一种用于路面修补的胶粉改性沥青及其制备方法与流程

1.本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种用于路面修补的胶粉改性沥青及其制备方法。


背景技术：

2.我国沥青混凝土路面的设计使用年限为十五到二十年，而由于路面破坏等问题导致其实际使用年限为八年到十二年，实际使用年限明显短于设计标准年限，而且根据实际经验，沥青路面的资金投入不到公路总造价资金的一半，而且其中维修经费大部分用在了地面的修复中，由此可以看出路面病害危害巨大。
3.沥青材料本身就具有耐高低温性差的巨大缺点，因此长期暴露在车辆挤压以及高低温、干湿天气交替等环境下，沥青道路易出现裂缝(横向裂缝、纵向裂缝以及网状裂缝)、车辙、坑槽等降低路面耐久性的各种问题，裂缝产生初期如不能及时进行有效修补以阻止其继续扩展，车辆的挤压作用便会加剧裂缝开裂程度，同时，路表水通过裂缝渗入路基会对严重削弱基层的稳定性和强度。因此开发沥青路面裂缝修补技术对降低养护成本、延长道路的使用寿命及保证驾驶员安全都有重要意义。
4.开发合适的路面修补材料是沥青路面裂缝修补技术中的重要一步。修复材料既要与之前的路面结构有很好的粘结能力，又要能够长时间的发挥作用并具有良好的耐老化性能和高低温稳定性。目前市面上的路面修补材料有化学灌浆材料(环氧树脂灌浆材料、聚氨酯类灌浆材料)和自修复材料等，但是应用最多和技术最成熟的便是沥青类材料。相对于其他路面修补材料，沥青类材料的粘结性更强，与原路面的结合更好。但是目前已应用的沥青类材料依据存在施工和易性较差以及高低温性能或其他性能较差的问题，因此，开发出一种既能与原路面保持一定的粘结性又保证其他性能满足使用要求的沥青十分重要。
5.专利cn 111825994 a公开了及一种高延度高弹性改性沥青组合物，通过加入适量的热塑性弹性体增加沥青的弹性特性和高温指标；通过加入丙烯
‑
乙烯嵌段共聚物，有效增加沥青在5℃条件下的延度，从而使得沥青在低温条件下具有良好的抗变形能力，确保罩面在较低的环境温度下也具有良好的延展性；通过加入叔丁基苯酚甲醛树脂，该树脂是一种硫化胶，可在沥青当中形成一种三维空间网格结构，有助于将聚合物均匀地分散并且相对地固定在沥青当中，有效避免聚合物离析的现象发生，提升沥青的存储稳定性。然而，单纯的酚醛树脂对沥青的稳定性及强度改善效果有限，其60度粘度只能达到10万左右，与原路面的粘结效果较差，路用性能较差。且该组合物未对材料的耐热氧老化性能进行相应的改善。
6.专利cn 107266919 a公开了一种稳定型橡胶与sbs复合改性沥青，采用苯乙稀
‑
丁二稀
‑
苯乙稀类、丁丙橡胶、丁基橡胶、芳香油、环烷油、蓖麻油和硫磺、氧化铝、有机亚磷酸酯为改性成分与基质沥青相互作用制备稳定型橡胶与sbs复合改性沥青，得到的复合改性沥青不仅具有良好的高温稳定性、低温抗裂性及耐老化性能，而且离析程度小，存储稳定性好。但sbs与橡胶之间的反应性较差，综合改善效果有限。


