[0001] 本发明涉及一种复合改性剂改性道路沥青及其 制备方法， 属石油化工领域。

背景技术

[0002] 城市的不断进步和社会经济的发展， 使得城市道路的质量、 建设和施工等面临着更 加严峻的考验： 例如， 现代公路和道路交通流量和行驶频度急剧增长 ， 货运车的轴重不断增 加， 普遍实行分车道单向行驶， 要求进一步提高路面抗流动性， 即高温下抗车辙的能力； 提 高柔性和弹性， 即低温下抗开裂的能力说； 提高耐磨耗能力和延长使用寿命。 用于道路铺设的 主要材料之一的沥青， 其在道路铺设中的使用性能的优化和改进， 在业内受到了持续的关 注。 经过数十年的研究和工程上的实际应用， 改书性沥青的出现使得传统沥青的部分缺陷得 以 改进或克服， 加快了产业的发展。

[0003] 改性沥青一般是将橡胶、 树脂、 高分子聚合物、 磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂 (改性剂）， 掺加如沥青中， 或采取对沥青轻度氧化加工等措施， 使沥青或沥青混合料的性 能得以改善制成， 通过改变沥青化学组成， 或是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空 间 网络结构来实现沥青的改性。

[0004] 利用废旧轮胎橡胶粉改性沥青的方法， 由于可以将废旧轮胎再生利用， 实现资源回 用， 有利于消除环境污染， 同时， 用废旧轮胎橡胶粉改性后的浙青还可以用于降 噪路面的铺 筑施工， 利于减少城市交通噪音， 此外， 用这种改性沥青铺设的路面耐热、 耐寒性、 防滑性 能较好， 还具有原料丰富、 性价比高等优势， 因此， 在近几年也得到了广泛关注。 例如中国 专利 ZL 200410040237.9、 ZL 200510016293.3、 ZL200610023919.8等针对胶粉的生产、 胶粉 改性沥青的方法、 设备均进行了相关的研究并取得较好的成果。

[0005] 但是废胶粉由于来自废旧轮胎， 是经过硫化的胶粉， 其在结构上为三维空间网络结 构并含有各种添加剂， 成分复杂， 比一般常用的原生胶粉或是热塑性丁苯橡胶 （SBS) 等聚 合物更难以在沥青中溶胀和分散。 现有的废轮胎胶粉改性沥青工艺常常是将一定 细度的废轮 胎胶粉在沥青中进行高温溶胀、 物理剪切、 研磨和分散搅拌， 由于受到废轮胎胶粉自身的反 应惰性的影响， 使用废旧轮胎胶粉改性沥青会使得沥青的贮存 、 稳定性能较差， 且最终的改 性效果不理想。 为解决这一问题， 人们提出了一些办法， 例如专利 CN1114258A提出将废橡 胶轮胎削成细条状或细粉与沥青混合使用， 这种方法也仅是生产现场使用， 没能解决实际的 贮存稳定性问题； 还有的提出利用脱硫胶粉改性沥青的方法， 如 CN1597782、 CN1441005 说 明 书

等， 但其方法工艺较为繁琐复杂， 且需要加入相应的溶剂或其他聚合物， 使得成本偏高。 这 些利用胶粉改性的方法均未能较好的解决实际 问题， 因而此种方法的发展受到限制。

[0006] 我们国家标准的 70#、 90#重交沥青， 其软化点都在 50°C左右， 实际使用中在较高 (夏天） 或较低温度 （冬天特别是北方）环境下， 性能显得不能满足使用要求。 为解决这问 题， 目前国内外流行的做法， 是用 SBS 做沥青的改性剂， 来改善重交沥青的高温和低温性 能。

[0007] 用 SBS作改性剂， 目前存在有两个问题。 其一是成本高。 现在市售的 SBS， 价格都 在 20000元 /吨左右， 如按投料量 4.5%算， （一般改性沥青改性剂的用量在 4%— 5% )每吨改 性沥青改性剂的资金就在 900元左右； 其二是抗老化性能差。 SBS的橡胶段， 是未经硫化交 联的生胶， 故耐老化性肯定差； 再者 SBS 在整个改性沥青体中， 占的份额较少。 基于这些 原因， 只用 SBS来改善道路沥青的性能， 确实存在上述一些难解决的问题。

发明内容

[0008] 针对上述不足， 本发明提供一种复合改性剂改性道路沥青及其 制备方法， 该复合改 性剂改性道路沥青采用硫化橡胶粉协同热塑性 丁苯橡胶 （SBS ) 复合改性这一新途径， 通过 在基质沥青中添加一定量的硫化橡胶粉， 并配以 SBS、 稳定剂进行沥青的复合改性， 经胶体 磨剪切、 磨细后获得。 该改性道路沥青具有生产出成本较低、 工艺简单、 产品质量高、 抗车 辙和低温抗裂性能较突出且环保的特点。

