一種耐水橡膠改性瀝青的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及公路改性瀝青制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種耐水橡膠改性瀝青的制 備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青路面的耐水性是指瀝青路面抵抗雨水和外力作用而不破壞的能力，該性能主 要受瀝青與石料的粘結(jié)性能影響。聚合物改性瀝青能大大增強(qiáng)瀝青和石料的粘附能力，顯 著提高瀝青路面的抗水損害使用性能。聚合物不但可以提高耐水能力，還可以提高瀝青的 高溫抗車轍、低溫抗開裂能力。由于這些優(yōu)良性能的產(chǎn)生，聚合物改性瀝青在道路瀝青路面 中廣泛應(yīng)用。
[0003] 聚合物改性瀝青主要包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS)、聚乙烯（PE)和 膠粉改性瀝青，膠粉改性瀝青是在環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源的背景下發(fā)展起來的技術(shù)。廢膠粉 改性瀝青不僅可改善瀝青的高、低溫性能而且減少瀝青路面的龜裂和老化，有效提高車輛 的行駛安全和路面的使用壽命，還可以回收利用廢舊橡膠，減少固體廢棄物的污染。目前， 廢膠粉改性瀝青在生產(chǎn)過程中存在體系的粘度大、流動性差、膠粉在瀝青中的分散性差的 缺點(diǎn)。此外，膠粉與瀝青的界面結(jié)合不好，與石料拌合后的瀝青混凝土抗水性能差，使路面 容易發(fā)生早期破壞。主要原因是，SBS能在瀝青中實(shí)現(xiàn)微米尺寸的分散，而膠粉是一種三維 交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在瀝青中不溶解、不熔融，難以有效改性瀝青，特別是抗水損害性能差，以凍融 劈裂指標(biāo)來看，其性能一般為60%左右（規(guī)范要求>80% )，致使膠粉改性瀝青路面的耐水 性能欠缺，一直困擾著膠粉改性瀝青性能的提高。
[0004] 目前，國內(nèi)外對提高膠粉改性瀝青耐水性的方法主要采用添加水泥或消石灰的方 法，采用將膠粉微納分散到瀝青中的研宄很少。為進(jìn)一步提高膠粉改性瀝青的性能，研宄 人員采取了一些方法，如CN03118836.X中公開的高溫下（190°C- 200°C)在膠粉改性瀝青 中引入了極性官能團(tuán)，經(jīng)過長時(shí)間的攪拌剪切，增加膠粉與瀝青的鍵合，從而提高膠粉與瀝 青的相容性及耐水性能。雖然膠粉改性瀝青的抗水損害性能有所提高，但仍然難滿足實(shí)際 要求。雖然在長時(shí)間的高溫作用下，膠粉會降解在瀝青中，但是膠粉與瀝青均會發(fā)生嚴(yán)重老 化，膠粉還會進(jìn)一步的降解，從而失去其膠粉本身應(yīng)有的力學(xué)性能，影響到改性瀝青以及路 面的使用性能。CN102079879A、CN1400252A、CN1364828A使用密煉機(jī)混合改性劑和瀝青制 備改性瀝青母料，進(jìn)而制備熱儲存穩(wěn)定的改性瀝青，但工藝較為繁瑣，成本較高，且混合溫 度受到限制，難以用于制備性能耐水的復(fù)合改性瀝青。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種界面粘合效果好、耐水性能優(yōu)良、改性效果優(yōu)異、相態(tài)穩(wěn) 定好、高、低溫性能和耐老化性能兼顧的耐水橡膠改性瀝青的制備方法。為制得該耐水橡膠 改性瀝青，本發(fā)明經(jīng)過多種嘗試，最終確定了采用微納分散技術(shù)和與SBS共交聯(lián)的方法進(jìn) 行制備該耐水橡膠改性瀝青。所謂微納分散技術(shù)，是指通過高溫剪切技術(shù)，使毫米尺度交聯(lián) 的膠粉分布在微米尺度以下。