硫磺和石膏晶须复合沥青改性剂、改性沥青及其制备方法

摘要

本发明公开了一种硫磺和石膏晶须复合沥青改性剂，由质量比为1:4的硫磺或硫磺强化沥青改性剂（SEAM）与石膏晶须组成，硫磺、SEAM与石膏晶须均价廉易得，而硫磺与石膏晶须之间具有协同增效作用，能够在减少基质沥青用量的情况下使改性沥青的性能达到国家规范要求，从而降低工程成本；本发明还公开了由该复合沥青改性剂制得的改性沥青，按重量百分比计由75%的道路石油沥青70号和25%的复合沥青改性剂组成，该改性沥青满足《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004的相关规定，可用于公路沥青路面施工，且成本降低约19%；本发明还提供了所述改性沥青的制备方法，操作简便。

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种沥青改性剂、改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着石油价格和沥青价格的不断上涨，SBS、SBR改性沥青的价格也快速攀升，大大增加了沥青路面的工程投资。因此，寻找价格较低而改性效果较好的改性剂，在满足改性沥青的性能符合国家规范要求的情况下，尽可能地减少沥青用量，降低工程成本，已成为目前沥青路面材料研究和公路建设投资业主关注的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种价廉易得的复合沥青改性剂，组分之间具有协同增效作用，能够在减少基质沥青用量的情况下使改性沥青的性能满足国家规范要求，从而降低工程成本；本发明的目的之二在于提供利用所述复合沥青改性剂制得的改性沥青，其性能满足公路沥青路面施工技术规范，可用于公路沥青路面施工，且成本低；本发明的目的之三在于提供所述改性沥青的制备方法，操作简便。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1．硫磺和石膏晶须复合沥青改性剂，由质量比为1:4的硫磺或硫磺强化沥青改性剂与石膏晶须组成。

所述硫磺强化沥青改性剂（Sulphur Extended Asphalt Modifier，SEAM）是在硫磺里面添加了烟雾抑制剂和增塑剂成分制成的颗粒，主要成分为硫磺。

2．改性沥青，按重量百分比计由75%的道路石油沥青70号和25%的硫磺和石膏晶须复合沥青改性剂组成。

进一步，所述道路石油沥青70号为重交沥青AH-70。

3．改性沥青的制备方法，是在搅拌器中加入占改性沥青总重量75%的道路石油沥青70号，升温至125~130℃，加入占改性沥青总重量25%的硫磺和石膏晶须复合沥青改性剂，然后控温125~130℃搅拌30~40分钟，即得改性沥青。

按照上述技术方案，采用SEAM与石膏晶须组成的复合沥青改性剂，所得改性沥青的针入度（25℃, 100g, 5s）为60.8dmm，软化点为54.0℃，15℃延度为58.5cm，满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的相关规定，可用于公路沥青路面施工，同时减少基质沥青用量25%，降低工程成本约19%。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种复合沥青改性剂，硫磺、SEAM与石膏晶须均价廉易得，而硫磺与石膏晶须之间具有协同增效作用，能够在减少基质沥青用量的情况下使改性沥青的性能达到国家规范要求，从而降低工程成本；以该复合沥青改性剂制得的改性沥青满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的相关规定，可用于公路沥青路面施工，且成本低；同时，以该复合沥青改性剂制备改性沥青的方法操作简便。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。

原材料及性能：

1、重交沥青AH-70：由四川省交通厅公路局渠县沥青库提供，其性能满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中的相关技术要求。

2、SEAM：由壳牌加拿大有限公司生产，硫磺含量为99.7%，其余性能指标如表1所示。

表1  SEAM的性能

物理指标技术性能物理指标技术性能密度（g/cm³）1.99硫磺含量（%）99.7熔化点（℃）115灰分含量（%）0.032燃点（℃）250毒性无沸点（℃）445外观烟灰色固体颗粒溶解性不溶于水  

3、石膏晶须：自制，合成方法如下：称取粉碎至120目以下的石膏240g，溶于8L水中，制成质量百分浓度为3%的料浆，用硫酸水溶液（硫酸与水的体积比为1:3）调节pH至5.0，再转移至反应釜中，加热至125℃，加入石膏晶种0.67g和硫酸镁10.7g，以搅拌速度110r/min保温搅拌反应8小时，反应完毕后，趁热过滤，滤饼用热水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，200℃干燥2小时，即得石膏晶须。其性能指标如表2所示。

表2  石膏晶须的性能

物理指标技术性能物理指标技术性能平均长度（μm）50~200抗张模量（Gpa）180平均直径（μm）1~5抗张强度（Gpa）20.8密度（g/cm³）0.1~0.4白度（%）≥98松散密度2.70pH6~8莫氏硬度3~4纯度（%）≥98

实施例、硫磺和石膏晶须复合改性沥青

在沥青搅拌器中加入500g 重交沥青AH-70，升温至130℃，按照表3所示重量百分比加入改性剂（SEAM和石膏晶须掺量百分比都是指其重量占改性沥青总重量的百分比），然后控温130℃搅拌30分钟，制得硫磺和石膏晶须复合改性沥青，按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中规定的试验方法T0604、T0606、T0605分别测定针入度、软化点和延度。

