CN104558635B - 一种油包水型乳化沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油包水型乳化沥青的制备方法，包括如下内容：将乳化剂在水中分散均匀形成乳浊液，通过滴加或喷洒的方式将乳浊液与熔融态的基质沥青混合，水以细小的微珠状态分散于沥青中，形成油包水型乳化沥青。该方法制备的乳化沥青能够显著降低沥青混合料的拌合温度，制备的沥青混合料性能与热拌沥青混合料相当，节省了能耗，减少了沥青中有害气体的挥发以及沥青的热老化现象，是一种清洁环保型绿色沥青材料。

Description

一种油包水型乳化沥青的制备方法

技术领域

本发明涉及一种乳化沥青的制备方法，具体地涉及一种油包水型乳化沥青的制备方法。

背景技术

沥青粘度大，对矿料粘附性好，是一种很好的筑路材料，被广泛地应用于各种路面工程中。使用时，需要将沥青加热到一定温度使其粘度降低才能与矿料拌和均匀。例如，110号沥青需要加热到145~155℃，50号沥青则需要加热到160~170℃。在如此高的温度下沥青受热老化严重，沥青及添加剂散发出大量的有毒气体，对环境和施工人员的健康危害较大。

乳化沥青是将沥青热融，经过机械剪切的作用，以细小的微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中，是一种水包油型的沥青乳液。乳化沥青在使用时无需加热，可以在常温状态下进行施工，避免了热沥青施工过程中可能造成的着火、烫伤、中毒等事故的发生，安全环保、节省能源，被广泛地应用在沥青表面微处理路面、贯入式路面、常温沥青混合料路面，以及透层、粘层与封层等道路工种中。但是水包油型乳化沥青由于含有大量的水，其混合料强度低，抗车辙和抗水损害能力差，即使提高拌和温度也不能达到热拌沥青混合料的水平。

CN102505608A介绍了一种泡沫沥青的制备方法，将加热到150～170℃的沥青与占其质量为1%～5%雾状水充分接触却得泡沫沥青。沥青发泡后体积增大十倍以上，其粘度明显降低，可以在100～150℃的条件下拌合均匀，与热拌沥青混合料相比，拌合温度可降低30～60℃，混合料性能可与热拌沥青相媲美。但是，泡沫沥青的基质沥青加热温度甚至比传统热拌沥青的加热温度还要高，仍然存在着热拌沥青的弊病，而且泡沫沥青只裹覆细矿料，对粗矿料的裹覆性差，生产工艺复杂，对设备的要求高，所生产的泡沫沥青存在质量不稳定的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种油包水型乳化沥青的制备方法，该乳化沥青能够显著降低沥青混合料的拌合温度，制备的沥青混合料性能与热拌沥青混合料相当，节省了能耗，减少了沥青中有害气体的挥发以及沥青的热老化现象。

本发明的油包水型乳化沥青的制备方法，包括如下内容：将乳化剂在水中分散均匀形成乳浊液，通过滴加或喷洒的方式将乳浊液加入到熔融态的基质沥青中并混合均匀，水以细小的微珠状态分散于沥青中，形成油包水型乳化沥青。

本发明方法中，所述的乳化剂为HLB值在3~8之间，选自聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯、甘油单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、二乙二醇单油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、四乙二醇单硬脂酸酯或四乙二醇单油酸酯中的一种或几种。

本发明方法中，乳化沥青制备过程中优选加入炭黑，一般与乳化剂共同分散于水中，以乳化沥青为基准，炭黑加入量为1%~6%，乳化沥青各组分含量之和为100%。炭黑与乳化剂配合，起到助乳化的作用。

本发明方法中，可以根据需要添加其它常用的添加剂，如抗老化剂、增粘剂、增韧剂、增延剂或改性剂中的一种或几种，添加剂加入量占乳化沥青重量的0.5%~3%。

本发明方法中，所述的基质沥青为任何可用于道路铺筑的石油沥青和沥青原料，如普通石油沥青、聚合物改性沥青、重质渣油或煤沥青中的一种或几种，基质沥青的软化点在30~60℃之间，针入度在20~200 1/10mm之间。

