CN103755225B - 一种改性沥青混合料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性沥青混合料及制备方法。改性沥青混合料含有集料、普通沥青、外掺剂和矿粉。其中外掺剂含有水、阳离子表面活性剂、稳定剂和改性剂；首先将水加热，加入阳离子表面活性剂溶解，再加入改性剂和稳定剂，经过胶体磨研磨形成外掺剂。将集料加热至140℃-160℃，加入到拌缸中，搅拌30秒；将已加热至120℃-140℃的普通沥青与称量好的外掺剂同时加入到拌缸中，然后搅拌40-60秒；将水泥或矿粉加入到拌缸中再搅拌30-60秒，出料即得改性沥青混合料，出料温度100℃-120℃，击实成型温度90℃-110℃。本发明降低能源消耗和环境污染，提升了沥青混合料性能，能适应低温施工技术要求，工艺相对简单。

Description

一种改性沥青混合料及制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种改性沥青混合料及制备方法。

背景技术

目前道路沥青混合料、大坝心墙沥青混合料等主要采用先生产改性沥青，然后用改性沥青热拌合生产改性沥青混凝土的方式。热拌沥青混合料具有优良的性能、成熟的施工工艺，但是生产过程中，混合料的拌制和施工温度相当高，一般在160～180℃，沥青严重老化，同时污染大，耗能高，沥青高温释放的有害气体严重损害施工人员的健康；同时，为保证路面施工质量，传统热拌沥青混合料最低摊铺温度有严格的限制，因此其施工季节等均受到限制。另一方面，传统改性沥青混合料由于采取了先生产改性沥青，再与混合料拌和的方式，在生产上多了一道工序，造成了设备与人工、资金的浪费。

近年来，热拌沥青混合料技术在国内外有向温拌发展的趋势，专利CN101302348A公开了一种温拌沥青混合料及其制备方法，采用Sasobit作为温拌添加剂进行温拌，但Sasobit是一种长链石蜡，对沥青高温性能有害的成分；专利CN101602862公开了一种沥青添加剂及其制备方法，该添加剂是将去离子水加入到事先配成的聚乙烯醇水溶液中，然后依次加入松香季铵盐、芳香烃季铵盐乳化剂、脂肪烃季铵盐乳化剂、非离子型表面活性剂，搅拌溶解，再将事先配成的聚丙烯酰胺水溶液和三乙醇胺加入，混合搅拌至溶解均匀后即可。但该生产工艺较复杂，且无法制备改性沥青，难以满足高等级公路技术指标要求。专利CN102234188A公开了一种环保型温拌沥青混合料的制备方法，将芳烃油加入到石油沥青中，制备得到软质沥青，再加入石料、矿粉、消石灰及岩沥青，搅拌均匀得到环保型温拌沥青混合料。但该发明仍然存在工序多，成本高等问题。

发明内容

为了解决现有热拌沥青混合料的制备过程中存在的混合料拌合、出料、击实成型温度高的问题，本发明提供一种改性沥青混合料及制备方法。

一种改性沥青混合料含有90%-94%集料、4%-6%普通沥青、3%-5%外掺剂、1%-4%矿粉；首先制备外掺剂，所述外掺剂含有60%-75%水、10%-20%阳离子表面活性剂、5%-15%稳定剂和15%-25%改性剂；首先将水加热至温度50℃～80℃，加入阳离子表面活性剂溶解，再加入改性剂和稳定剂，经过胶体磨研磨形成混合液，即得外掺剂；所述阳离子表面活性剂为十二—十八烷基二甲基溴化铵、十二—十八烷基丙撑二铵中的一种以上；所述稳定剂为氯化钙或氯化铵或聚丙烯酰胺中的一种以上；所述改性剂为SBS（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物）胶乳或SBR（丁二烯-苯乙烯共聚物）胶乳或SIS（苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物）胶乳中的一种以上，其固含量为35-50%。

