CN103951322A - 可储存式水性冷拌乳化沥青混合料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可储存式水性冷拌乳化沥青混合料，质量配比如下：石料100、电荷调节剂2~4、水性冷拌乳化沥青5~6、柴油乳液0.2~0.4；电荷调节剂质量配比：碳酸钠2~4、氢氧化钠0.5~1、水95.5~97；柴油乳液质量配比：柴油70、水30、TX-4为0.006；水性冷拌乳化沥青质量配比：三元两性表面活性剂水溶液60~70、沥青混合液30~40及保水剂0.03~0.04；三元两性表面活性剂水溶液质量配比：糊状三元两性表面活性剂2、水98；糊状三元两性表面活性剂质量配比为三元两性表面活性剂50、水50，其中三元两性表面活性剂为木质素等的五种；沥青混合液质量配比：沥青93.5~94.5、环烷油5~6、卡洛胺0.5。

Description

可储存式水性冷拌乳化沥青混合料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种溶剂法冷拌乳化沥青混合料及制备方法，尤其是一种储存期可达六个月且性能指标符合标准要求的可储存式水性冷拌乳化沥青混合料及制备方法。

背景技术

目前，冷拌沥青混合料包括溶剂性冷拌沥青混合料和水性冷拌沥青混合料两种。溶剂性冷拌沥青混合料的最大优点是储存期长。但是其生产成本较高，在生产过程中需要添加大量（17~25%沥青质量）的可挥发性有机溶剂，如汽油、柴油、环氧稀释剂等，不仅不利于环境保护，还影响操作人员的身体健康，而且因可挥发溶剂属于易燃易爆品，生产场所存在着安全隐患。另外，沥青中残留较多挥发性有机溶剂，严重影响沥青使用性能，导致铺设面出现龟裂等现象；水性冷拌沥青混合料是由一定比例的石料、细集料以及填料组成的规定级配矿料，再与乳化沥青和水拌合而成，因无需大量可挥发性有机溶剂，克服了溶剂性冷拌沥青混合料所存在的缺点，但是却存在着无法储存的问题，生产后必须立即（数小时）使用，否则会因乳化沥青破乳析出沥青，造成混合料结块，失去了施工的合易性，因此现有的水性冷拌沥青混合料多用于大面积基层、垫层施工中，广泛使用受到限制。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，将溶剂型冷拌长期储存性与水性冷拌型经济性及安全性结合。以水性冷拌为技术基础，在乳化沥青中使用少量有机溶剂乳液制备储存期可达六个月，且性能指标符合标准要求的可储存式水性冷拌乳化沥青混合料。

本发明的技术解决方案是：一种可储存式水性冷拌乳化沥青混合料，其特征在于各组分质量配比如下：石料100、电荷调节剂2~4、水性冷拌乳化沥青5~6、柴油乳液0.2~0.4；

所述电荷调节剂的组分质量配比：碳酸钠2~4、氢氧化钠0.5~1、水95.5~97；

所述柴油乳液的组分质量配比：柴油70、水30、TX-4为0.006；

所述水性冷拌乳化沥青的组分质量配比：三元两性表面活性剂水溶液30~40、沥青混合液60~70及保水剂0.03~0.04；

所述三元两性表面活性剂水溶液的组分质量配比：糊状三元两性表面活性剂2、水98；所述糊状三元两性表面活性剂的组分质量配比为三元两性表面活性剂50、水50，其中三元两性表面活性剂为木质素、脂肪酸钠、双十二烷基羧酸钠、四乙二胺、十六烷基丙撑三胺、NP、OP、AEC、五钠、三聚磷酸钠中的五种；

