沥青粘合剂混合物及其制备方法.pdf

本发明公开了一种沥青粘合剂混合物，其含有筑路沥青、天然沥青混料和任选的常规添加剂，其特征在于，相对于筑路沥青、天然沥青混料和乙烯共聚物沥青的总和，乙烯共聚物沥青的含量为0.1－15％m。根据一种实施方案，筑路沥青是根据DIN EN 12591的针入度类型30/45、50/70或70/100。

1.  一种沥青粘合剂混合物，其包含：筑路沥青、天然沥青混料以及任选的常规添加剂，其特征在于，相对于筑路沥青、天然沥青混料和乙烯共聚物沥青的总和，乙烯共聚物沥青的含量为0.1-15％m。

2.  根据权利要求1的粘合剂混合物，其特征在于，筑路沥青是根据DIN EN 12591的针入度类型30/45，50/70或70/100。

3.  根据权利要求2的粘合剂混合物，其特征在于，其组成为：
78-97％m的筑路沥青，
2-20％的天然沥青混料，
和余量的乙烯共聚物沥青。

4.  根据权利要求2的粘合剂混合物，其特征在于，其组成为：
83-92％m的筑路沥青，
7-15％的天然沥青混料，
和余量的乙烯共聚物沥青。

5.  根据任一项前述权利要求的粘合剂混合物，其特征在于天然沥青混料是千里达湖沥青混料。

6.  根据权利要求4的粘合剂混合物，其特征在于，蜡含量为0.5-10％m。

7.  一种用于制备根据任一项前述权利要求的沥青粘合剂混合物的方法，其特征在于，通过搅拌混合筑路沥青和天然沥青混料，并向得到的混合物中搅拌加入乙烯共聚物沥青。

8.  根据权利要求7的方法，其特征在于，搅拌和混入操作是在90-260℃的温度下实施的。

9.  根据权利要求7或8的方法，其特征在于，搅拌和混入操作是以230-270分钟^-1的搅拌速度在笼式搅拌机中进行的。

10.  根据权利要求6-9中任一项的方法，其特征在于，混合筑路沥青和天然沥青混料的操作进行8-12分钟，在乙烯共聚物沥青中的搅拌操作进行13-17分钟。

沥青粘合剂混合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种沥青粘合剂混合物及其制备方法。
背景技术
沥青混料(asphalt)是沥青(bitumen)或沥青粘合剂同矿物质的混合物，并可能还加有其它物质或添加剂。对于天然沥青混料而言，其中的粘合剂是通过作为自然过程的石油易挥发成分蒸发并且难挥发残余物氧化聚合作为自然过程而形成的，例如千里达(Rrinidad)天然沥青混料、黑沥青、硬沥青。有些天然沥青混料中还含有1-46％m(质量百分比)含量不等的矿物质。“沥青混料”一词有时用的并不准确。这是因为该词的英语词源造成的。另一方面，还有工业生产的沥青混料，其中通过石油化工生产的沥青或者是合成石油沥青(也被称为精细沥青或筑路沥青)是工业化生产的，混有矿物质。已知在千里达岛的沥青湖中天然沥青混料中矿物质的平均含量为46％m，并且天然沥青的含量为54％m。
沥青混料的一个重要技术应用涉及到表面铺装(公路，机场等)。为了改善筑路沥青的性能，例如以聚合物改性沥青的方式，已经进行了多方面不懈的努力。在实际应用中，常常使用筑路沥青、聚合物改性沥青和天然沥青混料的混合物，但是在这种情况下，天然沥青混料的最小比例是形成高质量沥青混合物的一个重要的先决条件。就其应用技术而言，对于改进这种粘合剂混合物的需求一直存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的沥青粘合剂混合物及其制备方法。具体包括：
1.一种沥青粘合剂混合物，其包含：筑路沥青、天然沥青混料以及任选的常规添加剂，其特征在于，相对于筑路沥青、天然沥青混料和乙烯共聚物沥青的总和，乙烯共聚物沥青的含量为0.1-15％m。
2.根据上述项目1的粘合剂混合物，其特征在于，筑路沥青是根据DIN EN 12591的针入度类型30/45，50/70或70/100。
3.根据上述项目2的粘合剂混合物，其特征在于，其组成为：
78-97％m的筑路沥青，
2-20％的天然沥青混料，
和余量的乙烯共聚物沥青。
4.根据上述项目2的粘合剂混合物，其特征在于，其组成为：
83-92％m的筑路沥青，
7-15％的天然沥青混料，
和余量的乙烯共聚物沥青。
5.根据上述任一项目的粘合剂混合物，其特征在于天然沥青混料是千里达湖沥青混料。
6.根据上述项目4的粘合剂混合物，其特征在于，蜡含量为0.5-10％m。
7.一种用于制备根据前述任一项的沥青粘合剂混合物的方法，其特征在于，通过搅拌混合筑路沥青和天然沥青混料，并向得到的混合物中搅拌加入乙烯共聚物沥青。
