一种钢桥面用高粘高弹改性沥青及其制备方法

摘要

本发明公开一种钢桥面用高粘高弹改性沥青及其制备方法，包括如下重量份的各组分：基质沥青84~91份，高分子改性剂4~6份，糠醛抽出油4~7份，增粘助剂0.5~1.5份，稳定剂0.1~0.4份，稳定剂助剂0.5~1.0份。本发明低掺量改性剂+酰胺类助剂体系可提升沥青高低温性能，降低改性沥青生产成本。酰胺类助剂能够对改性沥青的高温性能有所增益，且提升幅度大于同掺量高分子改性剂，配合糠醛抽出油中的芳香分轻质组分补充，可使改性剂更均匀地分散于基质沥青中，充分溶胀，发挥改性作用；使用缩合物钠盐对改性沥青进行协同改性，与高分子改性剂及稳定剂配合，在不影响改性沥青基础指标的前提下，缩短改性沥青的生产发育时间，降低生产成本，提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢桥面用改性沥青，涉及一种钢桥面用高粘高弹改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着高粘高弹改性沥青技术发展的成熟，为了改善其高低温性能，采用橡胶粉或者TPS高粘改性剂对沥青进行改性，能够使沥青拥有较高的高温性能和60℃粘度，低温性能亦有改善；或者使用树脂类增粘剂使沥青拥有较高的高温性能与粘结性能；或者使用合成脂类增塑剂使沥青拥有较高的低温延展性能。然而无论采用橡胶改性或其他高低温助剂改性，都需要约6～9％的改性剂掺量甚至更高的掺量和与之相匹配的降粘剂进行调和，否则沥青粘度较大，不易拌和、摊铺碾压。然而高掺量弹性体改性剂在生产过程中虽然性能较高，但是其改性剂的高掺量必然带来改性沥青的高成本，且生产过程中易发生离析现象，需要更长的拌和时间保证改性沥青中改性剂和助剂分散均匀，沥青生产能耗高，周期长，一般需要6～8个小时的搅拌发育时间指标能够稳定，部分助剂如橡胶粉生产时会带来较高的刺鼻气味，污染环境，导致生产成本较高。

有鉴于上述现有的沥青改性存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种钢桥面用高粘高弹改性沥青及其制备方法，通过改性沥青组分的优化，缩短改性沥青的生产发育时间，降低生产成本，提高生产效率。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种钢桥面用高粘高弹改性沥青，通过优化组分，缩短改性沥青的生产发育时间，降低生产成本，提高生产效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提出的钢桥面用高粘高弹改性沥青，包括如下重量份的各组分：

作为进一步优选的，糠醛抽出油的有效芳烃成分大于80％，颜色呈黑褐色或墨绿色，闪点大于220℃，安全性高，其运动粘度10-40(100℃mm

作为进一步优选的，其中增粘助剂是酰胺类聚合物或者填充物，具体为乙撑双硬脂酰胺(EBS)、N-丁基苯磺酰胺(BBSA)和炭黑中一种或多种；酰胺类材料或炭黑材料在提升改性沥青高温性能的同时稍微降低改性沥青135℃运动粘度，利于改性沥青拌合，同等掺量下，酰胺类助剂对于改性沥青的高温性能提升大于SBS改性剂，不过二者掺量过大会损伤沥青的低温性能，掺量过小则无降粘及分散效果。

作为进一步优选的，其中稳定剂为硫磺，硫磺中的硫成分能够与改性沥青中的改性剂中的氢键发生置换反应，使改性剂与沥青的空间网状体系稳定性提升，不易发生热分解及离析现象，有助于提升改性沥青的储存稳定性能。

作为进一步优选的，其中稳定剂助剂为2-萘磺酸甲醛缩合物钠盐(NNO扩散粉)，NNO扩散粉中的萘分子拥有较大的芳香环，其与沥青中的芳烃成分拥有较强的键合作用，在175℃的高温条件下，改性剂分子间运动加剧，根据自由体积理论，液态沥青因胶体布朗运动产生扩散和渗透作用，此时沥青中萘分子携带游离的芳烃作用于硫磺稳定剂周边，降低周边沥青粘度，从而降低沥青整体粘度，起到内润滑作用，此作用有利于硫磺稳剂的扩散，硫磺扩散完全后易于与沥青产生交联反应，不易发生集中凝胶现象，利于生产质量控制和稳定；硫磺的交联反应速度在NNO扩散粉的促进作用下大幅提升，改性沥青的发育时间在NNO的促进作用下缩短约30％，利于改性沥青的拌合生产。不过NNO的掺加量需适中，否则NNO掺量过高将会失去其内部降粘效果甚至沥青的粘度会增加，掺量过低则分散与促进反应效果不明显。

