CN102093724B

CN102093724B - 一种温拌沥青添加剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102093724B
Application number: CN2009102421841A
Authority: CN
Inventors: 彭煜; 蔺习雄; 李磊; 熊良铨; 马玲; 李剑新; 孔祥军; 杨克红; 于曙艳
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd; Petrochina Karamay Petrochemical Co
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: CN102093724A

Abstract

本发明涉及一种温拌沥青添加剂及其制备方法；添加剂按重量100％计：由87～98％的化学改性胶乳、0.5～12％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂和0.1～2.0％的酸组成；将化学改性胶乳，在搅拌条件下加热至40～80℃，缓慢滴加0.1～0.5％的酸；将润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂加入，充分搅拌，分散均匀；继续缓慢滴加0.1～1.5％的酸，搅拌均匀，在40～80℃下保温储存待用；能有效降低沥青结合料在拌和时的粘度，提高沥青胶结料的还原性能和与集料间的粘附性能，改善温拌沥青混合料的抗水损害性和耐久性；提高沥青的拉伸强度，增强温拌沥青混合料的抗车辙、抗疲劳、耐低温性。

Description

一种温拌沥青添加剂及其制备方法

技术领域

该发明涉及一种温拌沥青添加剂，尤其涉及一种温拌沥青添加剂的制备方法。

背景技术

专利CN 101302348A公布了一种《一种温拌沥青混合料及其制备方法》：将重量比为90wt％～96wt％，温度为140℃～155℃的热矿料投入拌和锅，加入适当比例温度为140℃～155℃的热沥青胶结料，拌和20s～30s，再投入一定量的温拌沥青改性剂Sasobit，拌和20s～30s，制得温拌沥青混合料。采用此方法制备温拌沥青混合料，其生产工艺简单，沥青混合料的高温性能良好，但其添加剂对降低沥青混合料的拌和温度和碾压温度并不明显，而且难以克服其生产成本高、影响沥青胶结料延伸性能的还原。

专利WO/2009/062925公布了一种《包含粘附力促进剂的温拌沥青改性剂》：包含20wt％～60wt％的润滑性表面活性剂和20wt％～60wt％的流变学改性剂组分。采用此添加剂生产温拌沥青混合料，其生产工艺简单，降温效果明显，但其生产成本高，而且影响沥青胶结料延伸性能的还原。

专利US 7297204 B2介绍的《乳化沥青及其摊铺组合物的制备方法》：将一种含有特殊添加剂的高浓度乳化沥青与热集料进行温拌，其乳化沥青加热温度为75℃～95℃，用量为2wt％～10wt％，集料温度为60℃～140℃，用量约为90wt％～98wt％。采用此工艺制备温拌沥青混合料，降温效果明显，减少了大量有害气体的排放，但由于所用沥青交结料为高浓度的乳化沥青，其生产难度较大，而且增加了运输成本，此外，在乳化沥青生产过程中所使用的沥青乳化剂还会严重影响基质沥青交结料的还原性能，尤其是延伸性能。

专利US 2007/0191514 A1和CN 101287801介绍的《沥青摊铺组合物和沥青摊铺方法》：将一种固体皂配成浓度为5wt％～10wt％，温度为80°F～150°F的可发泡润滑性水溶液，注入到温度为180°F～340°F的热沥青结合料中，经充分混合生成一种发泡的热沥青基混合物，并将此发泡的热沥青基混合物加入到温度为180°F～300°F的热集料中，同时保持在此温度下拌和，形成热的摊铺材料，再在170°F～290°F下摊铺，在150°F～270°F下碾压成型。采用此法生产温拌沥青混合料，能有效地降低沥青混合料的拌和、摊铺、碾压温度，回避了高浓度乳化沥青生产，降低了运输成本。但由于配制浓缩液添加剂大量的使用了水和多种阳离子、阴离子、非离子型的脂肪酸钠皂、磺酸钠皂、乙氧基壬基酚、氯化季铵、或妥尔油钠皂或钾皂等表面活性剂以及诸如胺盐、亚氨基胺、咪唑啉、磷酸酯等沥青抗剥落剂，从而严重地影响了基质沥青的还原性能，尤其是沥青的延伸性能；此外，像脂肪酸钠盐、钾盐、磺酸盐、妥尔油钠皂或钾皂等其它阴离子表面活性剂的加入，还会严重影响沥青胶结料与石料间的粘附性能，致使温拌沥青混合料的综合性能尚存在一些不足之处，难以在高等级路面中推广与应用。

