CN102827484B

CN102827484B - 一种沥青混合料温拌添加剂及其制备方法和应用方法

Info

Publication number: CN102827484B
Application number: CN201210302655.5A
Authority: CN
Inventors: 徐培华; 商博明; 徐玮; 蔡乾东; 贾晓放; 童卫红
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: CN102827484A

Abstract

本发明涉及路用沥青材料技术，公开了一种沥青混合料温拌添加剂及其制备方法和应用方法。该沥青混合料温拌添加剂，包括下列重量比的组分：50～70%沸石粉，20～28%乳液，余量为分散助剂。其制备方法是将沸石粉加入到混料机中，再将乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入分散助剂，混匀后加入到造粒机中，制备成沥青混合料温拌添加剂。其应用方法是将占集料和沥青总重量0.2%～0.6%的所述沥青混合料温拌添加剂投入拌和楼中拌和均匀即可。

Description

一种沥青混合料温拌添加剂及其制备方法和应用方法

技术领域

本发明涉及路用沥青材料技术，特别涉及一种沥青混合料温拌添加剂及其制备方法和应用方法。

背景技术

沥青混合料是将一定级配的矿质集料与适量的沥青结合料在适当的条件下经过充分拌和而成的一种混合物。用于沥青路面建设、养护的沥青混合料主要有两类：热拌沥青混合料和冷拌(常温)沥青混合料。热拌沥青混合料技术成熟，但是在拌和、运输以及摊铺过程中出现的有害气体排放、过多能耗以及热老化等问题逐渐引起人们的关注；冷拌沥青混合料在环保、能耗等方面有很大优势，但是其路用性能与热拌沥青混合料相比还有较大的差距，无法替代热拌沥青混合料，只能用于沥青路面的修补、低交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层。近年来，为了保留热拌沥青混合料性能良好的特点并克服其存在的环保、污染问题，一种新型沥青混合料——温拌沥青混合料开始出现。

温拌沥青混合料是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150～180℃)和冷拌(常温)(10～40℃)沥青混合料之间，性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型沥青混合料。国内外初步研究发现，温拌沥青混合料与普通热拌沥青混合料相比，具有以下优点：（1）减少燃料消耗，节省能源30％左右；（2）减少沥青烟的排放，降低对环境的污染和对施工人员健康的损害；（3）减轻热拌过程中沥青的老化，延长沥青路面的使用寿命等优点。

目前，沥青混合料温拌的制备方法有四类：乳化平台的温拌法、有机添加剂温拌法、沥青矿物的温拌法、泡沫沥青的温拌法。沥青矿物的温拌法是采用一种人工合成沸石铝硅酸钠水热结晶，如德国Eurovia公司生产Aspha－Min，该产品为粉末状，可以直接投放或通过外装的输送器进入拌和楼。人工沸石内含一定量的水分，在一定拌和温度下析出，产生连续的发泡反应，沥青泡沫起到润滑剂的作用，使混合料在低温时的和易性增加，达到温拌的效果。沸石粉直接添加到沥青混合料中，其拌和温度降低幅度小，温拌效果不显著。在高寒、气候条件恶劣山区等施工季节短的地区，单一沥青矿物温拌法无法满足严苛施工条件的要求，需要开发一种温拌效果更显著、路用性能更优良的温拌添加剂，来延长传统热拌沥青混合料有效的施工时间，以满足施工工期的需求。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种沥青混合料温拌添加剂，可使沥青混合料拌和、摊铺及碾压温度降低10～20℃，从而延长可进行施工的时间，特别适用于高寒、山区等气候恶劣地区。本发明提供的沥青混合料温拌添加剂对沥青混合料具有改性作用，可提高沥青混合料的高温稳定性，改善沥青混合料低温柔韧性及抗水损害性能，从而提高沥青路面耐久性能、延长沥青路面使用寿命。

本发明的第二个目的在于提供上述沥青混合料温拌添加剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供上述沥青混合料温拌添加剂的应用方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括下列重量比的组分：50～70%沸石粉，20～28%乳液，余量为分散助剂。

（1）所述沸石粉为天然沸石粉、合成沸石粉中的一种，细度为60目～180目。

（2）所述乳液的重量比组分为：石油沥青0～30%，乳化剂1～5%，改性剂1～5%，余量为水，其中，乳液的制备方法为：先将乳化剂加入到50～70℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将乳化剂水溶液、改性剂、120～140℃的石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

