一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青及其制备方法技术

一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青及其制备方法，所述改性沥青是由下述原料制成的：基质沥青100份，苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物3‑8份，有机膨润土5‑10份，层状双羟基复合金属氢氧化物5‑10份，芳烃油2‑8份，聚甲基丙烯酸酯2‑8份；有机膨润土是由下述原料制成的：钠基膨润土、阳离子表面活性剂、蒸馏水。本发明专利技术还提供了改性沥青的制备方法。本发明专利技术的改性沥青具有良好的耐高低温性能以及抗热氧、紫外老化性能，其耐低温性能尤其突出，在低温环境仍具有良好的延度，韧性良好，临界开裂温度低，适用于长期温度较低、紫外线强烈的地区使用。它制备工艺简单。可以降低改性沥青在施工过程中的摊铺温度，使之更适用于高寒地区施工。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青及其制备方法
本专利技术涉及一种改性沥青，具体是一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青。本专利技术还涉及所述适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法。
技术介绍
石油沥青广泛应用于交通运输方面，是目前我国乃至世界道路铺筑材料的首选，其化学成分非常复杂，我国目前主要采用SARA分析法将沥青分为沥青质、胶质、芳香分和饱和分四组分，各组分的含量直接影响沥青的针入度、软化点和延度三大性能指标。但基质石油沥青的耐老化能力较差，温度敏感性较高，且不具备较好的弹性，季节交替导致的温度变化以及道路交通车辆荷载的不断增加会导致基质沥青路面加速老化，出现开裂、车辙等行车安全性问题，不能满足目前高等级道路铺筑的要求。因此改性沥青成为沥青发展的必然趋势。目前沥青改性剂包括有机改性剂以及无机改性剂，其中有机改性剂多以聚合物为主，聚合物沥青改性剂因其能够有效改善基质沥青高温性能，降低沥青温度敏感性，延长沥青路面使用寿命而得到了大力发展。早在19世纪初期，英国科学家Whiting就提出了橡胶改性沥青技术，在过去的50年里，越来越多的研究人员开始专注于沥青的聚合物改性，被研究的各种聚合物包括树脂类沥青改性剂如：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等；热塑性弹性体类沥青改性剂如：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)等，随着人类环境保护意识的加深，废弃聚合物的循环利用在沥青改性研究方面也得到了发展，例如利用废旧轮胎破碎得到的橡胶颗粒作为沥青改性性。但聚合物类沥青改性剂普遍存在与基质沥青相容性较差等问题，从而导致聚合物改性沥青在生产及储存甚至性能上不尽人意。此外，由于环境中热氧以及紫外光的老化作用，聚合物改性沥青的使用寿命也受到了很大的限制。相比之下，无机改性剂的耐老化性能较好，且可有效提高改性沥青的强度。在无机改性剂中，矿物质应用最为广泛。然而在以往的沥青改性研究中，矿物质改性剂在大多数情况下仅被用作于沥青混合料的填料部分。而实际上，很多矿物质可通过自身特殊的结构改善沥青与石料的界面作用，提高沥青混合料的路用性能，同时较聚合物改性剂成本更加低廉。使用有机无机复合沥青改性剂是沥青改性剂研究的发展趋势，无机改性剂的复合，可在保持聚合物改性沥青高、低温性能的同时，改善聚合物改性剂与基质沥青的相容性，并提升改性沥青抗老化能力，进而得到储存稳定性更高且路用性能更优的改性沥青。另一方面，由于我国北方地区大多处于大陆性气候带以及高寒气候带，天气变化主要受蒙古高原高压冷空气和太平洋季风暖流影响，短时间内温度变化幅度较大。我国青藏高原平均海拔3500m左右，大部分地区年均气温在0℃以下，其中藏北地区即使在夏季中温度最高的8月平均气温也未达到10℃，而在夜间温度甚至会降至0℃以下。沥青路面在上述地区使用过程中产生的低温裂缝是目前普遍存在的问题，裂缝的存在使得路面的使用性能降低，沥青路面的低温开裂是由于沥青低温时变得硬、脆,其变形能力差而产生的，故要减少沥青路面的低温开裂，首要是提高沥青的耐低温性能。相关专利文献：CN102220021A公开了一种乳化SBS改性沥青及其制备方法，其包括以下质量的组分，基质沥青55-60％；SBS2.5-4％；SBS改性沥青稳定剂SWD0.1-0.5％；沥青阳离子乳化剂1-3％；水40-45％；还包括相当于水质量0.3-0.8％的氯化钙、相当于水质量0.1-0.5％的增稠剂以及调节pH值2-4的酸；所述的SBS为线型结构，其嵌段比为20/80-28/72，分子量为10-16万。以上这些技术对于如何使改性沥青具有良好的耐低温性能，且施工阶段摊铺温度较基质沥青有一定程度的降低，并未给出具体的指导方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青，它具有良好的耐低温性能，可以降低改性沥青在施工过程中的摊铺温度，使之更适用于高寒地区施工。为此，本专利技术所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其技术方案在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS3-8份，有机膨润土5-10份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs5-10份，芳烃油2-8份，聚甲基丙烯酸酯2-8份；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂0.3-0.6份，蒸馏水。所述SBS为线型结构，即SBS结构为线性嵌段共聚物，相对于星型SBS其分子量较低，韧性较高，浸润性即吸油性较好；所述SBS为颗粒材料，粒径范围为5-10μm，对于SBS改性沥青的制备，随着剪切过程的继续，SBS颗粒粒径逐渐变小，当粒径小于3μm时，SBS对沥青轻组分的吸附从两相界面发展至颗粒内部，进而在沥青相中逐渐发育形成均匀的分散相，故SBS粒径越小越利于其在沥青中的分散。其嵌段比为S/B＝20/80，即所述SBS中苯乙烯与丁二烯的嵌段比为20/80，聚丁二烯链段比例远高于聚苯乙烯，故给SBS材料提供了良好的弹性性能，对沥青低温性能改善效果更优。所述芳烃油的闪点为200℃-250℃、芳烃含量为80％-90％。所述聚甲基丙烯酸酯为一种润滑油添加剂，具有良好的降凝效果以及一定的增粘效果，其闪点为170℃-200℃，降凝度为12℃-20℃，运动粘度(100℃)为2000mm2/s-3000mm2/s。有机膨润土的制备方法包括如下工艺步骤(即钠基膨润土的有机处理方法)：取10份钠基膨润土与200份蒸馏水混合，在80℃温度下以1500r/min转速搅拌30min，得到钠基膨润土的水溶液；取0.3-0.6份阳离子表面活性剂溶于蒸馏水中配成质量百分比浓度为10％的溶液，再将该溶液加入至钠基膨润土的水溶液中，继续在80℃下以1500r/min转速搅拌2h得到反应液；将反应液进行抽滤，并反复清洗后，将滤饼置于100℃烘箱中干燥24h，研磨后得到有机膨润土，所述有机膨润土为钠基膨润土经有机处理得到，其粒度为400-600目，在该粒度范围内膨润土在沥青中分散性更佳。所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法包括如下工艺步骤：将基质沥青加入至高速剪切机中，温度升至165-190℃，加入SBS，手动搅拌1-5min后开始进行机械剪切，剪切时间为30-60min，剪切速率为5000-8000r/min(即5000-8000rpm)，剪切结束后在高速剪切机中加入有机膨润土以及LDHs继续高速剪切20-40min(剪切速率仍为5000-8000r/min)，高速剪切完成后将剪切机温度降至120℃±5℃恒温发育1-2h，发育结束后温度依然控制在120℃±5℃，再在高速剪切机中加入芳烃油以及聚甲基丙烯酸酯，低速剪切5-10min，剪切速率为1000-2000r/min，之后关闭设备(即关闭高速剪切机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS 3-8份，有机膨润土5-10份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs 5-10份，芳烃油2-8份，聚甲基丙烯酸酯2-8份；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂0.3-0.6份，蒸馏水；/n所述SBS为线型结构，所述SBS为颗粒材料，粒径范围为5-10μm，其嵌段比为S/B＝20/80，所述芳烃油的闪点为200℃-250℃、芳烃含量为80％-90％；所述聚甲基丙烯酸酯的闪点为170℃-200℃，降凝度为12℃-20℃，运动粘度(100℃)为2000mm

