CN104194356A - 一种热拌沥青路面抑烟剂及抑烟沥青的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热拌沥青路面抑烟剂，由重量百分比的以下组份组成：温拌剂7%-9%，经表面改性处理的氢氧化铝91%-93%。本发明还公开了一种抑烟沥青的制备方法，按照如下步骤制备：a）、将沥青加热至100-130℃，然后按照权利要求1的比例加入抑烟剂中的温拌剂，搅拌至均匀；b）、加入经表面改性处理后的氢氧化铝，搅拌至均匀；其中沥青与抑烟剂的重量百分比为95%-97%：3%-5%。本发明的抑烟剂能明显减少热拌沥青路面施工过程中的沥青烟的释放，抑烟剂的拌和温度低，不仅大大改善施工和生态环境，而且保护施工人员的身体健康，具有显著的社会和环保效益；同时，还能实现节能，减轻沥青老化，提高沥青路面的整体性、强度和耐久性等路用性能，具有明显的技术和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种热拌沥青路面抑烟剂，本发明还涉及用该沥青路面抑烟剂制备抑烟沥青的方法。
背景技术
由于具备行车舒适、噪音小、开放交通快、维修方便等优点，沥青路面广泛应用于我国高等级公路。随着我国高等级公路建设的快速发展，沥青路面铺筑的规模和数量日益扩大。目前，沥青路面的施工主要采用热拌法，即首先将沥青、砂石集料、矿粉等原材料预热到较高温度下（160℃以上）进行拌和，然后将拌和均匀的混合料在一定温度下进行摊铺和碾压。热拌法的特点在于利用高温降低沥青的粘度，从而确保沥青与无机矿料的充分拌匀以及混合料的足够碾压，使得沥青路面具有整体性好、强度高、耐久性好等优点。然而，热拌法同时存在一些缺点，比如沥青易老化、热能消耗大等。尤其值得关注的是，沥青在加热过程中会释放出大量的浓烟，其后果不仅影响施工环境和进度，而且对人体健康有害以及加速温室气体排放。特别对于某些空间相对封闭、通风条件较差的特殊施工环境（例如隧道沥青路面），沥青烟的影响程度更加严重。随着社会发展以及人们对环保、安全的重视，热拌沥青路面施工的沥青烟问题日渐凸显。因此，如何减少热拌沥青路面施工过程中的沥青烟，成为我国公路工程建设中亟待解决的主要问题之一。针对上述问题，目前主要有两种做法：一是采用冷拌法，即利用乳化沥青或液体沥青的流动性，在常温下（30℃左右）完成混合料的拌和、摊铺和碾压。冷拌法具有施工环保（不释放沥青烟）、节能、混合料易于储存等优点，但其混合料路用性能较差，无法适用于高等级沥青路面。二是采用温拌法，即利用温拌剂降低沥青的高温粘度，从而实现在较低温度下（130℃左右）的拌和、摊铺和碾压。温拌法的施工温度比热拌法可降低30℃左右，因此较热拌法具有环保、节能、沥青老化程度轻等优点，但其混合料性能总体上比热拌沥青混合料差，且随温拌剂品种不同，混合料的质量波动较大。目前市场上温拌剂品牌较多，然而使用效果各异。
牛玲发表的论文<温拌剂与阻燃剂在丹通高速公路隧道路面表面层SMA沥青混合料中的应用>（北方交通 第二期），公开了将温拌剂和阻燃剂混合使用在高速公路路面上，有效解决了施工过程中环保问题，抑烟效果也好，但是，该论文中的阻燃剂为APFR硅铝系列阻燃剂，为一种同时使用磷、氮、镁、铝等多组分化合物复配制成的混合型阻燃剂，制备工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备工艺简单、成本低、抑烟效果好的热拌沥青路面抑烟剂，本发明还提供了该种抑烟剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：一种热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：由重量百分比的以下组份组成：
温拌剂 7%-9%，
经表面改性处理的氢氧化铝 91%-93%。
上述技术方案中：温拌剂本质上是一种有机表面活性剂，其结构中含有分布于两端的亲水基和亲油基，上述两种基团因极性差异会在水溶液中形成定向排列。温拌剂与沥青接触时，其亲油基团定向吸附于沥青表面，而亲水基团吸附水分子并在沥青表面形成一层润滑层，致使沥青混合料的施工和易性大大改善，因此可降低热拌沥青路面的施工温度。换言之，温拌剂的作用在于降低混合料的总热量，从而减少沥青加热程度和沥青烟的释放。
氢氧化铝是一种无机阻燃剂，成本低，随着周围温度升高，它可吸热分解并释放出水蒸气，因此能够吸收热拌沥青路面施工过程中的多余热量。同时，氢氧化铝分解后的氧化铝比表面积较大，能吸附沥青烟固体颗粒；氢氧化铝还能与沥青烟雾中酸性物质反应而减少烟量。换言之，氢氧化铝的作用在于吸收周围热量、吸附沥青烟颗粒和减少烟量，从而减少沥青温升和沥青烟的释放。并且氢氧化铝本身为无机阻燃剂，无毒。
氢氧化铝极性较大，与沥青的相容性较差，直接加入沥青中易出现分层、离析等现象从而影响阻燃效果。经过表面改性处理后，氢氧化铝的极性明显降低，因此改善了其与沥青的相容性，从而保证了抑烟沥青的使用效果。
