CN102911506A - 一种高渗透阴离子改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高渗透阴离子改性乳化沥青及其制备方法，其组成包括沥青、稀释剂、乳化剂、渗透剂、水、稳定剂和阴离子SBR胶乳；制备过程通过控制材料的配比及加工温度采用胶体磨乳化制得最终产品；所制备的乳化沥青稳定性好、渗透能力强，可满足规范要求的透入基层5～10mm深度；本发明所用的稀释剂为原油或石油分馏提取的粗制渣油、白油、加工轻油等工业副产品的混合物，燃点高、挥发性小、价格低廉，制备的高渗透乳化沥青环保且成本较低，并采用复配的乳化剂提高了乳液性能，采用的渗透剂经相对渗透力测试优选，提高了产品的毛细渗透能力。

Description

一种高渗透阴离子改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路用透层阴离子乳化沥青及其制备方法，特别涉及一种高渗透阴离子改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术

我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定：沥青路面施工过程中，半刚性基层上必须设置透层，即喷洒透层沥青（俗称透层油），并且对透层的渗透深度提出了具体规定，无机结合料稳定集料基层渗透深度不小于5mm，无结合料基层渗透深度不小于10mm。如果透层沥青不能透入基层，撒布在基层表面仅形成一层油皮，透层沥青不但起不到基层养生、固结基层表面松散碎石、粘结基层与面层、防止基层水损害的作用，形成的油皮存于层间还起到了润滑作用，导致沥青路面病害产生，从而影响到沥青路面的使用寿命。

采用环保型材料作为透层油是近几年道路工作者一直讨论的话题。美国联邦土地公路局（FLH）2005年7月的一份调查报告《透层、粘层使用指导》（GUIDELINES FOR USING PRIME AND TACK COATS）报告总结美国材料与试验协会及美国沥青协会等机构对透层的定义为：采用稀释沥青或乳化沥青应用于未处治基层（我国称粒料类基层），产生透入、固结现有表面、为接下来铺筑的沥青结构层与基层间提供粘结强度。报告调查分析美国各州透层应用情况及施工情况，未见关于适用于水泥稳定基层的透层油描述。由于稀释沥青中煤油、柴油等易挥发溶剂对周边环境造成不小污染，现阶段我国绝大部分省市采用乳化沥青作为透层油。由于一般乳化沥青渗透性较差，难以满足渗透深度的要求。道路工作者针对此难题开发出一种渗透性较好的乳化沥青，命名为PSP高渗透乳化沥青。其主要工艺为在沥青中掺入一定比例（约10%～20%）的稀释型溶剂，如煤油、柴油等，再按一定的油水比对加稀释剂的沥青乳化，一般配比为沥青:煤油:水=40:20:40。这类乳化沥青渗透效果较理想，一般能透入基层5～10mm，但经换算可知，此类乳化沥青相当于煤油：沥青=25%～33%：75%～67%，只能说此类高渗透乳化沥青减少了煤油稀释沥青对环境的高污染，没有从根本上解决煤油稀释沥青高成本、高污染的缺陷，并且下渗成分中大量的煤油对基层的影响难下定论。此外，目前大多数高渗透乳化沥青多采用基质沥青，破乳后基质沥青能否提供半刚性基层与沥青下面层间足够的粘结强度难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保、廉价的高渗透阴离子改性乳化沥青及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种高渗透阴离子改性乳化沥青，该乳化沥青按质量百分数包括以下组成成分：

基质沥青：40～50%

稀释剂：1～5%

渗透剂：1～2%

阴离子乳化剂：0.8～1.5%

水：45～55%

稳定剂：0.1～0.2%

阴离子SBR胶乳：2～4%。

所述基质沥青为常规道路石油沥青，标号可根据现场情况选用。如寒区采用110号或更高标号的沥青，暖区采用70号沥青或更低标号的沥青。

所述稀释剂为原油或石油分馏提取的粗制渣油、白油或加工轻油等工业副产品中的一种或几种的混合物，其价格低廉、燃点高、挥发性小、与沥青相容性好，与煤油、柴油等稀释剂相比更加环保。稀释剂的用量标准主要是考虑基层密实程度及现场情况，在满足透入深度大于5-10mm的情况下，尽可能减少用量。

