CN104610768A - 一种沥青再生剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种沥青再生剂，由以下原料按质量百分比组成：65%-80%植物沥青，3%-5%界面增强改性剂，15%-30%增塑剂，0.3%-1%渗透剂，0.5%-1%抗老化剂；界面增强改性剂为环氧脂肪族多乙烯多胺、环氧硅树脂、环氧树脂中的一种或2种以上任意比例的混合，界面增强改性剂中环氧基的含量为10~40wt%；另外，本发明还提供一种沥青再生剂的制备方法和利用沥青再生剂制备的沥青混合料和其制备方法。利用该沥青再生剂制备沥青混合料不仅抗车辙性能、抗水损害性能和低温抗裂性能得到大幅度提高，而且实现废旧资源再利用。

Description

一种沥青再生剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于道路建筑材料领域，具体涉及一种沥青再生剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国高速公路建设步伐加快，道路的养护维修任务随之加剧。每年，在道路重建、翻修或者养护过程中会产生数以千万吨计的路面旧料(RAP)，如何合理有效的处理路面旧料，在道路发展的同时如何有效的保护生态环境，将成为必须面对的问题。据已有研究经验，利用沥青再生技术对路面旧料进行再生利用，将是解决路面旧料问题的有效方法。传统沥青混合料再生的研究思路是通过添加再生剂，使老化变硬的沥青软化，从而恢复其性能，但再生的混合料中旧料掺加比例不高，一般在10％～20％左右，且再生的混合料抗疲劳性能较差，使用寿命较短。

传统的再生剂多由轻质油份芳烃油、高标号沥青组成，传统再生剂的主要功能是补充轻质油分，不能分散大颗粒的沥青质和胶质，因此难以从根本上恢复沥青的性能，反而会降低沥青混合料的高温性能，造成再生沥青混合料的高温抗车辙性能降低。另外由于轻质油份受热后易挥发，导致施工过程中大部分再生剂挥发，导致再生沥青混合料的低温抗开裂性能和抗水损害性能降低，不能大比例回收利用旧料；且由于再生剂的闪点低，施工安全性难以保证；由此可见，在一定程度上，传统的再生剂无法解决旧料大规模利用的同时又保证路用性能的难题。

目前，市场出现的植物沥青为植物油炼制后的废弃物，约占植物油质量分数的3～5％左右，其主要成分为60～80％的脂肪酸和植物醇，油溶性与沥青接近，主要应用于铸造粘合剂和防水沥青等领域，或直接作为重油填充料燃烧掉，2009年英国材料产业联合会的专家利用植物沥青代替铺设柏油公路所需沥青的20％，取得了成功。该种沥青不但具有可再生的概念，而且还可以在低温下加工，能耗更低，减少“温拌沥青技术”所依赖的溶剂，降低成本。我国也有专利介绍植物沥青替代传统石油沥青，如专利CN201210206244、CN201110283102、CN201110289149。目前植物沥青虽有一定应用，但用量较小，随着近年来我国的粮食深加工行业不断发展，作为副产物的植物沥青产量越来越大，却无法得到大量应用。

发明内容

本发明提供了一种沥青再生剂，不仅能够良好的恢复和改善老化沥青的路用性能，而且实现废旧资源再利用，降低沥青再生剂生产成本。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是这样的，一种沥青再生剂，其按质量百分比计由以下原料组成：65％-80％植物沥青，3％-5％界面增强改性剂，15％-30％增塑剂，0.3％-1％渗透剂，0.5％-1％抗老化剂；所述的界面增强改性剂为环氧脂肪族多乙烯多胺、环氧硅树脂、环氧树脂中的一种或2种以上任意比例的混合，界面增强改性剂中环氧基的含量为10～40wt％。

其中，所述的环氧脂肪族多乙烯多胺的制备方法由下述方法制备而成，并已在专利CN103113618中公开；

1)将多胺加入到1.4～4mol/L醛溶液中反应生成醛亚胺溶液，加入的多胺和醛的物质的量比为1.5:1；

2)将步骤1)得到的溶液降温，然后将生成的醛亚胺与烷基酚在10～120℃反应3～8小时生成曼尼希碱溶液，加入的烷基酚与步骤1)中加入的醛的物质的量比1:1～1.5；

3)往步骤2)得到的溶液中加入环氧乙烷衍生物在10～120℃反应3～8小得到冷再生乳化沥青添加剂，加入的环氧乙烷衍生物与步骤1)中加入的醛的物质的量比1～1.5:1～1.5；所述环氧乙烷衍生物为式(4)所示结构的化合物：

