一種高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法與流程
2023-05-05 23:09:36
本發明涉及一種路橋用改性材料及其應用，尤其涉及一種高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法。
背景技術：
瀝青結合料的分子量相對較小，其物理特性劣於分子量較大的聚合物。因此，使用具有出色物理特性的聚合物樹脂能夠改善瀝青結合料的性質，進而延長路面的使用壽命。用於此目的聚合物添加劑稱為改性劑，含改性劑的瀝青結合料稱為改性瀝青結合料。然而，需要注意的是，基於使用的改性劑不同，瀝青結合料的物理特性的改良程度也不盡相同。在通過添加改性劑或改性瀝青結合料生產改性瀝青混凝土混合料時，可以採用高溫加熱160～170℃，熱拌瀝青或中溫加熱120～140℃，溫拌瀝青兩種生產方法。後者溫拌瀝青生產法較受歡迎，因為它具有減少環境汙染、節約能源等特點。
在改性劑的傳統組分中，作為粘度增稠劑的大部分聚合物樹脂是粘度中等的通用聚合物樹脂(如廢舊PE、HDPE、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA))等，而並非高粘度的材料。若在生產改性瀝青結合料時加入常規量的聚合物，粘度方面則無法達到要求。路面相對容易出現車轍。相反，加入大量聚合物以提高粘度也不符合節約成本的原則。此外，高溫下粘度較大的聚合物(如硬瀝青、瀝青巖、石油樹脂、環氧樹脂等)在低溫下表現出脆性，易造成早期路面開裂。
近期，為了解決混合料生產中能源消耗和空氣汙染的問題，使用溫拌瀝青取代熱拌瀝青生產的方法得到了越來越多的關注，很多專利因此發布。有專利採用馬來酸聚乙烯蠟和工藝油作為溫拌添加劑，SBS或丁苯橡膠作為改性劑。然而，SBS或SBR的粘度和彈性較差。因此，它幾乎不會導致路面開裂，但由於粘度較差，產生車轍的可能性也更大。
相關專利提出採用費託合成法製成的工藝蠟，以它為溫拌添加劑，胺或鹼石灰為抗剝劑，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和一種無機粉末為改性劑。然而，EVA樹脂並不是合適的改性劑，因為它的粘度相對較弱，低溫條件下沒有彈性。作為溫拌添加劑的沙索蠟也能提高低溫條件下的脆性(裂縫)和高溫條件下的軟化度(車轍)。
根據上述專利文獻調查，大部分專利提出使用單一或至少一種材料作為溫拌添加劑。專利提及的大部分改性劑有些具有良好的彈性和較低的粘度，有些具有較高的脆性和較低的彈性。幾乎沒有一種改性劑兼具了彈性和粘度。
有鑑於上述現有的瀝青改性劑存在的缺陷，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於，克服現有的瀝青改性劑存在的缺陷，而提供一種新型高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法，降低空氣汙染、節約燃料、降低材料氧化老化，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的高粘溫拌瀝青改性劑，由以下重量份的各組分組成：熱塑性丁苯橡膠20～60份、橡膠粉10～30份、彈性體材料20～50份、溫拌劑1～20份、改性助劑1～10份，穩定劑0～5份。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑，所述熱塑性丁苯橡膠為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，間結構為梳型、體型、線型、星型中的任意一種或兩種的混合物，苯乙烯含量為10％-50％之間，因為苯乙烯含量高，聚合物溶液粘度變小，拉伸強度的硬度大，對瀝青粘度和低溫性能影響較小；所述熱塑性丁苯橡膠的分子量為50000～250000，若分子量小於5萬，粘度過小，對瀝青粘度影響較小，不能滿足使用要求，若分子量大於25萬，熱塑性丁苯橡膠聚合物在瀝青中溶解、鬆散的難度增加，施工難度大，並可能致使鬆散不均勻，改性作用反而下降。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑，所述橡膠粉的粒度為40～80目。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑，所述彈性體材料為SIS(苯乙烯和共軛二烯烴組成的嵌段共聚物)、SEPS(氫化SIS)、SEBS(飽和性SBS，或氫化SBS)中的任意一種或兩種的混合物；所述彈性體材料的分子量為100000～500000，若分子量小於10萬，分子間相互作用力小，體系粘度較小，對瀝青粘度影響較小，不能滿足使用要求；若分子量大於50萬，彈性體材料與瀝青相容性變差，容易和瀝青發生相分離。
溫拌劑選用霍尼韋爾7686、DAT、Sasobit、中路WM-4198其中一種或兩種混合物。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑，所述改性助劑為乙烯聚合物改性瀝青樹脂、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙烯-醋酸乙烯蠟共聚物其中任意兩種或兩種以上的混合物。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑，所述穩定劑為硫磺，純度>99％。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法，包括如下操作步驟：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分放入重型雙軸混合機或強力混合機中，加熱融化，攪拌均勻，攪拌溫度為140～200℃，形成均一的熔料；熔料通過擠壓機，製成帶狀，冷卻後切割成固體顆粒；將固體顆粒進一步壓碎或粉碎製成細粒或粉末；