本发明方法中，乳化剂的分散过程采用机械搅拌、超声等技术手段中的一种或组合，其中搅拌应尽可能剧烈以使混合物充分混合、分散，优选搅拌速度为800~1500转/分，超声的功率密度为0.2~4kW/L，分散时间为10~60分钟，分散温度为40~70℃。

本发明方法中，所述的滴加速度为10~5000滴/分钟，优选30~3500滴/分钟。根据水被沥青包裹速度调整，若水被沥青包裹速度快则滴加速度相应要快，若水被沥青包裹速度慢则滴加速度相应调慢。本发明方法中也可以根据加入水的量对滴加速度进行调变，以水总加入量为基准，滴加初期速度为10~80滴/分钟，当水量加入至3%~10%时，滴加速度调变为80~5000滴/分钟。

本发明方法中采用具有喷洒功能的设备进行，如带有喷头（喷嘴）的喷洒机，喷洒时，喷头需浸没到基质沥青中。

本发明方法中，喷洒次数为1~12次，每次喷洒量为8%~100%，间隔时间为5~20分钟，所述的喷入量、喷入次数和间隔时间根据水被沥青包裹情况调整，水被沥青包裹速度快则乳浊液喷入量大或间隔时间短，水被沥青包裹速度慢则要减小喷入量或间隔时间长。

本发明方法中，混合过程采用常规的机械搅拌，搅拌速度为100~2000转/分，搅拌时间为10~300分钟，优选30~220分钟。

本发明方法制备的乳化沥青是油包水型，以乳化沥青总重量计，乳化沥青包括如下组分：基质沥青68%~88%，水10%~30%，乳化剂2%~4%。

本发明油包水型乳化沥青加热到100℃以上时，沥青内部包裹的细小水珠吸热汽化产生大量泡沫使沥青体积发生膨胀，沥青的粘度随之显著降低，在比传统热拌沥青低20~60℃的温度条件下能与矿料均匀地拌和，沥青混合料的性能却与热拌沥青混合料相当，节省了能耗，减少或避免了沥青中有害气体的挥发，减轻或避免了沥青的热老化，是一种清洁环保型绿色沥青材料。

下面将通过实施例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明，其中的百分含量为质量百分含量。

实施例1

500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的130号B级沥青，针入度138（0.1mm），软化点41℃，在110℃的烘箱中加热4小时备用；将2.8g二乙二醇单油酸酯、1.5g失水山梨醇单硬脂酸酯和1g碳黑混合物加入到25g水中，水温50℃，以900转/分的速度搅拌形成乳浊液；通过一根带喷头的管子将上述乳浊液以细小的微滴状态间歇喷入到110℃的基质沥青中，平均分2次喷完，每次间隔8分钟，喷洒的同时以500转/分的速度搅拌，搅拌30分钟后，即形成油包水型乳化沥青，乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例2

500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的130号B级沥青，针入度138（0.1mm），软化点41℃，在110℃的烘箱中加热4小时备用；将2.7g甘油单硬脂酸酯、1.4g聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯和1.2g碳黑混合物加入到25g水中，水温50℃，以800转/分的速度搅拌形成乳浊液；将上述乳浊液以50~3500滴/分钟的速度加入到上述基质沥青中，滴加的同时以300转/分的速度搅拌40分钟，即形成油包水型乳化沥青，乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例3

500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的110号B级沥青，针入度113（0.1mm），软化点44℃，在120℃的烘箱中加热4小时备用；将3.4g聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、2.8g丙二醇脂肪酸酯、2.3g失水山梨醇倍半油酸酯、1.7g甘油单硬脂酸酯和1.1g丙二醇单月桂酸酯混合物加入到56.8g水中，水温55℃，以1000转/分钟的速度搅拌同时配合超声分散（功率密度为800W/L）形成乳浊液；通过一根带喷头的管子将上述乳浊液以细小的微滴状态间歇喷入到基质沥青中，平均分4次喷完，每次间隔13分钟，喷洒的同时以800转/分的速度搅拌60分钟，即形成油包水型乳化沥青。乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例4

