CN103289422A - 一种阻燃改性乳化沥青配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述阻燃改性乳化沥青包括基质沥青、阻燃剂、改性胶乳、乳化剂和水，各组分质量掺配比例为：基质沥青100份，阻燃剂0～20份，改性胶乳1～4份，乳化剂1～3份，水60～100份。该发明采用了SBS改性胶乳与阻燃剂的综合改性，不但保证了乳化沥青的物理、化学、力学性能，同时大大提高了乳化沥青粘结材料阻燃能力，可以广泛应用于隧道等火灾易发路段的冷拌、冷铺薄层道面中。
Description
技术领域
本发明属于高速公路及城市道路的隧道道面采用的常温拌合沥青技术领域，具体涉及到用不同材料室内配合比设计以及现场配制、生产方法。
背景技术
1、乳化沥青的应用
乳化沥青是一种由沥青、改性剂、乳化剂组成，且经过机械搅拌和化学稳定的乳化工艺，生成水包油或油包水的乳剂型液态沥青，是一种在常温下粘度较低、流动性很好道路建筑材料。乳化沥青因其使用便捷、冷拌冷铺、施工季节更为宽泛、与集料裹覆性较好等特点，逐渐在各等级道路中得到了广泛应用，尤其随着中国大跨径钢桥、混凝土桥的架设，乳化沥青也受到了薄层桥面铺装的青睐。
2、沥青材料的易燃特性
由于乳化沥青冷拌混合料有着施工快、开放交通早的优势，所以往往用于路面、桥面、隧道道面的罩面。但是，当用于隧道道面的时候，隧道因其构造特点，当发生火灾的时候难以排烟、灭火，所以要求不但要从硬件上提高隧道防火能力，更重要的是从提高沥青道面的阻燃性着手开发新的道面材料。隧道道面的基础往往具有很高的强度，日温差、年较差均较小，湿度也较大，有显著的区划交通，运营环境特别苛刻，与路面有着明显的差别，这样就使得隧道道面的材料不但满足普通路面的技术要求，同时更要满足隧道道面所特有的技术要求。隧道的特殊之处还在于一旦有火灾发生，大型救火设备就难以快速、有效靠近，这样就要求道面混合料要具有足够的阻燃、排烟能力，尽量提高其燃点。另外，即使燃烧了，也尽量少排放浓烟，这样也相当于降低了火灾的危害。
当然，对于目前使用的石油沥青来说，其本来就是易燃的有机材料，燃烧的时候排放大量的浓烟。由此可知，只要在沥青粘结料中加入合适的阻燃材料，这样的阻燃、抑烟目的就可以实现。从目前来看，能起到阻燃、抑烟、阻燃的阻燃剂主要有添加型和反应型两类。当沥青材料遇火后，将首先熔融、滴落、流淌，然后开始燃烧形成熔珠，并 且出现流淌，这样只有对火灾有着助燃的缺点。在沥青的整个燃烧过程中，沥青经历了放热、分解的物化过程，在燃烧后分解出了氢、甲烷、苯等易燃气体，并也开始燃烧，更加剧了沥青的燃烧，更加剧了火灾的严重性。
3、阻燃剂的应用情况
如果从阻燃剂的化学分类来看，主要有磷酸三(β－氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯)(TCPP)、磷酸三(2,3－二氯丙基)酯(TDCPP)等有机阻燃剂；氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑等无机阻燃剂，还有多种阻燃剂复合而成的复合阻燃剂。当然更重要的是阻燃剂的加入不能顾此失彼，也就是在提高或改善混合料阻燃性能的同时，不能对道面混合料的路用性能造成影响，不能降低其路用性能和力学性能。但从目前的研究和试验情况看，上述这些阻燃剂的使用对沥青混合料的路用性能影响都可以不予考虑，反而对沥青氧指数的提高具有显著的作用。
不论是热拌沥青混合料，还是冷拌沥青混合料，集料几乎没有改善阻燃性能的余地。类似于橡胶沥青的湿法和干法工艺一样，如果在混合料拌合时加入阻燃材料，那么，由于冷拌混合料在常温下进行，所以此时有机阻燃剂难以与沥青发生化学力的结合，而只有发生一些物理上的变化。只有从沥青粘结料和混合料填料方面想办法，本发明就是从乳化沥青粘结料入手，在与集料进行拌合前就配制出满足乳化沥青稀浆混合料技术要求的阻燃改性乳化沥青，这样就可以大大提高施工效率和混合料阻燃性能。
4、阻燃改性乳化沥青的应用
尽管路面、桥面、机场道面、隧道道面结构层之间的粘结层、防水层、下封层、中置封层等也用到改性乳化沥青，但是对该层次的乳化沥青进行阻燃化，对整个道面的阻燃性能改善内有太大意义，因为其厚度及其有限，一般只有几毫米。那么，阻燃改性乳化沥青从其功能角度考虑，主要应用于这些道面、路面、桥面铺结构层的混合料拌合以及表面薄层罩面的沥青粘结料。目前，主要应用于薄层罩面层中，比如稀浆封层、微表处、碎石封层等。
