一种自粘性改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性沥青技术领域，具体涉及一种自粘性改性沥青及其制备方法。
背景技术
开裂是公路路面最常见的病害之一，路面开裂严重影响了道路的使用寿命，为了延长道路的使用寿命，提高道路的服务水平，对于一些存在前中期裂缝病害的路面，可以通过加铺超薄罩面来延缓甚至阻止裂缝的发生。超薄罩面是公路工程预防性养护最常用的技术手段之一，加铺超薄罩面后可有效改善原路面的行驶安全性与行驶舒适性，并且可有效防治路面早期病害，比如车辙、松散，开裂等病害。然而目前的超薄罩面技术对于路面的裂缝防治仍处于治标不治本的阶段，即仅仅在裂缝上面加铺一层超薄沥青罩面，从而将原路面裂缝进行掩盖，然而随着荷载的不断作用，原路面裂缝会逐渐反射到超薄罩面上来，形成新的反射裂缝，因此目前绝大多数的超薄罩面在面对路面裂缝问题并没有良好的解决方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种性能稳定，没有离析现象产生，可用作超薄罩面胶结料来防治反射裂缝病害的自粘性改性沥青及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
发明人经过反复地思考，发现超薄罩面的裂缝产生的原因是由于裂缝两侧在交通荷载作用下，出现受力不均，造成的剪切破坏作用，或者是由于温缩效应引起的路面伸缩变形，造成裂缝宽度的变化。究其原因，是由于超薄罩面混合料不具备良好的抗变形能力。沥青混合料的变形能力主要取决于沥青胶结料的抗变形能力以及自粘能力，即裂缝发生后的愈合效果。目前大多数沥青胶结料的研究侧重于从提升弹性性能的角度来提升超薄罩面混合料的抗裂性能，而实际上路面裂缝的发生是由微裂缝逐渐扩展开来的，在路面产生微裂缝时，如果沥青胶结料具备良好的自粘能力，使得微裂缝自我修复，达到愈合效果，那么裂缝将不会继续发展，进而不会产生反射裂缝。因此提高沥青胶结料的自粘性能，将有助于提升超薄罩面对路面反射裂缝的防治效果，进而提出以下具体方案：
一种自粘性改性沥青，该改性沥青包括以下质量份组分：沥青100份、热塑性弹性体3-8份，萜烯树脂4-8份，乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物4-10份，芳烃橡胶油6-10份，β-不饱和羧酸共聚物0.1-1份，硫化剂DTDM%200.1-1份。
进一步地，所述的沥青为各种石油沥青，针入度30-500dmm。
进一步地，所述的热塑性弹性体包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
进一步地，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，共聚物中苯乙烯的含量为30-40％，断裂伸长率为700-1000％。
进一步地，所述的萜烯树脂包括聚α-蒎烯、聚β-蒎烯或聚萜二烯中的一种或几种。
进一步地，所述的萜烯树脂包括聚β-蒎烯，分子量为1600-2000，熔点120-140，相对密度0.95-1.0。
进一步地，所述的乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物的软化点介于60-90℃，断裂伸长率大于800％；所述的芳烃橡胶油包括石油系橡胶油，芳烃含量不小于80％。
进一步地，所述的β-不饱和羧酸共聚物包括将离子键作为分子间交联的离子聚合物，离子类型为Na或Zn；所述的硫化剂DTDM的分子量为236，熔点125℃，相对密度为1.36。
一种如上所述的自粘性改性沥青的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将沥青加热至180-190℃，并不断搅拌；
(2)按质量份，将热塑性弹性体、萜烯树脂和乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物按照顺序缓慢加入到沥青当中，采用高速剪切机剪切；
(3)按质量份加入芳烃橡胶油；
(4)按质量份，加入β-不饱和羧酸共聚物和硫化剂DTDM，并继续搅拌，即可制成自粘性改性沥青。
进一步地，所述的加热温度为180-190℃；所述的剪切时间为30-40min，剪切速率为3000-4000r/min；所述的搅拌的时间为30-40min，搅拌速率为1000-1500r/min。
本发明所述改性沥青，添加了传统的热塑性弹性体SBS，在沥青当中形成三维空间结构，有效地保证了沥青的高温稳定性、低温抗裂性以及弹性恢复性能。在此基础上添加了萜烯树脂，显著增强了沥青的粘附性能，使得沥青与集料之间的粘结效果更好，从而避免在使用过程中出现粘附性破坏。乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物是一种柔韧性好，并且具有独特黏合特性的树脂，对极性材料和非极性材料均具有良好的粘合性能，加入到沥青当中可以增强了沥青的柔韧性能与粘合性能，一方面增强了沥青的抗变形破坏的能力，另一方面也使得沥青在发生界面破坏之后，能够重新粘合，对破坏面进行修复。
