改性沥青、该改性沥青的制备方法与沥青混凝土

摘要

本发明涉及一种改性沥青及其制备方法，以及一种用于公路应力吸收中间层的沥青混凝土。该改性沥青以重量计，包括石油沥青100份，线型或星型SBS4-6份，粉末丁苯橡胶2-4份，相容剂5-10份和稳定剂0.30-0.50份。该改性沥青含有SBS与SBR形成的互穿网路结构，具有较强的弹性恢复能力和较大的粘韧性。该沥青混凝土包含该改性沥青，其具有较强的抗反射裂缝能力，可显著提高高速公路路面尤其是水泥路加铺沥青路面的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及道路用聚合物改性沥青领域，尤其涉及一种含有SBR/SBS的改性沥青及该改 性沥青的制备方法，并涉及一种包含该改性沥青的混凝土。

背景技术

自1989年修建第一条高速公路以来，我国的高速公路得到了快速的发展，到2010年底 已经达到了6.5万公里，仅次于美国，居世界第2位。高速公路的快速发展和建设加强了城 市之间的联系，缩短了客货在途的时间，促进了不同地域的文化交流，增进了民族之间的团 结，对整个国民经济的发展起到了重要的促进作用。

已修建的高速公路大多采用半刚性基层或水泥混凝土路面。半刚性基层材料对温度和湿 度变化比较敏感，在其强度形成过程中以及运营期间会产生干缩裂缝和温缩裂缝。具有裂缝 的基层在干、温收缩应力以及荷载进一步作用下，裂缝顶端产生较大应力并且集中，导致基 层裂缝沿沥青面层底部向上反射直至贯通，形成反射裂缝。现场钻芯取样观察表明，裂缝中 相当数量为半刚性基层先裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝，尤其在温、湿变化剧烈地区， 这一比例常常超过50％。但由于半刚性基层造价低、施工技术成熟，其将长期用于未来高速 公路的建设。

水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好等优点，但其交通情 况、技术状况和养护以及使用状况存在不少问题。早期修建的水泥混凝土路面大都到了或接 近其使用年限，以致出现结构性破坏或功能性缺陷，严重影响了高速公路使用质量，急需维 修改造。现阶段，随着高速公路交通量日益增加，轴载日益重载化，使得近期修建的水泥混 凝土路面在通车后不到几年或更短时间出现不同程度的局部沉降、断板等结构性破坏。因此， 大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都将面临维修改造。目前公认的改善水泥混凝土路面 使用性能最有效的方式是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层。然而，若直接于旧水泥混凝土 路面上加铺沥青层将不可避免地出现反射裂缝。

发明内容

为减少新建高速公路路面以及改造的水泥混凝土路面因反射裂缝受损，提高高速公路的 使用寿命，本发明提供一种弹性恢复能力和粘韧性好的改性沥青。

该改性沥青，以重量计，包括石油沥青100份，线型或星型SBS 4-6份，粉末SBR2-4份， 相容剂5-10份和稳定剂0.30-0.50份。该石油沥青的环与球法软化点为42℃-52℃，25℃针入 度为60-120，10℃延度为≥100cm。该SBS的数均分子量在90000-300000，其苯乙烯与丁二烯 的比例为28∶72-40∶60。该粉末丁苯橡胶的粒度(目)≥40目，分子量20-30万，结合苯乙烯 含量为25-40％，生胶门尼粘度ML₍₁₊₄₎100℃：45-60，橡胶含量≥90％；该相容剂为富含芳香 分的石油馏分，其100℃运动粘度为35-50cst，芳香分含量85-95％，胶质含量5～15％，饱和 分含量≤3％。该稳定剂为硫磺(S)、氧化锌(ZnO)、N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(CZ)和四甲 基硫代过氧化二碳酸二酰胺(TMTD)混合物。

