CN104250446A

CN104250446A - 一种温拌沥青改性剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104250446A
Application number: CN201410495865.XA
Authority: CN
Inventors: 丰权章; 白洪岭; 秦圆贺; 吴鉴非
Original assignee: BEIJING ZHONGJIE WEIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING ZHONGJIE WEIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2014-12-31

Abstract

本发明涉及一种温拌沥青改性剂，所述温拌沥青改性剂按重量份计包括以下原料：脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠0.5-15份；椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠0.2-15份；酸0.2-5份；无机微粉4.0-20份；去离子水45-95.1份。还涉及所述温拌沥青改性剂的制备方法、包含其的沥青混合料，以及所述温拌沥青改性剂在制备沥青混合料中的应用。所述温拌沥青改性剂能够更好地满足道路施工的要求。

Description

一种温拌沥青改性剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，特别涉及一种温拌沥青改性剂及其制备方法和应用。

背景技术

温拌沥青混合料始于上世纪90年代，是指一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃-180℃)和冷拌(10℃-40℃)沥青混合料之间，性能达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料。温拌技术的核心是采用物理或化学手段，增加沥青混合料的施工操作性，同时这些物理或化学添加剂不应对路面使用性能造成负面影响。沥青混合料的生产是道路工程中能量消耗与环境污染大户，当前我国道路工程建设正处于快速发展期，研究与应用温拌沥青混合料无疑有益于降低沥青混合料生产过程中的能源消耗和温室气体以及粉尘等污染物的排放。因此大力发展温拌技术对于我国公路发展将具有跨时代的意义。

市面上常见的温拌沥青改性剂有以下几种：(1)Sasobit：其可提高沥青混合料的压实性能，明显提高混合料的抗车辙性能，但水损害风险增加，出料温度为120℃时有沥青玻璃现象，TSR(冻融劈裂残留比)降低；(2)沸石Aspha-min：可提高混合料的压实性能，对抗车辙性能没有明显的影响，但会降低混合料的TSR值，不能满足工程要求；(3)泡沫温拌沥青改性剂法WMA-Foam：可降低混合料的压实温度，其抗变形能力与热拌沥青混合料接近，但疲劳寿命要低于热拌沥青混合料，有较低的应力值和较高的断裂温度。

武汉理工大学研发的一种温拌沥青混合料助剂，在常温下，该助剂按照混合料总质量的0.3-0.5％与其它原料混合，制成温拌沥青混合料的产品；其它原料为150-165℃的沥青、140-180℃的集料和矿粉填料。混合料拌和时，将温拌助剂与加热的沥青同时加入，含水分的助剂产生的蒸汽大量释放会造成沥青体积膨胀形成泡沫沥青，这会使其和易性增加使得混合料的拌和及成型温度降低15-25℃。其虽然取得了一定进步，但仍然无法克服发泡技术的弊端。

可见，现有技术中的温拌沥青改性剂仍然不能满足道路施工的要求，本领域需要制备出能更好地用于道路施工的温拌沥青改性剂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种温拌沥青改性剂及其制备方法和应用，其能够更好地满足道路施工的要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种温拌沥青改性剂，其按重量份计其包括以下原料：

优选地，所述温拌沥青改性剂按重量份计包括以下原料：

所述脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠聚合度为10-20，优选15。

所述酸为任意领域内常用的无机或有机酸，只要其能将所述温拌剂的pH值调节至适合的范围。

所述无机微粉为电气石、硅藻土、纳米层状硅酸盐、纳米碳酸钙、炭黑、矿质填料、蒙脱土、累托石、硫酸钙晶须、钛白粉和硫磺中的一种或至少两种的混合物。无机微粉类物质可以在一定程度上改善沥青胶浆以及沥青混合料的综合性能，从而提高沥青路面使用品质。

所述原料中含有表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠和椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠。由于采用了表面活性剂，本发明的温拌沥青改性剂优于于常见降粘、发泡等温拌技术。

在一方面，通过采用表面活性剂技术，降低了低温拌合条件下沥青的表面张力，有效的解决了由于低温拌合所导致的石料难以浸润、粘附力损失问题，能够在低温条件下形成良好裹覆，提高温拌混合料的抗水损性能；

在另一方面，通过采用表面活性剂技术，能够在摊铺、碾压过程中在沥青胶浆内形成结构性水膜，大幅度的提升温拌混合料的碾压效果，且在施工结束后表面活性剂将富集于沥青-石料界面，不存在于沥青胶浆内，不会对胶结料性能产生负面影响。