芳烃橡胶油的加入，会使得沥青变软，从而使沥青的抗变形能力增强，即延伸度提高，同时沥青当中的芳香分含量也得到了提升，沥青的耐老化性能增强，进而增强沥青的使用耐久性。β-不饱和羧酸共聚物是一种离子聚合物，通过该离子键引入结晶体聚合物内从而提高力学强度，聚合物在受热后金属离子交联键断裂从而能流动，而冷却后金属离子又能在分子间形成交联键，并且这种过程是可逆的。β-不饱和羧酸共聚物加入沥青当中，可以增强沥青的自我修复能力，即在高低温环境切换时，共聚物中的金属离子通过反复交联从而达到沥青修复的效果。硫化剂DTDM可以在高温条件下分解出活性硫，可与沥青当中的聚合物形成交联，增加聚合物的存储稳定性，减少离析现象的发生。
与现有技术相比，本发明所述的改性沥青具有良好的粘附性能，其中拉拔强度超过4.0MPa，并且沥青具备自粘特性，其中拉拔自愈合率可达70％以上，混合料层面疲劳自愈合效果超过60％，同时具有良好的高温性能，其中软化点大于85℃，60℃动力粘度超过60000Pa·s，本发明所述改性沥青性能稳定，没有离析现象产生，可用作超薄罩面胶结料来防治反射裂缝病害。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一、原材料选择
沥青均为埃索70号道路用石油沥青，针入度30-500dmm；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物为岳阳石化公司生产的YH791，共聚物中苯乙烯的含量为30-40％，断裂伸长率为700-1000％；
萜烯树脂为山东济南化工有限公司生产的聚β-蒎烯T-100，分子量为1600-2000，熔点120-140，相对密度0.95-1.0；
乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物为美国Exxon公司生产的Escor三元共聚物AT-310，软化点介于60-90℃；
芳烃橡胶油为齐鲁石化生产的芳烃橡胶油，芳烃含量不小于80％；
β-不饱和羧酸共聚物为美国杜邦公司生产的1652Surlyn型离子交联聚合物聚，将离子键作为分子间交联的离子聚合物，离子类型为Na或Zn；
硫化剂DTDM由上海成锦化工有限公司生产，分子量为236，熔点125℃，相对密度为1.36。
二、材料制备
将沥青加热至185℃，并不断搅拌，按照各组分配比，将热塑性弹性体、萜烯树脂和乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物按照顺序缓慢加入到沥青当中，采用高速剪切机剪切30-40分钟，而后加入橡胶油，最后加入β-不饱和羧酸共聚物和硫化剂DTDM，并继续搅拌30-40分钟，即可制成改性沥青，其中高速剪切机的剪切速率为3000-4000转/分钟，搅拌过程中的搅拌速率为1000-1500转/分钟。制备完毕后将改性沥青取样存放，用于性能测试。
三、性能测试
软化点、5℃延度、60℃动力粘度，弹性恢复，48h离析软化点差、老化后5℃延度测试指标参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)进行，测试方法如表一所示。
疲劳自愈合百分率测试方法为，首选根据T0739中的四点弯曲疲劳试验，以应变控制法，在500微应变，15℃条件下对沥青混合料试件进行疲劳测试，混合料采用AC-13级配，油石比4.9％，空隙率4.6％，疲劳破坏后将试件置于50℃恒温箱中愈合养生4h，而后置于15℃条件下保温24h，再在相同条件下进行疲劳试验，愈合后的疲劳寿命与初始疲劳寿命的比值即为疲劳自愈合百分率。
拉拔强度参照ASTM%20D4541标准进行，拉拔强度自愈合百分率则是在25℃条件下，首次拉拔破坏后，将破坏界面进行拼接，养护48h后的第二次拉拔强度与首次拉拔强度的百分比。
表一
实施例1-3，对比例1
由实施例1-3可知，SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)的加入对沥青的软化点和60℃动力粘度提升明显，沥青软化点均大于85℃，60℃动力粘度均超过80000Pa·s，同时弹性恢复也比较大，沥青的弹性性能明显增强，而对于未添加SBS的对比例，软化点仅有74℃，60℃动力粘度仅为20390Pa·s，而且延度等指标相对较差。拉拔结果表明SBS掺量的增加虽然会使拉拔强度降低，然而整体还是高于4MPa。
实施例4-5，对比例2-3
由实施例4-5可知，萜烯树脂和乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物的加入对沥青的拉拔结果提升效果非常明显，有效地提升沥青的粘附性。同时两者也对沥青的延度和60℃动力粘度有一定的增强。对比例2-3结果显示拉拔强度仅有3.1MPa和2.8MPa，粘附性相对较差。
实施例6-7，对比例4
由实施例6-7可知，芳烃橡胶油的加入能显著提升沥青的5℃延度和老化性能，对于添加10份重量份数橡胶油的沥青来讲，5℃延度达53cm，老化后延度可达39cm，表明沥青在老化前后均具有非常好的延展性，同时沥青的自愈合性能也有一定的提升。而对于未添加橡胶油的对比例4来讲，5℃延度仅为29cm。
实施例8-9，对比例5-6
由实施例8-9可知，β-不饱和羧酸共聚物可有效提升沥青的自愈合性能，对于添加1份重量份数β-不饱和羧酸共聚物的改性沥青来讲，其疲劳自愈合百分率达73％，而拉拔自愈合百分率高达83％，对比例5-6结果显示两者仅为58％和49％，表明其自愈合性能改善效果非常明显。而硫化剂DTDM的加入显著改善沥青的存储稳定性，对比例6中未添加硫化剂，其离析软化点差值高达5.3℃。