本发明还提供一种该改性沥青的制备方法。该制备方法包括：以重量计，混合100份该 石油沥青和6-10份该相容剂，加热至140-190℃后搅拌5min-30min；加入4-6份线型或星型 SBS于185-200℃搅拌溶胀30-120min；加入0.20-0.30份该稳定剂，于185-195℃下剪切研磨 10-60min；降低温度至180℃±5℃，再加入2-4份该粉末丁苯橡胶，搅拌10～30min，加入 0.10-0.20份稳定剂，于180℃±5℃下搅拌发育反应60min-150min。

本发明亦提供一种用于高速公路应力吸收中间层的沥青混凝土。该沥青混凝土包括集料、 矿粉与前述改性沥青。

本技术方案提供的改性沥青选择SBS与粉末SBR橡胶复合改性基质沥青，配合特定的 相容剂、稳定剂和制备工艺，使SBS分子与SBR分子在基质沥青中充分溶解、反应并最终 形成互穿网路结构，由此使得该改性沥青具有较强的弹性恢复能力和粘韧性，进而使得采用 该改性沥青制成的应力吸收中间层沥青混凝土的耐低温开裂性能和疲劳开裂性能得以提高， 最终应力吸收中间层沥青混凝土抗反射裂缝的能力提高。

具体实施方式

以下将结合实施例详细说明本技术方案提供的改性沥青及其制备方法。

实施例1

本实施例提供一种改性沥青的制备方法。该方法包括以下步骤：

第一步：使用相容剂调和基质沥青。

该基质沥青可为市售道路石油沥青。本实施例中，选用市售70号道路石油沥青A，其软 化点为47℃，25℃针入度为72(0.1mm)，10℃延度为＞100cm。

所述相容剂可为市售普通糠醛抽出油。优选地，该相容剂的100℃运动粘度30-50cst，按 重量百分比计，芳香分含量85-100％，胶质含量5-15％，饱和分含量≤3％。本实施例中选用 市售糠醛抽出油A，其100℃运动粘度35cst，芳香分含量86.01％，胶质含量12.86％，饱和 分含量为113％。

该相容剂调和基质沥青包括：以重量比计，混合100份该市售70号道路沥青A与8份 该糠醛抽出油A，并在140℃-190℃下搅拌5至30min，得沥青调和物。

第二步：在该沥青调和物中溶胀SBS。

所述SBS为市售普通线型或星型SBS。本实施例中选用的市售SBS的数均分子量约 110000，分子中苯乙烯与丁二烯的比例为30∶70，结构特征为线型。

所述SBS于该沥青调和物中的溶胀工艺包括：以重量比计，取所述沥青调和物108份， 加入SBS 6份，将温度升至180℃-190℃，搅拌溶胀60min。

第三步：添加稳定剂，剪切。

该稳定剂为市售硫磺(S)、氧化锌(ZnO)、N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(CZ)和四甲基硫 代过氧化二碳酸二酰胺(TMTD)的混合物。其中，S∶ZnO∶CZ∶TMTD的重量比为40∶30∶20∶10。 所述添加稳定剂后剪切工艺包括：以重量比计，取第二步所得混合物114份，添加稳定剂0.25 份后，在190℃下剪切30min。

第四步：添加粉末SBR，搅拌溶胀。

所述粉末SBR为市售高橡胶含量粉末丁苯橡胶。该粉末丁苯橡胶的粒径越小越好，粒度 需大于或等于40目。本实施例中选用的市售粉末丁苯粒度≥50目，颗粒含量＞95％，平均分 子量约为29万，结合苯乙烯含量为38％，生胶门尼粘度ML₍₁₊₄₎100℃为51，橡胶含量为93％。

所述SBR和前述SBS沥青混合物的溶胀工艺包括：以重量比计，取前述第三步所得SBS 沥青混合物114.25份，加入SBR粉末2份，保持温度至175℃-185℃，搅拌溶胀30min。

第五步：添加稳定剂，剪切。

与第三步工艺相同，所述添加稳定剂后剪切工艺包括：以重量比计，取第四步所得橡胶 沥青混合物116.25份，添加前述稳定剂0.15份后，在180℃±5℃下剪切30min。