所述乳液中，改性剂为丁苯胶乳（SBR）、天然橡胶乳（NR）、氯丁胶乳（CR）、丁腈胶乳（ABR）中的一种。

所述乳液中，乳化剂优选阳离子中裂型乳化剂或非离子乳化剂中的一种；

其中：

阳离子中裂型乳化剂为季胺盐类乳化剂，具体为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基苄基溴化铵中的至少一种。

非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚OP系列或壬基酚聚氧乙烯醚TX系列；其中，烷基酚聚氧乙烯醚OP系列中具体为烷基酚聚氧乙烯醚OP-9、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、烷基酚聚氧乙烯醚OP-13中的任意一种；壬基酚聚氧乙烯醚TX系列中具体为壬基酚聚氧乙烯醚TX-7、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、壬基酚聚氧乙烯醚TX-15中的至少一种。

（3）所述分散助剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米碳酸钙中的至少一种。

技术方案二：

上述沥青混合料温拌添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，按照重量比称取各组分；然后，将沸石粉加入到混料机中，再将乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入分散助剂，混匀后加入到造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂；或进一步将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到破碎机或粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

优选地，造粒机采用圆盘造粒机、对辊干法造粒机、高速搅齿造粒机、对齿滚压造粒机、平模碾压造粒机中的一种。

技术方案三：

上述沥青混合料温拌添加剂的一种应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度为150～170℃的集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为140～160℃的聚合物改性沥青和占集料和聚合物改性沥青总重量0.2%～0.6%的所述沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉拌和均匀，拌和温度为140～160℃，摊铺温度为130～150℃，碾压终了温度大于等于80℃。

上述沥青混合料温拌添加剂的另一种应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度为140～160℃的集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为130～150℃的石油沥青和占集料和石油沥青总重量0.2%～0.6%的所述沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉拌和均匀，拌和温度为130～150℃，摊铺温度为120～140℃，碾压终了温度50～70℃。

本发明的沥青混合料温拌添加剂中，主要组分为沸石粉。沸石是一种硅氧四面体[SiO₄]组成的结晶矿物，是由铝硅酸盐、格架中的孔道、阳离子和水分子组成。沸石形成过程中产生了多孔格架状构造，晶格内部有大量彼此连通的空腔与管道，孔道和孔穴大于晶体总体积的50％，且大小均匀，有固定尺寸、规则的形状，具有巨大的内表面积，具有很强的库仑场和极性，表现出强烈的吸附性。沸石粉与乳液混合过程中，多孔沸石作为乳液的载体，将其选择性吸附填充到独特的内部孔隙结构中，在分散助剂的分散作用下，形成粉状或粒状沥青混合料温拌添加剂。

在应用过程中，将沥青混合料温拌添加剂添加到拌和楼的拌缸中，在一定温度下与沥青混合料拌和，沸石结构内部的结合水和孔隙吸附的乳液水分受热释放，在沥青混合料（包括集料、石油沥青或聚合物改性沥青）中形成大量微细泡沫，增加了沥青混合料的拌和和易性，降低了拌和、摊铺及碾压温度，产生良好的温拌效应；乳液为乳化剂水溶液或沥青乳液，是以石油沥青、乳化剂为基础的材料，可增加沥青混合料温拌添加剂与沥青混合料的相容性；乳液中的改性剂可改善沥青混合料的低温柔韧性及抗水损害性能，有效预防沥青路面早期坑槽病害和裂缝病害；乳液中的乳化剂及沸石的双重极性作用，可改善石油沥青与集料之间的粘附性，提高沥青路面抗水损害性能；沸石结构为海绵或泡沫状的多孔性结构,具有较强的吸附性，吸附石油沥青中的油分，并固结在内部孔隙中，可提高沥青路面高温抗车辙性能，产生良好的改性效应，从而提高沥青路面耐久性能、延长沥青路面使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取100目天然沸石粉60kg，乳液25kg，纳米二氧化硅15kg。

乳液的组成为：SK-90号石油沥青5kg，十六烷基三甲基溴化铵0.75kg，丁苯胶乳（SBR）0.75kg，水18.5kg。

乳液的制备方法：先将十六烷基三甲基溴化铵加入到60℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将十六烷基三甲基溴化铵水溶液、丁苯胶乳（SBR）、130℃的SK-90号石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取60kg天然沸石粉加入到混料机中，再取25kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入15kg纳米二氧化硅，混匀后将组合物加入到圆盘造粒机中，即制备成粒状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为160℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为150℃的SBS改性沥青和占集料和SBS改性沥青总重量的0.4%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌35s，拌和温度为150℃，拌和均匀即可使用。

