CN101863637B - 一种道路沥青混凝土外掺剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用煤直接液化残渣制备道路沥青混凝土外掺剂的方法，通过在煤直接液化残渣中添加适量的塑化剂、偶联剂和橡胶粉，通过高温熔融、混合等工序制得可用于道路沥青混凝土的外掺剂。在不改变道路沥青混凝土配比的前提下，添加该类外掺剂可取代道路沥青混凝土中沥青总重量的10-40%，添加外掺剂后的道路沥青混凝土路用性能不但不降低，部分性能还得到改善和提高，而道路沥青混凝土材料成本却得到了降低，实现变废为宝，节能减排的目的。

Description

一种道路沥青混凝土外掺剂及其制备方法

技术领域

本发明属于煤化工固体废弃物在道路建筑材料中使用的技术领域，具体涉及利用煤直接液化残渣复合道路沥青混凝土外掺剂及其制备方法。

背景技术

众所周知，在煤制油技术中，煤直接液化技术在我国已经开始大规模工业化应用，但是在煤直接液化过程中产生的残渣的处理却仍然没有得到很好的解决。

由于世界能源危机，石油及其相关产品价格不断上涨，导致沥青价格也不断提高，也使得道路建设材料成本不断增加。传统的沥青混凝土采用优质沥青和集料混合而成，不但成本高，部分性能往往还不能完全满足路用性能要求，改性基质沥青使得沥青成本更高。因此，迫切需要研制一种道路沥青混凝土外掺剂，一方面能够降低传统沥青混凝土材料的价格，同时又能够弥补基质沥青部分性能不足的技术缺陷，这对于降低道路沥青混凝土材料成本具有重要意义。而煤直接液化残渣由于其成本低，在道路混凝土材料领域具有很大的潜在应用价值。

煤直接液化残渣用作道路建筑材料技术领域研究中，我们发现现有技术通常存在当煤直接液化残渣掺入量增大时其基质沥青的性能会有比较大的影响，使得道路沥青混凝土材料成本难以降低。例如：中国专利申请（专利号200610012547.9），公开了一种道路沥青改性剂及其应用方法，是将煤直接液化残渣粉碎至100目以下，与沥青在100-250℃范围按煤直接液化残渣占改性沥青的重量比为5-30％混合均匀，得到的改性沥青中只有添加小于7%重量比的煤液化残渣时(王寨霞，杨建丽，刘振宇.煤直接液化残渣对道路沥青改性作用的初步评价.燃料化学学报，2007，35(1):109-1120)，所获得的改性沥青才具有使用价值，而当残渣含量再提高后，由于沥青发脆，低温性能不好，难以满足路用性能要求。

中国专利申请（专利号200710178082.9）公开了一种用煤直接液化油渣制备改性沥青的方法，将150-280℃的熔融状态的煤直接液化油渣和100-180℃的熔融状态的基质沥青在 150-280℃下搅拌均匀，形成熔融物，从而得到改性沥青，这种方法突出的问题是基质沥青在混合时经历高温，极易造成基质沥青的老化，而且同样存在残渣掺量低的问题。

因此要实现煤直接液化残渣在道路石油沥青中得到大掺量的应用，克服现有煤液化残渣在道路石油沥青中掺量低的问题是正是本发明所要解决的关键问题。

发明内容

为了克服现有技术即煤直接液化残渣加入沥青制备改性沥青的技术思路的缺陷或者不足，本发明利用煤液化残渣制备成沥青混凝土外掺剂，通过对煤直接液化残渣进行改性，制备成用于道路沥青混凝土材料的外掺剂，从而提高了煤液化残渣在道路材料中的应用量，进而有效降低沥青混凝土材料生产成本。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种道路沥青混凝土外掺剂，它是在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂制成；其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5-20 %，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5-15%，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02-0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05-0.3%。

需要说明的是，本发明中所述的煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的软化点不高于180℃，固体含量不超过50%重量百分比的煤残渣。

所述的增塑剂为苯多酸酯类、柠檬酸酯、环氧化合物类、脂肪族二羧酸酯、单羧酸酯、或磷酸酯类增塑剂。其中优选柠檬酸酯增塑剂为柠檬酸三正丁酯，环氧化合物类增塑剂为环氧大豆油辛酯，苯多酸酯类增塑剂为偏苯三甲酸三（2-乙基）己酯。

