一种改性沥青材料及其至制备方法与流程

本发明属于道路材料，具体涉及一种改性沥青材料及其制备方法。

背景技术：

1、交通是制约国民经济发展的一个重要因素。随着我国国民经济的迅速发展，公路交通也随之迅速发展。以往，我国铺设公路的主要材料是普通道路沥青，这种沥青存在低温脆裂、高温流淌，对应变值适应性和耐疲劳性差等缺点。由于公路长期受水和空气中湿气的作用，沥青会分解并丧失对砂和集料的粘结力，使路面使用寿命短。

2、目前国外公路大多采用改性沥青作为铺路材料。这些改性沥青具有良好的耐久性、抗磨性、高温不软化、低温抗开裂性能，可成倍地延长路面使用寿命。国内一些高等级公路也采用改性沥青用为铺路材料，但主要还是采用国外进口改性沥青。

3、为提高沥青路面的使用性能和耐久性，我国高等级公路沥青路面在建设时对沥青、集料等原材料和施工的机械设备及施工工艺提出了严格的要求。研究人员提出采用多种方法和材料对沥青进行改性，以提高沥青及其混合料的耐久性，取得了较为显著成效。然而，随着国内交通量的持续增加，现有沥青路面病害问题持续加重，给我国道路交通带来极大的损害；现有改性沥青的耐久性已无法满足沥青路面的使用要求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种改性沥青材料，旨在解决现有沥青材料耐久性不足、早起病害频发的问题。本发明还公开了该高耐久性沥青的制备方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，一种改性沥青材料，由矿料和复合改性沥青胶结料组成，其特征在于，所述复合改性沥青胶结料，包括以重量份计的如下组分：100份石油沥青、3-6份苯乙烯类热塑性弹性体、5-15份复配环氧树脂、4-12份复配固化剂、0.5-1.5份多聚磷酸、2-8份改性聚乙烯醇纤维、5-10份硅藻土、0.1-1份抗老化剂。

4、在某些具体实施例中，所述石油沥青为70#石油沥青，90#石油沥青中的一种或者其混合物。

5、在某些具体实施例中，所述苯乙烯类热塑性弹性体为环氧化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，且环氧基的质量分数为3-9％。

6、在某些具体实施例中，所述复配环氧树脂由双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和6350柔性环氧树脂组成，所述双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和6350柔性环氧树脂的质量比为30-50：30-50：10-30。

7、在某些具体实施例中，所述复配固化剂由长碳链脂肪族伯胺、丁腈橡胶和聚酰胺组成，所述长碳链脂肪族伯胺、丁腈橡胶和聚酰胺的质量比为70-100：15-25：15-25。

8、进一步，所述长碳链脂肪族伯胺的碳链长度在c10-c18之间，胺值为150-250mgkoh/g；丁腈橡胶的胺值为30-80mgkoh/g；聚酰胺的分子量为500-1000，胺值为150-250mgkoh/g。

9、在某些具体实施例中，所述改性聚乙烯醇纤维通过如下方法获得：在反应容器中加入一定量的聚乙烯醇纤维，然后加入碱溶液，控制体系的ph值为12-13，搅拌均匀，接着按比例缓慢加入环氧氯丙烷，持续搅拌反应4-6h，最后过滤、洗涤、烘干，即可得到改性聚乙烯醇纤维。

10、进一步，所述聚乙烯醇纤维的断裂强度≥1000mpa，断裂伸长率≥8％，长度为3-6mm；所述多聚磷酸中有效成分p2o5的含量大于85％。

11、在某些具体实施例中，所述矿料包括玄武岩集料和石灰岩矿粉，所述玄武岩集料包括0-2.36mm的细集料和≥2.36mm的粗集料；所述粗集料、细集料和石灰岩矿粉的质量比为60-75：10-20：5-10。

12、进一步，所述硅藻土的目数为500-1000目，硅藻质量分数≥98％。

13、进一步，所述抗老化剂为紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的复合物，质量比1：1；紫外线吸收剂为uv531、uv24、uv284或uv49中的至少一种；受阻胺光稳定剂为hs-944。

14、第二方面，一种根据前述改性沥青材料的制备方法，包括如下步骤：

15、(1)按配方要求，将石油沥青加热至170-180℃，加入苯乙烯类热塑性弹性体，剪切60-90min，剪切机速率为3000-4000r/min，然后依次加入多聚磷酸、硅藻土和抗老化剂，持续搅拌30-60min，温度保持在170-185℃，制成改性沥青；

16、(2)在40-50℃下，将双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和6350柔性环氧树脂按配方比例混合，搅拌3-10min，制成复配环氧树脂；

17、(3)将长碳链脂肪族伯胺、丁腈橡胶和聚酰胺按比例混合，搅拌3-10min，制成复配固化剂；

18、(4)在40-50℃下，将复配环氧树脂、改性聚乙烯醇纤维和复配固化剂混合，搅拌3-10min，制成环氧树脂胶结料；

19、(5)按比例将步骤(1)中制成的温度为170-185℃的改性沥青与温度为40-50℃的环氧树脂胶结料混合，搅拌3-5min，制成复合改性沥青胶结料，同时将复合改性沥青胶结料的温度保持在160-185℃；

