一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国公路建设的迅猛发展，刚柔复合长寿命路面以其优越性能得到了广泛应用。在已有的研究中，主要着重于对混凝土层的使用寿命的要求。然而随着道路交通量日益增多，车辆轴载不断加重，对刚柔复合长寿命路面中沥青层的使用寿命的要求也不断增高。刚柔复合长寿命路面中沥青层易产生车辙、裂缝和松散等主要类型病害。为减少沥青层病害，需全面提高沥青材料的使用性能。

低标号沥青的低温性能、抗疲劳性能等性能较差，在低温或加热作用下容易产生裂缝，影响沥青路面使用性能，在目前实践中尚未用于制备沥青面层；若能实现低标号沥青在沥青面层中的有效利用，可为刚柔复合长寿命路面的构建提供一条全新思路。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青，可显著增强沥青面层的高温稳定性和黏性，同时能避免低标号沥青存在的低温抗裂性差的问题；将其应用于刚柔复合路面中，既能大幅提高沥青层的抗车辙能力，又能显著增强沥青层与混凝土层间的层间结合，可为高性能刚柔复合长寿命路面设计提供一条全新思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青50～80份，天然沥青15～30份，陶瓷颗粒0.5～2份，聚烯烃类改性剂1～4份，天然岩纤维1～4份，天然植物纤维0.5～2份，聚合物纤维0.5～2份，稳定剂1.5～6份。

上述方案中，所述基质沥青为30号普通石油沥青或10号石油沥青。

上述方案中，所述天然岩纤维为玄武岩纤维、火山岩纤维中的一种或二者混合物。

上述方案中，天然植物纤维为槟榔果纤维、秸秆纤维、木质纤维、竹纤维中的一种或几种。

上述方案中，所述聚合物纤维为聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或几种。

上述方案中，所述天然岩纤维、植物纤维、聚合物纤维的长度为6～30mm，直径为20～50μm。

上述方案中，所述天然沥青为阿尔巴尼亚岩沥青、伊朗岩沥青、青川岩沥青、布敦岩沥青中的一种或几种。

上述方案中，所述稳定剂为三元乙丙橡胶粉、顺丁橡胶粉、丁苯橡胶粉中的一种或几种。

上述方案中，所述聚烯烃类改性剂为沙索必德改性剂等。

上述方案中，所述陶瓷颗粒的粒径为0.5～3μm。

本发明还提供了一种适用于刚柔复合长寿命路面改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青50～80份，天然沥青15～30份，陶瓷颗粒0.5～2份，聚烯烃类改性剂1～4份，天然岩纤维1～4份，天然植物纤维0.5～2份，聚合物纤维0.5～2份，稳定剂1.5～6份；

2)将块状天然沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，然后将其与聚合物纤维掺入基质沥青中，在一定温度下进行发育；

3)向步骤2)所得混合物中掺入聚烯烃类改性剂，进行高速剪切；

4)向步骤3)所得剪切产物中加入陶瓷颗粒、天然植物纤维、天然岩纤维及稳定剂，再次进行高速剪切，至沥青均匀稳定，即得所述复合改性沥青。

上述方案中，步骤2)中所述发育温度为175～190℃，时间为50～80min。

上述方案中，步骤3)中所述高速剪切温度为145～160℃，剪切速率为3000～4500r/min，时间为30～60min。

上述方案中，所述步骤4)中高速剪切温度为120～135℃，剪切速率为3000～4500r/min，时间为30～60min。

本发明的原理为：

本发明首次采用低标号沥青作为基质沥青并将其应用于制备沥青面层，针对低标号沥青低温性能、抗疲劳性能较差等问题，本发明进步一结合复合纤维、陶瓷颗粒和天然沥青进行改性，其中复合纤维包括岩纤维、植物纤维、聚合物纤维，具有高强度、高韧性、高相容性的特点，可显著减少沥青层开裂、松散等病害，增强沥青面层的低温抗裂性能，同时引入的陶瓷颗粒可有效减小沥青的温度敏感性，在高温环境下陶瓷颗粒可以吸收热量，低温环境下放出热量，同时提高所得沥青体系的高温稳定性和低温抗裂性；引入的天然沥青可进一步改善基质沥青、陶瓷颗粒及纤维之间的配伍性，有效改善混料后的离析现象，进一步改善所得改性沥青和沥青混合料的稳定性能；此外引入的低标号沥青可显著增强沥青面层的高温稳定性和黏性，在刚柔复合路面中，可大幅提高沥青层的抗车辙能力，同时可显著增强沥青层与混凝土之间的层间结合，进一步促进沥青层与混凝土层形成稳定的整体，增强路面的整体使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明采用低标号沥青作为基质沥青，并进一步结合复合纤维、陶瓷颗粒和天然沥青，可有效改善低标号沥青存在的低温抗裂性差等问题以及纤维、陶瓷颗粒与基质沥青之间的相容，同时可充分发挥低标号基质沥青的高温稳定性和抗疲劳性能；可全面综合地改善基质沥青使用性能，为高性能刚柔复合长寿命路面设计提供一条全新思路；

