在一些具体的实施方案中，所述树脂和所述松香酸钠的重量比还可以为22：(1-2)、22：(2-3)、22：(1-3)、24：(1-2)、24：(2-3)、24：(1-3)、26：(1-2)、26：(2-3)、26：(1-3)、28：(1-2)、28：(2-3)、28：(1-3)。

35、本技术的发明人经过试验分析可知，当选择上述重量比的树脂和松香树脂作为拌和剂时，能够在保证拌和温度为130-150℃的情况下，可以进一步提高再生沥青的综合性能。

36、进一步地，所述树脂选自古马隆树脂、萜烯树脂、c5石油树脂、c9石油树脂中的一种或多种。

37、优选地，所述稳定剂包括环烷油和糠醛抽出油。

38、进一步地，所述稳定剂包括重量比为(6-9)：(1-3)的环烷油和糠醛抽出油。

39、优选地，所述稳定剂选自石油沥青、废旧润滑油、催化裂化油浆、生物提取油、糠醛抽出油、常减压蒸馏侧线油、环烷油中的一种或者多种。

40、本技术选择的稳定剂可以提高改性再生剂中各原料组分的相容性，较好地提升改性再生剂中各组分的粘附性，降低混合物料的空隙率，继而提高再生沥青的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比，使得再生沥青的水稳定性较好。

41、优选地，所述稳定剂包括环烷油和糠醛抽出油。

42、进一步地，所述稳定剂包括重量比为(6-9)：(1-3)的环烷油和糠醛抽出油。

43、第二方面，本技术提供了上述改性再生剂的制备方法，具体包括以下步骤：

44、在140-160℃的条件下，将所述sbs改性剂、所述拌和剂与所述组分调节剂充分混合，并以150-250r/min的转速搅拌30-40min；

45、向反应体系中加入所述稳定剂，搅拌充分混合，即得所述改性再生剂。

46、第三方面，本技术提供了上述改性再生剂在沥青就地热再生处理中的应用。

47、第四方面，本技术提供了上述改性再生剂在沥青就地热再生处理中的使用方法，具体包括以下步骤：

48、在拌和温度130-150℃的条件下，将废旧沥青混合料，所述改性再生剂与新沥青进行搅拌10-20s。

49、优选地，所述废旧沥青混合料，所述改性再生剂与所述新沥青的重量比(80-100)：(8-12)：(8-12)。

50、本技术通过上述的使用方法，将改性再生剂用于废旧沥青混合料的就地热再生处理中，在低温130-150℃的条件下，改性再生剂与沥青旧料、沥青新料进一步共混，各组分即可发生高度交联，产生较强结合力，使得到的再生沥青混合料之间紧密结合，进一步提高了再生沥青的性能。

51、综上所述，本技术的技术方案具有以下效果：

52、本技术以季戊四醇三(3氮丙啶基)丙酸酯、端氨基超支化聚酰胺、单硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚作为组分调节剂，与sbs改性剂、拌和剂、稳定剂协同配合，利用该技术方案获得的改性再生剂可以用于沥青的热再生处理技术中，该改性再生剂可以在低温140℃左右的工况下进行使用。

53、本技术在组分调节剂的制备过程中，通过控制加料顺序和工艺温度，使组分调节剂中各组分可以形成粒度小且分布均匀的颗粒，有利于进一步提高改性再生剂中各组分之间的交联性，从而进一步提升再生沥青混合料的整体质量。

54、本技术提供的改性再生剂在短时间的拌和过程中可以起到组分调节、力学增强的作用，以同时还原老化的沥青和老化的sbs改性剂，获得高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害、抗疲劳性等性能优异的再生沥青。

55、本技术通过筛选组分调节剂中各组分的重量比以及拌和剂中各组分的重量比和稳定剂的种类，获得的改性再生剂用于沥青的就地热再生处理中，可以进一步提高再生沥青的性能。