CN103554933A - 用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油及其制备方法 - Google Patents
用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油及其制备方法，包括先改性后乳化的生产工艺，添加改性剂，将基质沥青改性，然后进行乳化，得到改性乳化沥青S,通过对基质沥青添加增粘剂后,进行乳化,得到改性乳化沥青T，对改性沥青S和改性沥青T进行1:1复配,得到高粘结性改写乳化沥青，即高粘结性透层油，该材料与普通乳化沥青和煤油稀释沥青对比，该材料具有渗透性好，粘结性高的特点。该材料具有良好的渗透性能和抗冲刷性能，可以有效防止水损害的产生；同时，该材料具有良好的粘结性能，可以使基层与沥青面层具有良好的层间结合，从而改善沥青面层的受力状态。
Description
技术领域：
本发明属于道路建筑材料技术领域，涉及一种联结水泥稳定碎石基层和沥青面层的透层油材料，尤其涉及一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油及其制备方法。
背景技术：
水泥稳定碎石基层与沥青面层之间的层间结合一直是此类路面的一个薄弱环节，进而导致基层的水损害和沥青面层的受力状态恶化。为了解决这个问题，《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》9.1规定各类基层必须喷洒透层油，并要求透入深度不小于5mm，以起到固结、稳定、联结、防水的作用。而目前应用较广泛的液体稀释沥青虽然能够满足规范的渗透深度要求，但是层间结合性能差，无法保证其固结、联结的作用。
发明内容：
针对上述缺陷或不足，本发明提供了一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油的制备方法，克服了由于水泥稳定碎石基层与沥青面层的层间结合差而产生的基层水损害和面层的反射裂缝的问题。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法：
1）、制备改性乳化沥青S
将基质沥青加热到140℃～160℃，按照基质沥青与第一增粘剂的质量比为（97～97.5）：（2.5～3），将第一增粘剂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第一改性沥青；
将第一改性沥青加热到140℃～160℃，按照第一改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第一沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将阴离子乳化剂、非离子乳化剂、渗透剂、稳定剂按质量分数比为5%、2%、6%、3.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，调节皂液PH值大于12，得到第一乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃～80℃的第一乳化沥青皂液和140℃～160℃的第一沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青S；
2）、制备改性乳化沥青T
将基质沥青加热到140℃～160℃，利用内掺法，按照基质沥青与第二增粘剂的质量比为98:2，将第二增粘剂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第二改性沥青；
将第二改性沥青加热到140℃～160℃，按照第二改性沥青与煤油质量比为4：1，向第二改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第二沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将阴离子乳化剂、非离子乳化剂、渗透剂和稳定剂按质量分数比为5%、2%、6%、3.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，调节皂液PH值大于12，得到第二乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃～80℃的第二乳化沥青皂液和140℃～160℃的第二沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青T；
3）制备改性乳化沥青
将改性乳化沥青S与改性乳化沥青T按照质量比为1：1的比例进行均匀混合，得到高粘结改性乳化沥青，即高粘结性透层油。
所述第一增粘剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS，第二增粘剂为萜烯树脂。
所述步骤1）中所述改性温度小于180℃，改性时间为30～45分钟。
所述阴离子乳化剂为KZW-803Y，辅乳化剂为非离子乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚OP-15。
所述渗透剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠。
所述稳定剂为氯化铵和羧甲基纤维素钠按照5:3比例组合。
使用氢氧化钠调节皂液PH。
一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油
所述高粘结性透层油在水泥稳定碎石基层上的渗透深度大于5mm，5天稳定性小于2.0%；层间剪切强度大于0.15Mpa。
以现有技术比较，本发明的有益效果为：