实施例2：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取180目合成沸石粉50kg，乳液20kg，纳米二氧化钛30kg。

乳液的组成为：牛脂基丙烯二胺0.2kg，天然橡胶乳（NR）0.2kg，水19.6kg。

乳液的制备方法：先将牛脂基丙烯二胺加入到50℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将牛脂基丙烯二胺水溶液、天然橡胶乳（NR）加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取50kg合成沸石粉加入到混料机中，再取20kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入30kg纳米二氧化钛，混匀后将组合物加入到圆盘造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂，将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为150℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为140℃的SBS改性沥青和占集料和SBS改性沥青总重量的0.6%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌30s，拌和温度为140℃，拌和均匀即可使用。

实施例3：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取60目天然沸石粉70kg，乳液28kg，纳米氧化锌2kg。

乳液的组成为：SK-90号石油沥青8.4kg，烷基酚聚氧乙烯醚OP-10为1.4kg，氯丁胶乳（CR）1.4kg，水16.8kg。

乳液的制备方法：先将烷基酚聚氧乙烯醚OP-10加入到70℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将烷基酚聚氧乙烯醚OP-10水溶液、氯丁胶乳（CR）、140℃的SK-90号石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取70kg天然沸石粉加入到混料机中，再取28kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入2kg纳米氧化锌，混匀后将组合物加入到圆盘造粒机中，即制备成粒状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为170℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为160℃的SBS改性沥青和占集料和SBS改性沥青总重量的0.2%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌30s，拌和温度为160℃，拌和均匀即可使用。

实施例4：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取120目合成沸石粉65kg，乳液25kg，纳米碳酸钙10kg。

乳液的组成为：SK-90号石油沥青2.5kg，壬基酚聚氧乙烯醚TX-10为0.5kg，丁腈胶乳（ABR）0.5kg，水21.5kg。

乳液的制备方法：先将壬基酚聚氧乙烯醚TX-10加入到55℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将壬基酚聚氧乙烯醚TX-10水溶液、丁腈胶乳（ABR）、125℃的SK-90号石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取65kg合成沸石粉加入到混料机中，再取25kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入10kg纳米碳酸钙，混匀后将组合物加入到对齿滚压造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂，将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为150℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为140℃的SK-90号石油沥青和占集料和SK-90号石油沥青总重量的0.4%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌35s，拌和温度为140℃，拌和均匀即可使用。

实施例5：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取140目天然沸石粉55kg，乳液28kg，纳米二氧化硅10kg、纳米碳酸钙7kg。

乳液的组成为：SK-90号石油沥青7kg，十八烷基三甲基苄基溴化铵1k g、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10为0.12kg，天然橡胶乳（NR）1.12kg，水18.76kg。

乳液的制备方法：先将十八烷基三甲基苄基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10加入到65℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将十八烷基三甲基苄基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10水溶液、天然橡胶乳（NR）、135℃的SK-90号石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取55kg天然沸石粉加入到混料机中，再取28kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入10kg纳米二氧化硅、7kg纳米碳酸钙，混匀后将组合物加入到圆盘造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂，将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为140℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为130℃的SK-90号石油沥青和占集料和SK-90号石油沥青总重量的0.6%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌35s，拌和温度为130℃，拌和均匀即可使用。

实施例6：

以制备100kg沥青混合料温拌添加剂为例进行说明。

分别称取160目合成沸石粉68kg，乳液22kg，纳米二氧化钛5kg、纳米碳酸钙5kg。

乳液的组成为：十六烷基三甲基溴化铵0.24kg、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10为0.2kg，丁苯胶乳（SBR）0.44kg，水21.12kg。

乳液的制备方法：先将十六烷基三甲基溴化铵、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10加入到55℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将十六烷基三甲基溴化铵、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10水溶液、丁苯胶乳（SBR）加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液。

沥青混合料温拌添加剂制备方法：

取68kg合成沸石粉加入到混料机中，再取22kg乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入5kg纳米二氧化钛、5kg纳米碳酸钙，混匀后将组合物加入到圆盘造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂，将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