【技术特征摘要】
1.一种适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS3-8份，有机膨润土5-10份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs5-10份，芳烃油2-8份，聚甲基丙烯酸酯2-8份；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂0.3-0.6份，蒸馏水；
所述SBS为线型结构，所述SBS为颗粒材料，粒径范围为5-10μm，其嵌段比为S/B＝20/80，所述芳烃油的闪点为200℃-250℃、芳烃含量为80％-90％；所述聚甲基丙烯酸酯的闪点为170℃-200℃，降凝度为12℃-20℃，运动粘度(100℃)为2000mm2/s-3000mm2/s；
有机膨润土的制备方法包括如下工艺步骤：取10份钠基膨润土与200份蒸馏水混合，在80℃温度下以1500r/min转速搅拌30min，得到钠基膨润土的水溶液；取0.3-0.6份阳离子表面活性剂溶于蒸馏水中配成质量百分比浓度为10％的溶液，再将该溶液加入至钠基膨润土的水溶液中，继续在80℃下以1500r/min转速搅拌2h得到反应液；将反应液进行抽滤，并清洗后，将滤饼置于100℃烘箱中干燥24h，研磨后得到有机膨润土，其粒度为400-600目；
所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法包括如下工艺步骤：将基质沥青加入至高速剪切机中，温度升至165-190℃，加入SBS，手动搅拌1-5min后开始进行机械剪切，剪切时间为30-60min，剪切速率为5000-8000r/min，剪切结束后在高速剪切机中加入有机膨润土以及LDHs继续高速剪切20-40min，高速剪切完成后将剪切机温度降至120℃±5℃恒温发育1-2h，发育结束后温度依然控制在120℃±5℃，再在高速剪切机中加入芳烃油以及聚甲基丙烯酸酯，低速剪切5-10min，剪切速率为1000-2000r/min，之后关闭设备，将所得的产物自然降温至室温，即得到适用于高寒地区的耐低温改性沥青。