2)本发明的复合改性沥青成本低廉，制备工艺简单，所得改性沥青性质稳定、材质均匀，使用寿命长，适合推广应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，采用的基质沥青为30号天然沥青；天然沥青为阿尔巴尼亚岩沥青；陶瓷颗粒为路用陶瓷颗粒，其粒径为0.5～3μm；

采用的天然岩纤维为天然玄武岩纤维；天然植物纤维为秸秆纤维，聚合物纤维为聚酯纤维；其中纤维长度为6～30mm，直径为20～50μm；聚烯烃类改性剂为沙索必德改性剂，稳定剂为顺丁橡胶粉。

实施例1

一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青80份，天然沥青15份，陶瓷颗粒0.5份，天然岩纤维1份，沙索必德改性剂1份，天然植物纤维0.5份，聚合物纤维0.5份，稳定剂1.5份；

其制备方法包括如下：

1)将块状天然沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，制得天然沥青改性剂；

2)将所得天然沥青改性剂与聚合物纤维掺入基质沥青中，并放入175℃的烘箱中发育50min之后取出；

3)向步骤2)所得混合物中掺入沙索必德改性剂，采用高速剪切仪在145℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切30min；

4)向步骤3)所得混合物中掺入陶瓷颗粒、天然植物纤维、天然岩纤维及稳定剂，采用高速剪切仪在120℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切30min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得所述复合改性沥青。

实施例2

一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青70份，天然沥青20份，陶瓷颗粒1份，天然岩纤维2份，沙索必德改性剂2份，天然植物纤维1份，聚合物纤维1份，稳定剂3份；

其制备方法包括如下：

1)将块状天然沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，制得天然沥青改性剂；

2)将所得天然沥青改性剂与聚合物纤维掺入基质沥青中，并放入180℃的烘箱中发育60min之后取出；

3)向步骤2)所得混合物中掺入沙索必德改性剂，采用高速剪切仪在150℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切40min；

4)向步骤3)所得混合物中掺入陶瓷颗粒、天然植物纤维、天然岩纤维及稳定剂，采用高速剪切仪在120℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切40min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得所述复合改性沥青。

实施例3

一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青60份，天然沥青25份，陶瓷颗粒1.5份，天然岩纤维3份，沙索必德改性剂3份，天然植物纤维1.5份，聚合物纤维1.5份，稳定剂4.5份；

其制备方法包括如下：

1)将块状天然沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，制得天然沥青改性剂；

2)将所得天然沥青改性剂与聚合物纤维掺入基质沥青中，并放入185℃的烘箱中发育70min之后取出；

3)向步骤2)所得混合物中掺入沙索必德改性剂，采用高速剪切仪在155℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切50min；

4)向步骤3)所得混合物中掺入陶瓷颗粒、天然植物纤维、天然岩纤维及稳定剂，采用高速剪切仪在130℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切50min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得所述复合改性沥青。

实施例4

一种适用于刚柔复合长寿命路面的改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青50份，天然沥青30份，陶瓷颗粒2份，天然岩纤维4份，沙索必德改性剂4份，天然植物纤维2份，聚合物纤维2份，稳定剂6份；

其制备方法包括如下：

1)将块状天然沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，制得天然沥青改性剂；

2)将所得天然沥青改性剂与聚合物纤维掺入基质沥青中，并放入190℃的烘箱中发育80min之后取出；

3)向步骤2)所得混合物中掺入沙索必德改性剂，采用高速剪切仪在160℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切60min；

4)向步骤3)所得混合物中掺入陶瓷颗粒、天然植物纤维、天然岩纤维及稳定剂，采用高速剪切仪在135℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切60min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得所述复合改性沥青。

为验证本发明中复合改性沥青的使用性能，以70号沥青为对照组1；30号沥青为对照组2；30号沥青中掺加复合纤维为对照组3，其中对照组3中各组分你及其用量为：基质沥青95.5份，天然岩纤维1份，沙索必德改性剂1份，天然植物纤维0.5份，聚合物纤维0.5份，稳定剂1.5份；

本发明制备的实施例为实验组，进行相关项目的试验，试验结果如表1所示。

表1实施例1～4所得改性沥青的性能测试结果

上表中当量软化点、当量脆点、针入度比、老化指数根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20–2011)所述的计算方法计算，沥青等级(PG)高温、低温连续分级温度根据《测定性能分级(PG)沥青结合料的连续分级温度和连续分级的标准操作规程》

(ASTMD7643)所述的计算方法计算。当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度为沥青高温性能指标；当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度越高，沥青高温性能越好。当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度为沥青低温性能指标；当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度越低，沥青低温性能越好。针入度比及老化指数为沥青耐久性能指标；针入度比越高，老化指数越低越低，沥青耐久性能越好。

上述结果表明，实施例1～4中所制备的改性沥青相较于基质沥青具有更好的使用性能，且涉及的制备工艺简单，原材料价格低廉，具有广阔的应用前景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。