一种浇注式改性沥青及浇注式改性沥青混凝土
阅读说明：本技术 一种浇注式改性沥青及浇注式改性沥青混凝土 (Cast modified asphalt and cast modified asphalt concrete ) 是由 闫东波 张蓉 张晓华 刘艳 卢现林 张凌波 魏小皓 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种浇注式改性沥青及浇注式改性沥青混凝土,属于土木工程路面铺装技术领域。解决了现有技术中浇注式沥青高温性能不足以及高温拌和温度下粘度较高的问题。本发明提供的浇注式改性沥青包括以下重量分的原料：基质沥青100份、聚合物改性剂4～12份、塑性体2～10份、降粘剂1～5份、软化油3～12份、偶联剂0.1～2份、热稳定剂0.1～0.5份。本发明提供的浇注式改性沥青混凝土,包含以下重量份的原料：级配骨料75～90份、矿粉10～25份、浇注式改性沥青4～10份、硬质沥青1～4份。本发明提供的浇注式改性沥青具有优异的高温性能和低温性能,且高温220℃下沥青粘度较低,更易于生产浇注式沥青混合料。(The invention discloses a cast modified asphalt and a cast modified asphalt concrete, belonging to the technical field of civil engineering pavement. Solves the problems of insufficient high-temperature performance of the cast asphalt and higher viscosity at high-temperature mixing temperature in the prior art. The cast modified asphalt provided by the invention comprises the following raw materials in parts by weight: 100 parts of matrix asphalt, 4-12 parts of polymer modifier, 2-10 parts of plastomer, 1-5 parts of viscosity reducer, 3-12 parts of softening oil, 0.1-2 parts of coupling agent and 0.1-0.5 part of heat stabilizer. The invention provides a cast modified asphalt concrete, which comprises the following raw materials in parts by weight: 75-90 parts of graded aggregate, 10-25 parts of mineral powder, 4-10 parts of cast modified asphalt and 1-4 parts of hard asphalt. The cast modified asphalt provided by the invention has excellent high-temperature performance and low-temperature performance, and the asphalt viscosity is lower at a high temperature of 220 ℃, so that the cast asphalt mixture is easier to produce.)
技术领域
本发明属于土木工程路面铺装技术领域，具体涉及一种浇注式改性沥青及浇注式改性沥青混凝土。
背景技术
浇注式沥青混凝土Guss asphalt(简写GA)是指在高温(220℃～260℃)下拌和，依靠混合料自身的流动性摊铺成型无须碾压的一种高沥青含量与高矿粉含量、空隙率小于1％的沥青混和物。其发源地为北欧国家，在德国、英国、瑞士等国家应用超过80年的历史，其主要优点在于：(1)无空隙，不透水，保护桥梁结构安全的同时，自身能够防止光、氧、水作用，几乎无老化、冻融问题；(2)混合料温度高达240℃，对现场的环境条件没有特别要求，加上不用碾压，实验室的性能能够充分展现在实体工程中；(3)沥青含量较高(8％左右，普通沥青混合料5％左右)，材料韧性好，抗疲劳和耐久性好，车辆行驶舒适度高，车辆冲击作用被大幅度缓解。
浇注式沥青混凝土用的沥青结合料包括聚合物改性沥青、天然沥青改性沥青或聚合物改性沥青与天然沥青的复合改性沥青。对于浇注式沥青混凝土本身而言，由于具有高沥青含量的特点，其高温稳定性易受沥青性能的影响。因此，提高浇注式沥青的高温性能可以有效的提高浇注式沥青混凝土的高温性能。
专利201410638218.X采用湖沥青和岩沥青改性SBS(I～D)沥青制备了改善浇注式高温性能的改性硬质沥青；专利201010171920.1用废旧轮胎胶粉、岩沥青、湖沥青或白炭黑作为增强剂制备了浇注式沥青混凝土用高强度改性沥青，改善浇注式沥青混凝土的高温稳定性，但该方法制备的改性沥青粘度较大，180℃旋转粘度达到了1200～1900mp·s，且未关注高温拌和下改性沥青的粘度；专利201510442416.3以基质沥青、SBS、SIS、EVA、SAK、PE蜡和稳定剂制备了改善沥青高温性能的浇注式沥青，但该配方仍未关注浇注式拌和温度下改性沥青的粘度，浇注式沥青混凝土的高温性能仅做了40℃的贯入度试验；专利2017110055610基质沥青、改性剂、粘度促进剂、糠醛抽出油和稳定剂制备了高温性能良好的浇注式沥青，但专利更多的关注是改性沥青的性能，而未关注该沥青制备的沥青混合料的性能；专利200910191814.7以基质沥青、丁苯橡胶、苯乙烯～丁二烯～苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯～异戊二烯～苯乙烯嵌段共聚物、增塑剂、稳定剂和高温降粘剂制备了浇注式用改性沥青，但专利未关注该改性沥青制备的混合料的高温抗车辙性能；专利201910763095.5、专利201310601387.1制备的浇注式用改性沥青同样也未关注该沥青制备的沥青混合料的性能。专利202011248220.8以基质沥青、SBS、SEBS、强度补强剂、相容剂、稳定剂、降粘剂和流动性改进剂制备了浇注式用改性沥青，专利关注了沥青200℃的高温粘度，但该沥青制备的沥青混合料60℃的贯入度试验结果并不理想。
综上所述，浇注式沥青需有优异的高温性能，且需在高温拌和温度下(220℃)具备较低的粘度，这样的沥青才能制备出高温性能优异的浇注式改性沥青混凝土。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种浇注式改性沥青及浇注式改性沥青混凝土，其目的在于：提高浇注式沥青混凝土的高温性能，同时降低高温下沥青的粘度，更易于生产。