該微納分散技術(shù)運(yùn)用到本發(fā)明的具體過程是：膠粉在瀝青作 用下發(fā)生溶脹，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)被撐開，在高溫下（200°C以上）熱的作用下，膠粉中交聯(lián)橡膠網(wǎng)絡(luò) 的C-S、S-S鍵會發(fā)生斷鏈，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變成線型橡膠，導(dǎo)致膠粉顆粒尺寸大大減小，即成分未 變，結(jié)構(gòu)從網(wǎng)狀變成了線性的，膠粉此時(shí)也叫微納化膠粉，同時(shí)在外界高剪切力作用下，膠 粉尺寸減小，最后主要由橡膠和炭黑組成的膠粉中的橡膠溶解在瀝青中，膠粉中的炭黑也 分布在瀝青中，最終達(dá)到微納分散于瀝青中。
[0006] 本發(fā)明首先通過在較高的溫度下（200°C以上）進(jìn)行短時(shí)間的剪切混和，將膠粉 微納分散于瀝青中制備母液，然后再與SBS共交聯(lián)攪拌混合發(fā)育。因?yàn)槟z粉內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的破壞而使其精細(xì)分散到瀝青中，橡膠分子溶于瀝青中，炭黑釋放到瀝青中，溶解的橡膠與 SBS之間發(fā)生硫化共交聯(lián)，從而膠粉與SBS之間的發(fā)生強(qiáng)化結(jié)合，進(jìn)而提高了膠粉及與瀝青 的相容性，進(jìn)而提高瀝青混合料的抗水損性能和高低溫性能，同時(shí)炭黑釋放到瀝青體系中， 提高了改性瀝青的性能。
[0007] 本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種耐水橡膠改性瀝青的制備方法，包括膠粉改性瀝青母液、SBS改性瀝青母液的 制備步驟和微納分散的膠粉與SBS共交聯(lián)發(fā)育步驟兩個(gè)步驟，具體為：
[0009] 步驟一：母液制備：將質(zhì)量比為65-85%的瀝青、35-15%的膠粉在200-260°C溫度 下，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌霞羟惺鼓z粉微納分散，剪切時(shí)間為5-15分鐘，得到微納膠粉的質(zhì)量 比占15-35 %的膠粉改性瀝青母液；將質(zhì)量比為4-10 %的SBS在170-190°C下預(yù)分散于質(zhì) 量比為90-96 %瀝青中，得到SBS的質(zhì)量比占4-10 %的SBS改性瀝青母液；
[0010] 步驟二：共交聯(lián)發(fā)育：將步驟一得到的膠粉改性瀝青母液在150-200°C溫度下與 SBS改性瀝青母液按40/60-60/40的質(zhì)量比例混合得到母液混合物，并投入質(zhì)量為所述母 液混合物總質(zhì)量的0. 1-5 %的共交聯(lián)劑，使用攪拌器進(jìn)行連續(xù)攪拌進(jìn)行溶解膠粉與SBS共 交聯(lián)發(fā)育，最終制得耐水橡膠改性瀝青。更優(yōu)的情況是膠粉改性瀝青母液/預(yù)分散SBS改 性瀝青母液的質(zhì)量比例為50/50,共交聯(lián)劑為所述母液混合物總質(zhì)量的0. 12-1%，在此優(yōu) 化的比例下，膠粉和SBS含量比例更為適當(dāng)，因?yàn)楹刻吒男詾r青施工粘度太大，無法施 工；共交聯(lián)劑含量太低，交聯(lián)效果差，含量太高則容易引起瀝青凝膠果凍。
[0011] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的共交聯(lián)劑為下列物質(zhì)中的一種或它們的混合物：硫磺、 N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ)、二硫化嗎琳（DTDM)。
[0012] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所用的膠粉為廢舊輪胎橡膠粉碎而制得的膠粉，顆粒大小范圍 優(yōu)選為40-80目，膠粉顆粒大于40目后膠粉在瀝青中的溶解速度大大增加，膠粉目數(shù)增加 雖有助于溶解，但是高于80目的膠粉成本太高，本發(fā)明中，膠粉經(jīng)膠粉改性瀝青母液加工 溶解后變成微納膠粉。