作为进一步优选的，其中高分子改性剂为一种高分子聚合物，包括丁苯橡胶改性剂(SBR)、线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、聚苯乙烯(S)-聚乙烯(E)-聚烯烃(B)-聚苯乙烯(S)改性剂(SEBS)、苯乙烯一异戊二烯一苯乙烯(SIS)改性剂的其中一种或多种，改性剂溶胀于沥青中的轻质组分中，其体积膨胀，链段展开交联与基质沥青连续相互穿形成稳定的空间网状结构，大幅提升改性沥青的高低温性能，部分改性剂如SEBS为氢化SBS，相比于SBS，更耐老化，与SBS复合改性可提升沥青高低温性能和抗老化性能。

作为进一步优选的，其中基质沥青为道路石油70#A级沥青。

本发明的第二个目的是提供一种钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，配合组分的优化，以及制备工艺的改进，缩短改性沥青的生产发育时间，降低生产成本，提高生产效率。

本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：

本发明提出的钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，包括如下操作步骤：

S1、按重量份称取各组分；

S2、加热所述基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌并预热，然后加入高分子改性剂，并使用剪切机剪切；

S3、剪切完毕后，在加热条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育；

S4、搅拌发育完毕后，加入增粘助剂，在加热条件下搅拌发育；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的稳定剂，加入完成后，在加热条件下搅拌混溶；

S6、加入稳定剂助剂，在加热条件下搅拌发育完全后即得目标产物。

作为进一步优选的，本发明提出的钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，包括如下操作步骤：

S1、按重量份称取各组分；

S2、在130℃～140℃温度下加热基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入高分子改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入增粘助剂，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶0.5h；

S6、加入稳定剂助剂，在175±5℃下搅拌发育4h即得改性沥青成品。

本发明的制备方法，沥青的剪切温度及各种添加剂的添加顺序及温度都是经过筛选后确定的，温度过低不利于添加剂的剪切发育及溶胀，温度过高会加速产品老化，使改性剂失去应有的改性效果。沥青的剪切速率及发育时间也是根据实际情况进行筛选确定的，切剪发育时间过短造成改性剂剪切不完全，改性剂对沥青的改性效果不佳；剪切时间过长会对改性剂产生老化效果，不利于改性沥青的性能控制。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，其中糠醛抽出油的有效芳烃成分大于80％。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，增粘助剂为酰胺类聚合物或者填充物。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，酰胺类聚合物或者填充物为乙撑双硬脂酰胺、N-丁基苯磺酰胺或炭黑中的一种或多种。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，稳定剂为硫磺。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，稳定剂助剂为2-萘磺酸甲醛缩合物钠盐。

针对钢桥面用高粘高弹改性沥青的制备方法，进一步优选的，高分子改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶改性剂或SEBS改性剂的其中一种或多种混合物。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使用2-萘磺酸甲醛缩合物钠盐(NNO)作为稳定剂助剂，通过降低改性沥青的内部粘度，起到一个内润滑作用从而利于硫磺稳剂的扩散，硫磺扩散完全后易于与沥青产生交联反应，避免发生集中凝胶现象，利于生产质量控制和稳定；硫磺的交联反应速度在NNO扩散粉的促进作用下大幅提升约30％，从而改性沥青的发育时间在NNO的促进作用下缩短约30％，利于改性沥青的拌合生产。不过NNO的掺加量需适中，否则NNO掺量过高将会失去其内部降粘效果甚至沥青的粘度会增加，掺量过低则分散与促进反应效果不明显，除此之外，根据检测结果，NNO扩散剂对于改性沥青的高温性能亦拥有提升作用。

(2)本发明中低掺量改性剂+酰胺类助剂体系可提升沥青高低温性能，降低改性沥青生产成本。酰胺类助剂能够对改性沥青的高温性能有所增益，且提升幅度大于同掺量高分子改性剂，配合糠醛抽出油中的芳香分轻质组分补充，可使改性剂更均匀地分散于基质沥青中，充分溶胀，发挥改性作用。同时酰胺类助剂可提高改性沥青的防水伤、提高抗盐水、酸和碱性等能力，使沥青混凝土路面拥有更为显著地抗风霜雨雪侵袭地性能，延长路面使用寿命。制备的高韧高弹沥青60℃动力粘度大于100000Pa·s，软化点大于90℃，5℃低温延度大于50cm，老化后延度大于30cm，粘度高，性能强，韧性好。且改性沥青发育时间短，应用于桥梁面层或者混凝土板与沥青混合料间应力吸收层抗疲劳性能优异，其缩短发育时间的效果在工程集中养护时期优势更为明显。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的钢桥面用高粘高弹改性沥青及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