所述渗透剂为高效降低乳液表面张力的非离子类表面活性剂，所述非离子类表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷的缩合物或烷基酚聚氧乙烯醚等多种表面活性剂，通过国家标准GB5557—85试验测定其相对渗透力综合选用其中一种。渗透剂用量标准主要是测定乳液的恩格拉粘度，乳液恩格拉粘度相对最低时即为渗透剂的合适用量。

所用阴离子乳化剂为常规乳化沥青领域的产品，如烷基聚氧乙烯醚羧酸盐、多烷基硫酸盐、多烷基磺酸盐、脂肪醇醚硫酸钠（AES）或α烯基磺酸钠等中的一种或几种。

所述阴离子乳化剂的组成为：十二烷基硫酸盐、十六烷基磺酸盐或十二烷基苯磺酸盐中的一种或几种，占阴离子乳化剂质量的60～80%，以及脂肪醇醚硫酸钠或α烯基磺酸钠中的一种或两种，占阴离子乳化剂质量的20～40%，复配使用具有更突出的乳化效果，阴离子乳化剂选用及用量以乳化效果为准。

所述稳定剂为阴离子乳化沥青工艺中常用助剂，如氢氧化钠或氧化锌等中的一种或两种。

作为沥青改性剂的阴离子SBR胶乳为道路材料用常规产品，具体采用陕西东方航天科技有限公司生产的阴离子SBR胶乳6516，其主要性质见表1。

上述高渗透阴离子改性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：将阴离子乳化剂与稳定剂、渗透剂、水以及阴离子SBR胶乳按比例配制成皂液，将基质沥青于120～140℃下加热至融溶，然后向基质沥青中加入稀释剂，加入稀释剂后搅拌5～15分钟得沥青产品，将沥青产品与加热至50～70℃的皂液缓缓倒入乳化沥青胶体磨中混合并乳化，即得到透层用高渗透阴离子改性乳化沥青产品。

本发明的特点在于：

1、本发明采用的制备工艺为先稀释、后改性乳化，稀释剂燃点高，不易挥发，与沥青相容性好，在加入少量的情况下，能打断沥青中分子长链，均匀稀释沥青使其粘度下降，经乳化后沥青易分散为较小的颗粒，从而有利于渗透，且乳化沥青破乳后稀释剂几乎不挥发，对环境无污染。

2、本发明配制乳化沥青皂液过程中加入的渗透剂具有优良的湿润作用，可显著降低乳液表面张力，提高乳化沥青的毛细渗透作用，从而促进高渗透乳化沥青在半刚性基层中良好的渗透。

由于以上两个特点，使本发明制备的乳化沥清在作为透层沥青使用时的渗透性能和毛细渗透作用大大提高，可透入基层5-10mm以上的深度，破乳后的沥青充填基层空隙，像“锚杆”一样紧密粘结基层集料，大大提高了对基层的稳固作用，并有效的阻止了下渗水对基层的损害。

3、本发明配制乳化沥青皂液掺加渗透剂的同时，加入SBR胶乳对沥青进行改性，在改善沥青低温性能的同时，亦能大大提高基质沥青的粘性，从而使半刚性基层与沥青下面层紧密的粘结在一起，极大提高了路面的使用寿命。

4、本发明采用阴离子乳化剂，避免了阳离子乳化剂需调强酸的繁琐和强酸带来的污染，在碱性集料构成的半刚性基层中相比阳离子乳化沥青有充分时间完全下渗，延长破乳速度，并且经复配使用，乳化效果好，优势明显。