沥青混合料温拌添加剂应用方法：

沥青混合料采用AC-13型级配，按重量比计，沥青混合料组成为集料95.2%，沥青为4.8%；其中集料组成为10～15mm石料36%、5～10mm石料36%、0～3mm石料26%，矿粉1%，石灰1%。将温度为160℃集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为150℃的SK-90号石油沥青和占集料和SK-90号石油沥青总重量的0.2%的沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉湿拌30s，拌和温度为150℃，拌和均匀即可使用。

表1实施例1～6沥青混合料温拌添加剂组成

取实施例1～6中配制的沥青混合料，按中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011相关试验方法，对沥青混合料车辙试验动稳定度、浸水马歇尔试验残留稳定度、冻融劈裂试验的残留强度比、低温弯曲试验破坏应变和渗水系数进行了试验，实施例1～6沥青混合料路用性能如表2。

表2实施例1～6沥青混合料路用性能

由表2可见，按照本发明实施例1～6所制备的混合料的性质能够满足中华人民共和国交通部颁布的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)技术要求。

此外，实施例3中，制备乳液时，乳化剂采用烷基酚聚氧乙烯醚OP-13代替烷基酚聚氧乙烯醚OP-10，其效果相当；实施例4中，制备乳液时，乳化剂采用壬基酚聚氧乙烯醚TX-7或壬基酚聚氧乙烯醚TX-15代替壬基酚聚氧乙烯醚TX-10，其效果相当；实施例5中，制备乳液时，乳化剂采用十八烷基三甲基苄基氯化铵代替十八烷基三甲基苄基溴化铵，其效果相当；实施例4中，制备乳液时，乳化剂采用重量比50%壬基酚聚氧乙烯醚TX-7、50%壬基酚聚氧乙烯醚TX-15代替壬基酚聚氧乙烯醚TX-10，其效果相当。

本发明中的沥青混合料温拌添加剂的基本原理是通过多孔吸附材料选择性吸附液体材料制备而成的复合型材料。本领域的技术人员采用本发明原理，通过简单的等同技术替换，如用适当的表面活性剂浓缩液或表面活性剂水溶液或液体抗剥落剂或其他液体产品替代乳液，制备的复合材料用于沥青混合料中均属本发明保护范围。

Claims

1.一种沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，包括下列重量比的组分：50～70％沸石粉，20～28％乳液，余量为分散助剂；所述沸石粉为天然沸石粉、合成沸石粉中的一种，细度为60目～180目；所述乳液的重量比组分为：石油沥青0～30％，乳化剂1～5％，改性剂1～5％，余量为水，其中，乳液的制备方法为：先将乳化剂加入到50～70℃水中搅拌，形成乳化剂水溶液；再将乳化剂水溶液、改性剂、120～140℃的石油沥青加入乳化机中，经乳化、剪切，得到乳液；

所述乳液中，改性剂为丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳中的一种；

所述乳液中，乳化剂为阳离子中裂型乳化剂或非离子乳化剂中的一种；

其中：

阳离子中裂型乳化剂为季胺盐类乳化剂，具体为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料温拌添加剂，其特征在于，所述分散助剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米碳酸钙中的至少一种。

3.一种沥青混合料温拌添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，按照权利要求1所述的重量比称取各组分；然后，将沸石粉加入到混料机中，再将乳液加入到混料机中，搅拌均匀后，加入分散助剂，混匀后加入到造粒机中，制备成粒状沥青混合料温拌添加剂；或进一步将粒状沥青混合料温拌添加剂加入到破碎机或粉磨机中，制备成粉状沥青混合料温拌添加剂。

4.根据权利要求3所述的沥青混合料温拌添加剂的制备方法，其特征在于，所述造粒机采用圆盘造粒机、对辊干法造粒机、高速搅齿造粒机、对齿滚压造粒机、平模碾压造粒机中的一种。

5.根据权利要求1所述的沥青混合料温拌添加剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度为150～170℃的集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为140～160℃的聚合物改性沥青和占集料和聚合物改性沥青总重量0.2％～0.6％的所述沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉拌和均匀，拌和温度为140～160℃，摊铺温度为130～150℃，碾压终了温度不低于80℃。

6.根据权利要求1所述的沥青混合料温拌添加剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度为140～160℃的集料投入到拌和楼中，然后同时加入温度为130～150℃的石油沥青和占集料和石油沥青沥青总重量0.2％～0.6％的所述沥青混合料温拌添加剂，再加入矿粉拌和均匀，拌和温度为130～150℃，摊铺温度为120～140℃，碾压终了温度50～70℃。