在本发明的实施例中，各市售材料来源如下：

1.线型791h改性剂：湖南岳阳巴陵石化有限公司791h改性剂

2.SBR改性剂：山东显元化工科技有限公司1502型

3.乙撑双硬脂酸酰胺：广州振威化工科技有限公司

4.糠醛抽出油：安徽双桥化工有限公司

5.硫磺稳定剂：洛阳雨辰石化产品有限公司

6.NNO扩散粉：安阳双环助剂有限责任公司

7.SEBS改性剂：中石化巴陵石化YH501改性剂

实施例1

S1、称取双龙70#基质沥青835g，线型791h改性剂40g，SBR丁苯橡胶20g，乙撑双硬脂酸酰胺15g，糠醛抽出油70g，硫磺稳定剂4g，NNO扩散粉10g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂和SBR丁苯橡胶，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶0.5h；

S6、加入NNO扩散粉，在175±5℃下搅拌发育4h即得改性沥青成品。

采用实施例1的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

实施例2

S1、称取双龙70#基质沥青880g，线型791h改性剂50g，乙撑双硬脂酸酰胺15g，糠醛抽出油50g，硫磺稳定剂3g，NNO扩散粉7g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶0.5h；

S6、加入NNO扩散粉，在175±5℃下搅拌发育4h即得改性沥青成品。

采用实施例2的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

实施例3

S1、称取双龙70#基质沥青920g，线型791h改性剂40g，乙撑双硬脂酸酰胺5g，糠醛抽出油40g，硫磺稳定剂1g，NNO扩散粉5g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶0.5h；

S6、加入NNO扩散粉，在175±5℃下搅拌发育4h即得改性沥青成品。

采用实施例3的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

实施例4

S1、称取双龙70#基质沥青970g，线型791h改性剂30g，SEBS改性剂20g，乙撑双硬脂酸酰胺8g，糠醛抽出油60g，硫磺稳定剂2g，NNO扩散粉8g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶0.5h；

S6、加入NNO扩散粉，在175±5℃下搅拌发育4h即得改性沥青成品。

采用实施例4的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

对比例5

S1、称取双龙70#基质沥青980g，线型791h改性剂55g，乙撑双硬脂酸酰胺5g，糠醛抽出油60g，硫磺稳定剂1.5g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶4h，即得改性沥青成品。

采用对比例5的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

对比例6

S1、称取双龙70#基质沥青980g，线型791h改性剂55g，乙撑双硬脂酸酰胺5g，糠醛抽出油60g，硫磺稳定剂1.5g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶6h，即得改性沥青成品。

采用对比例6的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

对比例7

S1、称取双龙70#基质沥青980g，线型791h改性剂55g，乙撑双硬脂酸酰胺5g，糠醛抽出油60g，硫磺稳定剂1.5g。

S2、在130℃～140℃温度下加热双龙70#基质沥青到流动状态后，放入预设温度165℃的油浴锅中搅拌预热0.5h，然后加入线型791h改性剂，使用剪切机以4000r/min剪切0.5h；

S3、剪切完毕后，在175℃±5℃条件下加入糠醛抽出油，然后搅拌发育1h；

S4、搅拌发育完毕后，加入乙撑双硬脂酸酰胺，在175℃±5℃条件下搅拌发育2h；

S5、发育完全后缓慢加入相应质量的硫磺稳定剂，加入时间宜在0.5～1.5h之间，加入完成后，在175℃±5℃条件下搅拌混溶8h，即得改性沥青成品。

采用对比例7的制备方法制备的改性沥青性能检测结果如表1所示。

性能验证

根据相关标准，检测实施例1～4和对比例5～7制备改性沥青的相关性能，具体结果如表1所示：

表1实施例及对比例实验结果

通过以上实施例和对比例检测结果可发现，对比例5中发育4小时的改性沥青相比于对比例6、7中发育6个小时和发育8个小时的高弹改性沥青性能较差，说明发育4小时的高弹改性沥青其未能完全发挥改性剂的改性性能，发育不完全；对比例6和对比例7拥有相似的指标性能，因此可以认定改性沥青发育至6小时时，已经发育完全、指标稳定。

采用本发明制备方法的实施例1～4中各指标相比于发育6小时的改性沥青其60℃动力粘度性能提升10％，延度指标提升10％，老化后延度指标提升10％；且高弹沥青60℃动力粘度除未发育完全的对比例5外，皆大于100000Pa·s，拥有较高的粘接性能。同时添加了NNO的高弹沥青其发育时间相比于原本6个小时，缩短改性沥青的生产发育时间30％，降低生产成本，提高生产效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。