CN1891759A - 含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种沥青混合料，该混合料由4～8重量％混合沥青和92～96重量％骨材混合而成。其中混合沥青由0.1～50重量份沥青改质材料与50～100重量份沥青混合而成。所述沥青改质材料由100重量份星形苯乙烯－丁二烯－苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂和5－70重量份加工辅助剂组成。加工辅助剂选自矿质加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油。
Description
技术领域
本发明涉及含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，具体涉及由主要成分为星形结构的乙烯基芳香烃-共轭二烯嵌段共聚物的沥青高粘度改质材料与骨材混合而成的粘度与强度增强了的沥青混合料。
背景技术
本发明所使用的沥青改质材料是一种新颖的高粘度排水性沥青改质材料。它在保持沥青的加工性、熔解性、分散性及其它机械物理性质的前提下，增大了混合沥青在60℃的粘度，提高了混合材料制造过程中与骨材之间的粘结性、耐流动性、低温下的耐冲击性等。
上述高粘度沥青改质材料已在大韩民国专利申请第2005-48173号“高粘度排水性沥青改质材料及其制作方法”中揭示。作为参考，上述专利申请所揭示的沥青改质材料的组成如下。
上述沥青改质材料由100重量份星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂和5-70重量份选自矿物加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油的加工辅助剂组成。
此外，上述星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂的特点是由40重量％以上的支链为2～6的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、40重量％以下线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、30重量％以下多嵌段型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂和10重量％以下苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物树脂混炼得到的苯乙烯含量为15～50重量％，分子量为50,000～300,000的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂。
上述沥青改质材料还可以包含5～20重量份的接枝聚合碳数为2～20的乙烯-α-烯烃共聚物，上述沥青改质材料还可以包含5～30重量份的熔融指数为1～15g/10分且丙烯腈含量为15～45重量％的苯乙烯-丙烯腈树脂，上述沥青改质材料还可以包含5～20重量份的熔融指数为1～40g/10分且醋酸乙烯含量为5～70重量％的乙烯-醋酸乙烯树脂。
此外，上述沥青改质材料还可以包括0.1～3重量份选自聚乙烯蜡、变性聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、羟基蜡、硬脂酸酰胺蜡的一种以上的蜡。
上述沥青改质材料的另一种实施方式是由100重量份星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂和5～50重量份树脂和5-70重量份加工辅助剂组成，所述树脂选自接枝聚合碳数为2～20的乙烯-α-烯烃共聚物、熔融指数为1～15g/10分且丙烯腈含量为15～45重量％的苯乙烯-丙烯腈树脂、熔融指数为1～40g/10分且醋酸乙烯含量为5～70重量％的乙烯-醋酸乙烯树脂；所述加工辅助剂选自矿物加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油。所述的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂的特点是由40重量％以上的支链为2～6的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、40重量％以下线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、30重量％以下多嵌段型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂和10重量％以下苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物树脂混炼得到的苯乙烯含量为15～50重量％，分子量为50,000～300,000的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂。