500g某90号A级道路沥青，针入度89（0.1mm），软化点47℃，在130℃的烘箱中加热4小时备用；将6.5g失水山梨醇单棕榈酸酯、5.2g 四乙二醇单硬脂酸酯、1.3g丙二醇脂肪酸酯、3.9g失水山梨醇倍半油酸酯和2.6g碳黑混合物加入到130g的水中，水温60℃，以1200转/分钟的速度搅拌形成乳浊液；通过一根伸入基质沥青中的带喷头的管子将上述乳浊液以细小的微滴状态间歇喷入到上述基质沥青中，分6次喷完，每次间隔时20分钟，喷洒的同时以1000转/分的速度搅拌150分钟，即形成油包水型乳化沥青。乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例5

500g某70号SBS改性沥青，针入度76（0.1mm），软化点58℃，在145℃的烘箱中加热4小时备用；将7.5g 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、6.0g甘油单硬脂酸酯、1.5g失水山梨醇三硬脂酸酯、4.5g丙二醇脂肪酸酯、1.5g丙二醇单硬脂酸酯、1.5g碳黑混合物加入到224g水中，水温65℃，然后以1500转/分钟的速度搅拌同时配合超声分散（超声分散功率为1200W/L）形成乳浊液；通过一根伸入基质沥青中的带喷头的管子将上述乳浊液以细小的微滴状态间歇喷入到145℃的基质沥青中，平均分11次喷完，每次间隔20分钟，喷洒的同时以1500转/分的速度在剪切机中剪切220分钟，即形成油包水型乳化沥青。乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例6

500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的110号B级沥青，针入度113（0.1mm），软化点44℃，在120℃的烘箱中加热4小时备用；将3.4g甘油单硬脂酸酯、2.8g失水山梨醇单油酸酯、2.3g二乙二醇单油酸酯、1.7g二乙二醇单硬脂酸酯和1.1g聚氧乙烯二油酸酯混合物加入到56.8g水中，水温60℃，然后以1200转/分钟的速度搅拌形成乳浊液，采用滴定方法将上述乳浊液以500~2000滴/分钟加入到120℃的基质沥青中，滴加的同时以1800转/分的速度在剪切机中剪切90分钟即形成油包水型乳化沥青。乳化沥青与基质沥青性质见表1。

实施例7

将实施例1~6的油包水乳化沥青及基质沥青加热到100~140℃，与120~150℃的矿料混合，搅拌10~60秒拌和均匀，混合料性质见表1。

表1 基质沥青及实施例产物性能。

与基质沥青相比，乳化沥青的流动性变好，具体体现在针入度变大、软化点降低，油包水乳化沥青中细小的水珠吸热气化产生丰富的泡沫使沥青的粘度明显降低，沥青加热温度、沥青与矿料拌和温度、沥青混合料压实温度均比热拌基质沥青降低很多，沥青混合料的性能却与热拌基质沥青相当。

Claims (8)

1.一种油包水型乳化沥青的制备方法，其特征在于包括如下内容：将乳化剂在水中分散均匀形成乳浊液，通过喷洒的方式将乳浊液加入到熔融态的基质沥青中并混合均匀，水以细小的微珠状态分散于沥青中，形成油包水型乳化沥青，其中，喷洒过程采用具有喷洒功能的设备进行，喷洒时，喷头需浸没到基质沥青中。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的乳化剂为HLB值在3～8之间，选自聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯、甘油单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、二乙二醇单油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、四乙二醇单硬脂酸酯或四乙二醇单油酸酯中的一种或几种。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：乳化沥青制备过程中加入炭黑，以乳化沥青的总重量为基准，炭黑加入量为1%～6%。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的基质沥青为用于道路铺筑的石油沥青和沥青原料，选自普通石油沥青、聚合物改性沥青、重质渣油或煤沥青中的一种或几种，基质沥青的软化点在30～60℃之间，针入度在20～200 1/10mm之间。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：乳化剂的分散过程采用强力机械搅拌或超声中的一种技术手段或组合手段，分散时间为10～60分钟，分散温度为40～70℃；其中搅拌速度为3000～6000转/分；超声的功率密度为0.2～4kW/L。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：喷洒次数为1～12次，每次喷洒量为8%～100%，间隔时间为5～20分钟。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：混合过程采用常规的机械搅拌，搅拌速度为100～2000转/分，搅拌时间为10～300分钟。

8.权利要求1～7任一所述方法制备的乳化沥青，其特征在于：乳化沥青是油包水型，以乳化沥青总重量计，乳化沥青包括如下组分：基质沥青68%～88%，水10%～30%，乳化剂2%～4%。