其中，R₃为H、甲基、或氯甲基。

本发明所述的增塑剂采用改性石油树脂、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或2种以上任意比例的组合。

所述的改性石油树脂是指在石油树脂中引入极性基团的单体进行接枝共聚改性得到的。

前述所述的增塑剂分子结构具有极性部分和非极性部分，可插入高聚物分子链之间，削弱分子间作用力，增大高聚物分子链之间的距离和活动空间，增加高聚物的塑性，因此这些增塑剂的加入可降低植物沥青的黏度，并可在改性植物沥青体系内形成稳定结构的作用。

本发明所述的抗老化剂采用抗氧剂、紫外线吸收剂中的一种或2种任意比例组合。所有本领域人员所熟知的抗氧化剂和紫外线吸收剂均可适用本发明，其中抗氧化剂优选二丁基羟基甲苯(BHT)，紫外线吸收剂优选2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮(UV-284)。

本发明所述的渗透剂采用重柴油、三氯乙烯、氯仿、正辛烷、正庚烷中的一种或2种以上任意比例的组合。前述所述的这些渗透剂简单易得，成本较低，分子量小，可快速渗透到老化沥青中，从而带动沥青再生剂对老化沥青的软化和性能恢复的作用。

本发明还提供一种沥青再生剂的制备方法，具体步骤包括：

1)将植物沥青加热至120℃～130℃，加入界面增强改性剂，制备出改性植物沥青；

2)将渗透剂和增塑剂加入到改性生物植物沥青中，升温至130℃～140℃，搅拌混合均匀；

3)保持温度在130℃～140℃下，将抗老化剂加入步骤2)所得的混合物中，搅拌均匀得沥青再生剂。

为了更好沥青再生剂搅拌均匀，步骤2)中的搅拌的速度为45～100r/min，搅拌时间为0.5～1h；步骤3)中的搅拌的速度为45～100r/min，搅拌时间为2-3h。

本发明还提供一种沥青混合料，包含上述的沥青改性剂，按重量份计，其原料组成为路面旧料:沥青再生剂:矿粉:集料:沥青的质量配比：

30～70:0.1～0.5:1～5:25～66:2～5。

本发明还提供一种制备上述沥青混合料制备方法，具体步骤为将路面旧料加热至120℃～130℃，加入上述所制备的沥青再生剂，搅拌均匀后，然后加入矿粉、预热过的集料和预热过的沥青，搅拌均匀得沥青混合料。

为了使沥青混合料更好地混合，其中所述的集料的预热温度180℃～210℃，沥青的预热温度140℃～160℃。

有益效果：

1、本专利利用植物沥青软化效果和渗透效果好的特性，有效改善变硬变脆的老化沥青；在植物沥青的基础上通过界面增强改性剂加入，界面增强改性剂中的环氧基具有高粘性，可以与集料表面的阴离子形成共价键，从而增强沥青与集料的粘附性，进而提高沥青混合料的抗低温性能和抗水损害性能；同时通过渗透剂、增塑剂和抗老化剂的复配，使沥青再生剂具有良好的浸润扩散能力和延度，恢复老化沥青综合路用性能。

2、本发明利用沥青再生剂制备的沥青混合料性能达到甚至超过未掺加路面旧料的新拌沥青混合料的路用性能，可将沥青混合料中的路面旧料掺加比例提高至50％及以上。

3、本发明利用植物沥青作为沥青再生剂的主要成分，不仅实现废旧资源再利用，同时可降低沥青再生剂生产成本，而且可大规模回收路面旧料，同时确保路面的低温抗开裂性能(低温弯拉应变≥2500με)、抗水损害性能(冻融劈裂强度比≥84％、浸水残留稳定度≥90％)、抗疲劳性能(300微应变控制下四点弯曲疲劳次数≥25000)均有所提升，对于解决我国资源循环利用，发展绿色交通具有重要意义。