关于沥青混合料的制备方法，不同于过去的预混合方式，即沥青在与骨材混合之前，预先与改质材料混合，目前采用在混合骨材与沥青的同时添加改质材料的厂拌混合方式，具有无需将沥青与改质材料进行混合的工序，也无需担心在仓储过程中因相分离及高温而引起物理性能降低等优点。
在这种厂拌混合方式中使用的沥青改质材料，关键是改质材料能在短时间内溶解于沥青内。为了解决该问题，在线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中加入增粘树脂和加工辅助剂，混合而成为排水性改质材料。
排水性混合沥青在铺设时应有足够的膜厚，而且要有很高的粘度，以提高其耐候性、抗塑性、变形性。但目前已开发出的沥青改质材料尚不具备足够的粘度。开发本发明所述的沥青改质材料旨在解决上述问题。
本发明所使用的沥青改质材料的其它特点是在调整改质材料本身的组分及组成以提高沥青混合料的粘度和混合沥青的60℃粘度的同时，保持了混合沥青整体物理性质的均衡，在提高混合沥青粘度的同时却不降低其针入度、韧性、拉伸度(tenacity)等物理性质。
但是，在使用本发明所述的沥青改质材料来提高混合沥青的粘度时，由于储能模量的增加可能会导致沥青和骨材之间粘结性下降。为此，在保持混合沥青的较高粘度的同时，应防止沥青与骨材之间粘结性的降低，即应恰当调整沥青与骨材之间重量比及骨材的粒径。
发明内容
本发明要解决的技术课题是在利用沥青改质材料提高混合沥青粘度的同时，防止因储能模量增加而降低沥青与骨材之间的粘结性，通过适当调整沥青与骨材之间的重量比例及骨材的粒径来开发沥青混合料，从而在保持混合沥青的高粘度的同时防止降低沥青与骨材之间的粘结性。
本发明旨在提供一种沥青混合料，其特点在于由4～8重量％混合沥青和92～96重量％骨材组成，其中混合沥青由0.1～50重量份沥青改质材料与50～100重量份沥青混合而成，本沥青改质材料由100重量份星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂和5-70重量份选自矿物加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油的加工辅助剂组成。
本沥青改质材料中的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂是由40重量％以上支链为2～6的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、40重量％以下线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、30重量％以下多嵌段型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂和10重量％以下苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物树脂混炼得到的苯乙烯含量为15～50重量％，分子量为50,000～300,000的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂。
本发明所提供的沥青混合料由4～8重量％混合沥青和92～96重量％骨材组成。其中，混合沥青由0.1～50重量份沥青改质材料与50～100重量份沥青混合而成；沥青改质材料由100重量份星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂、5～50重量份树脂和5-70重量份加工辅助剂组成；树脂选自接枝聚合碳数为2～20的乙烯-α-烯烃共聚物、熔融指数为1～15g/10分且丙烯腈含量为15～45重量％的苯乙烯-丙烯腈树脂、熔融指数为1～40g/10分且醋酸乙烯含量为5～70重量％的乙烯-醋酸乙烯树脂；加工辅助剂选自矿物加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油。星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂是由40重量％以上支链为2～6的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、40重量％以下线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、30重量％以下多嵌段型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂和10重量％以下苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物树脂混炼得到的苯乙烯含量为15～50重量％，分子量为50,000～300,000的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂。