8.根据上述项目7的方法，其特征在于，搅拌和混入操作是在90-260℃的温度下实施的。
9.根据上述项目7或8的方法，其特征在于，搅拌和混入操作是以230-270分钟^-1的搅拌速度在笼式搅拌机中进行的。
10.根据上述项目6-9中任一项的方法，其特征在于，混合筑路沥青和天然沥青混料的操作进行8-12分钟，在乙烯共聚物沥青中的搅拌操作进行13-17分钟。通过上述项目1中所述的沥青粘合剂混合物和上述项目7所述的方法，实现了上述目的。
本发明的主题是一种沥青粘合剂混合物，其包含筑路沥青、天然沥青混料以及任选的常规添加剂，其特征在于，相对于筑路沥青、天然沥青混料和乙烯共聚物沥青的总和，乙烯共聚物沥青的含量为0.1-15％m(质量百分比)。
所用的术语“乙烯共聚物沥青”(通常简称为‘ECB’)指一类沥青改性聚乙烯共聚物，其中以混合物的方式，沥青均匀地结合在聚合物矩阵中。混合物可以是可浇注颗粒形式。DIN 16729作为其规格标准。例如市售的Lucobit AG的产品‘Lucobit^’。Moore & Munger，Inc，由于可与其相比较美国的‘Sasobit’也受到关注。但是Sasobit不是ECB，而是FT蜡(Fisher-Tropsch蜡)。在本申请中，在三个实施例中平行使用了Sasobit。结果记载在本文中。
例如，在路面上建筑构造和路面下土木工程中使用ECB材料用于密封目的是已知的并已有记载。在本专利申请的开发过程中，考察了各种用于特定铺装(公路、机场等)的ECB材料的适宜性，结果惊奇地发现向沥青粘合剂混合物中加入ECB，可以出人意料地增强粘合剂混合物的机械/热性能。正如将在后文中对实验材料的讨论，尤其是根据DIN EN 12591的软化点得到了改善(即提高)，针入度也得到了改善(即减小)。具有ECB添加剂的粘合剂混合物通常比制备它的筑路沥青好至少一个针入度级别(针入度)。环球软化点(R&B SP)也是如此。
根据本发明的一个实施方案，筑路沥青是根据DIN EN 12591的针入度类型30/45、50/70或70/100，并且其组成优选是78-97％m筑路沥青、2-20％m天然沥青混料、余量为乙烯共聚物沥青。另一种优选的组成是83-92％m筑路沥青、7-15％m天然沥青混料、余量为乙烯共聚物沥青。根据进一步优选的构造，天然沥青混料为千里达湖沥青混料(TLA)。
本发明的主题还涉及沥青粘合剂混合物的制备方法。其特征在于，通过搅拌混合筑路沥青和天然沥青混料，并向得到的混合物中搅拌加入乙烯共聚物沥青。混入操作可以在90-260℃的温度下进行的。对于搅拌和混入操作，适宜的是通过笼式搅拌机以230-270分钟^-1的搅拌速度进行。优选混合筑路沥青和天然沥青混料的操作进行8-12分钟，在乙烯共聚物沥青中的搅拌操作进行13-17分钟。
附图说明
结合后文的实施例以及附图，更容易理解本发明的特征与优点以及可能的用途。其中：
图1-8显示实施例1-8的试样在13℃的力-位移延度。
图9和10显示比较实施例1和2的试样在13℃的力-位移延度。
图11显示实施例9-11的试样在13℃的力-位移延度。
具体实施方式
对于后文中的描述，“更硬”表示，根据EN DIN 12591，该筑路沥青属于比与之相比的筑路沥青具有更低的针入度和更高的环球软化点(R&B SP)的类型。
实施例1-8
制备了8种粘合剂混合物，其分别包含筑路沥青30/45和50/70作为筑路沥青、更高量的作为可溶沥青的天然沥青混料和更高量的添加剂。其组成列于表1中(具体的数字代表％m)。添加剂分别是Lucobit^(ECB)和Sasobit。
在笼式搅拌机中进行制备，其中首先加入筑路沥青和天然沥青混料TLA并在160℃以250min^-1混合10分钟。然后加入Lucobit^或Sasobit，并在160℃以250min^-1混合15分钟。
测定制备的粘合剂混合物的环球软化点(R&B SP)、针入度、断点以及力延度。结果也列于表1中。
实施例9-11
制备了三种粘合剂混合物，其包含筑路沥青70/100作为筑路沥青、天然沥青混料(TLA)和更高量的Lucobit^形式的乙烯共聚物沥青(ECB)。其组成和测量结果列于表1中(数字以％m表示)。按照与实施例1-8相同的方式制备。
比较实施例3
无添加剂的纯筑路沥青70/100作为参照(见表1)。
对实验结果的讨论