第六步：搅拌发育。

该搅拌的速度不宜太快或太慢。若发育搅拌速度太慢，则改性沥青的发育效果不好；若 搅拌发育速度太快，则沥青的轻组分挥发较快，对改性沥青的低温延度(5℃延度)不利。优 选地，该搅拌发育速度为30-100rpm。该搅拌发育的时间为60-150min，优选搅拌发育时间 80-120min。本实施例中，搅拌发育速度为60rpm，搅拌发育时间为100min，该搅拌发育温度 保持在175-185℃之间。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型 SBS 6份、粉末SBR橡胶2份、相容剂A8份和稳定剂0.40份。

实施例2

与实施例1相比，本实施例中，SBS 4.0份和SBR粉末橡胶4份，其他步骤及工艺参数 同于实施例1。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型 SBS 4份、粉末SBR橡胶4份、相容剂A8份和稳定剂0.40份。

实施例3

与实施例1相比，本实施例中，SBS 5.0份和SBR粉末橡胶3份，其他步骤及工艺参数 同于实施例1。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型 SBS 5份、粉末SBR橡胶3份、相容剂A 8份和稳定剂0.40份。

对比实施例

与实施例1相比，本实施例中，SBS 8.0份，未添加SBR粉末橡胶，其他步骤及工艺参 数同于实施例1。

可以理解，以重量计，本实施例制得的改性沥青包括70号道路石油沥青A100份、线型 SBS 8份、相容剂A8份和稳定剂0.40份。

表1各实施例制得的改性沥青的组成与性能

表1显示，本发明各实施例提供的改性沥青，薄膜烘箱老化前后25℃的弹性恢复(5min 内，％)与对比实施例相比均有所提高，粘韧性，特别是韧性提高幅度显著，表明本发明各 实施例提供的改性沥青断裂时需吸收更多能量，即，抗开裂能力得以明显提高。

本技术方案提供的改性沥青可用于制作道路的各种应力吸收中间层和防水粘结层，于此， 仅以作为高速公路应力吸收中间层为例，来说明该改性沥青于道路领域中的应用。

分别取等量的前述各实施例制得的改性沥青，按相同配比，将每份改性沥青与集料、矿 粉混合，拌和时间为干拌10S，湿拌50～55S，拌和温度为175～180℃，不得超过190℃。制 作试件时采用旋转击实法，旋转成型压力为600Kpa，压实次数为50次。其中，该集料和该 矿粉采用广州市番禺区生产的石灰石碎石和矿粉，二者的质量检测数据见表2、表3。该沥青 混凝土试件的级配情况见表4。该沥青混凝土试件的性能见表5。

表2各实施例集料质量指标数据

  检测项目   4.75-9.5mm   2.36-4.75mm   0-4.75mm   表观相对密度   2.735   2.713   2.685   毛体积相对密度   2.695   2.659   2.609   吸水率(％)   0.55   0.75   1.10   针片状含量(％)   9.9   -   -   P0.075通过率(％)   0.8   0.8   12.4

  砂当量(％) - -   75

表3矿粉质量指标值

表4沥青混凝土试件的组成

表5各实施例的沥青混凝土检验结果

从表5可知，以本发明各实施例提供的改性沥青制成的沥青混凝土，孔斜率较对比实施 例均有下降，对应地，沥青混凝土低温弯曲试验(-10℃±0.5℃)中弯曲应变均有较大幅度增 加，表明耐低温开裂性能增强；四点弯曲疲劳试验(20℃、2000με、10Hz)中疲劳次数也有 较大幅度提高，表明耐疲劳开裂性能有所提高。由此表明，该沥青混凝土具有较强的抗反射 裂缝能力。

本发明提供的改性沥青各组分的含量并不限于前述各实施例。本领域技术人员可视实际 需求按下述比例调节该改性沥青的各组分，以重量计，该改性沥青可包括石油沥青100份、 线型或星型SBS4-6份、粉末SBR橡胶2-4份、相容剂5-10份、稳定剂0.30-0.50份，其中， 该稳定剂中S∶ZnO∶CZ∶TMTD的重量比可为30-60∶20-40∶10-30∶5-15。