生产一种改性沥青混合料的具体操作步骤如下：

1）集料加热

将集料加热至温度140℃～160℃，拌缸温度设定为140℃，将温度140℃～160℃的集料加入到拌缸中搅拌30秒；

2）沥青加热

将普通沥青加热至温度120℃-140℃；

3）拌合

将加热的普通沥青和外掺剂同时加入到温度140℃～160℃的集料中，搅拌40～60秒；再加入矿粉，搅拌30～60秒，出料，出料温度为100℃～120℃；即得改性沥青混合料。使用时，击实成型温度90℃～110℃。

所述集料为符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）技术要求的石料；所述普通沥青为重交石油沥青；所述矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到的矿粉，或者为水泥。

本发明与现有技术比较的有益技术效果体现在以下几个方面：

（1）本发明能降低能源消耗和环境污染。按照现行《公路沥青路面施工技术规范》中的技术要求，传统热拌沥青混合料的施工温度均较高。以普通重交70号沥青为例，沥青加热温度为155℃-165℃，集料加热温度比沥青温度高10℃-30℃，沥青混合料出料温度为155℃-165℃，混合料开始碾压温度正常施工是不低于130℃、低温施工不低于145℃；而聚合物改性沥青混合料施工温度更高，以SBS类改性沥青为例，沥青加热温度160℃-165℃，集料加热温度190℃-220℃，混合料出料温度为170℃-185℃，开始碾压温度不低于150℃。在上述施工条件下，沥青及集料加热消耗的能源大，并且会产生大量的有害气体，如一氧化碳、二氧化碳、二样化硫等。相对传统的热拌沥青混合料工艺，本发明中沥青、集料加热温度大幅度降低，能源消耗少。此外，沥青在加热时释放有害气体少；

（2）提升了沥青混合料性能。传统的热拌重交沥青混合料拌制需要将沥青加热至155℃以上，沥青老化严重。本发明中的外掺剂为包含水、阳离子乳化剂、稳定剂和改性剂的水乳型混合物。其中表面活性剂使得水与改性剂之间形成稳定的均匀混合物；稳定剂用于改善整个乳液的稳定状态，避免改性剂中的高分子聚合物离析。在混合料的制备过程中，加入本发明的外掺剂之后，通过乳化剂的作用降低水的表面张力，从而将水引入到沥青中形成混溶体，通过水分的润滑作用降低沥青的粘度，实现沥青混合料在相对较低温度条件下的拌合与施工；同时，乳化剂中的表面活性物质能改善沥青与混合料之间的粘附性，提高混合料的水稳性；此外，改性剂为高分子聚合物，其分散到沥青组分中，能显著提升沥青的各项力学性能，并且避免了因引入水分之后对沥青混合料粘附性、强度等造成的不利影响；

（3）能适应低温施工要求。本发明的混合料制备方法中，沥青混合料能在较低的温度下压实成型，具有更大的碾压温度范围，并且其各项力学指标能达到现有热拌的沥青混合料的要求，实际施工中受到气温等的影响较小，可以延长施工季节并保证施工质量；

（4）本发明的工艺相对简单。按照现行《公路沥青路面施工技术规范》中的技术要求，制备聚合物（SBS、SBR等）改性沥青混合料需要先进行沥青改性，沥青改性过程复杂，以SBS改性沥青为例，需要经过溶胀、剪切、发育三个过程，且每个过程的技术要求高。若采用改性乳化沥青制备沥青混合料，则需要先制备改性乳化沥青。本发明与传统的热拌混合料工艺比较，只增加了制备外掺剂环节；相对于利用乳化沥青制备温拌沥青混合料的工艺，则减少了制备乳化沥青的环节。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

制备外掺剂：

外掺剂的原料和质量：水600.0g（60%）、十八烷基二甲基溴化铵150.0g（15%）、氯化钙100.0g（10%）、SBS（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物）胶乳150.0g（15%）；其中SBS胶乳的固含量为35-50%；将水加热至50℃～80℃，加入十八烷基二甲基溴化铵溶解，再加入氯化钙和SBS胶乳，经过胶体磨研磨形成混合液，冷却备用。

