一种超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂的制备方法

摘要

本发明提供一种超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂的制备方法；所述胶结料改性剂由包括以下重量份的原料制成：基质沥青：11～22份，苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物：39～47份，聚酰胺树脂：12～17份，橡胶粉：10～15份，阿拉伯胶：6～9份，5‑氨基吲哚：2份，稳定剂：2份，交联剂：2份。本发明的胶结料改性剂用于沥青混合料生产，得到的超薄罩面用沥青混合料具有优异的粘附性能、高温性能、抗水损害性能及抗疲劳性能，能显著提升超薄罩面沥青混合料的综合路用性能，增强道路的耐久性。

说明书

技术领域

本发明属于路面用沥青混合料技术领域，具体涉及一种超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂的制备方法。

背景技术

沥青路面是公路与城市道路建设中一项重要路面形式。超薄罩面沥青混合料主要用于公路与城市沥青路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护，也可作为新建道路的表面磨耗层，具有抗滑、降噪、耐磨、环保等特点，可以有效改善路面平整度，改善道路行驶条件。超薄罩面沥青混合料最早出现在20世纪八十年代的法国，英国、波兰、瑞士、美国等国家也逐步应用该技术，取得了很好的效果。我国于2002年引入超薄罩面技术，然而一直到现在都未能得到很好的推广使用。主要有两个困难之处：一是由于超薄罩面厚度薄，通常只有1～2cm，反射裂缝发展较快；二是超薄罩面与原路面层间粘结力和超薄罩面自身的粘结力均不足，导致容易出现层间滑移及面层块状剥落。

为了提高超薄罩面的抗疲劳能力、自身粘结力和层间粘结效果，部分学者提出采用高性能聚合物改性沥青(高粘改性沥青)和经化学处治的聚合物改性乳化沥青分别作为热拌沥青混合料和粘结层，但是其实际效果仍较难令人满意。主要体现在：1、超薄罩面施工后，通常2年内在原路面有裂缝的地方超薄罩面层的反射裂缝基本全部贯穿；2、一旦产生车辆荷载，现有超薄罩面技术大多都难以抵御重载车辆的轮碾揉搓，加之层间粘结薄弱，从而出现剥落、松散、推移；3、现有超薄罩面技术遇水不耐冲刷，在动水压力的作用下，剥落、松散等损坏形式会加速发生。

发明内容

鉴于以上所述的现有技术的缺点，本发明旨在提供一种超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂的制备方法，以克服现有技术中存在的抗疲劳性能不足，易产生发射裂缝；自身粘结力不足，易脱落、遇水易松散等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂的制备方法，其特征在于，所述超薄罩面沥青混合料的胶结料改性剂由包括以下重量份的原料制成：基质沥青：11～22份，聚酰胺树脂：12～17份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物：39～47份，橡胶粉：10～15份，阿拉伯胶：6～9份，5-氨基吲哚：2份，稳定剂：2份，交联剂：2份；

所述制备方法包括以下步骤：

(1)将所述基质沥青加热至155～165℃，加入所述聚酰胺树脂，在转速200～400转/min搅拌下反应20～60min，得到混合物A；

(2)将所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、橡胶粉和阿拉伯胶加入到所述混合物A中，同时将所述混合物A的温度升至175～185℃，在3000～6000转/min的剪切速率下剪切30～60min，得到混合物B；

(3)在175～185℃下向所述混合物B中加入所述5-氨基吲哚、稳定剂和交联剂，在100～250转/min的转速下搅拌反应150～360min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明所述的胶结料改性剂。

优选地，所述步骤(1)中以250～300转/min搅拌下反应25～45min，得到混合物A。

优选地，所述步骤(3)中以140～180转/min的转速下搅拌反应200～300min。

所述基质沥青为ESSO70#基质沥青或镇海70#基质沥青的一种或两种混合物，所述基质沥青在三氯乙烯中的溶解度不小于99.9％；

所述聚酰胺树脂为均聚体的聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610中的一种或两种以上的白色或淡黄色固体颗粒，分子量为300～900，例如上海鼎芬化学科技有限公司或上海将来实业股份有限公司生产的Nylon 6号的产品，或北京华美互利生物化工生产的NYLON-66号产品，或金锦乐化学公司生产的NYLON 6/10号产品；