[0009] 本发明采取的技术方案如下：

1. 取基质沥青， 占基质沥青质量 7%-10%的硫化橡胶粉， 占基质沥青质量 5.1%-7%的热 塑性丁苯橡胶 （SBS)， 占基质沥青质 1%。-2%。的稳定剂作为本发明复合改性剂改性� ��路沥青 的组成。

[0010] 2.本发明的复合改性剂改性道路沥青采用以下� ��骤进行制备：

( 1 )将占基质沥青质量 7%-10%的硫化橡胶粉与基质沥青在反应釜 VI内混合， 边加温边搅 拌， 以形成充分塑化、 混合均匀的混合物 A;

(2) 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 开泵， 将混合物 A抽到反应釜 V2， 加入占基质沥 青质量 5.1%-7%的热塑性丁苯橡胶 （SBS ), 边加料边搅拌， 加料完毕后， 继续搅拌 25 分 钟， 得到混合物 B;

(3 )搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 180°C— 200°C , 将混合物 B在胶体磨磨盘上剪 切、 磨细， 循环 2-3次； 在混合物 B经胶体磨剪切时加入占基质沥青质量 1%。-2%。的稳定剂 共磨， 磨解完毕即得复合改性剂改性道路沥青。 说 明 书

[0011] 本发明相对于现有技术的有益效果是：

由于采用了硫化橡胶粉协同热塑性丁苯橡胶 （SBS )进行复合改性这一新途径， 在沥青中加 入胶粉， 可减少 SBS 的参与量， 从而大大降低成本， 二者的协同作用还可以改善沥青的 高、 低温性能； 加入的稳定剂有利于促进硫化橡胶粉在沥青中 的分散， 提高沥青的稳定性； 此外， 通过这一复合改性途径生产出来的改性道路沥 青， 其路用实验结果完全符合国家标 准， 其中抗车辙和低温抗裂性能较突出， 产品质量得到提高。

具体实施方式

[0012] 下面通过实施例对本发明做进一步详细说明， 这些实施例仅用来说明本发明， 并不 限制本发明的范围。

[0013] 实施例 1

将基质沥青质量 7%的硫化橡胶粉与 90#重交沥青在反应釜 VI 内混合， 边加温边搅拌， 以 形成充分塑化、 混合均勾的混合物 A。 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 将混合物 A抽到 反应釜 V2， 加入占基质沥青质量 5.1%的热塑性丁苯橡胶 （SBS)， 边加料边搅拌， 加料完毕 后， 继续搅拌 25 分钟， 得到混合物 B。 搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 185°C， 将 混合物 B 在磨盘上剪切、 磨细， 循环 2次， 最后一次循环时， 加入基质沥青质量 1%。的硫 磺， 循环结束得改性道路沥青成品。

[0014] 实施例 2

将基质沥青质量 8%的硫化橡胶粉与 70#重交沥青混合， 边加温边搅拌， 以形成充分塑化、 混合均匀的混合物 A。 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 开泵， 将混合物 A抽到反应釜， 加入基质沥青质量 5.5%的热塑性丁苯橡胶 （SBS)， 边加料边搅拌， 加料完毕后， 继续搅拌 25分钟， 得到混合物 B。 搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 18CTC , 将混合物 B在磨 盘上剪切、 磨细， 循环 2次， 第一次循环时， 加入基质沥青质量 1.5%。的硫磺， 循环结束得 改性道路沥青成品。

[0015] 实施例 3

将基质沥青质量 9%的硫化橡胶粉与 70#重交沥青混合， 边加温边搅拌， 以形成充分塑化、 混合均匀的混合物 A。 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 开泵， 将混合物 A抽到反应釜， 加入基质沥青质量 7%的热塑性丁苯橡胶 （SBS)， 边加料边搅拌， 加料完毕后， 继续搅拌 25 分钟， 得到混合物 B。 搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 190°C， 将混合物 B在磨盘 上剪切、 磨细， 循环 3次， 第一次循环时， 加入基质沥青质量 1.5%。的硫磺， 循环结束得改 性道路沥青成品。 说 明 书

[0016] 实施例 4

将基质沥青质量 10%的硫化橡胶粉与 90#重交沥青混合， 边加温边搅拌， 以形成充分塑化、 混合均匀的混合物 A。 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 开泵， 将混合物 A抽到反应釜， 加入基质沥青质量 6.5%的热塑性丁苯橡胶 （SBS)， 边加料边搅拌， 加料完毕后， 继续搅拌 25分钟， 得到混合物 B。 搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 200°C， 将混合物 B在磨 盘上剪切、 磨细， 循环 3次， 第二次循环时， 加入基质沥青质量 2%。的表面活性剂， 循环结 束得改性道路沥青成品。

[0017] 实施例 5

将基质沥青质量 8.5%的硫化橡胶粉与 90#重交沥青混合， 边加温边搅拌， 以形成充分塑化、 混合均匀的混合物 A。 待温度上升到 250°C时， 停止加温。 开泵， 将混合物 A抽到反应釜， 加入基质沥青质量 5.5%的热塑性丁苯橡胶 （SBS)， 边加料边搅拌， 加料完毕后， 继续搅拌 25分钟， 得到混合物 B。 搅拌结束后， 开动胶体磨， 控制温度在 180°C， 将混合物 B在磨盘 上剪切、 磨细， 循环 3次， 第二次循环时， 加入基质沥青质量 2%。的表面活性剂， 循环结束 得改性道路沥青成品。