將基質瀝青加熱至150℃～165℃，再將高粘溫拌瀝青改性劑細粒或粉末加入基質瀝青中，低速攪拌0.5～1小時，攪拌溫度為175～190℃；高速剪切1.5～2小時，剪切溫度為175～190℃，剪切速率為3000～5000r/min；最後，再低速攪拌0.5～1.0小時，得到目標產物。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法，包括如下操作步驟：將上述高粘彈性溫拌改性劑的組成成分直接放入擠壓機中，製成帶狀，擠出溫度為100℃～200℃，冷卻後切割成固體顆粒；將固體顆粒進一步壓碎或粉碎製成細粒或粉末；
將基質瀝青加熱至150℃～165℃，再將將高粘溫拌瀝青改性劑細粒或粉末加入基質瀝青中，低速攪拌0.5～1小時，攪拌溫度為175～190℃；高速剪切1.5～2小時，剪切溫度為175～190℃，剪切速率為3000～5000r/min；最後，再低速攪拌0.5～1.0小時。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法，包括如下操作步驟：
在室溫下用壓碎機或粉碎機將高粘溫拌改性劑的各組分分別製成細粒或粉末，然後將各組分混合；
將基質瀝青加熱至150℃～165℃，再將將高粘溫拌瀝青改性劑細粒或粉末加入基質瀝青中，低速攪拌0.5～1小時，攪拌溫度為175～190℃；高速剪切1.5～2小時，剪切溫度為175～190℃，剪切速率為3000～5000r/min；最後，再低速攪拌0.5～1.0小時。
前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法，所述高粘溫拌瀝青改性劑的質量為基質瀝青質量的2％～16％。
藉由上述技術方案，本發明的高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法至少具有下列優點：
本發明適當比例混合SBS、對應各種彈性體材料以及橡膠粉，由於SBS高分子鏈具有串聯結構的塑性段和彈性段兩種嵌段，各種結構復配，即聚苯乙烯鏈段的聚集形成三維結構，分散在瀝青中，聚苯乙烯鏈段賦予材料足夠的強度，中間嵌段聚丁二烯又使共聚物具有特別好的彈性，從而有效地改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、混合料的穩定性、耐老化性等；加之溫拌劑通過其活性組分可以起到高溫降黏、中溫緩黏、低溫增黏的作用，使其採用該高粘溫拌改性劑製備的瀝青混合料在路面生產和施工過程中具有可降低空氣汙染、節約燃料、降低材料氧化老化、縮短道路開放時段等優勢，廣泛應用於道路瀝青路面鋪築。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例詳細說明如後。
具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效,對依據本發明提出的高粘溫拌瀝青改性劑及改性瀝青的製備方法其具體實施方式、特徵及其功效，詳細說明如後。
實施例1
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：線型熱塑性丁苯橡膠聚合物40wt％，其中苯乙烯含量為50％，且重均分子量為10萬；橡膠粉25wt％，其粒度為45目；彈性體材料20wt％，為SIS和SEPS的混合物，重均分子量為45萬；霍尼韋爾7686溫拌劑8wt％；改性助劑5wt％，主要包含乙烯聚合物改性瀝青樹脂和聚乙烯蠟兩種，硫磺穩定劑2wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分放入重型雙軸混合機或強力混合機中，加熱140℃至融化，攪拌均勻，形成均一的熔料；熔料通過擠壓機，製成帶狀，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至165℃，將高粘溫拌瀝青改性劑粉末加入基質瀝青中，其中高粘溫拌改性劑的質量佔基質瀝青的16％，低速攪拌1小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切2小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為5000r/min；最後，再低速攪拌1.0小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例1製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青對比，測試結果見表1所示：
表1實施例1製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例1製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表2：
表2實施例1製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表1和表2中可以看出，應用實施例1高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例2
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：星型熱塑性丁苯橡膠聚合物30wt％，其中苯乙烯含量為45％，且重均分子量為15萬；橡膠粉20wt％，其粒度為50目；彈性體材料30wt％，為SIS和SEBS的混合物，重均分子量為40萬；美國DAT溫拌劑12wt％；改性助劑6wt％，主要包含乙烯聚合物改性瀝青樹脂和氧化聚乙烯蠟兩種，硫磺穩定劑2wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分直接放入擠壓機中，製成帶狀，擠出溫度為100℃，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至160℃，將高粘溫拌瀝青改性劑粉末加入基質瀝青中，其中高粘溫拌改性劑的質量佔基質瀝青的12％，低速攪拌0.8小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切1.8小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為4500r/min；最後，再低速攪拌0.5小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例2製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表3所示：
