CN104559248B

CN104559248B - 一种阳离子型沥青温拌剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104559248B
Application number: CN201310496950.3A
Authority: CN
Inventors: 陈闯; 陈保莲; 范思远; 张静; 宁爱民; 李志军; 程国香
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN104559248A

Abstract

本发明公开了阳离子型沥青温拌剂及其制备方法，阳离子型沥青温拌剂以重量百分比计包括：高分子组分0.1wt%～10wt%，低分子组分0.1wt%～20wt%，无机微粉1wt%～15wt%，水55wt%～98.8wt%。制备方法包括如下内容：按配比先将水加入容器中，加入高分子组分，恒温搅拌0.5～2小时，控制温度为40～60℃，然后按配比将低分子组分和无机微粉加入，升温至60～80℃，继续搅拌0.5～1小时，得到阳离子型沥青温拌剂。本发明的阳离子型沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，并且具有分散性好，性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

Description

一种阳离子型沥青温拌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青温拌剂及其制备方法，尤其涉及一种阳离子型沥青温拌剂及其制备方法。

背景技术

目前道路工程中使用的沥青混合料根据拌和施工温度一般分为两种类型：冷拌沥青混合料CMA(Cold Mix Asphalt)和热拌沥青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑，无需对集料和结合料进行加热，这样可节约大量能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能差，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛、路用性能最为良好的一种混合料。但是在热拌沥青混合料生产过程中，沥青与石料需要在150～180℃高温条件下拌和。将石料、沥青加热到如此高的温度，消耗了大量能源。另外在热拌沥青混合料生产过程中产生了大量的CO₂、烟尘和有害气体(CO、SO₂、NO_x等)，不仅污染了环境，而且也影响了工作人员的身体健康。同时，高温条件下的拌和也造成了沥青的老化，降低了沥青混合料的路用性能。

为保护环境、节约能源，在20世纪90年代中后期欧洲及美国等国家开展了温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)的研究，其目的是通过降低沥青混合料的拌和与摊铺温度，达到降低沥青混合料生产过程中的能耗，减少CO₂等气体及粉尘排放量，同时保证温拌沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性。

目前，温拌沥青混合料技术主要有三种方式：一是预先在沥青中添加一种能够降低沥青135℃粘度的添加剂，从化学角度来改变沥青的粘温曲线，从而降低沥青与石料的拌和温度，但此方法通常也会降低沥青的60℃粘度即降低了混合料的高温稳定性；二是采用固含量较高的乳化沥青，在80～120℃温度下与石料拌和，该方式较热拌沥青的温度低约30～50℃；三是在拌制混合料时把水和沥青同时加入拌和罐中，由于水的存在使沥青发泡，达到降粘效果。但该方法若加水量过大，则会产生大量的水蒸气或引起暴沸，若水量过少，则发泡效果不好。

CN102268189A公开了一种温拌沥青添加剂制备方法，它是在溶剂体系中采用一种聚醚改性有机硅聚合物组成的添加剂。该添加剂是将一定配比的溶剂与烷氧基硅烷加入三口烧瓶中，加热至80℃；加入酸催化剂、碱催化剂、去离子水的混合物，恒温80℃反应90min；升温至100℃，冷凝回流120min,收取馏分55ml左右；再加入酸催化剂及定量的聚醚于烧瓶中，升温酯化反应180min，抽真空，冷凝回流30min；降温至室温，加入定量的三聚氰胺甲醛树脂搅拌均匀；最后加入适量碱催化剂调整pH=8左右，即得成品。该添加剂制备方法复杂，需要多次升温加料及冷凝回流，且涉及较长时间的酯化反应及抽真空，而且缺乏相关性能验证方法及实例数据支持，此外该添加剂采用的酸碱催化剂等刺激性和毒性较大，易造成人体危害和环境污染。

CN101899218A公开了一种沥青温拌剂及其混合料制备方法。该温拌剂是将一定配比的烷基胺类、酰胺类阳离子表面活性剂与水混合，加入季铵盐类阳离子表面活性剂，再加入氯化钙，混合均匀即得沥青温拌剂。该沥青混合料的制备方法是将沥青和矿料加入至预设温度，在拌合机中先加入沥青，在添加后的3～5秒开始加入温拌剂，且温拌剂的加入时间要小于10秒，且要求在沥青添加完成之前完成温拌剂的添加，在沥青添加完成后的5～10秒添加矿料。该温拌剂中加入三种不同的阳离子表面活性剂，能够在一定程度上起到抗剥离的效果，但所述的降粘和发泡的效果缺乏根据；该沥青混合料的制备过程对于时间的要求过于苛刻，在实际操作尤其是工业应用时难以准确操控。

发明内容

本发明提供了一种阳离子型沥青温拌剂及其制备方法。本发明的沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，并且具有性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