另外，为了制造增强排水性的沥青混合料，对骨材要求以过筛重量百分比为标准，其粒径为：100重量％通过25mm孔径筛；95～100重量％通过19mm孔径筛；53～78重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。或者是100重量％通过19mm孔径筛；92～100重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。
为了制造高强度的沥青混合料，对骨材要求以过筛重量百分比为标准，其粒径应为：100重量％通过25mm孔径筛；90～100重量％通过19mm孔径筛；70～90重量％通过13mm孔径筛；40～60重量％通过5mm孔径筛。或者是100重量％通过19mm孔径筛；90～100重量％通过13mm孔径筛；50～70重量％通过5mm孔径筛。
上述骨材的特点是含有0～100重量％的再生骨材，上述特定的沥青混合料还可以根据需要配入有色颜料。
下面对本发明做一详尽说明。
具体实施方式
本发明提出的沥青改质材料在保持高粘度混合沥青(改质材料与沥青的混合物)和沥青混合料(混合沥青与骨材的混合物)的各项物理性质的同时，提高了混合沥青的60℃粘度，并通过减少改质材料的使用量来降低混合沥青与沥青混合料的制造成本。
本发明所述混合沥青由0.1～50重量份改质材料与50～100重量份沥青混合而成。最佳的混合沥青由5～25重量份改质材料与75～95重量份沥青混合而成。
通常当改质材料含量低于0.1重量份时，不能充分增强沥青粘度，当改质材料含量超过50重量份时，不仅不再进一步增加沥青的粘度，还可能会破坏沥青本身的特性。
本发明所使用的沥青为沥青岩，这是对几乎不含杂质的纯沥青的通称，即由石油浸入岩石龟裂部位后经长时间演变而成的。所述沥青包括硬沥青、辉沥青、脆沥青以及石油提炼和石油加工生产过程中制成的纯沥青、沥青水泥、稀释沥青、乳化沥青、吹制沥青、改性沥青等石油产品。
根据粒度，本发明所述的骨材可以分为用于同时增强排水性沥青混合料的排水性与强度的骨材和只用于增加改性沥青混合料强度的骨材。
对此，使用i)以过筛重量百分比为标准，粒径为100重量％通过25mm孔径筛、95～100重量％通过19mm孔径筛、53～78重量％通过13mm孔径筛、10～31重量％通过5mm孔径筛、10～21重量％通过2.5mm孔径筛的骨材；ii)以过筛重量百分比为标准，粒径为100重量％通过19mm孔径筛、92～100重量％通过13mm孔径筛、10～31重量％通过5mm孔径筛、10～21重量％通过2.5mm孔径筛的骨材可以得到同时增强排水性和强度的沥青混合料。
另外，使用i)以过筛重量百分比为标准，粒径为100重量％通过25mm孔径筛、90～100重量％通过19mm孔径筛、70～90重量％通过13mm孔径筛、40～60重量％通过5mm孔径筛的骨材；ii)以过筛重量百分比为标准，粒径为100重量％通过19mm孔径筛、90～100重量％通过13mm孔径筛、50～70重量％通过5mm孔径筛的骨材可以得强度增强的沥青混合料。
上述骨材可以包含0～100重量％的再生骨材，还可通过在上沥青混合料中混入颜料制造出特定的彩色沥青混合料。
下面通过实施例对本发明加以详细说明：
沥青改质材料的制备
将苯乙烯嵌段共聚物、加工辅助剂、乙烯-α-烯烃共聚物、苯乙烯-丙烯腈树脂、乙烯-醋酸乙烯树脂和其它添加剂注入到亨舍尔混合机中首次混合约10分钟，然后注入增粘树脂(高速旋转时易碎)，在转鼓混合机中再次混合约5分钟。再将混合材料在100～200℃温度下通过双轴挤压机熔合，通过双轴挤压机的压模将扭交线束挤出后，放入冷却水中冷却，再用切割机切割制成颗粒。这种颗粒，如果直接放置会出现凝聚问题，因此需要在颗粒表面均匀涂抹0.1重量份的硬脂酸钙粉末。
实施例1 混合沥青的制备
将50重量份星形SBS、50重量份线形SBS、15重量份增粘树脂、10重量份石蜡加工油、0.2重量份聚乙烯蜡和0.3重量份受阻酚类抗氧化剂注入到亨舍尔混合机中首次混合约10分钟，然后注入15重量份软化点为110℃的芳香烃类增粘树脂，在转鼓混合机中再次混合约5分钟，在180～200℃温度下通过双轴挤压机熔合，通过双轴挤压机的压模将扭交线束挤出，经冷却水冷却后再用切割机切割制成颗粒。将8重量％的颗粒与92重量％沥青混合得到混合沥青，测定其定溶解速度、60℃粘度、软化点、针入度。制备混合沥青时，在加热至180℃的沥青中加入按上述方法制备的沥青改质材料。在600g沥青中添加52.17g改质材料，使混合比例达到92∶8。
实施例2 混合沥青的制备
