本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济的快速发展和公路货运总量的增加，公路运输呈现出重载交通的特点，运输中车辆超载超限现象非常严重，并且我国大部分地区高温多雨的气候特征，使得重载交通道路沥青路面在高温重载耦合作用下产生严重的车辙病害。由于一般沥青难以满足重载道路的抗车辙性能以及耐久性的要求，因此必须对沥青进行改性以解决和防止重载交通沥青路面相应病害。近年来，高模量沥青因可以提高路面结构的模量有效减少重载道路的塑性变形而受到广泛关注。
申请号cn103102708a公开了一种高模量改性沥青及其制备方法，主要由sbs、废旧塑料、活化剂等组成，具有抗高温、抗变形能力强的优点。申请号cn110183862a公开了一种高模量改性沥青及其制备方法，主要由聚乙烯、聚丙烯、sbs、马来酸酐等组成，具有较好的存储稳定性和高温性能。申请号cn111019368a公开了一种改性沥青及其制备方法，其主要成分为高模量剂、sbs、石油树脂等，具有抗车辙能力强的优点。但是上述高模量改性沥青主要通过单一改性的方式或直接添加高模量剂而制备得到，普遍存在质量不稳定、低温性能差和耐久性差的问题，而且制备方法繁琐。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法，以克服的重载交通道路的车辙变形问题以及传统高模量改性沥青的质量不稳定、低温性能差和耐久性差的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计包括：橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％。
进一步的，橡胶粉粒径为75-85目，所述橡胶粉的铁含量为0.04％-0.06％，纤维含量为0.005％-0.02％，相对密度为1.1-1.3。
进一步的，橡胶粉粒径为80目，所述橡胶粉的铁含量为0.05％，纤维含量为0.01％，相对密度为1.119。
进一步的，多聚磷酸的氯化物含量≤0.001％，多聚磷酸的硫酸盐含量≤0.02％，多聚磷酸的重金属含量≤0.01％，多聚磷酸的铁含量≤0.01％，磷酸含量≥80.0％。
进一步的，基质沥青的密度为1.037g/cm3，蜡含量为1.8％。
一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按重量百分比计取橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％，将基质沥青加热至熔融状态；
步骤2、向熔融后的基质沥青中加入橡胶粉后剪切搅拌均匀得到混合物a；
步骤3、将多聚磷酸加入混合物a中持续搅拌发育后即可得到耐久性高模量复合改性沥青。
进一步的，在180～185℃的下向基质沥青中添加橡胶粉，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min。
进一步的，在180～185℃的条件下添加多聚磷酸，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min。
进一步的，将多聚磷酸加入混合物a搅拌均匀后降温至160～165℃，继续持续搅拌发育30～40min，得到耐久性高模量复合改性沥青。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种耐久性高模量复合改性沥青，将橡胶粉、多聚磷酸和基质沥青按照上述质量比混合均匀，复合改性沥青中的橡胶分子是呈三维空间网状结构的硫化胶，本身富有弹性，在高温的作用下，橡胶吸收沥青的油分而膨胀，并在热作用脱硫再生而恢复生胶的部分粘性，同时其结构由紧密转为疏松和絮状，使橡胶颗粒在沥青中均匀分布形成悬浮液，因而制备得到的改性沥青具有较好的低温性能和较好的抗疲劳性能，多聚磷酸的加入使得沥青中的胶质组分含量降低，沥青质含量升高，进而增强了沥青质的密集度，使沥青质之间形成致密的三维网状结构，从而更加均匀分散于沥青轻质组分之间，在橡胶和多聚磷酸的耦合作用下所制备得到的改性沥青的弹性和模量提高，稳定性增强，并且使得沥青兼有良好的高温性能与低温性能以及抗疲劳性能。
进一步的，当橡胶粉粒径为80目，橡胶粉的铁含量为0.05％，纤维含量为0.01％，相对密度为1.119时，得到的耐久性高模量复合改性沥青高温性能和弹性达到最佳。
本发明一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，首先采用干法工艺，将橡胶粉与熔融后的基质沥青充分混溶，由于橡胶分子在沥青中的均匀分布，提高了沥青的低温性能和抗疲劳性能，相比较传统湿法工艺，避免了沥青老化和改性剂离析的问题，然后加入多聚磷酸提高了沥青质含量，增强了沥青质的密集度，使其更加均匀分散于沥青轻质组分之间，从而提高了沥青的高温性能。
附图说明
图1是本发明的耐久性高模量复合改性沥青的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计包括：橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％。
橡胶粉粒径为75-85目，所述橡胶粉的铁含量为0.04％-0.06％，纤维含量为0.005％-0.02％，相对密度为1.1-1.3；按上述比例添加橡胶粉和纤维按能够使改性沥青的软化点和延度均增大，在不同细度的橡胶粉中，粒径为80目，铁含量为0.05％，纤维含量为0.01％，相对密度为1.19的橡胶粉对提高沥青的高温性能和弹性达到最佳。
多聚磷酸的氯化物含量≤0.001％，多聚磷酸的硫酸盐含量≤0.02％，多聚磷酸的重金属(以pb计)含量≤0.01％，多聚磷酸的铁含量≤0.01％，磷酸含量(以p2o5计)≥80.0％。