发明内容
发明目的：本发明目的在于一种阻燃改性乳化沥青配制方法，使微表处、稀浆封层、碎石封层等冷拌冷铺混合料广泛应用于桥面铺装层、隧道道面、机场到面、路面上，既不能降低沥青材料的路用性能，又要对沥青混合料的阻燃性能有着显著的改善；第二，该发明在配制阻燃改性乳化沥青时有机阻燃剂不能对改性胶乳、乳化剂的技术性能产生 不良影响；第三，本发明是确保在胶体磨的剪切过程中，有机阻燃剂能够形成小于5μm的小颗粒。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种阻燃改性乳化沥青，所述阻燃改性乳化沥青包括基质沥青、阻燃剂、改性胶乳、乳化剂和水，各组分质量掺配比例为：
优选的，所述阻燃剂满足满足的要求为：
优选的，所述的阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯)。
优选的，所述的改性胶乳为SBR(Styrene-Butadiene Rubber)改性胶乳，也可采用SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)改性胶乳。
优选的，所述的乳化剂为阳离子乳化剂。
优选的，所述的水为满足人类饮用要求的饮用水。
本发明还提供了一种阻燃改性乳化沥青的配制方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：加热基质沥青，
提前3－4小时加热基质沥青到130－140℃；
步骤2：启动乳化沥青机或车间，
将乳化沥青车间的水罐加满水，加热到60－70℃，检查沥青进口、乳液进口、乳化沥青出口、散热器、剪切机是否正常；
步骤3：调试各进料口开度，
对控制基质沥青流量的变频调速电机调节泵进行调试，并通过调节阀门调节乳液流量
步骤4；配制阻燃乳液，
按照配比进行称量乳化剂和阻燃剂，注入乳液罐的水中，经过自动搅拌后形成稳定的阻燃乳液；
步骤5：生产阻燃乳化沥青，
启动乳化沥青设备，调试控制面板，确保各组分按照一种权利要求1的配比进入胶体磨，并开始剪切乳化；
步骤6，阻燃乳化沥青的改性，
阻燃乳化沥青生产完毕且降温到60℃以下后，泵入阻燃乳化沥青储存罐，此时按照性胶乳比例称量好改性胶乳，将其注入阻燃乳化沥青储存罐，并进行搅拌。
有益效果：有机阻燃剂与沥青同属高分子有机类材料，具有相似相容特性，二者可以通过化学键的作用发生更加强烈的联系和作用。有机阻燃剂的加入可以捕捉烃类氧化初期产生的活性自由基，对连锁反应起到抑制作用。有机阻燃剂可以促使碳化物的生成，在燃烧物表面快速生成其保护作用的碳化层，从而将与燃烧物隔离开来。该发明中的有机阻燃改性乳化沥青将广泛应用与道面、路面、桥面铺装层中，不但对稀浆封层、微表处、碎石封层车等原有施工设备及施工工艺不产生影响，同时更能够加快这些养护工艺或薄层罩面工艺的推广和应用。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
SBS:苯二烯-丁二烯-苯二烯聚合物；SBR：丁苯橡胶。
在于配制一种能够改善或提高普通改性乳化沥青的阻燃抑烟性能，使微表处、稀浆封层、碎石封层等冷拌冷铺混合料广泛应用于桥面铺装层、隧道道面、机场到面、路面上，既不能降低沥青材料的路用性能，又要对沥青混合料的阻燃性能有着显著的改善；第二，该发明在配制阻燃改性乳化沥青时有机阻燃剂不能对改性胶乳、乳化剂的技术性能产生不良影响；第三，本发明是确保在胶体磨的剪切过程中，有机阻燃剂能够形成小于5μm的小颗粒。
本发明本着提高目前高速公路、城市道路、机场到面、隧道道面普遍采用的薄层微表处道面阻燃性能，开发了一种适用于微表处、稀浆封层等稀浆混合料拌合用阻燃改性乳化沥青材料。该技术首先将基质沥青加热到130～140℃，然后将由阻燃剂、阳离子乳化剂、SBS改性胶乳与加热到90～100℃左右的水配制而的乳化“皂液”与热沥青经过 胶体磨高速剪切，形成均质、稳定的有机阻燃改性乳化沥青。其中各成分重量比例为：基质沥青55～70%，SBR改性胶乳1～2.4%,阻燃剂7～12%，乳化剂0.7～1.8%，水35～55％。该发明采用了SBS改性胶乳与阻燃剂的综合改性，不但保证了乳化沥青的物理、化学、力学性能，同时大大提高了乳化沥青粘结材料阻燃能力，可以广泛应用于隧道等火灾易发路段的冷拌、冷铺薄层道面中。