按照实施例1所述方法，将60重量份星形SBS、40重量份线形SBS、10重量份软化点为110℃的芳香烃类增粘树脂、10重量份脂肪烃类增粘树脂、2重量份石蜡加工油、3重量份芳香族加工油、0.2重量份聚乙烯蜡和0.3重量份受阻酚类抗氧化剂制成沥青改质材料，进而制备混合沥青。
实施例3 混合沥青的制备
按照实施例1所述方法，将50重量份星形SBS、40重量份线形SBS、10重量份苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、30重量份软化点为110℃的芳香烃类增粘树脂、10重量份石蜡加工油、0.2重量份聚乙烯蜡和0.3重量份受阻酚类抗氧化剂制成沥青改质材料。将5重量％上述制备的改质材料颗粒和95重量％沥青混合，得到混合沥青，测定针入度、软化点、韧性、拉伸度。
表1和表2中显示了实例1～3的实验结果。表1中的“质量标准”指日本改性沥青协会标准(JMAAS01-01)规定的高粘度改性沥青的质量标准；表2中的“质量标准”指日本II型改性沥青的质量标准。
1)溶解性的测定方法参照日本道路协会制定的“公路测试方法手册”中所记载的“改性沥青试样制作法”。
2)60℃粘度的测定方法参照ASTM D2171，用Asphalt Institute Vacuum CapillaryViscometer测定。
3)软化点的测定方法参照ASTM D36。
4)针入度的测定方法参照ASTM D5。
5)韧性和拉伸度(tenacity)的测定方法参照日本道路协会编写的“公路测试方法手册”。
表1
| 实施例 | 1 | 2 | 质量标准 |
| 溶解时间(分钟) | 13 | 9 | 20以下 |
| 60℃粘度(kPa·s) | 115 | 87 | 20以上 |
| 软化点(℃) | 111 | 92 | 80以上 |
| 针入度(25℃) | 59 | 61 | 40以上 |
| 韧性(N·m) | 22.7 | 21.9 | 20以上 |
| 拉伸度(N·m) | 19.3 | 17.2 | 15以上 |
表2
| 实施例 | 3 | 质量标准 |
| 针入度(25℃) | 55 | 40以下 |
| 软化点(℃) | 62 | 56～70 |
| 韧性(N·m) | 12.5 | 7.8以上 |
| 拉伸度(N·m) | 6.8 | 3.9以上 |
实施例4 增强排水性的沥青混合料的制备
在100重量份骨材中加入5重量份按照实施例1方法制备的混合沥青，制成沥青混合料，并测定肯塔堡飞散损失率及动态稳定度等物理性质。骨材粒径：为100重量％通过25mm孔径筛；95～100重量％通过19mm孔径筛；53～78重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。按类别分别测定碎石骨材和再生骨材的物理性质。
实施例5 增强排水性的沥青混合料的制备
在100重量份骨材中加入5重量份按照实施例2方法制备的混合沥青，制成沥青混合料，并测定肯塔堡飞散损失率及动态稳定度等物理性质。骨材粒径为100重量％通过19mm孔径筛；92～100重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。按类别分别测定碎石骨材和再生骨材的物理性质。
实施例6 增强强度的沥青混合料的制备
在100重量份骨材中加入5重量份按照实施例3方法制备的混合沥青，制成沥青混合料，并测定肯塔堡飞散损失率及动态稳定度等物理性质。骨材粒径为100重量％通过25mm孔径筛；90～100重量％通过19mm孔径筛；70～90重量％通过13mm孔径筛；40～60重量％通过5mm孔径筛。按类别分别测定碎石骨材和再生骨材的物理性质。
上述实施例4-6制备的沥青混合料的物理性质测定方法如下。
动态稳定度：参照日本道路协会编写的“公路测试方法手册”测定。
肯塔堡飞散损失率：参照韩国建筑技术研究院制定的“肯塔堡飞散试验方法”测定。
孔隙率：参照日本道路公团制定的“JHS217-1992”中记载的游标卡尺法测定。
马歇尔稳定度：参照KS F2349-99记载的方法测定。
表3和表4中显示了实施例4～6制备的沥青混合料的物理性质测定结果。
表3
| 实施例 | 4 | 5 | 4 | 5 | 质量标准 |
| 骨材种类 | 碎石骨材 | 碎石骨材 | 再生骨材 | 再生骨材 | |
| 肯塔堡飞散损失率(20℃/％) | 11.1 | 15.8 | 13.9 | 16.8 | 20以下 |
| 孔隙率(％) | 20.9 | 21.1 | 20.1 | 20.8 | 20以上 |
| 动态稳定度(次/mm) | 6230 | 5480 | 6280 | 5240 | 3000以上 |
| 马歇尔稳定度(kg) | 710 | 645 | 673 | 612 | 500以上 |
表4
| 实施例 | 6 | 6 | 质量标准 |
| 骨材种类 | 碎石骨材 | 再生骨材 | |
| 稳定度(kg) | 1205 | 1108 | 750以上 |