相比前文所述的领域内已知温拌沥青改性剂，本发明的温拌沥青改性剂可提高压实性能、降低压实温度，可降低混合料出现车辙的风险并提高混合料的间接抗拉强度和抗水损害性能。

本发明的目的还在于提供所述温拌沥青改性剂的制备方法，其包括以下步骤：

1)按配比将所述脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和去离子水加入反应器，搅拌同时升温；

2)加入酸，恒温反应，制得所述温拌沥青改性剂。

其中，所述步骤1)中升温至50-70℃。

所述步骤2)中加入酸直至体系pH为5.5-6.5，恒温反应的温度为70℃-90℃，恒温反应的反应时间为0.5-2小时。

本发明提供一种沥青混合料，其包括所述温拌沥青改性剂，所述温拌沥青改性剂的重量占沥青重量的0.3-0.8％。此掺入量低于领域内的常规温拌沥青改性剂的掺入量。本发明的温拌沥青改性剂利用表面活性剂亲水基团强力俘获石料表面的微量水分，在沥青混合料表面形成结构性水膜润滑结构。该润滑结构在拌和过程中将避免沥青胶结料的团聚效应，降低沥青裹覆石料时所需的能量，从而显著增加沥青混合料在较低温度时的拌和和易性。在压实过程中，在钢轮压路机的振动和胶轮压路机的揉搓作用下，结构性水膜的润滑作用得到最大程度的发挥，使得集料位置调整和骨架结构形成更加容易，从而达到促进沥青混合料压实的目的。

本发明的目的还在于提供所述温拌沥青改性剂在制备沥青混合料中的应用，所述温拌沥青改性剂可作为沥青混合料的组分，也可在拌合沥青混合料时分开地加入。所述温拌沥青改性剂和与本领域任意沥青组合使用，在有搅拌器的储罐中根据工程需要配制各种温拌沥青。

通过采用以上技术方案，本发明所述温拌沥青改性剂的工程价值在于：

(1)通过掺入所述温拌沥青改性剂制备了更满足工程要求的温拌沥青混合料：本发明通过将温拌沥青改性剂掺入各种沥青混合料并测试制备温度，可知在0.3％掺入量的条件下，所述温拌沥青改性剂使沥青混合料的制备温度降低至150℃，搅拌时间60min。且热拌沥青混合料的出料温度为150℃左右，使用本发明所述温拌沥青改性剂的温拌沥青混合料的出料温度为120℃左右，实现了大幅度的降温。

(2)更环保：且经环境分析测试可知，掺入本发明所述温拌沥青改性剂的温拌沥青混合料与热拌沥青混合料相比，温室气体排放减少50％以上，沥青烟排放减少80％以上。

(3)提升路面压实效果：掺入所述温拌沥青改性剂的沥青混合料可以在相对低温的条件下仍然保证较好的压实效果。

(4)沥青混合料部分性能指标在原有基础上略有提升：根据现有沥青及沥青混合料施工技术规范的指标要求，添加所述温拌沥青改性剂的沥青和沥青混合料的TSR等技术指标较热拌沥青混合料略有提升。

(5)延缓沥青老化：所述温拌沥青改性剂的使用可减缓沥青短期老化，延缓路面发生低温开裂和疲劳开裂的时间，温拌沥青混合料抗疲劳寿命比相应热拌混合料提高20％以上。

(6)兼具抗剥落剂功能：增加沥青的抗剥落性能，不需要添加抗剥落剂。

(7)无需改造设备：生产可以在现有热拌沥青混合料生产设备上实现，对现行设备无改造要求。

(8)增加拌合站服务半径：容许较长运输距离(混合料有效运输距离可达200公里)，而不必担心混合料过多温度损失而导致施工和易性丧失。

(9)延长施工季节：温拌混合料施工在路表温度低于10℃情况下仍可进行。

(10)减少混合料摊铺碾压过程的温度离析：温拌混合料出料温度相对较低，混合料温度散失速率较相应热拌沥青混合料慢，因而能够有效缓解摊铺和碾压过程中的温度离析现象。

(11)同类技术使用最方便，成本最低：生产含有所述温拌沥青改性剂的沥青混合料的成本低于现有的其他类型的温拌沥青改性剂。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1温拌沥青改性剂的制备

温拌沥青改性剂的原料包括：脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠15份、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠15份、酸5份、无机微粉20份、水45份。

按照上述配比将脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和去离子水加入反应器，搅拌升温至50℃，加入酸催化剂，调整pH为5.5，恒温70℃℃反应2小时，得到温拌沥青改性剂。

实施例2温拌沥青改性剂的制备

温拌沥青添加剂以重量份计包括：脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠0.5份，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠0.2份，酸0.2份，无机微粉4.0份，水95.1份。

