CN104250443A - 高铁用改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高铁改性乳化沥青技术领域，具体涉及一种以丁苯胶乳和乙烯-醋酸乙烯乳液复合做为主要改性材料，制备改性乳化沥青及其制备方法。本发明所述的高铁用改性乳化沥青，由以下质量份的原料组成：沥青，58～63份；丁苯胶乳，2～10份；乙烯-醋酸乙烯乳液，1～8份，复合乳化剂0.5～8份，稳定剂0.01～2份，酸0.1～3份，水35～40份。本发明制备的高铁用改性乳化沥青能提高沥青的低温延伸度，改善沥青的低温性能和抗冻性，提高了沥青的耐老化性和耐候性，与砂浆拌合性好，能显著提高CA砂浆的可工作时间和早期强度，特别是一天强度大于0.1MPa。与现有技术相比，本发明的改性乳化沥青具有制备工艺简便，设备简单。

Description

高铁用改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于高铁改性乳化沥青技术领域，具体涉及一种以丁苯胶乳和乙烯-醋酸乙烯乳液复合做为主要改性材料，制备改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术

现有制备改性乳化沥青的方法主要有两种：（一）直接乳化聚合物改性沥青法；（二）聚合物乳液改性乳化沥青法。直接乳化聚合物改性沥青法对乳化剂、乳化工艺和乳化设备都有较高要求，并且改性剂的加入量一般不超过5%，若超过5%，改性乳化沥青质量和稳定性都较差。聚合物乳液改性乳化沥青法是最经济方便的制备改性乳化沥青的方法。聚合物乳液改性乳化沥青的制备方法有外掺法和内掺法。外掺法是聚合物乳液直接加入成品乳化沥青中经搅拌均匀成为改性乳化沥青。内掺法是聚合物乳液加入乳化剂水溶液中，和沥青一起乳化制备成为改性乳化沥青。

中国专利CN02160143.7和CN200810032851.9中改性乳化沥青的制备方法是先将胶乳加入沥青中制成沥青胶乳，然后进行乳化，属乳化聚合物改性沥青法。

中国专利CN02160148.8中改性乳化沥青的制备方法为外掺法，适用于公路稀浆封层微表处理。

中国专利CN101643587中乳化沥青的制备方法是先将SBS加入沥青中制备成改性沥青，然后将改性沥青乳化制备成SBS改性乳化沥青，在SBS改性乳化沥青里再加入SBR乳液经过搅拌制得CA砂浆用高粘乳化沥青。该配方能提高沥青乳化液耐高温抗低温能力，但制备工艺比较复杂，能耗高，因为SBS先改性沥青后乳化，乳化要求工艺条件比较高。

用来制备改性乳化沥青的聚合物乳液可分为橡胶乳液和树脂乳液，常见的合成橡胶乳液有丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳等；常见的合成树脂乳液有丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液等。这些乳液有的与乳化沥青配伍性好，提高沥青的低温性能或高温性能，有的与砂浆配伍性好，提高砂浆的粘结性和强度，通常情况下二者不能兼顾。现在高铁施工中应用的改性乳化沥青为SBS改性乳化沥青，既可以提高沥青的高温和低温性能，与砂浆也有较好的配伍性，但需要先用SBS对沥青进行改性然后再进行乳化，制备工艺复杂，能耗高，改性后的沥青乳化困难，乳化沥青的颗粒比较大，往往达不到高铁专用乳化沥青70%颗粒小于5μm的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铁用改性乳化沥青及其制备方法，该改性乳化沥青不仅能改善沥青的高温和低温性能，提高沥青的耐老化性和耐候性，还与水泥砂浆的相容性好，提高水泥乳化沥青砂浆的早期强度、可工作时间和抗冻性综合性能。

本发明所述的高铁用改性乳化沥青，由以下质量份的原料组成：沥青，58～63份；丁苯胶乳，2～10份；乙烯-醋酸乙烯乳液，1～8份，复合乳化剂0.5～8份，稳定剂0.01～2份，酸0.1～3份，水35～40份。

所述的高铁用改性乳化沥青，所用的改性剂为两种性能不同的乳液复合，一种为橡胶乳液，可以极大地提高沥青的低温性能；一种为树脂乳液，与水泥相容性好，可以提高砂浆的粘结性和早期强度。该改性乳化沥青既能改善沥青性能又能提高水泥乳化沥青砂浆综合性能，尤其是水泥乳化沥青砂浆的早期强度、抗冻性和耐候性。