表3  硫磺和石膏晶须复合改性沥青的性能

实施例SEAM掺量（wt %）石膏晶须掺量（wt %）针入度(25℃, 5s, 100g)（dmm）软化点（℃）15℃延度（cm）10070.052.710025094.860.548.5310054.857.348.5420055.159.810050543.561.459.2601038.761.944.3701523.164.727.0802022.763.618.395572.557.048.81051064.057.746.31151559.063.243.51252060.854.058.51352556.062.162.01453050.567.748.41510564.155.745.516101063.560.043.317101542.457.824.218102051.563.862.519102525.264.49.020103027.768.35.02115544.659.033.022151077.764.332.623151532.359.015.524152032.962.511.72520532.650.839.026201039.849.845.027201569.756.845.528202047.859.036.029251036.358.026.330301045.561.818.7

针入度、软化点和延度是评价沥青基本性能的主要技术指标。其中，针入度是评价沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏能力的指标，针入度越小，表明沥青的稠度越大；软化点是评价沥青高温抗变形能力的指标，一般认为软化点高，沥青的高温稳定性好；延度是评价沥青低温抗裂性能的指标，延度越大，表明沥青的柔韧性越好。根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的规定，道路石油沥青70号的针入度（25℃, 100g, 5s）应在60~80dmm范围内，软化点应不小于43℃，15℃延度应不小于40cm。

由表3可知，① 单独用硫磺改性沥青（实施例2~4），当硫磺掺量不高于20%时，虽然所得改性沥青的软化点和15℃延度满足国家规范要求，但针入度不满足国家规范要求，不能用于公路沥青路面施工。另外可以看出，当硫磺掺量不高于20%时，改性沥青的软化点较基质沥青升高（>4.5℃），说明硫磺可以改善沥青的高温稳定性；但当硫磺掺量低于20%时，改性沥青的15℃延度较基质沥青明显减小（>50cm），说明含量低于20%的硫磺会降低沥青的柔韧性。

② 单独用石膏晶须改性沥青（实施例5~8），当石膏晶须掺量不高于20%时，虽然所得改性沥青的软化点满足国家规范要求，但针入度低于45dmm，远不满足国家规范要求，15℃延度在石膏晶须掺量高于10%后也显著低于国家规范要求，不能用于公路沥青路面施工。另外可以看出，当石膏晶须掺量不高于20%时，改性沥青的软化点较基质沥青升高（>8.7℃），说明石膏晶须可以改善沥青的高温稳定性，其作用略强于硫磺；而随着石膏晶须掺量的增加，改性沥青的针入度和15℃延度有逐渐减小的趋势，说明石膏晶须会降低沥青的稠度和柔韧性。

③ 硫磺和石膏晶须复合改性沥青（实施例9~30），可见实施例9-10、12、15-16、27所得改性沥青的针入度、软化点和15℃延度均满足国家规范要求，可用于公路沥青路面施工，说明硫磺和石膏晶须在一定比例下能够发挥协同改性作用，能够在减少基质沥青用量的情况下使改性沥青的性能达到国家规范要求，可以解决单用硫磺或石膏晶须改性沥青的针入度和/或15℃延度不满足国家规范要求的问题。

同时可以看出，在硫磺和石膏晶须的比例一定的情况下，硫磺和石膏晶须总掺量的多少对改性沥青的性能也有较大影响。例如，实施例9、16、23、28中硫磺和石膏晶须的质量比均为1:1，硫磺和石膏晶须总掺量分别为10%、20%、30%和40%，虽然实施例9和16制得的改性沥青的性能满足国家规范要求，但实施例23和28制得的改性沥青的针入度和15℃延度均不满足国家规范要求；实施例10、18中硫磺和石膏晶须的质量比均为1:2，硫磺和石膏晶须总掺量分别为15%和30%，虽然实施例10制得的改性沥青的性能满足国家规范要求，但实施例18制得的改性沥青的针入度不满足国家规范要求；实施例15、26中硫磺和石膏晶须的质量比均为2:1，硫磺和石膏晶须总掺量分别为15%和30%，虽然实施例15制得的改性沥青的性能满足国家规范要求，但实施例26制得的改性沥青的针入度不满足国家规范要求。

另外，从经济性方面分析，重交沥青AH-70、硫磺和石膏晶须的目前市场价格分别约4800元/吨、1800元/吨和1000元/吨，沥青的价格远远高于硫磺和石膏晶须的价格，实施例9-10、12、15-16、27所得改性沥青在性能满足国家规范要求的情况下降低了基质沥青的用量，有效降低了工程成本，具有较好的经济性。其中，实施例9每吨节约成本约7%，实施例10每吨节约成本约11%，实施例12每吨节约成本约19%，实施例15每吨节约成本约10%，实施例16每吨节约成本约14%，实施例27每吨节约成本约24%。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。