本发明提供的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油及其制备方法，由于采用先改性后乳化的生产工艺，添加改性剂，将基质沥青改性，然后进行乳化，得到改性乳化沥青S,通过对基质沥青添加增粘剂后,进行乳化,得到改性乳化沥青T，对改性沥青S和改性沥青T进行1:1复配,得到高粘结性改写乳化沥青,即高粘结性透层油，与普通乳化沥青和煤油稀释沥青对比，具有渗透性好，粘性高的特点。该材料具有良好的渗透性能和抗冲刷性能，可以有效防止水损害的产生；同时，该材料具有良好的粘结性能，可以使基层与沥青面层具有良好的层间结合，从而改善沥青面层的受力状态。
附图说明
图1是不同洒布量下高粘结高粘结性透层油的渗透效果图，其中，a中洒布量为0.7Lm2，b中洒布量为1.1Lm2，c中洒布量为1.5Lm2；
图2是不同洒布量下普通乳化沥青的渗透效果图，其中，a中洒布量为0.7Lm2，b中洒布量为1.1Lm2，c中洒布量为1.5Lm2；
图3是不同洒布量下煤油稀释沥青的渗透效果图，其中，a中洒布量为0.7Lm2，b中洒布量为1.1Lm2，c中洒布量为1.5Lm2；
图4是不同洒布量下不同透层油材料的剪切强度走势图；
图5是不同洒布量下不同透层油材料的拉拔强度走势图。
具体实施方式：
实施例一
本发明中高粘结高粘结性透层油的具体生产过程为：
1）、制备改性乳化沥青S
配置第一沥青-溶剂溶液：将基质沥青加热到140℃，基质沥青的标号为90或大于90，按照基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS的质量比为97：3，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，改性45分钟，得到第一改性沥青；
将第一改性沥青加热到140℃，按照第一改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第一沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到第一乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃的第一乳化沥青皂液和140℃的第一沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青S；
2）、制备改性乳化沥青T
将基质沥青加热到160℃，利用内掺法，按照基质沥青与萜烯树脂的质量比为98:2，将萜烯树脂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第二改性沥青；
将第二改性沥青加热到160℃，按照第二改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第二沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到乳化沥青皂液T；
按照质量比为1：1，将60℃的第二乳化沥青皂液和160℃的第二沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青T；
3）制备改性乳化沥青
将改性乳化沥青S与改性乳化沥青T按照质量比为1：1的比例进行均匀混合，得到高粘结改性乳化沥青，即高粘结性透层油。
实施例二
本发明中高粘结高粘结性透层油的具体生产过程为：
1）、制备改性乳化沥青S
配置第一沥青-溶剂溶液：将基质沥青加热到140℃，基质沥青的标号为90或大于90，按照基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS的质量比为97.5：2.5，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，改性45分钟，得到第一改性沥青；
将第一改性沥青加热到160℃，按照第一改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第一沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到第一乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃的第一乳化沥青皂液和140℃的第一沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到第一改性乳化沥青；
2）、制备改性乳化沥青T
将基质沥青加热到140℃，利用内掺法，按照基质沥青与萜烯树脂的质量比为98:2，将萜烯树脂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第二改性沥青；
将第二改性沥青加热到140℃，按照第二改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第二沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到第二乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃的第二乳化沥青皂液和160℃的第二沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青T；
3）制备改性乳化沥青
将改性乳化沥青S与改性乳化沥青T按照质量比为1：1的比例进行均匀混合，得到高粘结改性乳化沥青，即高粘结性透层油。
实施例三
本发明中高粘结高粘结性透层油的具体生产过程为：
1）、制备改性乳化沥青S
