[发明专利]一种耐水橡胶改性沥青的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及公路改性沥青制备技术领域，特别是涉及一种耐水橡胶改性沥青的制备方法及其应用。

背景技术

沥青路面的耐水性是指沥青路面抵抗雨水和外力作用而不破坏的能力，该性能主要受沥青与石料的粘结性能影响。聚合物改性沥青能大大增强沥青和石料的粘附能力，显著提高沥青路面的抗水损害使用性能。聚合物不但可以提高耐水能力，还可以提高沥青的高温抗车辙、低温抗开裂能力。由于这些优良性能的产生，聚合物改性沥青在道路沥青路面中广泛应用。

聚合物改性沥青主要包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、聚乙烯(PE)和胶粉改性沥青，胶粉改性沥青是在环境保护和节约资源的背景下发展起来的技术。废胶粉改性沥青不仅可改善沥青的高、低温性能而且减少沥青路面的龟裂和老化，有效提高车辆的行驶安全和路面的使用寿命，还可以回收利用废旧橡胶，减少固体废弃物的污染。目前，废胶粉改性沥青在生产过程中存在体系的粘度大、流动性差、胶粉在沥青中的分散性差的缺点。此外，胶粉与沥青的界面结合不好，与石料拌合后的沥青混凝土抗水性能差，使路面容易发生早期破坏。主要原因是，SBS能在沥青中实现微米尺寸的分散，而胶粉是一种三维交联的结构，在沥青中不溶解、不熔融，难以有效改性沥青，特别是抗水损害性能差，以冻融劈裂指标来看，其性能一般为60％左右(规范要求>80％)，致使胶粉改性沥青路面的耐水性能欠缺，一直困扰着胶粉改性沥青性能的提高。

目前，国内外对提高胶粉改性沥青耐水性的方法主要采用添加水泥或消石灰的方法，采用将胶粉微纳分散到沥青中的研究很少。为进一步提高胶粉改性沥青的性能，研究人员采取了一些方法，如CN03118836.X中公开的高温下(190℃—200℃)在胶粉改性沥青中引入了极性官能团，经过长时间的搅拌剪切，增加胶粉与沥青的键合，从而提高胶粉与沥青的相容性及耐水性能。虽然胶粉改性沥青的抗水损害性能有所提高，但仍然难满足实际要求。虽然在长时间的高温作用下，胶粉会降解在沥青中，但是胶粉与沥青均会发生严重老化，胶粉还会进一步的降解，从而失去其胶粉本身应有的力学性能，影响到改性沥青以及路面的使用性能。CN102079879A、CN1400252A、CN1364828A使用密炼机混合改性剂和沥青制备改性沥青母料，进而制备热储存稳定的改性沥青，但工艺较为繁琐，成本较高，且混合温度受到限制，难以用于制备性能耐水的复合改性沥青。

发明内容

本发明的目的是提供一种界面粘合效果好、耐水性能优良、改性效果优异、相态稳定好、高、低温性能和耐老化性能兼顾的耐水橡胶改性沥青的制备方法。为制得该耐水橡胶改性沥青，本发明经过多种尝试，最终确定了采用微纳分散技术和与SBS共交联的方法进行制备该耐水橡胶改性沥青。所谓微纳分散技术，是指通过高温剪切技术，使毫米尺度交联的胶粉分布在微米尺度以下。该微纳分散技术运用到本发明的具体过程是：胶粉在沥青作用下发生溶胀，交联网络被撑开，在高温下(200℃以上)热的作用下，胶粉中交联橡胶网络的C-S、S-S键会发生断链，网状结构变成线型橡胶，导致胶粉颗粒尺寸大大减小，即成分未变，结构从网状变成了线性的，胶粉此时也叫微纳化胶粉，同时在外界高剪切力作用下，胶粉尺寸减小，最后主要由橡胶和炭黑组成的胶粉中的橡胶溶解在沥青中，胶粉中的炭黑也分布在沥青中，最终达到微纳分散于沥青中。

本发明首先通过在较高的温度下(200℃以上)进行短时间的剪切混和，将胶粉微纳分散于沥青中制备母液，然后再与SBS共交联搅拌混合发育。因为胶粉内部交联网络的破坏而使其精细分散到沥青中，橡胶分子溶于沥青中，炭黑释放到沥青中，溶解的橡胶与SBS之间发生硫化共交联，从而胶粉与SBS之间的发生强化结合，进而提高了胶粉及与沥青的相容性，进而提高沥青混合料的抗水损性能和高低温性能，同时炭黑释放到沥青体系中，提高了改性沥青的性能。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

一种耐水橡胶改性沥青的制备方法，包括胶粉改性沥青母液、SBS改性沥青母液的制备步骤和微纳分散的胶粉与SBS共交联发育步骤两个步骤，具体为：

步骤一：母液制备：将质量比为65-85％的沥青、35-15％的胶粉在200-260℃温度下，进行充分搅拌混合剪切使胶粉微纳分散，剪切时间为5-15分钟，得到微纳胶粉的质量比占15-35％的胶粉改性沥青母液；将质量比为4-10％的SBS在170-190℃下预分散于质量比为90-96％沥青中，得到SBS的质量比占4-10％的SBS改性沥青母液；