5、本发明的生产成本与现有技术相比大大降低，由于采用的稀释剂、渗透剂、改性剂等材料环保易得，且掺量远远小于稀释沥青及PSP高渗透乳化沥青中的煤油、柴油用量。在大大降低公路施工成本的同时，还可避免煤油、柴油对环境的污染破坏，具有显著的社会效益和经济效益。

6、本发明生产工艺简单，首先对沥青稀释，后采用边改性边乳化的简单工艺，就可实现上述优点，实用性强，使用效果优良，易于推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种高渗透阴离子改性乳化沥青的制备方法。该乳化沥青其组成成分和含量的质量百分数为：

基质沥青：40～50%

稀释剂：1～5%

渗透剂：1～2%

阴离子乳化剂：0.8～1.5%

水：45～55%

稳定剂：0.1～0.2%

阴离子SBR胶乳：2～4%。

以制取1000g高渗透阴离子改性乳化沥青为例进行说明：

实施例1

首先秤取埃索110号道路石油沥青450g，在沥青热熔状态（120～140℃）下加入30g稀释剂（稀释剂由自主提炼的加工轻油与白油按1:1的质量比混合），机械搅拌（10分钟左右）混合均匀后加入50～70℃的皂液，然后在沥青乳化设备（胶体磨）中进行乳化，即得成品高渗透阴离子改性乳化沥青。皂液由450g水、15g乳化剂（乳化剂由十二烷基硫酸钠与AES按质量比4:1混合）、1.5g氢氧化钠和33.5g阴离子SBR胶乳6516及20g脂肪醇聚氧乙烯醚（江苏海安石油化工厂的渗透剂JFC-E）配制而成，所得产品符合JTG F40-2004规范要求的阴离子乳化沥青技术指标，主要指标见表2。

实施例2

秤取西石化70号道路石油沥青400g，在沥青热熔状态（120～140℃）下加入35g稀释剂（稀释剂由自主提炼的白油、粗制渣油、加工轻油按1:1:1的质量比混合），机械搅拌（10分钟左右）混合均匀后加入50～70℃的皂液，然后在沥青乳化设备（胶体磨）中进行乳化，即得成品高渗透阴离子改性乳化沥青。皂液由500g水、10g乳化剂（乳化剂由十六烷基磺酸钠与α烯基磺酸钠按3:2的质量比混合）、2g稳定剂（稳定剂由氢氧化钠与氧化锌按1:1的质量比混合）和38g阴离子SBR胶乳6516及15g烷基酚聚氧乙烯醚（江苏海安石油化工厂的渗透剂JFC-M）配制而成，所得产品符合JTG F40-2004规范要求的阴离子乳化沥青技术指标，主要指标见表2。

表1实施例1、2改性乳化沥青用阴离子SBR胶乳技术指标

表2高渗透阴离子改性乳化沥青产品主要指标

粘结强度试验过程及结果

试验采用长安大学自主研发的GF多功能道路层间力试验机（专利申请号201020272652.8，公告日2011年5月4日），试验试件的层间结合方式为：半刚性基层+撒布透层油+AC13沥青面层。基层试件成型按照渗透性能试验中水稳砂粒试件成型，高渗透阴离子改性乳化沥青在基层试件成型1d后撒布，撒布量约1.7kg/m2。撒布7d后成型AC13沥青面层，放置1d后钻芯取样（芯样直径约为101.6mm）在25℃保温4小时进行剪切试验。试验加载速率采用50mm/min进行层间剪切试验，以试件破坏时的最大剪切荷载作为评价层间粘结强度的指标，试验采用同样条件下与MC-70型透层沥青作为对比，结果见表3。