本申请基质沥青采用sk-70#沥青，基质沥青的密度为1.037g/cm3，蜡含量为1.8％。
一种耐久性高模量复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按重量百分比计取橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％，将基质沥青加热至熔融状态；
具体的，将基质沥青升至180～185℃，基质沥青熔融；
步骤2、向熔融后的基质沥青中加入橡胶粉后剪切搅拌均匀得到混合物a；
具体的，在180～185℃的下向基质沥青中添加橡胶粉，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min；采用干法工艺，向熔融后的基质沥青中直接投入橡胶粉，然后通过高速剪切使得橡胶粉和基质沥青充分混溶，由于橡胶分子在沥青中的均匀分布，提高了沥青的低温性能和抗疲劳性能，而且相比较传统湿法工艺，此方法避免了沥青老化、改性剂离析等问题，综合效益高，使用更为方便。
步骤3、将多聚磷酸加入混合物a中持续搅拌发育后即可得到耐久性高模量复合改性沥青。
具体的，在180～185℃的条件下添加多聚磷酸，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min；先将橡胶粉和基质沥青混合均匀，再加入多聚磷酸(ppa)的目的是由干法剪切得到的橡胶-ppa复合改性沥青，多聚磷酸(ppa)的加入提高了沥青质含量，增强了沥青质的密集度，使其更加均匀分散于沥青轻质组分之间，从而提高了沥青的高温性能。
具体的，将多聚磷酸加入混合物a搅拌均匀后降温至160～165℃，继续持续搅拌发育30～40min，得到耐久性高模量复合改性沥青。通过降温发育，防止沥青高温老化，有利于改善改性沥青的稳定性能，其次发育中会不断搅拌，以防止橡胶或多聚磷酸(ppa)与基质沥青发生分层离析现象，随着发育时间的增加，改性沥青的针入度，软化点以及粘度等还会有相应地提高。
本发明首先采用是橡胶粉和多聚磷酸(ppa)复合改性的方式，采用简便的干法工艺，添加橡胶粉高速剪切后再添加多聚磷酸(ppa)并充分发育得到，得到的高模量复合改性沥青在橡胶和多聚磷酸(ppa)的耦合作用下，弹性和模量提高，稳定性增强，并且兼有良好的高温性能与低温性能以及抗疲劳性能。本发明制备的耐久性高模量复合改性沥青能够克服现有高模量改性沥青的质量不稳定、低温性能差和耐久性差的问题，有效减少重载道路的车辙变形。
实施例1
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：20％橡胶粉、1％多聚磷酸和79％基质沥青，橡胶粉粒径为80目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至180℃；
步骤2：在180℃的条件下添加橡胶粉，并以5000rpm的速度剪切30min；
步骤3：然后在180℃的条件下添加多聚磷酸，并以5000rpm的速度剪切30min；
步骤4：最后在160℃的条件下发育35min得到耐久性高模量复合改性沥青。
实施例2
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：22％橡胶粉、2％多聚磷酸和76％基质沥青，橡胶粉粒径为80目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至185℃；
步骤2：在185℃的条件下添加橡胶粉，并以4500rpm的速度剪切35min；
步骤3：在185℃的条件下添加多聚磷酸，并以4500rpm的速度剪切35min；
步骤4：最后在165℃的条件下发育30min得到耐久性高模量复合改性沥青。
实施例3
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：10％橡胶粉、3％多聚磷酸和87％基质沥青，橡胶粉粒径为80目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至182℃；
步骤2：在182℃的条件下添加20％的橡胶粉，并以4000rpm的速度剪切40min；
步骤3：在182℃的条件下添加3％的多聚磷酸，并以4000rpm的速度剪切40min；
步骤4：最后在162℃的条件下发育35min,得到耐久性高模量复合改性沥青。
实施例4
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：10％橡胶粉、1％多聚磷酸和89％基质沥青，橡胶粉粒径为75目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至180℃；
步骤2：在180℃的条件下添加20％的橡胶粉，并以5000rpm的速度剪切30min；
步骤3：在180℃的条件下添加3％的多聚磷酸，并以5000rpm的速度剪切30min；
步骤4：最后在160℃的条件下发育30min,得到耐久性高模量复合改性沥青。
实施例5
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：22％橡胶粉、3％多聚磷酸和75％基质沥青，橡胶粉粒径为85目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至180℃；
步骤2：在180℃的条件下添加20％的橡胶粉，并以5000rpm的速度剪切40min；
步骤3：在180℃的条件下添加3％的多聚磷酸，并以5000rpm的速度剪切40min；
步骤4：最后在160℃的条件下发育30min,得到耐久性高模量复合改性沥青。
实施例6