所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为固体星型状，分子式为(C

所述橡胶粉是聚异戊二烯橡胶，橡胶烃含量≥50％，粉末粒度为30～80目，例如：无锡市明日化工科技有限公司生产的异戊橡胶产品；

所述阿拉伯胶为颗粒或粉末状的阿拉伯树胶，白色至浅黄色的颗粒及粉末，在水中的溶解度为40％～60％，可逐渐溶解成呈酸性的粘稠状液体；

所述5-氨基吲哚的CAS号为5192-03-0；所述稳定剂为高岭土，粒径为1000～3000目的松散粉末；所述交联剂为炭黑。

本发明步骤(3)得到的胶结料改性剂，用于超薄罩面沥青混合料的制备：将所述胶结料改性剂以干法形式投入沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌15～30s，即可得到超薄罩面沥青混合料，可用于沥青路面预养护、矫正性养护或新建沥青路面超薄磨耗层铺装；所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合集料中沥青用量的8％～15％，优选的投料量为所述沥青混合集料中沥青用量的10％；

所述超薄罩面沥青混合料的集料级配为：集料通过9.5mm的筛孔的百分率为100％，通过4.75mm筛孔的百分率为42％～60％，通过2.36mm筛孔的百分率为21％～32％，通过1.18mm筛孔的百分率10～17％，通过0.075mm筛孔的百分率为0～7％。

目前尚无阿拉伯胶和5-氨基吲哚在道路沥青中的应用报道。申请人发现：引入适当量的阿拉伯胶可以改善沥青粘附性和柔韧性，还可以改善超薄罩面沥青混合料自身的粘附性能、高温性能及抗疲劳性能；5-氨基吲哚能使沥青质在轻质组分中的分散性增强，分散后的沥青质元之间形成稳定的空间网络结构，从而使胶结料的内部改性剂成分更加均匀，胶结料性能更加稳定。同时，聚酰胺树脂中胺基能够提高胶结料的表面张力，且酰胺键(-NHCO-)在固化过程中形成线型大分子，其中-CO-、-NH-基团可以在分子间或分子内形成氢键结合，线性大分子和氢键结合的分子宏观柔韧性和流动性较好，使聚酰胺在沥青中具有抗剥落剂的性能，可以改善胶结料的粘附性能；稳定剂高岭土的加入有助于改善SBS和橡胶粉复合改性沥青的动态流变性能，降低了SBS、橡胶粉和沥青的密度差，进而改善了胶结料的高温贮存稳定性能；交联剂炭黑的加入对沥青流变性能、老化性能的改性效果也较好，是胶结料形成空间网状结构，增加混合料的耐磨性能和抗疲劳性能。

本发明的有益效果在于：

本发明的超薄罩面沥青混合料胶结料改性剂用于超薄沥青混合料生产后，能极大提高混合料自身的粘结能力，不易散开和剥落；同时明显改善沥青混合料的高温性能、粘附性能、抗水损害性能，特别是抗疲劳性能，从而显著提升了超薄罩面沥青混合料的路用性能及耐久性。

具体实施方式

本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。

实施例1

按下述方法制备本发明的胶结料改性剂：

(1)将22重量份(下同)ESSO70#基质沥青加热至165℃，加入15份聚酰胺树脂，在转速250转/min搅拌下反应30min，得到混合物A；

(2)将45份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)、12份橡胶粉和6份阿拉伯胶加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至180℃，采用高速剪切乳化机在4000转/min下剪切50min，得到混合物B；

(3)在180℃下向混合物B中加入2份5-氨基吲哚、2份稳定剂高岭土(粒径1000目)和2份交联剂炭黑，在180转/min的转速下搅拌反应200min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明的胶结料改性剂G1。

将本发明的胶结料改性剂用于超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂G1以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌15s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的10％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表1。

表1实施例1所用集料级配

实施例2

按下述方法制备本发明的胶结料改性剂：

(1)将11重量份(下同)镇海70#基质沥青加热至160℃，加入17份聚酰胺树脂，在转速300转/min搅拌下反应30min，得到混合物A；

(2)将42份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)、15份橡胶粉和9份阿拉伯胶加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至185℃，采用高速剪切乳化机在5500转/min下剪切40min，得到混合物B；

(3)在185℃下向混合物B中加入2份5-氨基吲哚、2份稳定剂高岭土(粒径1800目)和2份交联剂炭黑，在170转/min的转速下搅拌反应250min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明所述的胶结料改性剂G2。

将本发明的胶结料改性剂用于超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂G2以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌20s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的13％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表2。

表2实施例2所用级配

实施例3

按下述方法制备本发明的胶结料改性剂：

(1)将15重量份(下同)ESSO70#基质沥青加热至155℃，加入14份聚酰胺树脂，在转速280转/min搅拌下反应40min，得到混合物A；

(2)将44份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)、14份橡胶粉和7份阿拉伯胶加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至175℃，采用胶体磨在3000转/min下剪切60min，得到混合物B；