本发明阳离子型沥青温拌剂，以重量百分比计包括：

（1）高分子组分：0.1wt%～10wt%

（2）低分子组分： 0.1wt%～20wt%

（3）无机微粉：1wt%～15wt%

（4）水：55wt %～98.8wt%。

本发明阳离子型沥青温拌剂，以重量百分比计优选组成包括：

（1）高分子组分：2wt%～5wt%

（2）低分子组分：2wt%～10wt%

（3）无机微粉：2wt%～10wt%

（4）水：75wt%～94wt%。

所述的高分子组分包括：聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酰亚胺及其衍生物、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶盐、聚二甲胺环氧氯丙烷中的一种或多种，分子量均在2000～30000，优选5000～20000。

所述的低分子组分包括：脂肪胺、烷基二胺、烷基多胺、丙烯酰胺、卡洛胺、三乙基胺、十二烷基二甲基苄基氯化铵、烷基三甲基卤化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、乙氧化胺、丙氧化胺、吡啶卤化铵、咪唑啉、妥尔油酰胺胺中的一种或多种，其分子量均在2000以下。

本发明阳离子型沥青温拌剂中，所述的无机微粉为沸石粉、石英砂、硅铝酸钠、活性氧化铝、蛭石、消石灰、膨润土和活性炭等有较强的吸附能力和离子交换能力的无机材料中的一种或几种，优选沸石粉，无机微粉的粒度为20～200目。

本发明阳离子型沥青温拌剂中，也可以根据实际应用需要加入其它添加剂，如分散剂、抗剥落剂、发泡剂、抗老化剂、聚合物改性剂以及氧化镁、氧化钙和五氧化二磷等氧化物，添加剂的加入量占温拌剂总重量的0.1wt%～9.9wt%。

本发明阳离子型沥青温拌剂的制备方法，包括如下内容：按配比先将水加入容器中，加入高分子组分，恒温搅拌0.5～2小时，控制温度为40～60℃，然后按配比将低分子组分和无机微粉加入，升温至60～80℃，继续搅拌0.5～1小时，得到阳离子型沥青温拌剂。

本发明阳离子型沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，包括如下步骤：当石料达到拌和温度，拌合1～5分钟，加入沥青，并将阳离子型沥青温拌剂加入到沥青混合料中拌和1～5分钟，加入矿粉或机制砂，拌和1～5分钟。其中阳离子型沥青温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。本发明阳离子型沥青温拌剂与传统沥青温拌剂比较，具有以下优点：

（1）本发明的阳离子型沥青温拌剂中，高分子组分和低分子组分均为胺类阳离子表面活性剂，能够起到抗剥离剂的效果，能很好地增强石料、石粉与沥青的粘结力，提高混合料的抗剥离性。

（2）本发明的阳离子型沥青温拌剂，分散效果好，稳定性好，形成稳定的阳离子型沥青温拌剂，且高低分子组分优势互补，能够起到“润滑”效果，使沥青在拌和时更加容易。

（3）本发明阳离子型沥青温拌剂，能和沥青形成微乳型乳液，极大地降低沥青的高温粘度，因此可以降低沥青混合料的拌和、摊铺及压实温度，其拌和温度可以比热拌沥青降低15～30℃，降低能耗约30%，大量减少烟雾及有害物质的排放，减小对人体危害及环境污染。

（4）本发明阳离子型沥青温拌剂，能够有效地预防大交通量和重载交通条件下沥青路面的车辙破坏。同时减少了拌和过程中的沥青老化，延长路面使用寿命。

（5）本发明的阳离子型沥青温拌剂原料简单，生产成本低，制备方法简便，只需简单的机械搅拌即可均匀分散，稳定性好，适用范围广，易于工业应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不因此限制本发明。

实施例1

阳离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

聚乙烯亚胺：0.5%；

聚乙烯基吡咯烷酮：0.5%

丙烯酰胺：5.5%；

沸石粉（80目）：14.5%；

水：79.0%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为41℃，加入聚乙烯亚胺，恒温搅拌35分钟，加入聚乙烯基吡咯烷酮，恒温搅拌50分钟，然后按配比将丙烯酰胺和沸石粉加入，升温至69℃，继续搅拌55分钟，得到阳离子型沥青温拌剂。

实施例2

阳离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

聚二甲胺环氧氯丙烷：9.5%；

三乙基胺：18.6%；

沸石粉（160目）：2.5%；

水：69.4%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为52℃，加入聚二甲胺环氧氯丙烷，恒温搅拌40分钟，然后按配比将三乙基胺和沸石粉加入，升温至78℃，继续搅拌35分钟，得到阳离子型沥青温拌剂。

实施例3

阳离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

季铵化聚丙烯酰胺：4.3%；

聚马来酰亚胺：0.5%；

十二烷基二甲基苄基氯化铵：0.5%；

卡洛胺：1.5%；

沸石粉（40目）：7.5%；

水：85.7%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为59℃，加入季铵化聚丙烯酰胺，恒温搅拌50分钟，加入聚马来酰亚胺，恒温搅拌55分钟，然后按配比将十二烷基二甲基苄基氯化铵、卡洛胺和沸石粉加入，升温至62℃，继续搅拌45分钟，得到阳离子型沥青温拌剂。