专利US 20090068348 A1介绍了一种《含有润滑剂的温拌沥青结合料组分》：该温拌沥青混合料添加剂包含润滑性表面活性剂、润滑性非表面活性剂、润滑性酸、少量水和其它高分子聚合物。该温拌沥青添加剂无需加水稀释，从而降低了水分和表面活性剂的用量，提高了沥青混合料的性能。此外，该发明还使用了如褐煤蜡、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃类化合物、苯乙烯-马来酸干共聚物、氢化聚四异戊二烯、回收引擎润滑油、渣油等降粘性润滑物质，以降低沥青混合料的拌和、摊铺、碾压温度，并相应的改善了基质沥青胶结料的还原性能，尤其是动态流变剪切和拉伸强度性能。尽管如此，上述这些高分子聚合物都不是有效改善基质沥青胶结料还原性能和高低温性能的理想原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种温拌沥青添加剂及其制备方法；该温拌沥青添加剂能有效降低沥青混合料的拌和、摊铺、碾压温度，克服其污染环境、能耗大、沥青老化衰退等问题。通过选用高浓度阳离子化学改性胶乳作为温拌沥青添加剂的基体母料，同时配以适当比例能起润滑作用和抗剥离性能的阳离子表面活性剂，解决现有温拌沥青添加剂对沥青胶结料还原性能差和粘附性能不好的影响，进而改善温拌沥青混合料的抗水损害、抗车辙、抗疲劳、耐低温等性能。

本发明提供的温拌沥青添加剂为一种化学改性胶浆，以化学改性胶浆按重量100％计：由87％～98％的化学改性胶乳、0.5％～12％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂和0.1％～2.0％的酸组成。

本发明所涉及的润滑性和抗剥离性的阳离子表面活性剂是以有机酸、有机胺、吡啶、喹啉以及季铵化试剂为原料反应而制得酯类、酰胺类、咪唑啉类、季铵盐类化合物的一种或任意两种以上组份的组合物。

所涉及的有机酸是C₁₂～C₁₈的烷基酸、松香酸、环烷酸、妥尔油酸的一种或任意两种以上组份的组合物；适合的有机胺是C₁₂～C₁₈的烷基胺、有机醇胺、多稀多胺、N，N-二甲基乙二胺、N，N-二乙基乙二胺、羟乙基乙二胺、三乙醇胺、氨乙基乙醇胺、三甲基硫、三甲基磷的一种或任意两种以上组份的组合物；适合的季铵化试剂是氯代烷、溴代烷、氯化苄、环氧氯丙烷、盐酸、氢溴酸。

所涉及的化学改性胶乳是工业级丁苯胶乳、氯丁胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物胶乳的一种或任意两种以上组份的组合物。

所涉及的丁苯胶乳、氯丁胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物的相对分子量为10万～30万。

本发明所涉及的酸是盐酸、硫酸、磷酸或低分子有机酸。

本发明还进一步涉及一种温拌沥青添加剂的制备方法，其步骤如下：

A、称量占化学改性胶浆重量87％～98％(固重量含量为50％～60％)的化学改性胶乳，在搅拌条件下加热至40℃～80℃，缓慢滴加占化学改性胶浆重量0.1％～0.5％的酸；

B、将称量好待用的占化学改性胶浆重量0.5％～12.0％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂加入化学改性胶乳，进一步充分搅拌，使其分散均匀；

C、继续缓慢滴加约占化学改性胶浆重量0.1％～1.5％的酸，搅拌均匀，在40℃～80℃下保温储存待用。

本发明所述的一种温拌沥青添加剂及其制备方法，其突出特点在于：(1)在温拌沥青混合料拌和、摊铺、压实过程中，温拌沥青添加剂所含的阳离子表面活性剂不仅起到润滑降粘的作用，还能提高沥青胶结料与矿料的粘附性能；(2)选用浓度较高的阳离子化学改性胶乳作为温拌沥青添加剂的基体母料，一方面在于提供与阳离子表面活性剂相互作用而形成润滑性水膜结构的发泡物质，另一方面在于提供改善沥青胶结料还原性能的改性剂，以提高沥青胶结料抗拉强度，进而改善温拌沥青混合料的抗车辙、抗疲劳、耐低温等性能。(3)由于温拌沥青添加剂含有更少挥发性组分，既方便了施工又减少了运输成本，更为重要的是显著地提高了温拌沥青混合料的初期强度和抗水损害能力。