本发明提供了一种阻燃改性乳化沥青，所述阻燃改性乳化沥青包括基质沥青、阻燃剂、改性胶乳、乳化剂和水，各组分质量掺配比例为：
所述阻燃剂满足满足的要求为：
所述的阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯)。
所述的改性胶乳为SBR(Styrene-Butadiene Rubber)改性胶乳，也可采用SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)改性胶乳。
所述的乳化剂为阳离子乳化剂。
所述的水为满足人类饮用要求的饮用水。
本发明还提供了一种阻燃改性乳化沥青的配制方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：加热基质沥青，
提前3－4小时加热基质沥青到130－140℃；
步骤2：启动乳化沥青机或车间，
将乳化沥青车间的水罐加满水，加热到60－70℃，检查沥青进口、乳液进口、乳化沥青出口、散热器、剪切机是否正常；
步骤3：调试各进料口开度，
对控制基质沥青流量的变频调速电机调节泵进行调试，并通过调节阀门调节乳液流量
步骤4；配制阻燃乳液，
按照配比进行称量乳化剂和阻燃剂，注入乳液罐的水中，经过自动搅拌后形成稳定的阻燃乳液；
步骤5：生产阻燃乳化沥青，
启动乳化沥青设备，调试控制面板，确保各组分按照一种权利要求1的配比进入胶体磨，并开始剪切乳化；
步骤6，阻燃乳化沥青的改性，
阻燃乳化沥青生产完毕且降温到60℃以下后，泵入阻燃乳化沥青储存罐，此时按照性胶乳比例称量好改性胶乳，将其注入阻燃乳化沥青储存罐，并进行搅拌。
上述的配比为满足阻燃改性乳化沥青的配比。
本发明的配制方法可以采用先将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将占配比所需基质沥青总质量80%的、130～140℃的基质沥青注入胶体磨与乳液共同剪切、乳化，经过1～2min的乳化便成为含沥青的阻燃乳液，最后将含沥青的阻燃乳液与剩余20%的、130～140℃基质沥青注入高速剪切机，经过2～3min的高速剪切便可制备成阻燃改性乳化沥青。
本发明的配制方法还可采用先将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将加热到130～140℃的基质沥青注入胶体磨与阻燃乳液共同剪切、乳化，经过2～4min的乳化便成为阻燃乳化沥青。
应用实例
下面将结合实例，并在试验的基础上对其配制方法进行阐述。
实例1：制备固含量为65.1%的阻燃改性乳化沥青
本发明所述的阻燃改性乳化沥青配制均按照基质沥青总重量为100份计算为：
实例1制备方法为：
将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将占配比所需基质沥青总质量80%的、130～140℃的基质沥青注入胶体磨与乳液共同剪切、乳化，经过1～2min的乳化便成为含沥青的阻燃乳液，最后将含沥青的阻燃乳液与剩余20%的、130～140℃基质沥青注入高速剪切机，经过2～3min的高速剪切便可制备成阻燃改性乳化沥青。
试验检测方法：
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《微表处和稀浆封层技术指南》(交通部公路科学研究院2006)进行试验。
试验采用克拉玛依70号A级沥青，阻燃改性乳化沥青固含量(改性胶乳、乳化沥青中的水分蒸发后的残留物占阻燃改性乳化沥青重量百分比)为65.1%，试验结果如下：
基质沥青性能检测结果
| 试验项目 | 技术要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 针入度（25℃，100g,5s）(0.1mm) | 60-80 | 78 | T0604 |
| 延度（10℃）不小于(cm) | 15 | ＞100 | T0605 |
| 软化点（环球法）不小于（℃） | 46 | 49.0 | T0606 |
阻燃改性乳化沥青性能检测结果
实例2：制备固含量为62.2%的阻燃改性乳化沥青