技术实现要素：

7.针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于路面修补的胶粉改性沥青。本发明的改性沥青采用热塑性弹性体与橡胶分子复合改性，同时加入橡胶接枝共聚型聚苯乙烯(hips)促进热塑性弹性体与橡胶分子的交联反应，使网状结构更加坚固；并加入丙烯
‑
乙烯嵌段共聚物及特殊增粘树脂进行共改性，所得改性沥青具有很好高低温性能和抗老化性，可以增强修补后路面的耐久性；在具有较好施工和易性的同时，又具有较高的粘度和塑性，在可以与原路面很好的粘结的同时，抗水损能力增强，解决了传统路面修补用沥青材料在性能上顾此失彼的缺点，具有一定的经济和社会效益。
8.本发明的另一目的在于提供上述用于路面修补的胶粉改性沥青的制备方法。
9.本发明目的通过以下技术方案实现：
10.一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下重量份的组分：
11.沥青100份；
12.橡胶粉30
‑
40份；
13.热塑性弹性体2～3.5份；
14.橡胶接枝共聚型聚苯乙烯(hips)0.1～0.5份；
15.丙烯
‑
乙烯嵌段共聚物(ppb)1～3份；
16.增粘树脂2～5份。
17.进一步地，所述沥青选择25℃针入度为30～500dmm的石油沥青。
18.进一步地，所述橡胶粉选择为废旧轮胎经过处理得到的橡胶粉。该橡胶粉来源广泛，成本低廉，可实现变废为宝。
19.进一步地，所述热塑性弹性体选择为苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物(sbs)。
20.进一步地，所述增粘树脂是一种提升材料表面粘合力的树脂类物质，作为优选的技术方案，本发明特别选择为聚砜树脂。
21.上述用于路面修补的胶粉改性沥青的制备方法，包括如下制备步骤：
22.将沥青加热至240～260℃，然后加入橡胶粉搅拌混合均匀，再降温至180～200℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。
23.进一步地，所述制备方法的整个过程搅拌速率为1000～1500r/min。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.(1)本发明的改性沥青添加了一定量的橡胶粉(相对于沥青质量的30％～40％)和传统的热塑性弹性体，使得改性沥青具有很好的路用性能，保证了沥青混合料具有足够的存储稳定性、高温稳定性、低温抗裂性以及抗疲劳等特性。且橡胶粉可来源于废旧轮胎经过处理得到的橡胶粉，具有来源广泛、成本低廉的优点。
26.(2)本发明的改性沥青通过加入少量(相对于沥青质量的0.1％～0.5％)稳定剂hips，该特定结构稳定剂能促进sbs分子与橡胶分子、sbs与sbs分子之间发生交联反应，使网状结构更加坚固，从而使得改性沥青具有良好的耐老化性能及高低温性能；同时由于胶粉的脱硫降解使得改性沥青的存储稳定性得到大幅度改善，不会有离析等现象的发生，这也为这种改性沥青的运输及实际应用于路面修补的可能性大大增加。
27.(3)本发明通过添加特定的增粘树脂，特别是聚砜树脂，聚砜树脂不但能提升沥青
材料的粘合力，还具有优异的抗老化性能，在其结构中的氧都具有高度共振二芳基砜基团，硫原子处于完全氧化状态，砜基的高共振使聚砜树脂具有极其出色的耐氧化性能和耐热性能，能在一定程度上防止沥青材料在热、光、氧气存在的情况下发生性能衰竭，使沥青材料具有良好的抗老化性能；同时，聚砜树脂与其他增粘树脂相比，抗蠕变性能优良，尤其是在高温下，可显著提升改性沥青材料的高温性能。在保证存储稳定性的同时提高了改性沥青的粘度，使得沥青具有足够的粘附性，应用在路面修补当中时的优势极为明显，足够的粘附力能很好的与原路面进行粘结，使其有效的结合为一体，增加其使用寿命和改善其路用性能。
28.(4)本发明通过丙烯
‑
乙烯嵌段共聚物，其具有较高的刚性又具有较好的低温韧性，与各种热塑性树脂相比，脆性明显改善，加入到沥青材料中，可明显改善其抗蠕变性能，并使得改性沥青的耐老化性能提升，应用到路面修补当中能够解决由于路面沥青老化造成的松散脱落以及坑槽等问题，具有很好的实用价值。可以提高路面修补质量及增长路面修补使用寿命。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.以下实施例中，所用沥青均为埃索70号道路用石油沥青，橡胶粉为四川乐山生产的橡胶粉末，苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物(sbs)为岳阳石化公司生产的yh791，稳定剂橡胶接枝共聚型聚苯乙烯(hips)为广州石化总厂镇江奇美化工有限公司生产，丙烯
‑
乙烯嵌段共聚物(ppb)为北京燕山石油化工公司生产，增粘剂聚砜树脂为上海凯赛化工有限公司生产。
31.以下实施例中，性能测试标准为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20—2011)及aashto，测试方法为：针入度，t0604—2011；软化点，t0606—2011；延度，t0605—2011；60度粘度，t0620—2000；离析，48h软化点差，t0661—2011；rtfot，t0610—2011；pg分级，aashto t315。
32.实施例1～3
33.本实施例1～3为不同橡胶粉加入量情况下的一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下表1所示的配方组成。所述胶粉改性沥青的制备方法如下：
34.将沥青加热至250℃，然后加入橡胶粉搅拌6h混合均匀，再降温至190℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应30min，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。所述制备方法的整个过程搅拌速率控制为1000～1500r/min。