所述的沥青为重交沥青，可以是50#、70#、90#、110#中的一种，优选70#、90#重交沥青。

所述的丁苯胶乳为阴离子乳聚型，固含量为40～60%，其中苯乙烯单体质量含量为丁苯橡胶的20～50%。该丁苯胶乳与沥青相容性好，有更好的耐低温性能和抗冻性。

所述的乙烯-醋酸乙烯乳液为阴离子乳聚型，固含量为50～60%，乙烯单体质量含量为10～30%。该乳液具有良好的耐水性、耐酸碱性和耐候性，对水泥有较好的改性效果，同时对基质沥青的耐热性、低温性、弹性、韧性也有较大提高。

所述的复合乳化剂由非离子乳化剂和阳离子乳化剂组成。

非离子乳化剂可以为聚氧乙烯醚类如辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷聚氧乙烯醚、羟基化烷基聚氧乙烯醚、松香酸聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚，脂肪酸脂类如失水山梨醇脂肪酸酯中的任一种，优选辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种，辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚的乙氧基数为8-30，乙氧基数只有在8以上乳化剂才有良好的水溶性。

阳离子乳化剂可以为烷基胺类如烷基丙烯二胺、烷基丙烯三胺，酰胺类如N-氨乙基酰胺、硬脂酸酰胺基多胺，咪唑啉类如1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2、1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2盐酸盐，环氧乙烷二胺类、胺化木质素类如3木素-2-羟基-1-三甲氯化铵，季胺盐类如十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基吡啶阳离子氯化铵、十四烷基酰胺丙基二甲基苄基氯化铵上述乳化剂中的一种或一种以上混合物。优选十八烷基三甲基氯化铵、烷基双季铵盐或胺化木质素中的一种或多种。

所述的稳定剂可以是有机高分子材料也可以是无机盐。

有机高分子材料可以为甲基纤维素、聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素中的一种或一种以上混合物。这些有机高分子材料可以提高水相的黏度和密度，增加沥青微粒布朗运动的阻力，提高改性乳化沥青体系的稳定性。优选聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酰胺。无机盐可以为氯化钙、氯化铵、氯化铁、氯化镁、氯化铬中的一种或一种以上混合物。

无机盐的加入可以增强乳液颗粒周围的双电层效应，增大ξ电位值，增加颗粒间的相互排斥利，减缓颗粒间的凝聚速度，提高乳化能力，提高乳液的稳定性，特别是低温贮存稳定性，还可以减少季铵盐类乳化剂的用量。优选氯化钙和氯化铵。

所述的酸为无机酸或有机酸，无机酸优选盐酸、硝酸或磷酸，有机酸优选甲酸、醋酸、丙烯酸、丁二酸或已二酸。酸的加入可以调节PH值，增加改性乳化沥青体系的稳定性，同时可以减少乳化剂用量。优选盐酸和己二酸。

本发明高铁改性乳化沥青的制备方法为：

将复合乳化剂加入到50～65℃的水中溶解后，依次加入丁苯胶乳、乙烯-醋酸乙烯乳液、稳定剂，经搅拌，再加入酸调pH为3～5，制备成乳化液加入胶体磨中，在胶体磨作用下，将温度为130～140℃的热沥青均匀加入到胶体磨中，再乳化2～5min即可得到本发明产品。

本发明制备的改性乳化沥青，乳化沥青颗粒细腻，85%以上颗粒小于5μm。

本发明具有如下有益效果：

本发明制备的高铁用改性乳化沥青能提高沥青的低温延伸度，改善沥青的低温性能和抗冻性，提高了沥青的耐老化性和耐候性，与砂浆拌合性好，能显著提高CA砂浆的可工作时间和早期强度，特别是一天强度大于0.1MPa。与现有技术相比，本发明的改性乳化沥青具有制备工艺简便，设备简单，根据严寒地区的环境需要，改性剂的加入量可以随时调整等特点。用该改性乳化沥青铺建的板式无砟轨道可以提高轨道板的使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1～3中所用的沥青是110#重交沥青，实施例4～6中所用沥青是90#重交沥青，实施例7～9中所用的沥青是70#重交沥青。

实施例1～3中所用的丁苯胶乳固含量为50%，苯乙烯单体质量含量为47%，实施例4～6中所用的丁苯胶乳固含量为40%，苯乙烯单体质量含量为26%，实施例7～9中所用的丁苯胶乳固含量为25%，苯乙烯单体质量含量为23%。