本发明所述的阻燃改性乳化沥青配制均按照基质沥青总重量为100份计算：
制备方法如下：
先将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将加热到130～140℃的基质沥青注入胶体磨与阻燃乳液共同剪切、乳化，经过2～4min的乳化便成为阻燃乳化沥青。
试验检测方法：
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《微表处和稀浆封层技术指南》(交通部公路科学研究院2006)进行试验。
试验采用克拉玛依90号A级沥青，阻燃改性乳化沥青固含量(改性胶乳、乳化沥青中的水分蒸发后的残留物占阻燃改性乳化沥青重量百分比)为62.2%，试验结果如下：
基质沥青性能检测结果
| 试验项目 | 技术要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 针入度（25℃，100g,5s）(0.1mm) | 80-100 | 98 | T0604 |
| 延度（10℃）不小于(cm) | 15 | ＞100 | T0605 |
| 软化点（环球法）不小于（℃） | 46 | 47.0 | T0606 |
阻燃改性乳化沥青性能检测结果
实例3：制备固含量为59.8%的阻燃改性乳化沥青
本发明所述的阻燃改性乳化沥青配制均按照基质沥青总重量为100份计算：
按如下方法制备：
将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将占配比所需基质沥青总质量80%的、130～140℃的基质沥青注入胶体磨与乳液共同剪切、乳化，经过1～2min的乳化便成为含沥青的阻燃乳液，最后将含沥青的阻燃乳液与剩余20%的、130～140℃基质沥青注入高速剪切机，经过2～3min的高速剪切便可制备成阻燃改性乳化沥青。
试验检测方法：
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《微表处和稀浆封层技术指南》(交通部公路科学研究院2006)进行试验。
试验采用埃索70号A级沥青，阻燃改性乳化沥青固含量(改性胶乳、乳化沥青中的水分蒸发后的残留物占阻燃改性乳化沥青重量百分比)为59.8%，试验结果如下：
基质沥青性能检测结果
| 试验项目 | 技术要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 针入度（25℃，100g,5s）(0.1mm) | 60-80 | 76 | T0604 |
| 延度（10℃）不小于(cm) | 15 | ＞100 | T0605 |
| 软化点（环球法）不小于（℃） | 46 | 47.0 | T0606 |
阻燃改性乳化沥青性能检测结果
实例4：制备固含量为57.5%的阻燃改性乳化沥青
本发明所述的阻燃改性乳化沥青配制均按照基质沥青总重量为100份计算：
制备方法如下：
先将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将加热到130～140℃的基质沥青注入胶体磨与阻燃乳液共同剪切、乳化，经过2～4min的乳化便成为阻燃乳化沥青。
试验检测方法：
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《微表处和稀浆封层技术指南》(交通部公路科学研究院2006)进行试验。
试验采用埃索90号A级沥青，阻燃改性乳化沥青固含量(改性胶乳、乳化沥青中的水分蒸发后的残留物占阻燃改性乳化沥青重量百分比)为57.5%，试验结果如下：
基质沥青性能检测结果
| 试验项目 | 技术要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 针入度（25℃，100g,5s）(0.1mm) | 80-100 | 98 | T0604 |
| 延度（10℃）不小于(cm) | 15 | ＞100 | T0605 |
| 软化点（环球法）不小于（℃） | 46 | 47.0 | T0606 |
阻燃改性乳化沥青性能检测结果
实例5：制备固含量为55.9%的阻燃改性乳化沥青
本发明所述的阻燃改性乳化沥青配制均按照基质沥青总重量为100份计算：
按如下方法制备：