本发明采用的技术方案如下：
一种浇注式改性沥青，包含以下重量份的原料：基质沥青100份、聚合物改性剂4～12份、塑性体2～10份、降粘剂1～5份、软化油3～12份、偶联剂0.1～2份、热稳定剂0.1～0.5份。
优选的，所述的基质沥青为SK 70号A级基质沥青，所述聚合物改性剂具有10000以上的分子量，为SBS、SEBS、SIS、SBR、聚烯烃弹性体中的一种或两种或多种的混合物。
优选的，所述的塑性体为EVA、EMA、PE、PP、PPO、POE、APAO、聚丁二烯树脂、石油树脂、酚醛树脂、松香改性酚醛树脂、丙烯酸树脂、失水苹果酸树脂、古马隆树脂中的一种或多种的混合物。
优选的，所述的降粘剂为固体降粘剂，所述固体降粘剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、费托蜡、聚丙烯蜡中的一种或多种的混合物，其熔点为85℃～120℃。
优选的，所述的软化油为环烷油、芳烃油、石蜡油、糠醛抽出油、橡胶油和植物油中一种或多种的混合物，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、酰氧基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂或烷基硅烷偶联剂中的一种。
优选的，所述的热稳定剂为硫化促进剂，所述硫化促进剂为硫磺、二硫化二笨骈噻唑、二甲基二硫代氨基甲酸锌、四甲基二硫代秋兰姆、丁基黄原酸锌中的一种或多种的混合物。
本发明提供一种浇注式改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将基质沥青加热至170～180℃，加入软化油搅拌均匀，搅拌的转速为300～1200r/min，搅拌时间为1～3min；
步骤2：加入聚合物改性剂、塑性体和降粘剂分散、溶胀，搅拌的转速为300～1200r/min，搅拌时间为0.5～1.5h；
步骤3：调整搅拌剪切机转速为3000～5000r/min，搅拌时间为30min～2h；
步骤4：调整搅拌剪切机转速为300～1200r/min，加入偶联剂和热稳定剂，继续搅拌0.5～2h即得所述改性沥青。
本发明还提供一种浇注式改性沥青混凝土，包含以下重量份的原料：级配骨料75～90份、矿粉10～25份、浇注式改性沥青4～10份、硬质沥青1～4份。
优选的，所述的硬质沥青为湖沥青、岩沥青、回收沥青材料或石油焦中的一种或多种的混合物。本发明还提供一种浇注式改性沥青混凝土的制备方法，具体步骤为：将加热至260～320℃的级配骨料置于拌和设备中干拌10～20s，加入矿粉，再分别加入浇注式改性沥青和硬质沥青湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料，出料温度为220～240℃。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.浇注式改性沥青制备方法简单；
2.浇注式改性沥青配方合理，通过聚合物改性剂、塑性体、降粘剂、热稳定剂和软化油的合理搭配，使得浇注式改性沥青具有优异的高温性能和低温性能，且高温220℃下沥青粘度较低，更易于生产浇注式沥青混合料；
3.浇注式改性沥青配方中含有硅烷偶联剂，其分子中含有两种以上不同的反应基，可以和有机材料(沥青)与无机材料(集料、矿粉、硬质沥青中含有的矿物填料)发生化学键合(偶联)，因此可提高浇注式沥青与集料、矿粉以及外加的硬质沥青的有效结合，提高混合料的粘聚力；
4.硬质沥青中含有大量的胶质和沥青质，是提高沥青高温性能的重要成分，在制备浇注式沥青混合料时，硬质沥青以外掺形式和沥青一起加入，可解决硬质沥青添加到沥青中的易离析的问题，同时可以进一步提高浇注式沥青混凝土的高温性能；
5.外掺的硬质沥青可选择回收沥青材料，可实现对废旧沥青材料的资源再利用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是浇注式沥青的主要性能对比；
图2是浇注式沥青混合料的主要性能对比。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合图1-2对本发明作详细说明。
以下实施例中，基质沥青为SK 70号A级基质沥青；实施例1、3、4、5和6中SBS为岳阳市巴陵佳云石化有限公司生产，型号为791-H；实施例2中SBS为惠州李长荣橡胶有限公司生产，型号为3710；SEBS为岳阳市巴陵佳云石化有限公司生产，型号为503；偶联剂为佛山盛创达化工生产的烷基偶联剂，型号为CG301；实施例1、实施例2和实施5中聚乙烯蜡为天津市泰安化工有限公司生产，型号为LPE-1；实施例3、实施例4和实施6中费托蜡为德国Sasol-Wax公司生产的Sasobit。岩沥青为阿尔及利亚岩沥青，湖沥青为特立尼达天然湖沥青；实施例3中的聚丁二烯树脂为日本JSR公司的聚丁二烯树脂，型号为RB830。集料来源于江苏茅迪集团有限公司的玄武岩，矿粉来源于成都邦维建材有限公司的石灰石矿粉，集料和矿粉组成的级配范围满足《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》(JTG T3364-02-2019)中表5.2.1中GA10的中值要求。对比例为重庆中交科技股份有限公司生产的浇注式用聚合物改性沥青。
实施例1
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 8份，PPO3份，C5石油树脂2份，聚乙烯蜡2份，环烷油7份，偶联剂0.5份，硫磺0.1份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入环烷油7份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 8份，PPO 3份，C5石油树脂2份，聚乙烯蜡2份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂0.5份，硫磺0.1份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将加热至260～320℃的78份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入22份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青7.5份和岩沥青1份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
实施例2