所述沥青混合液的组分质量配比：沥青93.5~94.5、环烷油5~6、卡洛胺0.5。

一种上述可储存式水性冷拌乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

a. 将碳酸钠、氢氧化钠及水搅拌均匀，制成电荷调节剂；

b. 将柴油、水、TX-4搅拌均匀，制备成柴油乳液；

c. 将三元两性表面活性剂与水混合制成糊状三元两性表面活性剂，再将糊状三元两性表面活性剂与60~80℃的水混合，搅拌均匀制成三元两性表面活性剂水溶液，所述三元两性表面活性剂为木质素、脂肪酸钠、双十二烷基羧酸钠、四乙二胺、十六烷基丙撑三胺、NP、OP、AEC、五钠、三聚磷酸钠中的五种；

d. 将沥青加热至110~130℃与环烷油、卡洛胺混合，制成沥青混合液；

e. 取三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂混合制成水性冷拌乳化沥青；

f. 取石料与电荷调节剂混合，搅拌至石料表面全部润湿，将水性冷拌乳化沥青加入石料搅拌均匀，再加入柴油乳液，继续搅拌均匀即可。

本发明采用三元两性表面活性剂，将熔融沥青、无挥发溶剂与抗剥离剂乳化并加入保水剂，形成稳定的复合型水性乳液，为长期储存奠定基础；再与一定级配的石料、电荷调节剂及少量经乳化的可挥发性有机溶剂混合，经测试，各项性能指标均符合水性冷拌沥青混合料的标准要求，可在大部分气候条件下施工使用且施工后可立即开放交通，更主要的是储存期可达六个月。本发明储存期长，适用范围不受限制，不仅可用于大面积基层、垫层施工，而且还可应用于道路的坑槽快速修复及小面积摊铺；因所含可挥发性有机溶剂极少（约占沥青质量的3~6%），克服了现有溶剂性冷拌沥青所因可挥发性有机溶剂残留量高所存在的种种问题。

具体实施方式

实施例1：

a．将碳酸钠、氢氧化钠及水搅拌均匀，制成电荷调节剂，碳酸钠、氢氧化钠及水的质量比为4：0.5：95.5；

b．将柴油、水及乳化剂TX-4搅拌均匀，制成柴油乳液，柴油、水、TX-4的质量比为70：30：0.006；

c. 将三元两性表面活性剂与水混合制成糊状三元两性表面活性剂，三元两性表面活性剂与水的质量比为50：50，所述三元两性表面活性剂由100目木质素、脂肪酸钠、四乙二胺、 OP及三聚磷酸钠构成，其质量比为木质素30、脂肪酸钠10、四乙二胺2、OP2、三聚磷酸钠6；再将糊状三元两性表面活性剂与60℃的水混合，搅拌均匀制成三元两性表面活性剂水溶液，糊状三元两性表面活性剂与水的质量比为2：98；

d. 将沥青加热至110℃与环烷油、卡洛胺混合，制成沥青混合液；沥青、环烷油、卡洛胺的质量比为94.5：5：0.5；

e. 取三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂（丙二醇）混合制成水性冷拌乳化沥青；三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液、保水剂质量比为40：60： 0.03；

f. 取石料与电荷调节剂混合，石料与电荷调节剂的质量比为100：4，搅拌至石料表面全部润湿，将水性冷拌乳化沥青加入石料搅拌20S，再加入柴油乳液混合搅拌20S即可，石料与水性冷拌乳化沥青、柴油乳液的质量比100：5：0.2。

实施例2：

a．将碳酸钠、氢氧化钠及水搅拌均匀，制成电荷调节剂，碳酸钠、氢氧化钠及水的质量比为2：1：97；

b．将柴油、水及乳化剂TX-4搅拌均匀，制成柴油乳液，柴油、水、TX-4的质量比为70：30：0.006；

c. 将三元两性表面活性剂与水混合制成糊状三元两性表面活性剂，三元两性表面活性剂与水的质量比为50：50，所述三元两性表面活性剂由120目木质素、脂肪酸钠、双十二烷基羧酸钠、NP 及三聚磷酸钠构成，其质量比为木质素30、脂肪酸钠7、双十二烷基羧酸钠3、NP 3及三聚磷酸钠7；再将糊状三元两性表面活性剂与80℃的水混合，搅拌均匀制成三元两性表面活性剂水溶液，糊状三元两性表面活性剂与水的质量比为3：97；