一种耐久性高模量复合改性沥青，按重量百分比计取：15％橡胶粉、2％多聚磷酸和83％基质沥青，橡胶粉粒径为80目，采用基质沥青为sk-70#沥青，该耐久性高模量复合改性沥青及其制备方法包括如下步骤的方法制备得到：
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至180℃；
步骤2：在180℃的条件下添加20％的橡胶粉，并以4000rpm的速度剪切40min；
步骤3：在180℃的条件下添加3％的多聚磷酸，并以4000rpm的速度剪切40min；
步骤4：最后在160℃的条件下发育30min,得到耐久性高模量复合改性沥青。
对比实施例(不添加多聚磷酸)
步骤1：加热基质沥青，逐渐升至180℃；
步骤2：在180℃的条件下添加20％的橡胶粉，并以5000rpm的速度剪切40min；
步骤3：在160℃的条件下发育30min,得到复合改性沥青。
测试例
采用sk-70#沥青，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)，并且引入aashto中用于测试沥青的疲劳性能的线性振幅扫描(las)试验，通过动态剪切流变(dsr)试验、弯曲梁流变(bbr)试验、线性振幅扫描(las)试验分析了各实例和对比例的高温性能、低温性能和抗疲劳性能，结果如表1所示。
表1耐久性高模量复合改性沥青实例的综合性能
由表1可见，有本申请制备得到的耐久性高模量复合改性沥青与基质沥青相比，其高温性能、低温性能和抗疲劳性能均出现了大幅提高，体现在：
动态剪切流变(dsr)试验中，复数剪切模量g*大幅提高、相位角δ减小、车辙因子g*/sinδ大幅提高，而车辙因子g*/sinδ的值越高，则说明其抗高温永久变形能力越强，主要原因是改性剂与沥青充分溶胀反应后形成网状结构，同时增加了沥青中的弹性成分，进而提高了改性沥青的强度，使其表现出更好的高温性能。
弯曲梁流变(bbr)试验中，蠕变速率m增大、蠕变劲度模量s减小、二者比值s/m出现大幅减小，而二者比值s/m的值越小，则表示其低温抗裂性能越好，主要原因是在此高模量复合改性沥青中形成的橡胶粉和多聚磷酸的共混体系，聚合物形成了更加明显的连续结构，而且橡胶粉的加入增加了沥青的弹性成分，使其表现出更好的低温性能。
线性振幅扫描(las)试验中，拟合参数a增大、拟合参数b增大、沥青疲劳寿命nf随之增大，而沥青疲劳寿命nf越大，则表示其抗疲劳性能越好，主要原因是橡胶粉的加入增加了沥青的弹性成分，增强了自身结构的稳定性以及在荷载作用下及时释放荷载的能力，进而导致其疲劳性能显著改善。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施例而已，并不用以限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
1.一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，按重量百分比计包括：橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％。
2.根据权利要求1所述的一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，橡胶粉粒径为75-85目，所述橡胶粉的铁含量为0.04％-0.06％，纤维含量为0.005％-0.02％，相对密度为1.1-1.3。
3.根据权利要求1所述的一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，橡胶粉粒径为80目，所述橡胶粉的铁含量为0.05％，纤维含量为0.01％，相对密度为1.119。
4.根据权利要求1所述的一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，基质沥青采用sk-70#沥青，基质沥青的密度为1.037g/cm3，蜡含量为1.8％。
5.根据权利要求1所述的一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，多聚磷酸的氯化物含量≤0.001％，多聚磷酸的硫酸盐含量≤0.02％，多聚磷酸的重金属含量≤0.01％，多聚磷酸的铁含量≤0.01％，磷酸含量≥80.0％。
6.根据权利要求1所述的一种耐久性高模量复合改性沥青，其特征在于，基质沥青的密度为1.037g/cm3，蜡含量为1.8％。
7.一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按重量百分比计取橡胶粉：10％-22％，多聚磷酸：1-3％，基质沥青：75-89％，将基质沥青加热至熔融状态；
步骤2、向熔融后的基质沥青中加入橡胶粉后剪切搅拌均匀得到混合物a；
步骤3、将多聚磷酸加入混合物a中持续搅拌发育后即可得到耐久性高模量复合改性沥青。
8.根据权利要求7所述一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，其特征在于，在180～185℃的下向基质沥青中添加橡胶粉，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min。
9.根据权利要求7所述一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，其特征在于，在180～185℃的条件下添加多聚磷酸，并以4000～5000rpm的速度剪切30～40min。
10.根据权利要求7所述一种耐久性高模量复合改性沥青制备方法，其特征在于，将多聚磷酸加入混合物a搅拌均匀后降温至160～165℃，继续持续搅拌发育30～40min，得到耐久性高模量复合改性沥青。
技术总结