20、(6)将矿料在温度170-190℃下维持5-8h，按比例将矿料混合均匀；然后将步骤(5)制备所得的复合改性沥青胶结料和混合好的矿料加入到拌和锅中，保持拌和温度160-190℃，搅拌3-5min，即得改性沥青材料。

21、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

22、1)本发明所提供的改性沥青材料，采用复配环氧树脂和复配固化剂反应后，形成网络结构，限制了沥青材料的自由流动；环氧化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物在沥青体系中形成网络结构，同时其环氧官能团与复配固化剂反应，形成稳定的网络结构；改性聚乙烯醇纤维通过均匀分散于沥青中形成网络结构，产生加筋和搭接效应，进一步限制了沥青的自由流动，且改性聚乙烯醇纤维具有多羟基结构，能与环氧官能团形成氢键作用，以及改性聚乙烯醇纤维表面接枝的环氧官能团与固化剂形成化学键合；即氢键和化学键合作用可以将复配环氧树脂和复配固化剂在体系中的网络结构和改性聚乙烯醇纤维在体系中的网络结构及苯乙烯类热塑性弹性体在体系中的网络结构形成多重网络结构，进而协同提升沥青材料的耐久性。同时，多聚磷酸可以与沥青中的活性基团发生化学交联反应，从而进一步稳定多重网络结构，提升沥青材料的耐久性。

23、2)本发明所提供的改性沥青材料的制备方法，原材料易得，步骤简单，试验参数控制方便，可移植性强，可在我国的道路建设中广泛采用。

技术特征：

1.一种改性沥青材料，由矿料和复合改性沥青胶结料组成，其特征在于，所述复合改性沥青胶结料，包括以重量份计的如下组分：100份石油沥青、3-6份苯乙烯类热塑性弹性体、5-15份复配环氧树脂、4-12份复配固化剂、0.5-1.5份多聚磷酸、2-8份改性聚乙烯醇纤维、5-10份硅藻土、0.1-1份抗老化剂。

2.根据权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述石油沥青为70#石油沥青，90#石油沥青中的一种或者其混合物。

3.根据权利要求2所述的改性沥青材料，其特征在于，所述苯乙烯类热塑性弹性体为环氧化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，且环氧基的质量分数为3-9％。

4.根据权利要求2所述的改性沥青材料，其特征在于，所述复配环氧树脂由双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和6350柔性环氧树脂组成，所述双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和6350柔性环氧树脂的质量比为30-50：30-50：10-30。

5.根据权利要求3或4所述的改性沥青材料，其特征在于，所述复配固化剂由长碳链脂肪族伯胺、丁腈橡胶和聚酰胺组成，所述长碳链脂肪族伯胺、丁腈橡胶和聚酰胺的质量比为70-100：15-25：15-25。

6.根据权利要求5所述的改性沥青材料，其特征在于，所述长碳链脂肪族伯胺的碳链长度在c10-c18之间，胺值为150-250mgkoh/g；丁腈橡胶的胺值为30-80mgkoh/g；聚酰胺的分子量为500-1000，胺值为150-250mgkoh/g。

7.根据权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述改性聚乙烯醇纤维通过如下方法获得：在反应容器中加入一定量的聚乙烯醇纤维，然后加入碱溶液，控制体系的ph值为12-13，搅拌均匀，接着按比例缓慢加入环氧氯丙烷，持续搅拌反应4-6h，最后过滤、洗涤、烘干，即可得到改性聚乙烯醇纤维。

8.根据权利要求7所述的改性沥青材料，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维的断裂强度≥1000mpa，断裂伸长率≥8％，长度为3-6mm；所述多聚磷酸中有效成分p2o5的含量大于85％。

9.根据权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述矿料包括玄武岩集料和石灰岩矿粉，所述玄武岩集料包括0-2.36mm的细集料和≥2.36mm的粗集料；所述粗集料、细集料和石灰岩矿粉的质量比为60-75：10-20：5-10。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种改性沥青材料，由矿料和复合改性沥青胶结料组成，所述复合改性沥青胶结料，包括以重量份计的如下组分：100份石油沥青、3‑6份苯乙烯类热塑性弹性体、5‑15份复配环氧树脂、4‑12份复配固化剂、0.5‑1.5份多聚磷酸、2‑8份改性聚乙烯醇纤维、5‑10份硅藻土、0.1‑1份抗老化剂。本发明还公开了该改性沥青材料的制备方法。本发明所提供的改性沥青材料，各个原材料之间氢键和化学键合作用将复配环氧树脂和复配固化剂在体系中的网络结构和改性聚乙烯醇纤维在体系中的网络结构及环氧化苯乙烯类热塑性弹性体在体系中的网络结构形成多重网络结构，进而协同提升沥青材料的耐久性。

技术研发人员：徐建晖,刘攀,郝增恒,王民,王杰
受保护的技术使用者：招商局重庆交通科研设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15