d. 将沥青加热至120℃与环烷油、卡洛胺混合，制成沥青混合液；沥青、环烷油、卡洛胺的质量比为93.5：6：0.5；

e. 取三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂混合制成水性冷拌乳化沥青；三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂的质量比为30：70：0.04；

f. 取石料与电荷调节剂混合，石料与电荷调节剂的质量比为100：4，搅拌至石料表面全部润湿，将水性冷拌乳化沥青加入石料搅拌20s，再加入柴油乳液搅拌20S即可，石料与水性冷拌乳化沥青、柴油乳液的质量比100：6：0.4。

实施例3：

a. 将碳酸钠、氢氧化钠及水搅拌均匀，制成电荷调节剂，碳酸钠、氢氧化钠及水的质量比为3：0.5：96.5；

b．将柴油、水及乳化剂TX-4搅拌均匀，制成柴油乳液，柴油、水、TX-4的质量比为70：30：0.006；

c. 将三元两性表面活性剂与水混合制成糊状三元两性表面活性剂，三元两性表面活性剂与水的质量比为50：50，所述三元两性表面活性剂由120目木质素、脂肪酸钠、十六烷基丙撑三胺、AEC及五钠构成，其质量比为木质素28、脂肪酸钠10、十六烷基丙撑三胺4、AEC 3、五钠5；再将糊状三元两性表面活性剂与70℃的水混合，搅拌均匀制成三元两性表面活性剂水溶液，糊状三元两性表面活性剂与水的质量比为2：98；

d. 将沥青加热至120℃与环烷油、卡洛胺混合，制成沥青混合液；沥青、环烷油、卡洛胺的质量比为94.5：5：0.5；

e. 取三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂混合制成水性冷拌乳化沥青；三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂的质量比为35：65：0.035；

f. 取石料与电荷调节剂混合，石料与电荷调节剂的质量比为100：3，搅拌至石料表面全部润湿，将水性冷拌乳化沥青加入石料搅拌20S，再加入柴油乳液混合搅拌20S即可，石料与水性冷拌乳化沥青、柴油乳液的质量比100：6：0.4。

原理：本发明采用HLB值较小的亲油性表面活性剂TX-4对柴油进行乳化，目的在于使柴油乳液形成W/O的分子排列形态；采用HLB值近似于8的复合型三元两性表面活性剂进行乳化，对基质沥青进行熔融分散式搅拌乳化，形成O/W型乳化沥青。

在生产过程中，上述两种不同类型的乳液相接触的过程中，由于添加了电荷调节液，通过电子迁移作用，使柴油乳液的电位产生偏移，柴油乳液中的亲水相向外扩张，使亲油相（柴油）与沥青相结合，通过强制搅拌使柴油进一步与沥青发生溶解作用，同时沥青乳液中亲水相与石料通过电荷的作用紧密结合，外相溶解后的沥青将石料表面的乳化沥青完全密封，这种双层保湿作用在相对密封的环境中可达到了乳化沥青混合料的长期储存性能。在使用过程中，由于混合料表面的沥青受到柴油的溶解作用，表面柔软，可通过挤压的作用，集料表面乳化沥青中的水分可迅速排除，实现了冷拌料即时成型的技术特点，达到与稀释沥青混合料同样的路用效果。

本发明实施例1、2、3的实验如下：

1．长期储存性能实验

参考北京交通科学研究院对冷拌料长期储存性能试验方法，取包装室外遮阳储存6个月的本发明实施例1、2、3各2kg分别为样品1、2、3，首先对样品1、2、3进行表面观察，其结果是均保持湿润、松散；将样品1、2、3分别放置在400×400mm盘中，厚度不超过50mm，用铁铲拌合操作，铲子很容易插入试样，拌合容易，拌合性能良好。

2．抗剥离实验

取生产后1天的本发明实施例1、2、3，分别为样品1、2、3，根据《公路工程沥青及其沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0654-2011乳化沥青与粗集料表面粘附性实验，其结果样品1、2、3均符合标准要求。