所述的橡胶粉为小于80目的再生橡胶粉。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯类偶联剂。

所述的分散剂为溶剂型高分子分散剂或超分散剂。

上述道路沥青混凝土外掺剂的制备方法，按照如下步骤进行：首先，将煤直接液化残渣在120-180^oC的温度下进行熔融，然后，在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂，其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5—20%，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5—15%，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02—0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05—0.3%；在140—165^oC下将上述原料进行高速搅拌或剪切10分钟，最后冷却至常温得到质地均匀的道路沥青混凝土外掺剂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明使得煤液化残渣在道路沥青混凝土中的应用得到大幅度提高，该类外掺剂在沥青混凝土中可替代常规沥青10-40%，实现了部分取代价格昂贵的基质沥青。此外，该类外掺剂具有性能优良、易于储藏和施工工艺简单的特点，将上述沥青混凝土外掺剂按照10-50%的沥青取代量加入沥青混凝土制备的道路材料，其路用性能不降低，材料成本却得到了大幅下降，经济效益显著提高。与此同时，制备流程简单，改性成本低，实现变废为宝。为实现可持续发展发挥着良好的社会效益。

具体实施方式

为了改善沥青混凝土的水稳定性，添加的各种外掺剂主要有消石灰、水泥、化学抗剥落剂、改性沥青，沥青胶浆掺消石灰、水泥后，沥青混凝土高温性能变好，但由于消石灰或水泥比表面积大，掺入后会耗用过多的沥青，施工和易性变差，而且沥青混凝土的低温抗裂性能下降。添加化学抗剥落剂施工方便，但是目前市场上的抗剥剂多是一些胺类产品，热稳定性差，耐久性能也难保证，并且抗剥落剂对集料和沥青也有选择性。改性沥青对沥青混合料水稳定性的改善效果显著，同时改善混合料的高低温性能，是较理想的改善措施，只是成本较高。本发明的技术出发点正是将煤直接液化残渣改性成为一种低成本的改性沥青外掺剂。其原理是根据构成煤直接液化残渣几乎一半以上的组分是油分和沥青质，而油分和沥青质正是构成石油沥青的两种重要组分，因此，煤直接液化残渣具有制备改性沥青的重要基础。本发明中在煤直接液化残渣中加入增塑剂是促使油分和沥青质能够很好相容；加入橡胶粉目的是让橡胶粉在吸收煤液化残渣中的油分活化后，具备一定的粘性，提高外掺剂的低温性能；加入分散剂的目的是让该改性沥青外掺剂能很好地分散于基质沥青中；加入偶联剂的目的是让煤直接液化残渣中的矿物质和未反应的煤能很好地与沥青相容而不分离。

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，需要强调的是，这些实施例是用于进一步理解本发明的实质，本发明不限于以下实施例。

本发明提供的一种利用煤直接液化残渣制备道路沥青混凝土外掺剂的方法，包括以下步骤：

（1）首先将煤直接液化残渣加热熔融，温度控制在120-180℃范围内。

（2）将煤直接液化残渣总量的5-20wt%的增塑剂，5-15wt%的橡胶粉，0.02-0.1%偶联剂，0.05-0.3%分散剂，依次加入热熔状态下的煤直接液化残渣中，然后在150 ^oC下高速搅拌或剪切10分钟；

（3）冷却至常温，即得到质地均匀的沥青混凝土外掺剂。

实施例1：

煤直接液化残渣300克，加热到180℃，熔化以后，添加30克环氧大豆油辛酯，15克橡胶粉，0.06克氨丙基三乙氧基硅烷（KH550），0.3克超分散剂，降温到150 ^oC，搅拌10分钟后冷却至常温，获得试样1待用。

实施例2：

煤直接液化残渣300克，加热到160℃，熔化以后，添加15克柠檬酸三正丁酯，30克橡胶粉，0.3克KH550，0.6克超分散剂，降温到150 ^oC，搅拌10分钟后冷却，获得试样2待用。

实施例3：

煤直接液化残渣300克，加热到120℃，熔化以后，添加60克偏苯三甲酸三（2-乙基）己酯，45克橡胶粉，0.2克钛酸丁酯，0.9克超分散剂，加热到150 ^oC，搅拌10分钟后冷却，获得试样3待用。