具体实施方式

实施例1：

一种沥青再生剂，按质量百分比计，由以下原料组成：

植物沥青，占沥青再生剂总质量的70％；

界面增强改性剂采用环氧硅树脂，占沥青剂再生剂总质量的4％，界面增强改性剂中环氧基的含量为10wt％；

增塑剂采用羧甲基纤维素，占沥青再生剂总质量的25％；

渗透剂采用正辛烷，占沥青再生剂总质量的0.5％；

抗老化剂采用二丁基羟基甲苯(BHT)，占沥青再生剂总质量的0.5％；

按上述比例，以制备100kg沥青再生剂为例，沥青再生剂的制备过程如下：

植物沥青75kg加热至125℃，加入4kg环氧硅树脂，在搅拌速度为25r/min的条件下，搅拌均匀制备出改性植物沥青；将正辛烷0.5kg和羧甲基纤维素25kg加入到改性植物沥青中，同时温度升至135℃，在搅拌速度为65r/min下搅拌0.5h，然后加入二丁基羟基甲苯(BHT)0.5kg，保持温度135℃，搅拌速度65r/min，搅拌3h，即制备得到100kg沥青再生剂。

传统再生剂和本实施例制备的沥青再生剂性能如表1所示，本实施例制备的沥青再生剂对老化改性沥青的再生性能恢复效果如表2；

表1沥青再生剂基本性能

表2老化改性沥青常规指标再生规律

从表2可以看出，在老化SBS改性70#沥青中加入8wt％左右本实施例的所制备的沥青再生剂可使其针入度、软化点这两个指标恢复至原样沥青水平，在老化SBS改性70#沥青中加入12％左右本实施例所制备的沥青再生剂可使其5℃延度和弹性恢复这两个指标恢复至原样沥青水平。

利用上述所制备的沥青再生剂制备再生沥青混合料的具体步骤包括：将路面旧料加热至130℃，加入上述所制备的沥青再生剂，搅拌90s，使沥青再生剂扩散渗透路面旧料中，加入190℃的集料、150℃的沥青和常温下的矿粉后，搅拌120s，即可得到沥青混合料，其中所述的路面旧料：沥青再生剂：矿粉：集料：沥青的质量配比为70：0.5：1：27：:1.5。

制备的再生沥青混合料的设计级配和性能如表3和表4所示：

表3制备的再生沥青混合料的设计级配

表4沥青混合料基本性能

表4中对比例是采用传统再生剂所制备而成，其制备方法与本实施例中沥青混合料的制备方法相同。

实施例2：

一种沥青再生剂，按质量百分比计，由以下原料组成：

植物沥青，占沥青再生剂总质量的80％；

增强改性剂采用环氧树脂，占沥青剂再生剂总质量的3％，界面增强改性剂中环氧基的含量为40wt％

增塑剂采用羟乙基纤维素，占沥青再生剂总质量的15％；

渗透剂采用三氯乙烯，占沥青再生剂总质量的1％；

抗老化剂采用2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮(UV-284)，占沥青再生剂总质量的1％；

按上述比例，以制备100kg沥青再生剂为例，沥青再生剂的制备过程如下

取植物沥青80kg加热至120℃；加入3kg环氧树脂，在搅拌速度为25r/min的条件下，搅拌均匀制备出改性植物沥青；将羟乙基纤维素15kg和三氯乙烯1kg加入到改性植物沥青中，同时温度升至130℃，在搅拌速度为45r/min下搅拌1h，然后加入2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮(UV-284)1kg，保持温度130℃，搅拌速度45r/min，搅拌3h，即制备得到100kg沥青再生剂。

传统再生剂和本实施例制备的沥青再生剂性能如表5所示，本实施例制备的沥青再生剂对老化改性沥青的再生性能恢复效果如表6所示；

表5沥青再生剂基本性能

表6老化改性沥青常规指标再生规律

利用上述制备沥青再生剂制备再生沥青混合料的具体步骤包括：将路面旧料加热，至130℃，加入上述制备的沥青再生剂，搅拌90s，使沥青再生剂扩散渗透到路面旧料中，加入180℃的集料、160℃的沥青和常温下的矿粉后，搅拌120s，即可得到沥青混合料，其中所述的路面旧料：沥青再生剂：矿粉：集料：沥青的质量配比为30:0.1:4.9:60:5。