本发明采用温拌剂和经过表面改性处理的氢氧化铝结合制成抑烟剂，温拌剂是基于施工温度角度，通过降低拌和温度以减少沥青烟的释放；而氢氧化铝则基于沥青温度角度，主要通过降低沥青表面温度以减少沥青烟的释放。将上述两种物质共同使用，一方面温拌剂能够减少沥青的总吸热量，另一方面氢氧化铝能够减少沥青的实际吸热量，两者复配发挥协同效应，从而有效降低沥青表面温度和减少沥青烟的释放。
试验结果表明，加入上述抑烟剂的抑烟沥青不仅在热拌沥青路面施工过程中沥青烟释放明显减少，沥青烟的浓度降低至2mg/m3左右。而且路用性能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求。
优选为：所述温拌剂为乳化型温拌剂。能将拌和温度降低至100-130℃，节能30%，能减少二氧化碳50%，减少70%的粉尘。
作为优选：所述乳化型温拌剂为EvothermTM 3G、LBW-1、KZW-50、XT-1、DXH中的一种或多种。
在上述技术方案中：所述乳化型温拌剂为EvothermTM 3G。EvothermTM 3G是一种在使用方法上经过改进的表面活性剂浓缩液，使用时无需用水稀释，可直接加入，制备工艺简单。
在上述技术方案中：所述氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥1-3h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。氢氧化铝经过硅烷表面改性处理后，极性明显降低，改善了其与沥青的相容性，从而保证了抑烟沥青的使用效果。
本发明的另一目的是这样实现的：一种抑烟沥青的制备方法，其特征在于：按照如下步骤制备：
a）、将沥青加热至100-130℃，然后按照权利要求1的比例加入抑烟剂中的温拌剂，搅拌至均匀；
b）、加入经表面改性处理后的氢氧化铝，搅拌至均匀得到产品；其中沥青与抑烟剂的重量百分比为95%-97%：3%-5%。
该制备方法工艺简单，抑烟剂的拌和温度为100-130℃。施工温度低，更加节能和环保。试验结果表明，经上述工艺加入抑烟剂的抑烟沥青不仅在热拌沥青路面施工过程中沥青烟释放明显减少，沥青烟的浓度降低至2mg/m3左右。而且路用性能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求。
在上述技术方案：为了改善氢氧化铝与沥青的相容性，步骤b）中，所述氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥1-3h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
有益效果：本发明的抑烟剂能明显减少热拌沥青路面施工过程中的沥青烟的释放，在抑烟沥青的制备工艺中，抑烟剂的拌和温度低，不仅大大改善施工和生态环境，而且保护施工人员的身体健康，具有显著的社会和环保效益；同时，还能实现节能，减轻沥青老化，提高沥青路面的整体性、强度和耐久性等路用性能，本发明仅选择氢氧化铝阻燃剂，成本低，具有明显的技术和经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
取97kg SBS改性沥青、抑烟剂3kg。
其中抑烟剂包括0.21kg的温拌剂KZW-50（产自天津康泽威科技有限公司）和2.79kg的经表面改性处理过的氢氧化铝。
氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥3h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为20：72：8。
将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂，搅拌一定时间至均匀；
再加入氢氧化铝，搅拌一定时间至均匀得到抑烟沥青。
试验表明，所得抑烟沥青的性能如表1所示。
表1 抑烟沥青的性能指标结果
实施例2
取95kg SBS改性沥青、抑烟剂5kg。
其中抑烟剂包括0.45kg的温拌剂EvothermTM 3G（产自美国MeadWestvaco公司）和4.55kg的经表面改性处理过的氢氧化铝。
氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥2h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂，搅拌一定时间至均匀；
再加入氢氧化铝，搅拌一定时间至均匀得到抑烟沥青。
试验表明，所得抑烟沥青的性能如表2所示。
表2 抑烟沥青的性能指标结果
实施例3
取96kg SBS改性沥青、抑烟剂4kg。
其中抑烟剂包括0.32kg的温拌剂LBW-1（产自石家庄路邦科技有限公司）和3.68kg的经表面改性处理过的氢氧化铝。
氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥1h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂，搅拌一定时间至均匀；
再加入氢氧化铝，搅拌一定时间至均匀得到抑烟沥青。
试验表明，所得抑烟沥青的性能如表3所示。
表3 抑烟沥青的性能指标结果
实施例4
取96kg SBS改性沥青、抑烟剂4kg。
抑烟剂包括0.32kg XT-1（产自常州信拓化工科技有限公司）、3.68kg经表面改性处理过的氢氧化铝。
氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥2h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂，搅拌一定时间至均匀；
再加入氢氧化铝，搅拌一定时间至均匀得到抑烟沥青。
试验表明，所得抑烟沥青的性能如表4所示。
表4 抑烟沥青的性能指标结果
实施例5-7，其它与实施例2相同，不同的是，阻燃剂分别采用的是经表面改性处理的氢氧化镁、三氧化二锑和硼酸锌，实验表明，所得抑烟沥青空气中沥青烟浓度分别为10.47 mg/m3、13.04 mg/m3、10.54mg/ m3，其抑烟效果均比本发明的氢氧化铝差。氢氧化铝的抑烟效果优于大多数常用的无机阻燃剂。
实施例8
取95kg SBS改性沥青、抑烟剂5kg。
其中抑烟剂包括0.45kg的温拌剂EvothermTM 3G（产自美国MeadWestvaco公司）和4.55kg氢氧化铝。
然后将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂，搅拌一定时间至均匀；
再加入氢氧化铝，搅拌一定时间至均匀得到抑烟沥青。
实验表明，所得抑烟沥青空气中沥青烟浓度为12.26 mg/m3。
实施例9
a、取97kg SBS改性沥青，将沥青加热至100-130℃，然后加入温拌剂EvothermTM 3G，搅拌均匀。
b、取97kg SBS改性沥青，将沥青加热至135-155℃（有机降粘型温拌剂要求拌和温度为135-155℃），然后加入温拌剂sasobit（有机降粘型），搅拌均匀。
c、取97kg SBS改性沥青，将沥青加热至100-120℃（发泡降粘型温拌剂要求拌和温度为100-120℃），然后加入温拌剂WAM-Foam（发泡降粘型），搅拌均匀。
试验表明，所得抑烟沥青的抑烟效果见表5。
表5 不同种类温拌剂的抑烟沥青性能
从表中看出，乳化型温拌剂的抑烟效果较好。
以上详细描述了本实用发明的较佳具体实施例。如乳化型温拌剂还可以为EvothermTM 3G、LBW-1、KZW-50、XT-1、DXH中的一种或多种，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：由重量百分比的以下组份组成：
温拌剂 7%-9%，
经表面改性处理的氢氧化铝 91%-93%。
2.根据权利要求1所述热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：所述温拌剂为乳化型温拌剂。
3.根据权利要求2所述热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：所述乳化型温拌剂为EvothermTM3G、LBW-1、KZW-50、XT-1、DXH中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2或3所述热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：所述乳化型温拌剂为EvothermTM 3G。
5.根据权利要求1或2所述热拌沥青路面抑烟剂，其特征在于：所述氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥1-3h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
6.一种抑烟沥青的制备方法，其特征在于：按照如下步骤制备：
a）、将沥青加热至100-130℃，然后按照权利要求1的比例加入抑烟剂中的温拌剂，搅拌至均匀；
b）、加入经表面改性处理后的氢氧化铝，搅拌至均匀得到产品；其中沥青与抑烟剂的重量百分比为95%-97%：3%-5%。
7.根据权利要求6所述用热拌沥青路面抑烟剂制备抑烟沥青的方法，其特征在于：步骤b）中，所述氢氧化铝表面改性处理的工艺为：将氢氧化铝在100-130℃干燥1-3h，然后将硅烷乙醇水溶液均匀喷洒在氢氧化铝表面，混合均匀，得到表面改性处理后的氢氧化铝；所述硅烷乙醇水溶液中硅烷、乙醇和水的体积比为：20：72：8。
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