为了能够证明本发明的有益效果，申请人针对上述实施例制备的试样外掺按照10-40%进行AC-16沥青混凝土（即沥青混凝土混合料，其最大粒径的石料为1.6cm）配比设计，其中，沥青使用90#沥青，各项指标均满足规范要求，集料采用玄武岩，矿粉采用石灰石矿粉，沥青混凝土级配是AC-16型的级配中值。对各试样其路用性能进行对比试验，分别采用高温稳定性试验（车辙试验）、小梁弯曲破坏试验和浸水马歇尔试验方法，其路用性能如下表所示:

表1添加外掺剂沥青混凝土性能表

需要说明的是，表中沥青混凝土高温稳定性能是通过车辙试验来表征的，车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验法，是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动性变形的方法。 车辙试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，试件采用碾压成型的300 mm×300 mm×50 mm车辙试件。从动稳定度结果可以看出，外掺剂均可显著改善沥青混合料的高温抗车辙性能。

沥青混凝土的低温性能按照规范规定的标准条件进行了小梁弯曲破坏试验。试验采用的小梁试件尺寸为长250mm±2mm，宽30mm±2mm，高35mm±2mm，用碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件切割而成。试验温度为-10℃±0.5℃，加载速率为50mm/min。从表中结果可以知道，添加外掺剂的沥青混凝土，其破坏应变均比普通沥青混凝土的要大，说明外掺剂能改善沥青混凝土的低温稳定性能。

为了评价沥青混合料的水损害抵抗能力，通常采用浸水马歇尔试验方法，以60℃水中浸泡48h后沥青混合料残余马歇尔稳定度与未饱水时的马歇尔稳定度之比，即马歇尔残留稳定度作为评价沥青混合料水损害抵抗能力的技术指标。表中数据可以表明，添加外掺剂可提高沥青混凝土的抗水损害性能。

根据申请人的实验证明，按照本发明给出的配方范围内，均能够制得合格的沥青混凝土外掺剂。

Claims (4)

1.一种道路沥青混凝土外掺剂，其特征在于：它是在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂制成；其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5-20%，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5-15%，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02-0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05-0.3%；

所述的煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的软化点不高于180℃，固体含量不超过50%重量百分比的煤残渣；

所述的增塑剂为苯多酸酯类、柠檬酸酯、环氧化合物类、脂肪族二羧酸酯、单羧酸酯、或磷酸酯类增塑剂；

所述的橡胶粉为小于80目的再生橡胶粉；

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯类偶联剂；

所述的分散剂为溶剂型高分子分散剂或超分散剂；

所述道路沥青混凝土外掺剂的制备方法为：将煤直接液化残渣在120-180^oC的温度下进行熔融，然后在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂，其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5—20%，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5—15 %，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02—0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05—0.3%；在140—165℃下将上述原料进行高速搅拌或剪切10分钟，最后冷却至常温得到质地均匀的道路沥青混凝土外掺剂。

2.如权利要求1所述的道路沥青混凝土外掺剂，其特征在于：所述的柠檬酸酯增塑剂为柠檬酸三正丁酯，环氧化合物类增塑剂为环氧大豆油辛酯，苯多酸酯增塑剂为偏苯三甲酸三（2-乙基）己酯。

3.如权利要求1所述的的道路沥青混凝土外掺剂，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所述的钛酸酯类偶联剂为钛酸丁酯。

4.一种道路沥青混凝土外掺剂的制备方法，其特征在于：它是在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂制成；其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5-20%，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5-15%，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02-0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05-0.3%；

所述的煤直接液化残渣是煤直接液化后从减压蒸馏装置排出的软化点不高于180℃，固体含量不超过50%重量百分比的煤残渣；

所述的增塑剂为苯多酸酯类、柠檬酸酯、环氧化合物类、脂肪族二羧酸酯、单羧酸酯、或磷酸酯类增塑剂；

所述的橡胶粉为小于80目的再生橡胶粉；

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯类偶联剂；

所述的分散剂为溶剂型高分子分散剂或超分散剂；

首先，将煤直接液化残渣在120-180^oC的温度下进行熔融，然后在煤直接液化残渣中添加增塑剂、橡胶粉、偶联剂和分散剂，其中，增塑剂为煤直接液化残渣总重量的5—20%，橡胶粉为煤直接液化残渣总重量的5—15 %，偶联剂为煤直接液化残渣总重量的0.02—0.1%，分散剂为煤直接液化残渣总重量的0.05—0.3%；在140—165℃下将上述原料进行高速搅拌或剪切10分钟，最后冷却至常温得到质地均匀的道路沥青混凝土外掺剂。