(3)在175℃下向混合物B中加入2份5-氨基吲哚、2份稳定剂高岭土(粒径2200目)和2份交联剂炭黑，在150转/min的转速下搅拌反应300min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明所述的胶结料改性剂G3。

将本发明的胶结料改性剂用于超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂G3以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌18s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的10％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表3。

表3实施例3所用级配

对比例1

按下述方法制备胶结料改性剂：

(1)将22重量份(下同)ESSO70#基质沥青加热至165℃，加入14份聚酰胺树脂，在转速250转/min搅拌下反应30min，得到混合物A；

(2)将46份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)和14份橡胶粉加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至180℃，采用高速剪切乳化机在4000转/min下剪切50min，得到混合物B；

(3)在180℃下向混合物B中加入2份稳定剂高岭土(粒径1000目)和2份交联剂炭黑，在180转/min的转速下搅拌反应250min至物料均匀无颗粒，得到的胶结料改性剂D1。

超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂D1以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌15s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的10％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表1。

对比例2

按下述方法制备胶结料改性剂：

(1)将20重量份(下同)镇海70#基质沥青加热至165℃，加入17份聚酰胺树脂，在转速300转/min搅拌下反应30min，得到混合物A；

(2)将42份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)和15份橡胶粉加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至185℃，采用高速剪切乳化机在5500转/min下剪切40min，得到混合物B；

(3)在185℃下向混合物B中加入3份稳定剂高岭土(粒径1800目)和3份交联剂炭黑，在180转/min的转速下搅拌反应300min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明所述的胶结料改性剂D2。

超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂D2以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌20s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的13％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表2。

对比例3

按下述方法制备本发明的胶结料改性剂：

(1)将22重量份(下同)ESSO70#基质沥青加热至155℃，加入14份聚酰胺树脂，在转速280转/min搅拌下反应40min，得到混合物A；

(2)将46份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(湖北巨胜)和14份橡胶粉加入到混合物A中，同时将混合物A的温度升至175℃，采用胶体磨在3000转/min下剪切60min，得到混合物B；

(3)在175℃下向混合物B中加入2份稳定剂高岭土(粒径2200目)和2份交联剂炭黑，在150转/min的转速下搅拌反应350min至物料均匀无颗粒，即可得到本发明所述的胶结料改性剂D3。

超薄罩面沥青混合料的制备：将得到的胶结料改性剂D3以干法形式投入已经混合好的沥青混合集料中，在原有拌和沥青混合集料的时长上延长搅拌18s，即可得到超薄罩面沥青混合料，所述胶结料改性剂的投料量为所述沥青混合料中沥青用量的10％；所述超薄罩面沥青混合料的集料级配见表3。

对比例4

制备普通AC-13沥青混合料：胶结料采用ESSO70#基质沥青，集料采用玄武岩和石灰岩，依照中国交通部标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规定标准方法和《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的要求，完成部分的混合料试验。

对比例5

制备普通SBS改性沥青SMA-13沥青混合料：依照中国交通部标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规定的标准方法和《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004的要求，完成部分的混合料试验。

将实施例1～3及对比例1～5得到的超薄罩面沥青混合料制成品成型混合料车辙试件、马歇尔试件，混合料的成型方法依照中国交通部标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规定的标准方法进行，其中混合料的拌和温度除AC-13为160℃，成型温度为145℃，其余混合拌和温度为180℃，成型温度160℃；车辙试件碾压成型次数为12往返(24次)，并依照中国交通部标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规定的标准方法测试其沥青混合料车辙试验动稳定度、沥青混合料冻融劈裂试验残留强度比及沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验，试验结果见表4。

表4实施例1～3及对比例1～5的试验结果对比

由表4可见：实施例1～3的肯塔堡飞散值均小于相对应的对比例1～5的飞散值，表明采用本发明的胶结料改性剂增加结合料黏性，生产的混合料自身粘结性能强；同样实施例1～3的混合料动稳定度均高于对比例1～5的混合料动稳定度，表明采用本发明的胶结料改性剂用于混合料生产后的混合料拥有更好的高温性能；实施例1～3的混合料冻融劈裂试验残留强度比均高于对比例1～5，表明采用本发明的胶结料改性剂用于混合料生产后的混合料有更好的粘附性能和抗水损害性能；NF50的疲劳小梁试验中达到1000εμ应变时，实施例1～3的疲劳次数比对比例1～5的大，表明采用本发明的胶结料改性剂用于混合料生产后的混合料有更好的抗疲劳性能。综上，采用本发明技术的胶结料改性剂用于混合料生产后可以改善超薄罩面沥青混合料的自身粘结性能、高温性能、抗水损害及抗疲劳性能。