[0013] 作為優(yōu)選，所述步驟二中的共交聯(lián)發(fā)育時(shí)間為3-8小時(shí)。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟二中共交聯(lián)發(fā)育時(shí)攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘。
[0015] 本發(fā)明還公開了根據(jù)上述耐水橡膠改性瀝青的制備方法所制得的耐水橡膠改性 瀝青的應(yīng)用，其特征在于，用于制備密級配的AC混合料。
[0016] 作為優(yōu)選，所述密級配的AC混合料其級配特征、成型方法和測試標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《公路 瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40- 2004)的標(biāo)準(zhǔn)而定。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0018]本發(fā)明耐水橡膠改性瀝青的制備方法，包括膠粉的高溫快速分散制備微納膠粉改 性瀝青母液、SBS母液和連續(xù)攪拌發(fā)育兩個(gè)階段。該方法通過在瀝青改性過程中引入橡膠共 交聯(lián)硫化機(jī)理，使膠粉中溶解的橡膠與SBS之間，在硫化體系的作用下發(fā)生橡膠硫化共交 聯(lián)，同時(shí)有微納米的炭黑釋放到瀝青中起到改善瀝青與石料之間的界面粘合作用，強(qiáng)化了 耐水性能，由傳統(tǒng)的單一SBS改性作用，到與膠粉共同改性瀝青，形成了膠粉與SBS的雙網(wǎng) 絡(luò)改性，從而達(dá)到良好的改性效果，徹底克服了膠粉作為一種三維交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在瀝青中不 溶解、不熔融，難以有效改性瀝青，特別是抗水損害性能差的問題，尤其是解決了廢膠粉改 性瀝青在生產(chǎn)過程中存在體系的粘度大、流動性差、膠粉在瀝青中進(jìn)行改性時(shí)在瀝青中分 散困難，使得膠粉難以發(fā)揮其優(yōu)良的性能等問題，本發(fā)明采用完美的工藝結(jié)合，使得膠粉精 細(xì)分散到瀝青中，橡膠、炭黑分散或溶解到瀝青中，不但保持了廢舊膠粉改性瀝青的優(yōu)良性 能，使表面產(chǎn)生了部分活性基團(tuán)，很好地提高其與瀝青的相容性，而且由于達(dá)到微納分散， 產(chǎn)生納米效應(yīng)，大大提高界面結(jié)合，極大提高膠粉改性瀝青混合料的耐水性能。
[0019] 本發(fā)明通過選用合適的微納分散技術(shù)和與SBS共交聯(lián)改性劑，使瀝青、膠粉中的 橡膠與SBS達(dá)到了融合一體，解決了膠粉、瀝青、SBS界面結(jié)合不好的問題，同時(shí)顯著改善了 相態(tài)穩(wěn)定性差的問題，不但獲得了高耐水損害的橡膠改性瀝青，而且改性瀝青的高、低溫性 能和耐老化性能兼顧。而且本發(fā)明工藝合理，節(jié)省能源消耗，不僅大大降低了成本、同時(shí)能 夠循環(huán)利用大量的廢棄物，經(jīng)濟(jì)效益巨大，值得推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合對比例和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0021] 對比例和實(shí)施例中所用的瀝青均為石油瀝青，質(zhì)量符合中國交通部頒布的《公路 瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40- 2004)道路瀝青的技術(shù)要求。
[0022] 對比例1將20%質(zhì)量的40目膠粉，在170-190°C加入的基質(zhì)瀝青中攪拌均勻后， 然后進(jìn)入高速剪切機(jī)進(jìn)行分散，剪切時(shí)間為30min，轉(zhuǎn)速