CN102653631A - 一种道路用混合沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合沥青，由下述原料组成，其含量范围为：煤沥青2％-70％重量；石油沥青20％-88％重量；添加剂1-10％重量。本发明还公开了以煤沥青和石油沥青为主要原料，混合制备得到的混合沥青及其制备方法。本发明采用我国有丰富资源的煤沥青作为原材料，降低了石油沥青的消耗；该混合沥青制作工艺简单，价格低廉；煤沥青与石油沥青调配混合沥青有良好耐热氧老化性能和流变性能，较好的储存稳定性，可以满足道路沥青施工技术规范要求，为煤沥青将来用作高等级公路建设指出了好的研究方向。

Description

一种道路用混合沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，尤其是涉及适用于道路工程建设的一种煤沥青和石油沥青的混合沥青。

本发明还涉及上述混合沥青的制备方法。

背景技术

目前，能源危机席卷全球，能源短缺已成为了全球性的普遍认识。而我国石油资源匮乏，石油沥青来源于石油，是道路建设中的最重要和最昂贵的物资之一。近几年，随着公路建设的规模化发展，道路建设所需要的沥青有1/3需要进口；而且道路石油沥青价格也日益攀升，从2003年的1000元/吨一直上涨到2011年的5000元/吨，资源短缺和价格上涨给公路基础设施建设和养护带来了巨大的成本压力。

我国煤炭资源丰富，石油资源少，长期以来形成了以煤为主的能源结构。以煤化工路线生产化工基础产品和能源，替代石油资源，是可持续发展的必由之路。

中温煤沥青是煤化工行业的附属产品，我国是煤炭生产大国；煤沥青价格低廉，产量大。目前，煤沥青年产量会超过600万吨，其用途主要集中在碳素制品粘结剂、碳纤维等产品和用途，仍有很大一部分未被开发利用，许多被当作燃料烧掉，造成资源浪费、生态破坏和环境污染。

前期研究表明，煤沥青作为道路使用，温度稳定性低，黏附性较好，耐候性差，塑性差，防腐性能好。

有关煤沥青的使用，有关机构也开展了相关的研究。大连理工大学(煤炭转化，1998，(21)，2，33-37)介绍了国外相关技术发展概况，开展了煤沥青与石油沥青共混作筑路材料初步研究。通过相关技术研究表明，可以利用煤沥青和石油沥青混合制备道路沥青。但是对于混合沥青组成、混合工艺及制备方法都没有详细报道；所得到的混合沥青及其混合料的路用性能并未能满足我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)。

专利CN102070910A公开了一种纳米改性路用煤沥青的方法。其方法是将表面活性剂溶于水或者乙醇中，配制1％-2％溶液，得到改性剂。将改性剂加入纳米材料(纳米氧化锌、氧化镁、锌-镁氧化物复合物、锌-铝氧化物复合物)中混合均匀，干燥去除水或者乙醇，制成改性纳米材料。将煤沥青于60-140度加热熔化，加入改性纳米材料，和高分子增溶剂(石油树脂、聚氨酯、ABS、橡胶、SBS)，在1000-1500r/min，利用高剪切分散机搅拌10-30min，得到改性路用煤沥青。达到90#石油沥青的指标。

专利CN101705003B公开了一种高等级道路的煤沥青。由煤沥青85-90重量份、改性剂(SBS、废旧塑料、星状芴类聚合物)6-10份、助溶剂(多聚磷酸)4-5份组成。发明的煤沥青抗拉伸性能强。耐温性能好、制作成本低、提高了煤沥青的使用价值。

专利CN101386707A一种改性沥青及其制备方法。其目的是提出一种提高普通道路石油沥青的高温性能，降低改性沥青成本，简化改性沥青工艺的道路用改性沥青材料及其制备方法。制备方法是将石油沥青加热到110-118度，至完全流动，然后把高温煤沥青粉(400度以上温度加工提取馏分后的残留物，软化点不小于120度。)直接加入到沥青中，混合30-120分钟，全部混合均匀即可。