具体实施方式

本发明的实施方式中，温拌沥青添加剂包含占化学改性胶浆87wt％～98wt％的化学改性胶乳(固含量为50％～60％)；包含约占化学改性胶浆0.5wt％～12wt％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂；包含约占化学改性胶浆0.1wt％～2.0wt％的酸。其中所述的润滑性和抗剥离性的阳离子表面活性剂是以有机酸、有机胺、吡啶、喹啉以及季铵化试剂为原料反应而制得酯类、酰胺类、咪唑啉类、季铵盐类化合物的一种或任意两种以上组份的组合物。

所述的有机酸是C₁₂～C₁₈的烷基酸、松香酸、环烷酸、妥尔油酸的一种或任意两种以上组份的组合物；适合的有机胺是C₁₂～C₁₈的烷基胺、有机醇胺、多稀多胺、N，N-二甲基乙二胺、N，N-二乙基乙二胺、羟乙基乙二胺、三乙醇胺、氨乙基乙醇胺、三甲基硫、三甲基磷的一种或任意两种以上组份的组合物；适合的季铵化试剂是氯代烷、溴代烷、氯化苄、环氧氯丙烷、盐酸、氢溴酸。

所述的化学改性胶乳是工业级丁苯胶乳、氯丁胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物胶乳的一种或任意两种以上组份的组合物。

所述丁苯胶乳、氯丁胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物的相对分子量为10万～30万。

所述的酸是盐酸、硫酸、磷酸或低分子有机酸。

本发明所述的一种温拌沥青添加剂及其制备方法，其特点之一在于：润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂与化学改性胶乳相互结合形成一种能发泡、起润滑作用的膜结构，能有效降低沥青结合料在拌和时的粘度，从而有效降低沥青混合料的的拌和、摊铺、压实温度，降低热能消耗，降低CO、CO₂、SO₂及NO_x等有害气体排放；本发明的另一特点在于起润滑性和抗剥离性的阳离子表面活性剂能有效提高沥青胶结料与矿料的粘附性能，改善温拌沥青混合料的抗水损害性能和耐久性能；此外，本发明的另一突出优点在于使用化学改性胶乳，能显著提高沥青胶结料的还原性能，尤其是沥青结合料的拉伸强度，增强温拌沥青混合料的抗车辙、抗疲劳、耐低温等性能。

通常，润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂的制备方法为：将有机酸、有机胺、吡啶、喹啉按照一定摩尔比混合，同时在一定量的催化剂作用下，搅拌升温，回流反应，得到酰胺、酯类或咪唑啉类的中间体化合物，再用适当比例的季铵化试剂与中间体反应，制得润滑性和抗剥离性的阳离子表面活性剂。

化学改性胶乳为市售常用高浓度阳离子胶乳，沥青胶结料由中石油克拉玛依石化公司提供。

本发明所述的温拌沥青胶结料可以是满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中各等级要求的道路沥青或聚合物改性沥青，此外还可以是本质上遵循，但不完全遵循《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)技术要求的其它沥青胶结料，如彩色沥青胶结料、废胶粉改性沥青胶结料等。下面通过实施例对本发明加以说明：

实施例

本发明不受下述实施例的限制，其润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂、化学改性胶乳的组合方式、矿料级配类型和基质沥青的选择可以依据本发明的制备方法和实际情况来确定具体的实施方式。下列实施例为按照混合料设计配比，称量约92.4wt％～96.5wt％的辉绿岩矿料，约3.4wt％～7.5wt％的克拉玛依沥青胶结料，以及0.05wt％～1.0wt％的化学改性胶浆，分别在120℃～150℃、110℃～140℃、40℃～80℃下恒温4小时以上(化学改性胶浆可以适当缩短恒温时间)。将热沥青胶结料与化学改性胶浆同时泵送至一个设有发泡器的喷料端口，经充分混合生成一种含有泡沫的热沥青混合物，再将含有泡沫的热沥青混合物喷入拌和锅，在110℃～140℃下与热矿料进一步混合，使含有泡沫的热沥青混合物与热矿料充分裹附，形成温拌沥青混合料；同时另称量一份同比例温度为110℃～140℃的克拉玛依沥青胶结料和温度为40℃～80℃的化学改性胶浆，并将此基质沥青与温拌沥青添加剂的混合物在110℃～140℃加热搅拌30min～60min，脱出其挥发性物质，分别考察含有或不含有不同润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂、化学改性胶乳的化学改性胶浆对不同基质沥青胶结料还原性能和混合料性能的影响。其实验结果见表1：