制备改性沥青混合料：

改性沥青混合料的原料和质量：集料1126.8g（92%）、普通沥青49.0g（4%）、外掺剂36.7g（3%）、矿粉12.2g（1%）；所述集料为符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）技术要求的石料，普通沥青为重交石油沥青，矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到的矿粉。

具体制备操作步骤如下：

1）将集料加热至温度140℃，拌缸加热至温度140℃，将温度140℃的集料加入到拌缸中，搅拌30秒；

2）将普通沥青加热至温度120℃，备用；

3）将温度120℃的普通沥青和外掺剂同时加入到温度140℃的集料中，搅拌30秒；再加入矿粉，搅拌60秒；出料，出料温度为105℃；即得改性沥青混合料；进行试件击实成型马歇尔试件，击实成型温度92℃。

表1

试件编号	稳定度（KN）	流值（mm）
			1	13.95	3.6
2	12.76	3.4
			3	13.20	3.1

测得改性沥青混合料马歇尔试件的技术指标如表1所示。

实施例2：

制备外掺剂：

外掺剂的原料和质量：水600.0g（60%）、十八烷基二甲基溴化铵150.0g（15%）、氯化钙100.0g（10%）、SBR（丁二烯-苯乙烯共聚物）胶乳150.0g（15%）。；其中SBR胶乳的固含量为35-50%；将水加热至60℃，加入十八烷基二甲基溴化铵溶解，再加入氯化钙和SBS胶乳，经过胶体磨研磨形成混合液，冷却备用。

制备改性沥青混合料：

改性沥青混合料的原料和质量：集料1123.5g（92%）、普通沥青51.3g（4.2%）、外掺剂24.4g（2%）、矿粉22.0g（1.8%）；所述集料为符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）技术要求的石料，普通沥青为重交石油沥青，矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到的矿粉。

具体制备操作步骤如下：

1）将集料加热至温度160℃，拌缸加热至温度140℃，将温度160℃的集料加入到拌缸中，搅拌30秒；

2）将普通沥青加热至温度140℃，备用；

3）将温度140℃的普通沥青和外掺剂同时加入到温度160℃的集料中，搅拌40秒；再加入矿粉，搅拌40秒；出料，出料温度为118℃；即得改性沥青混合料；进行试件击实成型马歇尔试件，击实成型温度110℃。

表2

试件编号	稳定度（KN）	流值（mm）
			1	12.94	3.2
2	12.59	3.5
			3	13.18	3.4

测得改性沥青混合料马歇尔试件的技术指标如表2所示。

Claims (1)

1.一种改性沥青混合料，其特征在于：含有90％-94％集料、4％-6％普通沥青、3％-5％外掺剂、1％-4％矿粉，上述各组分含量之和为100％；

所述外掺剂含有60％-75％水、10％-20％阳离子表面活性剂、5％-15％稳定剂和15％-25％改性剂，外掺剂各组分含量之和为100％；首先将水加热至温度50℃～80℃，加入阳离子表面活性剂溶解，再加入改性剂和稳定剂，经过胶体磨研磨形成混合液，即得外掺剂；所述阳离子表面活性剂为十八烷基二甲基溴化铵；所述稳定剂为氯化钙或氯化铵或聚丙烯酰胺中的一种以上；所述改性剂为SBS胶乳或SBR胶乳或SIS胶乳中的一种以上，其固含量为35-50％；

所述普通沥青为重交石油沥青；所述矿粉为石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到的矿粉，或者为水泥；

制备改性沥青混合料的具体操作步骤如下：

1)集料加热

将集料加热至温度140℃～160℃，拌缸温度设定为140℃，将温度140℃～160℃的集料加入到拌缸中搅拌30秒；

2)沥青加热

将普通沥青加热至温度120℃-140℃；

3)拌合

将加热的普通沥青和外掺剂同时加入到温度140℃～160℃的集料中，搅拌40～60秒；再加入矿粉，搅拌30～60秒，出料，出料温度为100℃～120℃，即得改性沥青混合料；使用时，击实成型温度90℃～110℃。