制备的再生沥青混合料的设计级配和性能如表7和表8所示

表7制备的再生沥青混合料的设计级配

表8沥青混合料基本性能

表8中对比样是采用传统再生剂所制备而成，其制备方法与本实施例中沥青混合料的制备方法相同。

实施例3：

一种沥青再生剂，按质量百分比计，由以下原料组成：

植物沥青，占沥青再生剂总质量的65％；

增强改性剂采用环氧脂肪族多乙烯多胺，占沥青剂再生剂总质量的3％，界面增强改性剂中环氧基的含量为30wt％

增塑剂采用改性石油树脂，占沥青再生剂总质量的30％；

渗透剂采用氯仿，占沥青再生剂总质量的1％；

抗老化剂采用二丁基羟基甲苯(BHT)，占沥青再生剂总质量的1％；

按上述比例，以制备100kg沥青再生剂为例，沥青再生剂的制备过程如下：

取植物沥青65kg加热至130℃；加入3kg环氧硅树脂，在搅拌速度为25r/min的条件下，搅拌均匀制备出改性植物沥青；将改性石油树脂30kg和氯仿1kg加入到改性植物沥青中，同时温度升至140℃，在搅拌速度为100r/min下搅拌0.5h，然后加入二丁基羟基甲苯(BHT)1kg，保持温度140℃，搅拌速度100r/min，搅拌2h，即制备得到100kg沥青再生剂。

传统再生剂和本实施例制备的沥青再生剂性能如表9所示，本实施例制备的沥青再生剂对老化改性沥青的再生性能恢复效果如表10。

表9沥青再生剂基本性能

表10老化改性沥青常规指标再生规律

利用上述制备的沥青再生剂制备沥青混合料的具体步骤包括：将路面旧料加热，至130℃，加入上述制备的沥青再生剂，搅拌90s，使沥青再生剂扩散渗透到路面旧料中，加入180℃的集料、140℃的沥青和常温下的矿粉后，搅拌120s，即可得到沥青混合料，其中所述的路面旧料：沥青再生剂：矿粉：集料：沥青的质量配比为65:0.4:5:25:4.6。

制备的再生沥青混合料的设计级配和性能如表11和表12所示

表11制备的再生沥青混合料的设计级配

表12沥青混合料基本性能

表12中对比例是采用传统再生剂所制备而成，其制备方法与本实施例中沥青混合料的制备方法相同。

实施例4：

一种沥青再生剂，按质量百分比计，由以下原料组成：

植物沥青，占沥青再生剂总质量的75％；

增强改性剂采用环氧硅树脂和环氧脂肪族多乙烯多胺，两者总质量占沥青剂再生剂总质量的5％，界面增强改性剂中环氧基的含量为20wt％

增塑剂采用羟丙基纤维素，占沥青再生剂总质量的19.2％；

渗透剂采用重柴油，占沥青再生剂总质量的0.3％；

抗老化剂采用2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮(UV-284)，占沥青再生剂总质量的0.5％；

按上述比例，以制备100kg沥青再生剂为例，沥青再生剂的制备过程如下：

植物沥青75kg加热至125℃，加入环氧硅树脂和环氧脂肪族多乙烯多胺共5kg，在搅拌速度为25r/min的条件下，搅拌均匀制备出改性植物沥青；将羟丙基纤维素19.2kg和重柴油0.3kg加入到改性植物沥青中，同时温度升至135℃，在搅拌速度为65r/min下搅拌0.5h，然后加入2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮(UV-284)0.5kg，保持温度135℃，搅拌速度65r/min，搅拌3h，即制备得到100kg沥青再生剂。

传统再生剂和本实施例制备的沥青再生剂性能如表13所示，本实施例制备的沥青再生剂对老化改性沥青的再生性能恢复效果如表14。

表13沥青再生剂基本性能

表14老化改性沥青常规指标再生规律

利用上述制备的沥青再生剂制备沥青混合料的具体步骤包括：将路面旧料加热至130℃，加入上述制备的沥青再生剂，搅拌90s，使沥青再生剂扩散渗透到路面旧料中，加入190℃的集料、150℃的沥青和常温下的矿粉后，搅拌120s，即可得到沥青混合料，其中所述的路面旧料：沥青再生剂：矿粉：集料：沥青的质量配比为30:0.2:1.8:66:2。