参考表1，Lucobit^形式的ECB含量分别为1.5和3.0％的筑路沥青30/45的软化点分别为60.4和64.4℃，针入度分别为25和13*0.1mm，断点分别为-5和-4℃，在13℃的延度分别为6和1cm，在13℃的最大延度分别为94和90N(实施例1和2)。加入0.8和1.5％m Sasobit的相应值分别为61.6和67.4℃，19和15*0.1mm，-4和-4℃，6和1cm，以及120和74N(实施例3和4)，而比较实施例1的值为59.0℃、18*0.1mm、-7℃、7cm和87N。为了更清楚起见，对于实施例中的数据，比比较实施例更差的那些数据带有下划线。结果发现，当加入3.0％m Lucobit^(实施例2)时，只有两个参数(断点和延度)比比较实施例1更差。对于断点，温度差为3℃，对于延度而言，位移差值为6cm。在Sasobit的试验含量分别为0.8和1.5％m情况，每一情况各有三个参数更差，但涉及的是不同的参数(实施例3和4)。
对于筑路沥青50/70，1.5％m含量的Lucobit^(实施例5)导致所有考察的参数都得到改善。对于2.25和3.0％m(实施例6和7)，在13℃的延度分别变差了2和3cm。0.8％含量的Sasobit(实施例8)导致针入度(2*0.1mm)和断裂温度(温差1℃)都变差。
基于表1中的数据，对于实施例1-8和比较实施例1-2的上述讨论，表示基于筑路沥青30/45和50/70的粘合剂混合物分别同不含任何添加剂的比较实施例之间的对比。对于结果要强调的是，与比较实施例相比，添加剂的加入导致多数的参数得到了改善，最显著的是Lucobit^的情形和筑路沥青50/70的情形。结果最好的是加入约3.0％m Lucobit^的筑路沥青30/45和加入1.5％m Lucobit^的筑路沥青50/70。
对于添加剂的加入，表2显示实施例1-8与根据DIN EN 12591的纯(即未作改变)类型的比较。这意味着所用的参照并不是未加入ECB的粘合剂混合物，而是DIN EN 12591中包括的筑路沥青20/30至160/220。对于相应类型的软化点(R&B SP)和针入度值，以及实施例1-11的相应数据都有具体说明。可以看出，对于实施例1-4的R&B SP值在59.0-67.4℃范围内，针入度值在13-25*0.1mm范围内。DIN EN 12591最后的类型20/30，其范围是55-63℃(R&B SP)和20-30*0.1mm(针入度)。因此实施例1-4的具体数值比类型20/30的那些“更硬”。类型20/30的R&B SP范围在55-63，而实施例1-4在59.0-67.4范围内，即，具有更高的软化点温度。对于针入度也是如此，实施例1-4为13-25，而类型20/30为20-30。因此可以说，实施例1-4关于两种参数(针入度和R&BSP)的数据，对应着不只一种类型的改善：这些实施例的材料是由30/45类型获得的，并且比20/30类型更硬。在DIN EN 12591中并不存在相应的(更硬的)类型。根据DIN EN 13305的类型10/15是最相近的。
基于筑路沥青50/70的实施例5-8的情形是类似的。根据DINEN 12591，材料的针入度为50-70*0.1mm，且R&B SP为46-54℃。实施例5-8的软化点(R&B SP)为54.8-60.2℃，而针入度为23-37*0.1mm。因此R&B SP比一种类型更硬，而针入度比两种类型均更硬。
同样考虑基于筑路沥青70/100的实施例9-11。这些实施例的材料的两种参数均比一种相应类型更硬。
图1-11显示力-位移延度。图1-8涉及实施例1-8，图9和10分别涉及比较实施例1和2。图11涉及实施例9-11。这些图表示拉伸试验中在各种情形的特性，也就是直至试样断裂时力的变化。延度(N最大值)是该变化中的转变点。
实施例12和13
制备了混合物，其组成如表3中所示。根据ZTV Asphalt-StB的1.6.2章，对混合物进行具体的适应性试验，从而评价对于变形、紧密度和低温行为的耐受性。考察痕迹形成(痕迹深度)、低温行为(在20.0和-20℃的弯曲拉伸强度)和紧密度(在110、120、130、140和150℃处的密度或空穴含量)。组成见表3，实验结果见表4和5。
比较实施例4
组成对应于实施例9，但是仅包含筑路沥青50/70(见表3)。同样进行了与实施例12和13相同的具体测试。
对实验结果的讨论
实施例12与比较实施例4相比，实施例12的所有参数都优于比较实施例4。痕迹深度平均降低了3.13mm，各情形中的0和20℃的弯曲拉伸强度升高了大约相同的值(分别为0.48和0.49)，在-20℃的值升高了大约两倍(0.82，表4)。在110到150℃的范围内，密度从0.032升高到0.013g/cm³，而空穴含量降低了0.4-1.3％体积(表5)。
表1
粘合剂混合物的组成和性能