配置第一沥青-溶剂溶液：将基质沥青加热到150℃，基质沥青的标号为90或大于90，按照基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS的质量比为97.5：2.5，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，改性45分钟，得到第一改性沥青；
将第一改性沥青加热到150℃，按照第一改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第一沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到第一乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃的第一乳化沥青皂液和140℃的第一沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青S；
2）、制备改性乳化沥青T
将基质沥青加热到140℃，利用内掺法，按照基质沥青与萜烯树脂的质量比为98:2，将萜烯树脂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第二改性沥青；
将第二改性沥青加热到150℃，按照第二改性沥青与煤油质量比为4：1，向第二改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第二沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将KZW-803Y、壬基酚聚氧乙烯醚OP-15、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、氯化铵、羧甲基纤维素钠按质量分数比为5%、2%、6%、2%、1.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，使用氢氧化钠调节皂液PH值大于12，得到第二乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃的第二乳化沥青皂液和160℃的第二沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青T；
3）制备改性乳化沥青
将改性乳化沥青S与改性乳化沥青T按照质量比为1：1的比例进行均匀混合，得到高粘结改性乳化沥青，即高粘结性透层油。
实施例四
利用改性机器和乳化机器，采用先改性后乳化的生产工艺生产高粘结性透层油，具体如下：
（1）改性沥青生产工艺
将基质沥青储存罐的温度设定为160℃，开动改性机，待运转正常后，开动沥青储存罐的阀门，将沥青按计量泵入改性机，然后向机器中添加增粘剂（尽量使增粘剂能够均匀分散于沥青中），改性30～45分钟，为防止老化，改性期间控制沥青的温度小于180℃，将制备好的改性沥青储存于改性沥青储存罐中。
（2）乳化沥青生产工艺
①按配比方案准备材料：阴离子乳化剂KZW-803Y、非离子乳化剂OP-15、快速渗透剂、氯化铵和羧甲基纤维素钠、煤油、氢氧化钠。
②配置乳化沥青皂液：将主乳化剂KZW-803Y、辅乳化剂OP-15、快速渗透剂（顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠）、氯化铵和羧甲基纤维素钠按与水的质量分数比为5%、2%、6%、2%和1.2%称量，将称量好的材料依次加入至存有相应质量80℃水的皂液储存罐中，搅拌均匀，使乳化剂和各种添加剂充分溶解，同时添加氢氧化钠，调节PH值至大于12，得到乳化沥青皂液，储存于皂液储存罐中。
③配置沥青-溶剂溶液：将改性沥青加热到140℃～160℃，按改性沥青与煤油的质量比为4：1，将煤油缓慢加入至改性沥青储存罐中，得到沥青-溶剂溶液。
④生产过程：将乳化沥青皂液（入口温度60℃～80℃）的入口阀门打开，开动乳化机，待机器运转正常后，再将沥青（入口温度140℃～160℃）按计量泵入，然后使乳化机运行2分钟，从乳化机的出口得到改性乳化沥青。
（3）按照（1）和（2）的生产工艺分别生产改性乳化沥青S和改性乳化沥青T，按比例1：1，经人工混合后搅拌均匀，得到高粘结性透层油。
在生产过程中需要注意事项有：
1.乳化剂及各种添加剂的配方用量对皂液性能有决定性的作用，用量少乳化效果不佳，多则造成浪费，所以应严格按照配方用量进行生产。
2.沥青及水的温度是比较重要的参数，温度过高或过低都将影响乳化效果。温度过低，流动性不好；过高，不仅消耗能源，增加成本，还会造成水的汽化，导致沥青与水的比例发生变化。
3.改性乳化沥青出口温度需要进行控制，温度过高对其储存稳定性有影响，有条件时通过加装冷凝装置进行降温，使出口温度控制在50℃～60℃。
根据本发明所制备的所述高粘结性透层油在水泥稳定碎石基层上的渗透深度大于5mm，5天稳定性小于2.0%；层间剪切强度大于0.15Mpa。
渗透试验：
将研制出的高粘结高粘结性透层油与普通乳化沥青、煤油稀释沥青对比：
1、如图1中a、b、c分别为本发明中高粘结高粘结性透层油按照洒布量为0.7Lm2、1.1Lm2、1.5Lm2在水泥稳定碎石150×150mm圆柱形试件洒布，进行渗透试验，洒布后24小时观察渗透效果。
不同洒布量下高粘结高粘结性透层油的平均渗透深度分别为0.6cm、1.1cm、1.2cm，且渗透断面较均匀，整个断面均为沥青。
2、如图2所示，a、b、c分别为普通乳化沥青按照洒布量为0.7Lm2、1.1Lm2、1.5Lm2在水泥稳定碎石150×150mm圆柱形试件洒布，进行渗透试验，洒布后24小时观察渗透效果。
不同洒布量下普通乳化沥青的平均渗透深度分别为0cm、0cm、0cm，无渗透均匀性。