表3實施例2製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例2製備的高粘改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表4：
表4實施例2製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表3和表4中可以看出，應用實例2高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例3
本發明高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：熱塑性丁苯橡膠聚合物30wt％，為線型和星型混合物，其中苯乙烯含量為40％，且重均分子量為20萬；橡膠粉15wt％，其粒度為55目；彈性體材料35wt％，為SEPS和SEBS的混合物，重均分子量為35萬；Sasobit溫拌劑8wt％；改性助劑8wt％，主要包含乙烯聚合物改性瀝青樹脂和乙烯-醋酸乙烯共聚物兩種，硫磺穩定劑4wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
在室溫下用壓碎機或粉碎機將高粘彈性溫拌改性劑的各組分分別製成細粒或粉末，然後將各組分混合。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至155℃，將高粘溫拌瀝青改性劑細粒加入基質瀝青中，其中溫拌高粘改性劑的質量佔基質瀝青的10％，低速攪拌0.6小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切1.6小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為4000r/min；最後，再低速攪拌1小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例3製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表5所示：
表5實施例3製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例3製備的高粘度改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表6：
表6實施例3製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表5和表6中可以看出，應用實例3高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例4
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：熱塑性丁苯橡膠聚合物45wt％，為線型和星型混合物，其中苯乙烯含量為35％，且重均分子量為25萬；橡膠粉15wt％，其粒度為60目；彈性體材料25wt％，為SIS和SEBS的混合物，重均分子量為30萬；中路WA-4198溫拌劑6wt％；改性助劑7wt％，主要包含聚乙烯蠟和乙烯-醋酸乙烯共聚物兩種，硫磺穩定劑2wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分放入重型雙軸混合機或強力混合機中，加熱150℃至融化，攪拌均勻，形成均一的熔料；熔料通過擠壓機，製成帶狀，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性劑製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至150℃，將溫拌高粘瀝青改性劑加入基質瀝青中，其中高粘溫拌改性劑的質量佔基質瀝青的8％，低速攪拌0.5小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切1.5小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為3500r/min；最後，再低速攪拌0.5小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例4製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表7所示：
表7實施例4製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例4製備的高粘度改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表8：
表8實施例4製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表7和表8中可以看出，應用實例4高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例5