上述温拌沥青还原性能测定方法如下：

针入度：参照中华人民共和国行业标准JTJ 052-2000的“T 0604-2000”测定；

软化点：参照中华人民共和国行业标准JTJ 052-2000的“T 0606-2000”测定；

延度：参照中华人民共和国行业标准JTJ 052-2000的“T 0605-2000”测定；

冻融劈裂强度：参照中华人民共和国行业标准JTJ 052-2000的“T 0729-2000”测定；

浸水马歇尔残留稳定度：参照中华人民共和国行业标准JTJ 052-2000的“T 0710-2000”测定。

实施效果

实施例1

为基质沥青及其热拌沥青混合料的性能，实施例2和实施例3分别为使用化学改性胶浆、使用润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂的沥青还原性能和温拌沥青混合料性能，实施例4为使用本发明提供的温拌沥青添加剂所测试的基质沥青还原性能及其混合料的性能，实施例1～4表明：使用化学改性胶浆和润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂分别可以提高基质沥青的延伸性能、抗剥落和抗水损坏性能。实施例5～8为采用不同改性沥青胶结料的温拌沥青还原性能及其混合料性能的测试结果，实施效果表明：其温拌沥青胶结料还原性能、混合料抗水损坏性能与热拌沥青都大致相当；实施例9～22为采用不同的化学改性胶乳配制的温拌沥青添加剂，其实施效果表明：使用不同的化学改性胶乳及其不同组合方式所配制的温拌沥青添加剂，其沥青胶结料残留物还原性能和温拌沥青混合料性能都能满足相关规范要求，并且可以显著改善基质沥青的延伸性能、软化点和与石料的粘附性能；实施例23～42为采用不同的阴离子、非离子及阳离子表面活性剂配制温拌沥青添加剂，其实施效果表明：使用阳离子表面活性剂配制化学改性胶浆，能显著改善沥青胶结料还原性能，并且能提高温拌沥青混合料的粘附性能，进而提高其抗水损坏、抗车辙、耐疲劳性能。

Claims

1.一种温拌沥青添加剂，其特征在于：按温拌沥青添加剂重量100％计：由87％～98％的化学改性胶乳、0.5％～12％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂和0.1％～2.0％的酸组成；

其中所述润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂是以有机酸、有机胺、吡啶、喹啉以及季铵化试剂为原料反应而制得酯类、酰胺类、咪唑啉类、季铵盐类化合物的一种或任意两种以上组份的组合物；所述的有机酸是C₁₂～C₁₈的烷基酸、松香酸、环烷酸、妥尔油酸的一种或任意两种以上组份的组合物；所述的有机胺是C₁₂～C₁₈的烷基胺、有机醇胺、多烯多胺、N，N-二甲基乙二胺、N，N-二乙基乙二胺、羟乙基乙二胺、三甲基硫、三甲基磷的一种或任意两种以上组份的组合物；所述的季铵化试剂是氯代烷、溴代烷、氯化苄、环氧氯丙烷、盐酸、氢溴酸；

所述酸是盐酸、硫酸或磷酸；

所述化学改性胶乳是丁苯橡胶、氯丁胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物胶乳的一种或两种以上组份的组合物，其固含量为50％-60％。

2.根据权利要求1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述丁苯橡胶胶乳、氯丁橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、乙烯-乙酸乙烯聚合物胶乳的相对分子量为10万～30万。

3.一种根据权利要求1所述的温拌沥青添加剂的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

A、称量占温拌沥青添加剂重量87％～98％的化学改性胶乳，在搅拌条件下加热至40℃～80℃，缓慢滴加占温拌沥青添加剂重量0.1％～0.5％的酸；

B、将占温拌沥青添加剂重量0.5％～12％的润滑性和抗剥离性阳离子表面活性剂加入化学改性胶乳，进一步充分搅拌，使其分散均匀；

C、继续缓慢滴加占温拌沥青添加剂重量0.1％～1.5％酸，搅拌均匀，在40℃～80℃下保温储存待用。