| 孔隙率(％) | 4.0 | 4.0 | 3-6 |
| 动态稳定度(次/mm) | 3920 | 3850 | 3000以上 |
沥青混合料的制备例4、5中，碎石骨材与再生骨材均表现出优良的肯塔堡飞散损失率、孔隙率、动态稳定度和马歇尔稳定度评价值，实施例6的测定结果也显示了稳定的孔隙率及优于标准值的动态稳定度和马歇尔稳定度。
发明效果
从本发明的效果来看，由混合骨材和含有高粘度排水性沥青改质材料的混合沥青混合制成的排水性沥青混合料表现出优良的肯塔堡飞散损失率、孔隙率、动态稳定度、马歇尔稳定度。改性沥青混合料的指标测定结果同样优于标准值。对于已有的改质材料而言，若为了提高沥青混合料的物性而需要注入较大量改质材料，就会因材料分离现象与分散性问题，使质量稳定性难以保持，且造价十分昂贵。而在本发明沥青混合料中只加入少量的改质材料就能表现出稳定而卓越的性能，这便可以解决使用排水性沥青或改性沥青中所存在的成本昂贵的难题，从而代之以质优价廉的新材料。
Claims (8)
1、一种含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于由4～8重量％混合沥青和92～96重量％骨材组成，其中混合沥青由0.1～50重量份沥青改质材料与50～100重量份沥青组成；所述沥青改质材料由100重量份星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂、10～60重量份增粘树脂、5～50重量份树脂和5-70重量份加工辅助剂组成；所述树脂选自接枝聚合碳数为2～20的乙烯-α-烯烃共聚物、熔融指数为1～15g/10分且丙烯腈含量为15～45重量％的苯乙烯-丙烯腈树脂、熔融指数为1～40g/10分且醋酸乙烯含量为5～70重量％的乙烯-醋酸乙烯树脂；所述加工辅助剂选自矿物加工油、液态树脂、液态丁二烯橡胶、聚丁烯、聚异丁烯、含极性功能取代基的油、脂肪油。
2、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂是由40～100重量％支链为2～6的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、0～40重量％线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、0～30重量％多嵌段型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂和0～10重量％苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物树脂混炼得到的苯乙烯含量为15～50重量％，分子量为50,000～300,000的星形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯混合树脂。
3、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述骨材为增强沥青混合料排水性的骨材，以过筛重量百分比为标准，其粒径为：100重量％通过25mm孔径筛；95～100重量％通过19mm孔径筛；53～78重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。
4、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述骨材为增强沥青混合料排水性的骨材，以过筛重量百分比为标准，其粒径为：100重量％通过19mm孔径筛；92～100重量％通过13mm孔径筛；10～31重量％通过5mm孔径筛；10～21重量％通过2.5mm孔径筛。
5、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述骨材为增加沥青混合料强度的骨材，以过筛重量百分比为标准，其粒径为：100重量％通过25mm孔径筛；90～100重量％通过19mm孔径筛；70～90重量％通过13mm孔径筛；40～60重量％通过5mm孔径筛。
6、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述骨材为增加沥青混合料强度的骨材，以过筛重量百分比为标准，其粒径为：100重量％通过19mm孔径筛；90～100重量％通过13mm孔径筛；50～70重量％通过5mm孔径筛。
7、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述骨材含有0～100重量％的再生骨材。
8、根据权利要求1所述的含有高粘度排水性沥青改质材料的沥青混合料，其特征在于所述沥青混合料为配有彩色颜料的混合料。
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