[0018] 实施例 6

按照国标全套试验对该复合改性剂改性沥青 进行评价试验， 试验结果如下表所示。

[0019] 表 -1 改性沥青评价试验结果

结论： 该改性沥青各项技术指标均符合《公路沥青路 面施工技术规范》 （JTG F40-2004) "聚 合物改性沥青技术要求" SBS(I-D)的相关规定。 说 明 书

[0020] 实施例 7

沥青混合料使用性能评价试验。

[0021] 1水稳定性

1.1残留马歇尔稳定度试验

采用最佳沥青用量 (油石比) 5.25%制备马歇尔试件， 按 JTJ052~2000 T0709-2000规程进行了 AC-13F沥青混合料浸水马歇尔试验， 试验结果见 AC-13F级配浸水马歇尔试验结果 (表 -2)， 其残留稳定度为 85.8%， 满足密级配改性沥青混合料浸水马歇尔试验配 合比设计检验指标马 歇尔残留稳定度大于 85%的要求。

-2 AC-13F级配浸水马歇尔试验结果

1.2冻融劈裂试验

釆用最佳沥青用量 (油石比) 5.25%制备马歇尔试件， 按 JTJ052-2000 Τ0729-2000 规程进行了 AC-13F沥青混合料冻融劈裂试验， 试验结果见 AC-13F 目标配合比级配冻融劈裂试验结果 (表 -3),其冻融劈裂试验残留强度比为 82.3%， 满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中冻 融劈裂残留强度比大于 80%的要求。

[0023] 表 -3 沥青混合料冻融劈裂试验结果

说 明 书

2高温稳定性

2.1国标动稳定度试验

采用沥青用量 5.25%制备车辙试件， 按 JTJ052-2000 T0719-2000规程进行了 AC-13F沥青混 合料车辙试验， 试验结果见表 -4 AC- 13F沥青混合料车辙试验结果， 其动稳定度 DS=5045次 /mm, 满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中车 辙试验动稳定度大于 3000次 /mm 的要 求。

-4 AC- 13F沥青混合料车辙试验结果

2.2 CPN车辙试验

尝试使用了一种较新式的车辙试验装置， 即 CPN 车辙仪 (Rotary Loaded Wheel Tester or

RUTMETER)亦称多轮车辙仪来评价沥青混合料的 高温性能与车辙抵抗能力。

[0025] 试验温度取 60°C， 加载次数取 16,000次或车辙深度 6.35mm时加载次数。 按油石比

5.25%成型标准马歇尔试件， 然后使用高精密度双面锯将马歇尔试件双面同 步切割为 50mm 厚试件进行实验， 切割试件测完体积参数后， 放入试模内预热,预热完成后开始进行试验， 试验结果见表 -5。 从试验结果看， 改性沥青高温性能较好。

-5 室内马歇尔试样 CPN车辙试验结果 （平均值）

3疲劳性能

采用芬兰产振动轮碾成型设备成型 40 X 30 X 7.5cm大型沥青混合料板式试件， 用高精密度双 面锯双面同歩切割技术获取 38 X 6.4X 5cm的沥青混合料小梁试件。 用 COOPER NU-14气动 伺服试验系统和美国公路发展战略研究计划推 出的沥青混合料四分点弯曲应变疲劳试验夹具 进行应变控制方式的沥青混合料疲劳试验； 试验温度为我国沥青路面设计规范规定温度： 15°C。 作为对比研究， 选用同一应变水平—— 600微应变， 其试验结果见表 -6。 说 明 书

[0027] 表 -6 600微应变时改性沥青混合料应变疲劳试验结果 （平均值)

备注： 疲劳寿命定义为混合料劲度模量为初始劲度模 量的 50%时的试验次数。

[0028] 4低温性能

按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ052-2000 T0715-1993中规定的标准条件进 行了小梁弯曲破坏试验， 试验结果见表 -7。

-7 沥青混合料 -10低温弯曲试验结果 （平均值）

沥青混合料使用性能评价试验结论： 由于 AC-13F型沥青混合料是悬浮密实型结构， 能较好 反映沥青胶浆性能， 另选用南方常用花岗岩碎石， 具有代表性， 因此上述试验设计对评价沥 青路用性能具有较好代表性。 该复合改性沥青能满足 《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004) "聚合物改性沥青技术要求" SBS(I-D)的 相关规定； 用其制备的沥青混合料 水稳定性能满足 《公路沥青路面施工技术规范》 （JTGF40-2004) "沥青混合料水稳定检验技 术要求"。 该复合改性沥青路用性能高温稳定性、 疲劳性能、 低温抗裂性能较好且满足规范 要求。