直接利用煤沥青改性对摊铺过程中施工人员及环境有较大影响。以上专利提到对煤沥青改质制备得到的路用沥青，由于煤沥青中含有蒽、菲、芘等有毒物质，而施工过程中的沥青和沥青烟中所含的3，4苯并芘又是引起皮肤癌、肺癌和食道癌的主要原因之一。研究发现，将煤沥青与石油沥青按照适当的比例混合得到混合沥青有助于降低沥青的烟气毒性，使沥青对环境更友好。

高温储存稳定性是制约新型沥青材料工厂化、规模化生产的关键。以上专利中提到采用高温煤沥青与石油沥青进行混合，但高温煤沥青含有不溶物含量多，难以与石油沥青形成均一的溶-凝胶体系，容易产生离析，其存储稳定性较差。

本发明针对上述技术问题难点，提出了一种中温煤沥青与石油沥青和添加剂混合制备混合沥青的方法。与石油沥青相比，所得到的混合沥青的混合料的稳定度、水稳性、高温稳定性等各项指标均有所提高，能够满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的技术要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种道路用混合沥青。

本发明的又一目的在于提供制备上述混合沥青的方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种道路用混合沥青，由下述原料组成，其含量范围为：

煤沥青2％-70％重量；

石油沥青20％-88％重量；

添加剂1-10％重量。

本发明的石油沥青优选为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求的石油沥青。

本发明提供的制备上述混合沥青的方法，其主要步骤是：

按照重量百分比将计量好的添加剂加入至120℃-140℃的石油沥青中，搅拌至充分混合，将混合物加热至120℃-165℃，再加入计量好煤沥青，进行充分搅拌，然后送入高速剪切机在剪切速率为2000-5000r/min，130℃-165℃剪切温度下剪切30-50min，即得到煤沥青和石油沥青的混合沥青。

其中，煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的中温煤沥青，软化点75-95℃，甲苯不溶物含量(抽提法)15％-25％，灰分不大于0.3％-0.5％，挥发份不大于55％-75％，水分不大于5％，喹啉不溶物含量不大于10％；所述的石油沥青为70号，针入度为60-80。

其中，煤沥青为粉碎后过筛的煤沥青粉末，目数为60-200目。

其中，添加剂为蒽油。

本发明通过使用中温煤沥青、石油沥青及改性添加剂调配制备得到混合沥青。与现有技术相比，提高了普通道路石油沥青的高温性能、沥青混合料的粘附性；本发明的混合沥青改性剂制备方法中温度均低于160℃，且制备过程中基本无污染，有效降低施工中沥青的烟气毒性；添加剂的加入又能有效改善煤沥青与石油沥青的相容性，而且所选用的中温煤沥青为过筛后的颗粒，极大地减少了煤沥青中不溶颗粒物，获得了储存稳定的混合沥青制品，同时其制备工艺简单，生产温度较低，经济安全，易于实现规模化生产；产品运输方便，适合于道路施工工程的开展。

具体实施方式

本发明针对煤沥青的路用性能的不足，以及和石油沥青混合时的不相容，稳定性差从而导致路用性能较差的缺点，提供了一种混合沥青及其制备方法。

本发明提供的混合沥青制备方法，其具体实施步骤如下：

将石油沥青加热于120-165℃加热熔化，再加入计量好的添加剂搅拌至均匀，再将粉碎过筛60-200目的中温煤沥青加入石油沥青中搅拌熔化，至沥青中无明显团聚物，在2000-5000r/min的转速下，利用高剪切分散机剪切分散，混合30-50min即得到煤沥青和石油沥青的混合沥青。

实施例1

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至130℃，加入10g蒽油搅拌至均匀，将破碎过筛60目的中温煤沥青50g添加入容器中，采用高剪切分散机2000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例2

将500g90#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至130℃，加入14g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛60目的中温煤沥青90g加入容器中，采用高剪切分散机3000r/min，剪切30min，观察使煤沥青充分分散与于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例3

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至130℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛60目的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例4