将基质沥青加热到130～140℃，乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2分钟后形成乳液(或称为乳液、皂液)；再将有机阻燃剂注入搅拌后的乳液中，且继续搅拌1～2min后成为含有一定比例乳化剂和有机阻燃剂的阻燃乳液；再将阻燃乳液注入胶体磨后，将占配比所需基质沥青总质量80%的、130～140℃的基质沥青注入胶体磨与乳液共同剪切、乳化，经过1～2min的乳化便成为含沥青的阻燃乳液，最后将含沥青的阻燃乳液与剩余20%的、130～140℃基质沥青注入高速剪切机，经过2～3min的高速剪切便可制备成阻燃改性乳化沥青。
试验检测方法：
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《微表处和稀浆封层技术指南》(交通部公路科学研究院2006)进行试验。
试验采用胜利70号A级沥青，阻燃改性乳化沥青固含量(改性胶乳、乳化沥青中的水分蒸发后的残留物占阻燃改性乳化沥青重量百分比)为55.9%，试验结果如下：
基质沥青性能检测结果
| 试验项目 | 技术要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 针入度（25℃，100g,5s）(0.1mm) | 60-80 | 76 | T0604 |
| 延度（10℃）不小于(cm) | 15 | ＞100 | T0605 |
| 软化点（环球法）不小于（℃） | 46 | 47.0 | T0606 |
阻燃改性乳化沥青性能检测结果
Claims (7)
1.一种阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述阻燃改性乳化沥青包括基质沥青、阻燃剂、改性胶乳、乳化剂和水，各组分质量掺配比例为：
2.按照权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述阻燃剂满足满足的要求为：
3.按照权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述的阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯)。
4.按照权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述的改性胶乳为SBR改性胶乳，或SBS改性胶乳。
5.按照权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述的乳化剂为阳离子乳化剂。
6.按照权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青，其特征在于，所述的水为满足人类饮用要求的饮用水。
7.一种如权利要求1所述的阻燃改性乳化沥青的配制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：加热基质沥青，
提前3－4小时加热基质沥青到130－140℃；
步骤2：启动乳化沥青机或车间，
将乳化沥青车间的水罐加满水，加热到60－70℃，检查沥青进口、乳液进口、乳化沥青出口、散热器、剪切机是否正常；
步骤3：调试各进料口开度，
对控制基质沥青流量的变频调速电机调节泵进行调试，并通过调节阀门调节乳液流量
步骤4；配制阻燃乳液，
按照配比进行称量乳化剂和阻燃剂，注入乳液罐的水中，经过自动搅拌后形成稳定的阻燃乳液；
步骤5：生产阻燃乳化沥青，
启动乳化沥青设备，调试控制面板，确保各组分按照一种权利要求1的配比进入胶体磨，并开始剪切乳化；
步骤6，阻燃乳化沥青的改性，
阻燃乳化沥青生产完毕且降温到60℃以下后，泵入阻燃乳化沥青储存罐，此时按照性胶乳比例称量好改性胶乳，将其注入阻燃乳化沥青储存罐，并进行搅拌。
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| CN2013102180146A CN103289422A (zh) | 2013-06-03 | 2013-06-03 | 一种阻燃改性乳化沥青配制方法 |
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