实施例1～9中所用的乙烯－醋酸乙烯固含量为55%，乙烯单体质量含量为16%。

实施例1

本发明高铁改性乳化沥青由以下质量份的原料组成：沥青58份，丁苯胶乳5份，乙烯-醋酸乙烯乳液5份，复合乳化剂3份（非离子乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚op-100.5份，阳离子乳化剂十八烷基三甲基氯化铵(1831)2份，阳离子乳化剂胺化木质素RH-C010.5份），氯化钙1份，盐酸0.3份，水35份。

本发明高铁改性乳化沥青的制备方法为：

将复合乳化剂加入到65±2℃的水中溶解后，依次加入丁苯胶乳、乙烯-醋酸乙烯乳液、稳定剂，经搅拌再加入酸调pH为5制备成乳化液加入胶体磨中，在胶体磨作用下，将温度为135±3℃的热沥青均匀加入到胶体磨中，沥青加完后再乳化2min即可得到高铁改性乳化沥青。

将本发明制备的高铁改性乳化沥青进行蒸发残留物和水泥砂浆拌合，以分析检测改性沥青的低温性能和水泥乳化沥青砂浆的流动性、早期抗压强度、抗冻性和耐候性。按高铁施工时的水泥乳化沥青砂浆制备工艺进行拌合，所用原料包括：粉体（水泥、细骨料、铝粉、混合料）、改性乳化沥青、消泡剂、引气剂、水，各原料配比见表1。

表1水泥乳化沥青砂浆原料配比表（重量份）

实施例2-9的制备方法与实施例1相同，高铁改性乳化沥青的组分见表2。通过9个实施例，将制备的高铁改性乳化沥青及高铁水泥乳化沥青砂浆进行分析，检测主要性能指标，并与未改性的高铁乳化沥青对比，用以说明本发明改性剂的良好性能。主要性能指标见表3和表4。

表2高铁改性乳化沥青组成表

表3高铁改性乳化沥青低温性能表

表4高铁水泥乳化沥青砂浆主要性能指标表

表4中的指标为《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》中的技术指标。

从表3和表4可以看出，本发明制备的改性乳化沥青可以改善沥青的低温性能，与未改性相比，可以大幅度提高沥青的低温延伸度，并能满足砂浆的性能要求，特别是改善抗冻性和耐候性，表现出优异的性能。

Claims (10)

1.一种高铁用改性乳化沥青，其特征在于由如下重量份数的原料制成：

沥青                58～63份

丁苯胶乳            2～10份

乙烯-醋酸乙烯乳液   1～8份

复合乳化剂          0.5～8份

稳定剂              0.01～2份

酸                  0.1～3份

水                  35～40份。

2.根据权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的沥青为重交沥青。

3.根据权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的丁苯胶乳为阴离子乳聚型，固含量为40～60%，其中苯乙烯单体质量含量为丁苯橡胶的20～50%；所述的乙烯-醋酸乙烯乳液为阴离子乳聚型，固含量为50～60%，乙烯单体质量含量为10～30%。

4.根据权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的复合乳化剂由非离子乳化剂和阳离子乳化剂组成。

5.根据权利要求4所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的非离子乳化剂为聚氧乙烯醚类或脂肪酸脂类中的一种或多种；所述的阳离子乳化剂为烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、环氧乙烷二胺类、胺化木质素类或季胺盐类中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的稳定剂为有机高分子材料或无机盐。

7.根据权利要求6所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的有机高分子材料为甲基纤维素、聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠或羟丙基纤维素中的一种或多种；所述的无机盐为氯化钙、氯化铵、氯化铁、氯化镁或氯化铬中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的酸为无机酸或有机酸。

9.根据权利要求8所述的高铁用改性乳化沥青，其特征在于所述的无机酸为盐酸、硝酸或磷酸；所述的有机酸为甲酸、醋酸、丙烯酸、丁二酸或己二酸。

10.一种权利要求1所述的高铁用改性乳化沥青制备方法，其特征在于：将复合乳化剂加入到50～65℃的水中溶解后，依次加入丁苯胶乳、乙烯-醋酸乙烯乳液、稳定剂，经搅拌，再加入酸调pH为3～5，制备成乳化液；将乳化液加入到胶体磨中，在胶体磨作用下，将温度为130～140℃的热沥青均匀加入到胶体磨中，再乳化2～5min即可得到高铁用改性乳化沥青。