比较例1

高分子阳离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

季铵化聚丙烯酰胺：1.5%；

聚乙烯基吡啶盐：2.2%；

沸石粉（80目）：6.5 %；

水：89.8%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为55℃，加入季铵化聚丙烯酰胺，恒温搅拌40分钟，加入聚乙烯基吡啶盐，恒温搅拌40分钟，然后将沸石粉加入，升温至70℃，继续搅拌45分钟，得到阳离子型沥青温拌剂。

比较例2

低分子阳离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

十二烷基二甲基苄基氯化铵：2.0%；

双十八烷基二甲基氯化铵：1.7%；

乙氧化胺：5.2%；

沸石粉（40目）：4.0 %；

水： 87.1%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为52℃，按配比依次加入十二烷基二甲基苄基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵和沸石粉，分别搅拌30分钟，升温至72℃，继续搅拌40分钟，得到阳离子型沥青温拌剂。

实施例4

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法分别采用应用本发明阳离子型温拌剂的温拌方式和传统的热拌方式进行混合料的拌和，并进行沥青混合料性能评价。其中，将实施例1、2、3和比较例1、2中制备的阳离子型温拌剂按照沥青用量的5wt%，以喷洒的方式加入沥青混合料中，制备成混合料试件A、B、C、D、E。本试验采用90#A级沥青，油石比（沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数）为6.0%，石料的级配见表1，性能评价结果见表2。具体拌和过程如下：

温拌：

1、按设定量称取石料在120℃的烘箱中加热4小时，沥青在130℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为120℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，并立刻将温拌剂按设定量喷洒至沥青中，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

热拌：

1、按设定量称取石料在150℃的烘箱中加热4小时，沥青在150℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为150℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

表1 石料级配。

粒径/mm	16～13.2	13.2～9.5	9.5～4.75	4.75～2.36	2.36～1.18	1.18～0.6	0.6～0.3	0.3～0.15	0.15～0.075	小于0.075
											比例/wt%	4.5	22	24	14.2	14.5	6.2	4.2	4.2	5.8	0.4

表2 温拌沥青混合料性能测试结果。

项目	拌和温度/℃	成型温度/℃	稳定度/kN	残留稳定度比（%）	残留强度比（%）	动稳定度（次/mm）
							A	120	110	10.95	87.0	82.1	1370
B	120	105	10.33	85.4	81.6	1296
							C	120	110	11.68	90.3	84.9	1501
D	120	110	9.45	81.5	74.0	922
							E	120	110	8.97	74.0	78.3	869
热拌	150	120	11.26	88.5	83.8	1420
							技术标准*	--	--	≥8	≥80	≥75	≥1000

试验数据表明，应用含有高分子和低分子两种组分的阳离子型温拌剂制备的温拌沥青混合料在拌和与试件成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低15～30℃的情况下，各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。

Claims

1.一种阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：

高分子组分：0.1wt%～10wt%

低分子组分：0.1wt%～20wt%

无机微粉：1wt%～15wt%

水：55wt %～98.8wt%；

其中，所述的高分子组分包括：聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酰亚胺、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶盐、聚二甲胺环氧氯丙烷中的一种或多种；所述的低分子组分包括：脂肪胺、烷基二胺、烷基多胺、丙烯酰胺、卡洛胺、三乙基胺、十二烷基二甲基苄基氯化铵、烷基三甲基卤化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、乙氧化胺、丙氧化胺、吡啶卤化铵、咪唑啉或妥尔油酰胺胺中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：

高分子组分：2wt%～5wt%

低分子组分：2wt%～10wt%

无机微粉：2wt%～10wt%

水：75wt%～94wt%。

3.按照权利要求1或2所述的阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：所述的无机微粉为沸石粉、石英砂、硅铝酸钠、活性氧化铝、蛭石、消石灰、膨润土和活性炭中的一种或几种。

4.按照权利要求1或2所述的阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：所述的无机微粉为沸石粉。

5.按照权利要求1所述的阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：所述的无机微粉的粒度为20～200目。

6.按照权利要求1阳离子型沥青温拌剂，其特征在于：沥青温拌剂中加入分散剂、抗剥落剂、发泡剂、抗老化剂、聚合物改性剂以及氧化镁、氧化钙和五氧化二磷，添加剂的加入量占温拌剂总重量的0.1wt%～9.9wt%。

7.一种权利要求1所述的阳离子型沥青温拌剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：按配比先将水加入容器中，加入高分子组分，恒温搅拌，升温，按配比将低分子组分和无机微粉加入，继续搅拌，得到阳离子型沥青温拌剂。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：恒温搅拌温度为40～60℃，搅拌时间为0.5~2小时；升温至60～80℃，继续搅拌0.5~1小时。

9.一种权利要求1所述的阳离子型沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，其特征在于包括如下步骤：当石料达到拌和温度，拌和1~5分钟，然后加入沥青和阳离子型沥青温拌剂，然后拌和1~5分钟，再加入矿粉或机制砂，拌和1~5分钟。

10.按照权利要求9所述的应用，其特征在于：阳离子型沥青温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。