一种适用于季冻区的高黏韧改性沥青及其制备方法与流程

本发明属于路面工程材料，尤其涉及一种适用于季冻区的高黏韧改性沥青及其制备方法。

背景技术：

1、聚合物改性沥青因其良好的高低温性能，广泛应用于高速公路、机场跑道、桥梁及建筑防水工程，可显著提升路面性能和使用寿命，适应复杂气候和重载交通需求。季冻区作为特殊的气候区域，冬季严寒漫长，夏季高温多雨，昼夜温差大，路面材料面临冻融循环、温度应力集中等挑战，对改性沥青的低温抗裂性、高温稳定性及与集料的黏附性均提出了较高要求。

2、常用改性剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（sbs）和丁苯橡胶（sbr）改性后的沥青是改性沥青中的主流产品。但是，sbs、sbr掺量高使得成本过高，且这两种改性剂的分子结构中含不饱和双键，耐候性和抗老化性能较差。聚氨酯预聚体作为一种新兴的沥青改性材料，因其分子结构可设计性强、能够与沥青中的极性组分发生化学反应形成化学键合，近年来受到广泛关注。聚氨酯改性沥青在构建三维网络结构方面具有独特优势，理论上能够兼顾高温稳定性与低温抗裂性，在季冻区路面工程中展现出应用潜力。

3、然而，现有聚氨酯改性沥青技术在季冻区应用中仍存在明显不足，包括以下方面：（1）普通聚氨酯预聚体在沥青基体中的交联反应活性有限，难以在较短时间内形成均匀致密的交联网络，导致改性效果对制备工艺依赖性强，通常需要在170-190℃高温条件下进行2小时以上的剪切分散，不仅能耗高，而且高温环境易引发聚氨酯的副反应，影响改性效果的稳定性。（2）聚氨酯预聚体与沥青基体之间虽然存在一定的化学结合，但由于聚氨酯分子链段极性较强，而沥青组分以非极性烃类为主，两者在热力学上相容性有限，易发生微观相分离，导致改性沥青在长期储存过程中出现离析分层现象，严重影响材料的路用性能稳定性。（3）现有聚氨酯改性沥青在追求高模量、高强度的同时，往往牺牲了低温韧性，表现为延度指标下降、脆性增大，在季冻区严寒条件下易发生低温开裂，且与集料的黏附性能不足，在冻融循环作用下易发生水损害，难以满足季冻区及重载交通路段对材料高黏韧与耐久性的双重需求。

4、因此，如何在分子结构层面实现聚氨酯与沥青基体之间的高效耦合，构建兼具高交联活性、优异低温韧性与良好黏附性能的改性体系，同时简化制备工艺、降低能耗，使其真正适用于季冻区复杂气候条件下的路面工程，仍是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种适用于季冻区的高黏韧改性沥青，有效解决现有聚氨酯改性沥青不适用于季冻区的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于季冻区的高黏韧改性沥青，按重量份计，包括以下原料：基质沥青 100重量份；嵌段改性聚氨酯预聚体 2-8重量份；反应性相容剂 0.5-3重量份；功能型降粘剂0.2-1.5重量份；交联促进剂 0.05-0.3重量份；反应性增韧剂 1-4重量份；抗老化剂 0.3-1.2重量份；层状纳米填料0.5-2重量份；以及，界面润湿剂 0.1-0.8重量份。

3、进一步的，嵌段改性聚氨酯预聚体由聚醚型聚氨酯预聚体与氢化苯乙烯类嵌段共聚物在惰性气氛下反应制备而成，其中，聚醚型聚氨酯预聚体与氢化苯乙烯类嵌段共聚物的质量比为100:5-20。

4、进一步的，氢化苯乙烯类嵌段共聚物是氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种。

5、进一步的，反应性增韧剂是端羟基液体聚丁二烯、端羟基聚醚中的一种；层状纳米填料是有机化水滑石、有机化蒙脱土中的一种。

6、进一步的，反应性相容剂是马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种；功能型降粘剂是聚羟基脂肪酸酯类降粘剂、改性妥尔油脂肪酸酯中的一种；交联促进剂是乙酰丙酮锆、环烷酸铋中的一种；抗老化剂是受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配物，复配质量比为1:0.5-2；界面润湿剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。

7、进一步的，基质沥青是90号基质沥青、100号基质沥青、110号基质沥青中的一种。

8、本发明的另一个目的在于提供以上实施例所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青的制备方法，包括以下步骤：s1、按重量份，将基质沥青置于烘箱中静置发育；s2、将发育后的基质沥青转移至剪切乳化设备中，在145-155℃、1800-2200r/min下剪切8-12分钟；s3、保持温度145-155℃，向步骤s2的剪切乳化设备中加入反应性相容剂、嵌段改性聚氨酯预聚体、功能型降粘剂、交联促进剂、反应性增韧剂、抗老化剂、层状纳米填料和界面润湿剂，将剪切速率提升至2500-3500r/min，持续剪切35-45分钟；s4、停止剪切，静置脱泡，随后在800-1200r/min下剪切8-12分钟。

9、进一步的，步骤s1中，烘箱温度为140-160℃，发育时长1.5-2.5小时。

10、进一步的，步骤s4中，静置脱泡5-15分钟。

11、与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：（1）本发明提供的改性沥青，通过嵌段改性聚氨酯预聚体的分子结构设计、反应性增韧剂的柔性网络构建、层状纳米填料的物理增强、抗老化剂的协同防护以及多阶段分步制备工艺的协同调控，实现了高黏性能、高韧性能与长期耐久性的统一。本发明改性沥青在酸性集料与碱性集料体系中均具有优秀的抗剥落性能，在冻融循环作用下仍能保持稳定的界面结合强度。

12、（2）本发明采用分阶段逐步调控的制备方式，通过静置发育、高速剪切建立流动场、反应性共混、低速均质等步骤的协同配合，实现了改性剂在沥青基体中的渐进式分散与分步式反应。与传统聚合物改性沥青的高温长时剪切工艺（通常170-190℃、2小时以上）相比，本发明制备温度降低至145-155℃，总剪切时间控制在60分钟以内，显著降低了制备能耗，同时避免了高温长时间剪切可能引发的聚氨酯副反应以及抗老化剂的热分解，保证了改性效果的稳定性。

13、（3）本发明提供的改性沥青特别适用于季冻区高速公路、重载交通路段、桥面铺装等对材料高低温性能、抗老化性能与耐久性要求较高的工程领域，具有广阔的应用前景。

1.一种适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，嵌段改性聚氨酯预聚体由聚醚型聚氨酯预聚体与氢化苯乙烯类嵌段共聚物在惰性气氛下反应制备而成，其中，聚醚型聚氨酯预聚体与氢化苯乙烯类嵌段共聚物的质量比为100:5-20。

3.根据权利要求2所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，氢化苯乙烯类嵌段共聚物是氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种。

4.根据权利要求1所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，反应性增韧剂是端羟基液体聚丁二烯、端羟基聚醚中的一种；

5.根据权利要求1所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，反应性相容剂是马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种；

6.根据权利要求1所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青，其特征在于，基质沥青是90号基质沥青、100号基质沥青、110号基质沥青中的一种。

7.权利要求1-6中任一项所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤s1中，烘箱温度为140-160℃，发育时长1.5-2.5小时。

9.根据权利要求8所述的适用于季冻区的高黏韧改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤s4中，静置脱泡5-15分钟。