按上述配比将脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和去离子水加入反应器，搅拌升温至70℃，加入酸催化剂，调整pH为6.5，恒温90℃反应0.5小时，得到温拌沥青改性剂。

实施例3温拌沥青生产工艺条件

温拌沥青添加剂以重量份计包括：脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠6份，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠7份，酸3份，无机微粉10份，去离子水75份。

实施例4温拌沥青生产工艺条件

选用四种沥青重交沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青和高粘沥青，分别掺入不用量的本发明所述温拌沥青改性剂，测试其制备温度和搅拌时间。结果如表1所示。所述温拌沥青改性剂用量为相对于沥青的掺入量，所有制备试验均在充分搅拌的情况下进行，并保证搅拌时间，以测试最准确的制备温度。

表1 各类沥青的制备温度

可知在0.3％掺入量的条件下，所述温拌沥青改性剂使沥青混合料的制备温度降低至150℃，搅拌时间60min。其掺入量远远低于常规的温拌沥青改性剂，所达到的效果满足工程要求。

实施例5气体排放量测试

在沥青拌合厂和施工道路，测试使用所述温拌沥青改性剂的沥青混合料的有害气体排放。如表2和表3所示。

表2 沥青拌和厂各类气体排放情况

测试项目	单位	未掺入	掺入	下降幅度(％)
					二氧化碳CO₂	mg/m³	2.6	1.0	61.5
氮氧化物NOx	mg/m³	151.0	40.0	73.5
					一氧化碳CO	mg/m³	104.0	91.3	12.2
二氧化硫SO₂	mg/m³	13.0	3.3	74.6
					烟尘	mg/m³	5.6	2.56	53.8

表3 施工现场各类气体排放情况

测试项目	单位	未掺入	掺入	减少幅度(％)
					沥青烟	mg/m³	21.1	2.06	90.2
苯可溶物	mg/m³	19.5	0.58	97.0
					苯并[α]芘	μg/m³	0.0944	0.0187	80.2

所述“未掺入”指未掺入本发明温拌沥青改性剂的热拌沥青混合料；所述“掺入”指掺入本发明温拌沥青改性剂的温拌沥青混合料。与未掺入本发明温拌沥青改性剂的热拌沥青混合料相比，使用所述温拌沥青改性剂后，温室气体排放减少50％以上，沥青烟排放减少80％以上。

实施例6温拌沥青混合料各项温度指标测试

将所述温拌沥青改性剂分别掺入70号沥青、90号沥青、110号沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青(均为AC类)和SBS改性沥青(SMA类)，并对其沥青混合料制备工艺中的各项温度进行测试。

表4 本发明温拌沥青混合料室内试验温度控制表

对于不同的沥青，根据领域内已知的常用沥青出料温度，AC类热拌沥青混合料的出料温度为150℃左右，SMA类热板沥青混合料的出料温度为170℃作用。而从表4可见，加入所述温拌沥青改性剂后，所得温拌沥青混合料的出料温度最低能达到为110℃左右，本发明的温拌沥青改性剂对降低沥青出料温度有很好的效果。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种温拌沥青改性剂，其特征在于，所述温拌沥青改性剂按重量份计包括以下原料：

2.一种温拌沥青改性剂，其特征在于，所述温拌沥青改性剂按重量份计包括以下原料：

优选地，所述温拌沥青改性剂按重量份计包括以下原料：

3.根据权利要求1或2所述的温拌沥青改性剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠的聚合度为10-20。

4.根据权利要求1-3任一项所述的温拌沥青改性剂，其特征在于，所述无机微粉为电气石、硅藻土、纳米层状硅酸盐、纳米碳酸钙、炭黑、矿质填料、蒙脱土、累托石、硫酸钙晶须、钛白粉和硫磺中的一种或至少两种的混合物。

5.根据权利要求1-4任一项所述的温拌沥青改性剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2)加入酸，恒温反应，制得所述沥青温拌剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中升温至50-70℃。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中加入酸直至体系pH为5.5-6.5。

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中恒温反应的温度为70℃-90℃，恒温反应的反应时间为0.5-2小时。

9.一种沥青混合料，其特征在于，包括根据权利要求1-4所述的温拌沥青改性剂，所述温拌沥青改性剂的重量占沥青重量的0.3-0.8％。

10.根据权利要求1-4所述的温拌沥青改性剂在制备沥青混合料中的应用，其特征在于，所述温拌沥青改性剂作为沥青混合料的组分，或在拌合沥青混合料时分开地加入。