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 8份，SEBS 1份，PE 3份，失水苹果酸树脂2份，聚乙烯蜡3份，环烷油5份，糠醛抽出油3份，偶联剂1份，硫磺0.15份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入环烷油5份，糠醛抽出油3份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 8份，SEBS 1份，PE 3份，失水苹果酸树脂2份，聚乙烯蜡3份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂1份，硫磺0.15份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将加热至260～320℃的78份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入22份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青6.5份和湖沥青2份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
实施例3
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 7份，聚丁二烯树脂3份，失水苹果酸树脂2份，费托蜡5份，环烷油6份，偶联剂1份，硫磺0.15份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入环烷油6份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 7份，聚丁二烯树脂3份，失水苹果酸树脂2份，费托蜡5份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂1份，硫磺0.15份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将加热至260～320℃的78份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入22份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青7.5份和回收沥青材料1份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
实施例4
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 7份，PPO 3份，C5石油树脂3份，费托蜡3份，糠醛抽出油6份，偶联剂1份，TMTD0.15份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入糠醛抽出油6份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 7份，PPO 3份，C5石油树脂，费托蜡3份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂1份，TMTD 0.1份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将加热至260～320℃的79份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入21份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青6.5份和岩沥青2份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
实施例5
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 7份，PE 3份，古马隆树脂3份，聚乙烯蜡5份，环烷油3份，偶联剂1.5份，TMTD0.15份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入环烷油3份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 7份，PE 3份，古马隆树脂3份，聚乙烯蜡5份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂1.5份，TMTD 0.15份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将已加热至260～320℃的79份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入21份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青6份和岩沥青4份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
实施例6
一种浇注式改性沥青，包括以下组分及其重量配比：
基质沥青100份，SBS 8份，PPO 3份，失水苹果酸树脂2份，费托蜡5份，环烷油6份，偶联剂2份，TMTD0.15份。
上述改性沥青的制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至170-180℃，加入环烷油6份搅拌均匀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1min；
(2)加入SBS 8份，PPO 3份，失水苹果酸树脂2份，费托蜡5份分散、溶胀，搅拌的转速为1000r/min，搅拌时间为1h；
(3)调整搅拌剪切机转速为4000r/min，搅拌时间为1h；
(4)调整搅拌剪切机转速为1000r/min，加入偶联剂2份，TMTD 0.1份，继续搅拌1h即得所述改性沥青。
浇注式沥青混合料的制备方法如下：
将加热至260～320℃的78份集料置于拌和设备中干拌10～20s，加入22份矿粉，再加入以上浇注式改性沥青6.5份和湖沥青2份湿拌60～90s，即得浇注式沥青混合料。
图1是实施例和对比例的浇注式沥青的主要性能对比。图2是浇注式沥青混合料的主要性能对比。从图1和图2中可以看出，与现有技术相比，浇注式改性沥青在较低的高温粘度下，具有优异的高低温性能；浇注式沥青混合料在生产过程中，由于改性沥青中偶联剂与集料、矿粉及硬质沥青中填料的偶联作用，同时高胶质和沥青质含量的硬质沥青的掺入，进一步提高了浇注式沥青混合料的高低温性能(贯入度和贯入度增量低、动稳定度高和低温弯曲应变适中)。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
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