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至130℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将未破碎的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例5

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至130℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛至200目的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例6

将500g90#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至120℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛至60目的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例7

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至145℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛至60目的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

实施例8

将500g70#石油沥青放入1L的试验容器中，将沥青加热至155℃，加入20g蒽油搅拌至均匀后，将破碎过筛至60目的中温煤沥青210g添加入容器中，采用高剪切分散机4000r/min的转速，剪切30min，观察使煤沥青充分分散于石油沥青中，即得到混合沥青。

性能测试

试验方法按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》，分别对原石油沥青、以及上述实施例1-8制备得到的产品1-8进行软化点、25℃针入度和135℃布氏粘度的测试。测试结果见表1。

从表1可以看出，混合沥青较基质石油沥青软化点有所升高，同时针入度大幅度降低，说明沥青的高温性能得到提高。同时135℃布氏粘度变化不大，说明混合沥青流变性较好，易于施工。

存储稳定性分析

储存稳定性研究将直径25mm，长200mm试样管竖立于163℃烘箱中，静置无扰动12h后测定上下层软化点。

从表2可知，混合沥青随着煤沥青粒度的越小即目数越大，煤沥青与石油沥青分散更均匀，其存储稳定性越好，同时随着煤沥青含量的增加，说明煤沥青加入会有部分分层，可能与煤沥青含部分不溶物有关，但已经能够满足应用。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》对实施条例2、3及原样沥青的混合料采用AC-20级配进行常规马歇尔性能、水稳定性能、高温稳定性能测试。其中，高温稳定性通过车辙动稳定度指标来体现。

检测方法按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》执行。

通过表2-表5的测试结果可以看出，混合沥青混合料的马歇尔稳定度值有所提高，水稳定性能有所改善改善；高温稳定性能也得到一定程度提高。

总之，本发明煤沥青与石油沥青的混合沥青的混合料的稳定度、水稳性、高温稳定性等各项指标均有所提高，能够满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的技术要求。

表1：各实施例沥青的性能

表2：各实施例存储稳定性试验结果

沥青样品	上层软化点	下层软化点	差值
				实例2	56.1℃	56.9℃	0.8℃
实例3	54.4℃	55.9℃	1.5℃
				实例4	53.3℃	57.2℃	2.9℃
实例5	54.6℃	55.7℃	1.2℃

表3：马歇尔试验体积指标

表4：水稳定性测试

表5：车辙动稳定度指标测试结果

Claims (8)

1.一种道路用混合沥青，由下述原料组成，其含量范围为：

煤沥青2％-70％重量；

石油沥青20％-88％重量；

添加剂1-10％重量。

2.根据权利要求1所述的混合沥青，其中，所述的煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的中温煤沥青，软化点75-95℃，甲苯不溶物含量15％-25％，灰分不大于0.3％-0.5％，挥发份不大于55％-75％，水分不大于5％，喹啉不溶物含量不大于10％；所述的石油沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油沥青。

3.根据权利要求1或2所述的混合沥青，其中，所述的煤沥青为粉碎后过筛的中温煤沥青粉末，目数为60-200目。

4.根据权利要求1所述的混合沥青，其中，所述的添加剂为蒽油。

5.制备权利要求1所述混合沥青的方法，其主要步骤是：

按照重量百分比将计量好的添加剂加入至120℃-140℃的石油沥青中，搅拌至充分混合，将混合物加热至120℃-165℃，再加入计量好的煤沥青，进行充分搅拌，然后送入高速剪切机在剪切速率为3000-5000r/min，130℃-165℃剪切温度下剪切30-50min，即得到煤沥青和石油沥青的混合沥青。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述的煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的中温煤沥青，软化点75-95℃，甲苯不溶物含量15％-25％，灰分不大于0.3％-0.5％，挥发份不大于55％-75％，水分不大于5％，喹啉不溶物含量不大于10％；所述的石油沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油沥青。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述的煤沥青为粉碎后过筛的煤沥青粉末，目数为60-200目。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述的添加剂为蒽油。