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：星型熱塑性丁苯橡膠聚合物50wt％，其中苯乙烯含量為30％，且重均分子量為20萬；橡膠粉15wt％，其粒度為65目；彈性體材料25wt％，為SIS和SEPS的混合物，重均分子量為25萬；霍尼韋爾7686溫拌劑4wt％，改性助劑4wt％，主要包含乙烯聚合物改性瀝青樹脂和氧化聚乙烯蠟兩種，硫磺穩定劑2wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分直接放入擠壓機中，製成帶狀，擠出溫度為140℃，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至160℃，將高粘溫拌瀝青改性劑粉末加入基質瀝青中，其中高粘溫拌改性劑的質量佔基質瀝青的6％，低速攪拌0.5小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切1.5小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為3000r/min；最後，再低速攪拌1小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例5製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表9所示：
表9實施例5製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例5製備的高粘度改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表10：
表10實施例5製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表9和表10中可以看出，應用實例5高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例6
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：線型熱塑性丁苯橡膠聚合物60wt％，其中苯乙烯含量為25％，且重均分子量為25萬；橡膠粉10wt％，其粒度為70目；彈性體材料20wt％，為SEBS和SEPS的混合物，重均分子量為20萬；美國DAT和中路WM-4198溫拌劑5wt％，改性助劑4wt％，主要包含乙烯聚合物改性瀝青樹脂和聚乙烯蠟兩種，硫磺穩定劑1wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分直接放入擠壓機中，製成帶狀，擠出溫度為180℃，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至165℃，將高粘溫拌瀝青改性劑細粒加入基質瀝青中，其中高粘溫拌瀝青改性劑的質量佔基質瀝青的8％，低速攪拌0.5小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切1.5小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為3500r/min；最後，再低速攪拌0.5小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例6製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表11所示：
表11實施例6製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例6製備的高粘度改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表12：
表12實施例6製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表11和表12中可以看出，應用實例6高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
實施例7
本發明的高粘溫拌瀝青改性劑，包括下述組分：線型熱塑性丁苯橡膠聚合物30wt％，其中苯乙烯含量為20％，且重均分子量為25萬；橡膠粉20wt％，其粒度為75目；彈性體材料40wt％，為SEBS和SIS的混合物，重均分子量為35萬；Sasobit溫拌劑6wt％；改性助劑3wt％，主要包含聚乙烯蠟和乙烯-醋酸乙烯共聚物兩種，硫磺穩定劑1wt％。
高粘溫拌瀝青改性劑製備方法如下：
將上述高粘溫拌瀝青改性劑的組成成分放入重型雙軸混合機或強力混合機中，加熱160℃至融化，攪拌均勻，形成均一的熔料；熔料通過擠壓機，製成帶狀，冷卻後切割成固體顆粒；這些顆粒被壓碎機或粉碎機進一步製成細粒或粉末。
應用前述的高粘溫拌瀝青改性製備改性瀝青的方法如下：
將基質瀝青加熱至155℃，將高粘溫拌瀝青改性劑粉末加入基質瀝青中，其中高粘溫拌改性劑的質量佔基質瀝青的12％，低速攪拌1小時，攪拌溫度為180℃；高速剪切2小時，剪切溫度為180℃，剪切速率為4500r/min；最後，再低速攪拌1小時，得到高粘溫拌改性瀝青。
對實施例7製備的高粘溫拌改性瀝青的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青性能進行對比，測試結果見表13所示：
表13實施例7製備的高粘溫拌改性瀝青的技術指標測試結果
對實施例7製備的高粘度改性瀝青混合料的相關技術指標進行測試，並與採用常規方法製備的高粘改性瀝青混合料性能進行對比，測試結果見表14：
表14實施例7製備的高粘溫拌改性瀝青混合料的技術指標測試結果
從表13和表14中可以看出，應用實施例7高粘溫拌瀝青改性劑製備的高粘溫拌改性瀝青及混合料各項指標均滿足技術要求，且有效降低拌合溫度、減少環境汙染、節約能源，具有很好使用價值。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明,任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內,當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例,但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。