3、如图3所示，a、b、c分别为煤油稀释沥青按照洒布量为0.7Lm2、1.1Lm2、1.5Lm2不同洒布量下煤油稀释沥青的平均渗透深度分别为2.8cm、3.0cm、4.0cm，渗透断面均匀，在渗透断面上距离表面0.5cm范围内是黑色，大于0.5cm的范围都为黄色，说明深入基层的大部分都是煤油，而不是沥青。
层间剪切试验：
通过层间剪切试验和拉拔试验确定高粘结高粘结性透层油的最佳洒布量，并得出最佳洒布量下的层间剪切强度和拉拔强度大于普通乳化沥青和煤油稀释沥青。
成型水泥稳定碎石基层试件，按照不同洒布量洒布高粘结性透层油、普通乳化沥青、煤油稀释沥青，待基层强度形成后，成型沥青面层，进行层间剪切试验。
通过层间剪切试验得出高粘结高粘结性透层油的最佳洒布量为1.5Lm2，普通乳化沥青的最佳洒布量为1.1Lm2，煤油稀释沥青的最佳洒布量为1.5Lm2，并且高粘结高粘结性透层油的剪切强度大于普通乳化沥青和煤油稀释沥青，如图4所示。
层间拉拔试验：
成型水泥稳定碎石基层试件，按照不同洒布量洒布高粘结高粘结性透层油、普通乳化沥青、煤油稀释沥青，待基层强度形成后，成型沥青面层，进行层间拉拔试验。
通过层间拉拔试验得出高粘结高粘结性透层油的最佳洒布量为1.5Lm2，普通乳化沥青的最佳洒布量为1.1Lm2，煤油稀释沥青的最佳洒布量为1.5Lm2，并且高粘结高粘结性透层油的拉拔强度大于普通乳化沥青和煤油稀释沥青，如图5所示。
高粘结性透层油是采用先改性后乳化的生产工艺，故需有改性沥青生产设备和乳化沥青生产设备，储存基质沥青、改性沥青、水的容器都应有控温功能，精确度为1℃，生产前在添加添加剂、基质沥青、水时能够通过计量表确定每一材料的添加剂量。
Claims (8)
1.一种用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、制备改性乳化沥青S
将基质沥青加热到140℃～160℃，按照基质沥青与第一增粘剂的质量比为（97～97.5）：（2.5～3），将第一增粘剂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第一改性沥青；
将第一改性沥青加热到140℃～160℃，按照第一改性沥青与煤油质量比为4：1，向改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第一沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将阴离子乳化剂、非离子乳化剂、渗透剂、稳定剂按质量分数比为5%、2%、6%、3.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，调节皂液PH值大于12，得到第一乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃～80℃的第一乳化沥青皂液和140℃～160℃的第一沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青S；
2）、制备改性乳化沥青T
将基质沥青加热到140℃～160℃，利用内掺法，按照基质沥青与第二增粘剂的质量比为98:2，将第二增粘剂均匀分散到基质沥青中，依据改性沥青生产工艺，得到第二改性沥青；
将第二改性沥青加热到140℃～160℃，按照第二改性沥青与煤油质量比为4：1，向第二改性沥青其中加入溶剂，充分搅拌均匀，得到第二沥青-溶剂溶液；
采用外掺法，将阴离子乳化剂、非离子乳化剂、渗透剂和稳定剂按质量分数比为5%、2%、6%、3.2%，加入水中，搅拌均匀，得到皂液，控制皂液温度在60℃～80℃之间，调节皂液PH值大于12，得到第二乳化沥青皂液；
按照质量比为1：1，将60℃～80℃的第二乳化沥青皂液和140℃～160℃的第二沥青-溶剂溶液先后并缓慢加入乳化机器，依据乳化沥青生产工艺，得到改性乳化沥青T；
3）制备改性乳化沥青
将改性乳化沥青S与改性乳化沥青T按照质量比为1：1的比例进行均匀混合，得到高粘结改性乳化沥青，即高粘结性透层油。
2.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，所述第一增粘剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS，第二增粘剂为萜烯树脂。
3.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，所述步骤1）中所述改性温度小于180℃，改性时间为30～45分钟。
4.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，所述阴离子乳化剂为KZW-803Y，辅乳化剂为非离子乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚OP-15。
5.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，所述渗透剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠。
6.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，所述稳定剂为氯化铵和羧甲基纤维素钠按照5:3比例组合。
7.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油制备方法，其特征在于，使用氢氧化钠调节皂液PH。
8.根据要求1所述的用于水泥稳定碎石基层的高粘结性透层油，其特征在于，所述高粘结性透层油在水泥稳定碎石基层上的渗透深度大于5mm，5天稳定性小于2.0%；层间剪切强度大于0.15Mpa。
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