表3高渗透阴离子改性乳化剂沥青剪切试验强度结果

透层油类型	实施例1	实施例2	MC-70型透层沥青
				撒布量（g）	13.8	13.8	13.8
极限剪切荷载（kN）	3.97	3.55	1.62

实施例中所述白油、粗制渣油、加工轻油的制备方法：

稀释剂白油、粗制渣油、加工轻油是将原油或石油在常压、360℃直接蒸馏分馏出汽油、柴油等轻质油分的基础上，将分馏出的轻质油分与65℃的异丙醇尿素水溶液（尿素：异丙醇：水的质量比=40:42:18）按质量比1:15混合，然后在室温下络合反应2小时得络合反应混合物，待络合反应混合物分层后取下层得络合物，向络合物中加入200号溶剂油对络合物进行冲洗，络合物与200号溶剂油的质量比为1:2，洗涤后的络合物与水混合加热至60℃左右，使络合物分解后分层，上层即为白油，白油可根据需要循环提浓；采用溶剂沉降及色谱柱法将分馏了轻质油分后余下的馏分油中的高沸点组分经正庚烷室温溶解、分离过滤，可溶组分经活化氧化铝吸附管吸附，然后在50℃左右用正庚烷冲洗，分离出脱附物溶液，余下吸附物（氧化铝吸附管吸附）再经甲苯冲洗过滤后取得吸附物溶液，将脱附物溶液在水槽（95～98℃）中回收溶剂约2h后，置于真空干燥箱（105℃左右）干燥约1h并冷却得加工轻油，将吸附物溶液在水槽（95～98℃）中回收溶剂约2h后，置于真空干燥箱（105℃左右）干燥约1h并冷却得粗制渣油。

本发明采用的稀释剂不含挥发类溶剂，并能均匀稀释沥青；采用的乳化剂经复配使用提高了乳液性能；采用的渗透剂能显著降低乳液表面张力，提高乳化沥青的毛细渗透性能；采用阴离子乳化工艺，产品在强碱性集料构成的基层中能较好下渗；加入的改性剂可保证高渗透改性乳化沥青具有优良的层间粘结性能。

所列实施例为进一步说明的目的，高渗透阴离子改性乳化沥青的原材料配比并不仅局限于实施例中所述，稀释剂、沥青型号、乳化剂和渗透剂的选用需试验确定，具体根据现场施工的要求及基层密实程度而调整。

Claims (8)

1.一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：该乳化沥青按质量百分数包括以下组成成分：

基质沥青：40～50%

稀释剂：1～5%

渗透剂：1～2%

阴离子乳化剂：0.8～1.5%

水：45～55%

稳定剂：0.1～0.2%

阴离子SBR胶乳：2～4%。

2.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所述基质沥青为道路石油沥青。

3.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所述稀释剂为原油或石油分馏提取的粗制渣油、白油或加工轻油中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所述渗透剂为非离子类表面活性剂，所述非离子类表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷的缩合物或烷基酚聚氧乙烯醚。

5.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所用阴离子乳化剂为烷基聚氧乙烯醚羧酸盐、多烷基硫酸盐、多烷基磺酸盐、脂肪醇醚硫酸钠或α烯基磺酸钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所述阴离子乳化剂的组成为：十二烷基硫酸盐、十六烷基磺酸盐或十二烷基苯磺酸盐中的一种或几种，占阴离子乳化剂质量的60～80%，以及脂肪醇醚硫酸钠或α烯基磺酸钠中的一种或两种，占阴离子乳化剂质量的20～40%。

7.根据权利要求1所述一种高渗透阴离子改性乳化沥青，其特征在于：所述稳定剂为氢氧化钠或氧化锌中的一种或两种。

8.一种制备如权利要求1所述高渗透阴离子改性乳化沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：将阴离子乳化剂与稳定剂、渗透剂、水以及阴离子SBR胶乳按比例配制成皂液，将基质沥青于120～140℃下加热至融溶，然后向基质沥青中加入稀释剂，加入稀释剂后搅拌5～15分钟得沥青产品，将沥青产品与加热至50～70℃的皂液倒入乳化沥青胶体磨中混合并乳化，即得到高渗透阴离子改性乳化沥青。