2.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于上述基质沥青为70号基质沥青。


3.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于上述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种。


4.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：70号基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS5份，有机膨润土5份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs6份，芳烃油7份，聚甲基丙烯酸酯2份；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂即十六烷基三甲基溴化铵0.5份，蒸馏水204.5份；所述SBS为线型结构，所述SBS为颗粒材料，粒径范围为5-7μm，所述芳烃油须闪点为205℃、芳烃含量为85％；所述聚甲基丙烯酸酯的闪点为180℃-185℃，降凝度为12℃-14℃，运动粘度(100℃)为2000mm2/s-2100mm2/s；
有机膨润土的制备方法包括如下工艺步骤：取10份钠基膨润土与200份蒸馏水混合，在80℃温度下以1500r/min转速搅拌30min，得到钠基膨润土的水溶液；取0.5份阳离子表面活性剂溶于蒸馏水中配成质量百分比浓度为10％的溶液，再将该溶液加入至钠基膨润土的水溶液中，继续在80℃下以1500r/min转速搅拌2h得到反应液；将反应液进行抽滤，并清洗后，将滤饼置于100℃烘箱中干燥24h，研磨后得到有机膨润土，其粒度为400目；
所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法包括如下工艺步骤：将100份70号基质沥青加入至高速剪切机中，温度升至170℃，加入5份SBS，手动搅拌3min后开始进行机械剪切，剪切时间为40min，剪切速率为6000r/min，剪切结束加入5份有机膨润土以及6份LDHs继续高速剪切20min，高速剪切完成后将剪切机温度降至120℃±2℃恒温发育2h，发育结束后温度依然控制在120℃±2℃，加入7份芳烃油以及2份聚甲基丙烯酸酯，低速剪切10min，剪切速率为1000r/min，之后关闭设备，将所得的产物自然降温至室温，即得到适用于高寒地区的耐低温改性沥青。


5.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：70号基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS6份，有机膨润土6份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs6份，芳烃油4份，聚甲基丙烯酸酯4份；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂即十六烷基三甲基氯化铵0.6份，蒸馏水205.4份；所述SBS为线型结构，所述SBS为颗粒材料，其粒径范围为6-8μm，所述芳烃油其闪点为220℃、芳烃含量为88％；所述聚甲基丙烯酸酯的闪点为183℃-185℃，降凝度为15℃-16℃，运动粘度(100℃)为2200mm2/s-2300mm2/s；
有机膨润土的制备方法包括如下工艺步骤：取10份钠基膨润土与200份蒸馏水混合，在80℃温度下以1500r/min转速搅拌30min，得到钠基膨润土的水溶液；取0.6份阳离子表面活性剂溶于蒸馏水中配成质量百分比浓度为10％的溶液，再将该溶液加入至钠基膨润土的水溶液中，继续在80℃下以1500r/min转速搅拌2h得到反应液；将反应液进行抽滤，并清洗后，将滤饼置于100℃烘箱中干燥24h，研磨后得到有机膨润土，其粒度为500目；
所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青的制备方法包括如下工艺步骤：将100份70号基质沥青加入至高速剪切机中，温度升至180℃，加入6份SBS，手动搅拌3min后开始进行机械剪切，剪切时间为50min，剪切速率为7000r/min，剪切结束加入6份有机膨润土以及6份LDHs继续高速剪切30min，高速剪切完成后将剪切机温度降至120℃±1℃恒温发育2h，发育结束后温度依然控制在120℃±1℃，加入4份芳烃油以及4份聚甲基丙烯酸酯，低速剪切10min，剪切速率为1500r/min，之后关闭设备，将所得的产物自然降温至室温，即得到适用于高寒地区的耐低温改性沥青。


6.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的耐低温改性沥青，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：70号基质沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS4份，有机膨润土5份，层状双羟基复合金属氢氧化物即LDHs5份，芳烃油3份，7份聚甲基丙烯酸酯；有机膨润土是由下述组分及重量份数的原料制成的：钠基膨润土10份，阳离子表面活性剂即十八烷基三甲基溴化铵0.4份，蒸馏水203.6份；所述SBS为线型结构，所述SBS为颗粒材料，其粒径范围为6-8μm，所述芳烃油其闪点为230℃、芳烃含量为86％；所述聚甲基丙烯酸酯的闪点为185℃-187℃，降凝度为16℃-17℃，运动粘度(100℃)为2200mm2/s-2250mm2/s；
有机膨润土的制备方法包括如下工艺步骤：取10份钠基膨润土与200份蒸馏水混合，在80℃温度下以1500r/min转速搅拌30min，得到钠基膨润土的水溶液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：封柯，倪涛，宋欣，汪咏梅，黄玉美，石雄松，吕东伟，周海成，刘翠芬，
申请(专利权)人：石家庄市长安育才建材有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13