制备的再生沥青混合料的设计级配和性能如表15表16所示

表15制备的再生沥青混合料的设计级配

表16沥青混合料基本性能

表16中对比例是采用传统再生剂所制备而成，其制备方法与本实施例中沥青混合料的制备方法相同。

实施例5：

一种沥青再生剂，按质量百分比计，由以下原料组成：

植物沥青，占沥青再生剂总质量的75％；

增强改性剂采用环氧硅树脂和环氧脂肪族多乙烯多胺，两者的总质量占沥青剂再生剂总质量的5％，界面增强改性剂中环氧基的含量为20wt％

增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯，占沥青再生剂总质量的19.2％；

渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚，占沥青再生剂总质量的0.3％；

抗老化剂采用辛基三嗪酮，占沥青再生剂总质量的0.5％；

按上述比例，以制备100kg沥青再生剂为例，沥青再生剂的制备过程如下：

取植物沥青75kg加热至125℃，加入环氧硅树脂和环氧脂肪族多乙烯多胺共5kg，在搅拌速度为25r/min的条件下，搅拌均匀制备出改性植物沥青；将邻苯二甲酸二丁酯19.2kg和脂肪醇聚氧乙烯醚0.3kg加入到改性植物沥青中，同时温度升至135℃，在搅拌速度为65r/min下搅拌0.5h，然后加入辛基三嗪酮0.5kg，保持温度135℃，搅拌速度65r/min，搅拌3h，即制备得到100kg沥青再生剂。

传统再生剂和本实施例制备的沥青再生剂性能如表17所示，本实施例制备的沥青再生剂对老化改性沥青的再生性能恢复效果如表18。

表17沥青再生剂基本性能

表18老化改性沥青常规指标再生规律

利用上述制备的沥青再生剂制备沥青混合料的具体步骤包括：将路面旧料加热至130℃，加入上述制备的沥青再生剂，搅拌90s，使沥青再生剂扩散渗透到老化沥青中，加入190℃的集料、150℃的沥青和常温下的矿粉后，搅拌120s，即可得到沥青混合料，其中所述的路面旧料：沥青再生剂：矿粉：集料：沥青的质量配比为：65:0.4:5:25:4.6。

制备的再生沥青混合料的设计级配和性能如表19和表20所示

表19制备的再生沥青混合料的设计级配

表20沥青混合料基本性能

表20中对比例是采用传统再生剂所制备而成，其制备方法与本实施例中沥青混合料的制备方法相同。

以上实施例中传统再生剂从衡水圣康化工有限公司购买，主要成份为轻质芳烃油，经组分检测得到芳香分含量为71.3％，饱和分含量为28.5％；植物沥青从天津市昊祥化工销售有限公司购买；改性石油树脂从山东齐隆化工股份有限公司购买。

以上实施例中老化SBS70#沥青为将SBS改性70#沥青经过压力老化后所得到，老化时间20h，老化压力2.1MPa。

尽管本发明已做了详细说明并引证实例，但对于本技术领域的普通技术人员，显然可以对上述方案进行修改、变动、但修改、变动范围均应在权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种沥青再生剂，其特征在于其按质量百分比由以下原料组成：65%-80%植物沥青，3%-5%界面增强改性剂，15%-30%增塑剂，0.3%-1%渗透剂，0.5%-1%抗老化剂；所述的界面增强改性剂为环氧脂肪族多乙烯多胺、环氧硅树脂、环氧树脂中的一种或2种以上任意比例的混合，界面增强改性剂中环氧基的含量为10~40wt%。

2.权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述的增塑剂为改性石油树脂、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或2种以上任意比例的组合。

3.权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述的抗老化剂为抗氧剂、紫外线吸收剂中的一种或2种任意比例的组合。

4.权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述的渗透剂为重柴油、三氯乙烯、氯仿、正辛烷、正庚烷中的一种或2种以上任意比例的组合。

5.根据权利要1-4任一权利要求所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

1）将植物沥青加热至120℃~130℃，加入界面增强改性剂，制备出改性植物沥青；

2）将渗透剂和增塑剂加入到改性植物沥青中，升温至130℃~140℃，搅拌混合均匀；

3）保持温度在130℃~140℃下，将抗老化剂加入步骤2）所得的混合物中，搅拌均匀得沥青再生剂。

6.根据权利要5所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中的搅拌的速度为45～100r/min，搅拌时间为0.5～1h。

7.根据权利要5所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中的搅拌的速度为45～100r/min，搅拌时间为2～3h。

8.一种沥青混合料，其特征在于，包含权利要求1-4 任意一项权利要求所述的沥青改性剂，按重量份计，其原料组成为路面旧料:沥青再生剂:矿粉:集料:沥青的质量配比为30~70: 0.1~0.5:1~5:25~66:2~5。

9.根据权利要求8所述的一种沥青混合料的制备方法，其特征在于，将路面旧料加热至120℃~130℃，加入沥青再生剂，搅拌均匀后，然后加入矿粉、预热过的集料和预热过的沥青，搅拌均匀得沥青混合料。

10.根据权利9所述的沥青混合料的制备方法，其特征在于，集料的预热温度为180℃~210℃，沥青的预热温度为140℃~160℃。