3．路用性能试验

根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004  8.4.2冷补沥青混合料技术要求，进行下列实验：

3.1粘聚性试验

取生产后1天和6个月后的本发明实施例1、2、3各800g为样品1、样品2、样品3，分别装入马氏模具中，放入4℃恒温环境中2~3小时，取出后双面各击实5次，脱模后放在标准筛中摇晃20次，结果如下表： 

从破损率1天样与6个月后样试验数据看，随着有机溶剂挥发，沥青性能有所恢复，破损率呈下降。

3.2  石料级配

本发明实施例1、2、3均采用LB-13型混合料级配设计，根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004  8.4.2冷补沥青混合料技术要求，筛分结果如下表：

筛孔	16.0	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											标准	100	90~100	60~95	30~60	10~40	5~20	0~15	0~12	0~8	0~5
实际	100	93.4	74.3	41.5	29.2	13.5	8.8	5.3	3.2	1.3

3.3马歇尔实验

从生产后1天及6个月后的实施例1、2、3中各称取三件样品，即样品1、2、3、4、5、6、7、8、9，每件样品称取1180g，分别将样品在常温下装入试模中，双面各击实50次，连同试模一起以侧面竖立方式置于110℃烘箱中养生24h，取出后再双面各击实25次，之后连同试模在室温中竖立放置24h，脱模后60℃恒温水槽中养生30min，进行马歇尔试验。马歇尔稳定度MS参照JTG F40-2004中其他等级公路要求不小于5kN，结果如下表：

随着沥青中溶剂挥发，溶剂对沥青性能影响减弱，稳定度有所提高，利于应用。

结论：本发明实施例各项性能指标符合标准要求，储存期可达6个月。

Claims (2)

1.一种可储存式水性冷拌乳化沥青混合料，其特征在于各组分质量配比如下：石料100、电荷调节剂2~4、水性冷拌乳化沥青5~6、柴油乳液0.2~0.4；

所述电荷调节剂的组分质量配比：碳酸钠2~4、氢氧化钠0.5~1、水95.5~97；

所述柴油乳液的组分质量配比：柴油70、水30、TX-4为0.006；

所述水性冷拌乳化沥青的组分质量配比：三元两性表面活性剂水溶液30~40、沥青混合液60~70及保水剂0.03~0.04；

所述三元两性表面活性剂水溶液的组分质量配比：糊状三元两性表面活性剂2、水98；所述糊状三元两性表面活性剂的组分质量配比为三元两性表面活性剂50、水50，其中三元两性表面活性剂为木质素、脂肪酸钠、双十二烷基羧酸钠、四乙二胺、十六烷基丙撑三胺、NP、OP、AEC、五钠、三聚磷酸钠中的五种；

所述沥青混合液的组分质量配比：沥青93.5~94.5、环烷油5~6、卡洛胺0.5。

2.一种如权利要求1所述可储存式水性冷拌乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

a. 将碳酸钠、氢氧化钠及水搅拌均匀，制成电荷调节剂；

b. 将柴油、水、TX-4搅拌均匀，制备成柴油乳液；

c. 将三元两性表面活性剂与水混合制成糊状三元两性表面活性剂，再将糊状三元两性表面活性剂与60~80℃的水混合，搅拌均匀制成三元两性表面活性剂水溶液，所述三元两性表面活性剂为木质素、脂肪酸钠、双十二烷基羧酸钠、四乙二胺、十六烷基丙撑三胺、NP、OP、AEC、五钠、三聚磷酸钠中的五种；

d. 将沥青加热至110~130℃与环烷油、卡洛胺混合，制成沥青混合液；

e. 取三元两性表面活性剂水溶液、沥青混合液与保水剂混合制成水性冷拌乳化沥青；

f. 取石料与电荷调节剂混合，搅拌至石料表面全部润湿，将水性冷拌乳化沥青加入石料搅拌均匀，再加入柴油乳液，继续搅拌均匀即可。