35.所得原样沥青及rtfot后残留物相关性能测试结果如下表1所示。
36.表1
[0037][0038]
由表1测试结果可知，随着橡胶粉重量份数逐渐增加，改性沥青的软化点由76℃提升到81.2℃，5℃延度由43.2cm降低到32.5cm，沥青60度粘度也有所增加，高温pg分级由76℃增加至82℃，低温pg分级由
‑
28℃降低至
‑
22℃，表明sbs可以改善该改性沥青的高温性能，虽然会稍微降低改性沥青的低温性能，但是在其他功能成分的复合作用下，改性沥青的性能依旧优越。
[0039]
实施例4～6
[0040]
本实施例4～6为不同sbs加入量情况下的一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下表2所示的配方组成。所述胶粉改性沥青的制备方法如下：
[0041]
将沥青加热至250℃，然后加入橡胶粉搅拌6h混合均匀，再降温至190℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应30min，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。所述制备方法的整个过程搅拌速率控制为1000～1500r/min。
[0042]
所得原样沥青及rtfot后残留物相关性能测试结果如下表2所示。
[0043]
表2
[0044][0045]
由表2的测试结果可知，随着sbs重量份数由2.5增加到3.5，沥青的软化点由79.6℃增长至85.7℃，高温pg分级由76℃增长至88℃，5℃延度由39.6cm增长至47.5cm，表明sbs掺量的增加对改性沥青的高温性能及低温性能的改善很显著，能够满足使用要求。
[0046]
实施例7～9
[0047]
本实施例7～9为不同稳定剂hips加入量情况下的一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下表3所示的配方组成。所述胶粉改性沥青的制备方法如下：
[0048]
将沥青加热至250℃，然后加入橡胶粉搅拌6h混合均匀，再降温至190℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应30min，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。所述制备方法的整个过程搅拌速率控制为1000～1500r/min。
[0049]
所得原样沥青及rtfot后残留物相关性能测试结果如下表3所示。
[0050]
表3
[0051][0052]
由表3测试结果可知，没有加稳定剂hips的一组出现了很明显的离析，上下部软化点差值3.1℃，而加了稳定剂的实施例中，即使稳定剂掺量为0.1时，改性沥青的软化点差值降低也很显著，表明稳定剂的加入对改性沥青的存储稳定性有了较大的提升。而且加入稳定剂hips相比未加入时所得改性沥青，其软化点、延度、粘度、pg分级温度均有显著提升，说明hips的加入对沥青强度(塑性)、高低温性能均有显著改善。且rtfot后残留物针入度值变化更小，说明hips的加入对沥青的耐高温老化性能具有显著的改善。说明hips的特殊结构能促进sbs分子与橡胶分子、sbs与sbs分子之间发生交联反应，使网状结构更加坚固，从而提升沥青强度、稳定性、高低温性能及耐老化性能。满足路面修补材料的使用要求，修补后的沥青路面耐久性能更好。
[0053]
实施例10～12
[0054]
本实施例10～12为不同共聚物ppb加入量情况下的一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下表4所示的配方组成。所述胶粉改性沥青的制备方法如下：
[0055]
将沥青加热至250℃，然后加入橡胶粉搅拌6h混合均匀，再降温至190℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应30min，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。所述制备方法的整个过程搅拌速率控制为1000～1500r/min。
[0056]
所得原样沥青及rtfot后残留物相关性能测试结果如下表4所示。
[0057]
表4
[0058][0059]
由表4测试结果可知，未添共聚物ppb的改性沥青的低温pg分级是
‑
16℃，随着共聚物掺量的增加，低温pg分级由
‑
16℃变化为
‑
28℃，表明共聚物ppb的加入能显著提高改性沥青的低温性能，修补后的沥青路面低温性能更好。
[0060]
实施例13～15
[0061]
本实施例13～15为不同增粘剂聚砜树脂加入量情况下的一种用于路面修补的胶粉改性沥青，包括如下表5所示的配方组成。所述胶粉改性沥青的制备方法如下：
[0062]
将沥青加热至250℃，然后加入橡胶粉搅拌6h混合均匀，再降温至190℃，加入热塑性弹性体和增粘树脂搅拌混合均匀，最后加入hips和ppb搅拌反应30min，得到用于路面修补的胶粉改性沥青。所述制备方法的整个过程搅拌速率控制为1000～1500r/min。
[0063]
所得原样沥青及rtfot后残留物相关性能测试结果如下表5所示。
[0064]
表5
[0065][0066]
由表5测试结果可知，未添加增粘剂的改性沥青60
°
粘度较低，与原路面的粘结效果较差，而添加增粘剂后，改性沥青的粘度增大，显著改善其与原路面的粘结性能，增长修补后路面的使用寿命，改善其路用性能；同时未添加聚砜树脂的改性沥青老化后性能下降比较明显，针入度比降到69％，延度降到23.1cm，表明沥青变硬变脆，老化程度比较深，而添加聚砜树脂后的改性沥青老化后性能衰减较少，表明抗老化剂的加入能提高改性沥青抗老化性能，修补后的沥青路面耐久性能更好。
[0067]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。