CN104629386B - 沥青组合物及其制备方法和应用与温拌沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沥青组合物及其制备方法和应用，该沥青组合物含有至少一种沥青以及至少一种温拌添加剂，所述沥青组合物基本不含水，所述温拌添加剂选自式I所示的化合物，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.1‑2重量份。本发明还提供了一种含有本发明提供的沥青组合物的温拌沥青混合料。所述沥青组合物作为沥青胶结料在与集料拌和时能够实现温拌；并且，采用现有的拌合楼即可将本发明的沥青组合物与集料拌和。所述沥青组合物具有与形成该沥青组合物的原料沥青相当的性能指标，可以在与原料沥青相当的条件下储存或使用。由所述沥青组合物形成的温拌沥青混合料的性能符合路用混合料的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青组合物及其制备方法和应用，本发明还涉及一种温拌沥青混合料。
背景技术
温拌沥青混合料是一种拌和及碾压温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间的混合料，与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的拌和温度以及摊铺温度大大降低，同时又具有不低于热拌沥青混合料的性能。
目前温拌沥青混合料实现温拌的技术大致分为三类。
一类是沥青降粘技术，也就是在混合料的制备过程中，添加低熔点的有机添加剂。常用的有机添加剂主要包括合成蜡和低分子量酯类化合物，如费托合成蜡。由该技术得到的产品能够降低沥青高温粘度，增大60℃粘度，不仅达到降低拌和及摊铺温度的效果，还能提高沥青混合料的高温性能。但是，费托蜡是一种塑性材料，容易使沥青脆化引起低温裂缝，导致水损害风险增加；并且，出料温度为120℃时有沥青剥离现象，导致间接抗拉强度（即，TSR）性能降低；另外，由于其冻融劈裂强度比也较小，还需要采取抗剥落等措施。
另一类是泡沫沥青法，该方法采用机械发泡和材料发泡技术，通过在沥青中引进一定量的水，当拌和温度超过水的沸点时，水就会蒸发使沥青发泡，显著提高沥青的表面积，提高其低温和易性，使集料得到很好的裹覆，进而使其拌和温度低于一般的热拌工艺。但是，该技术不仅需要对现有的拌合楼进行改造，而且由于在发泡过程中直接引入了水，对水损害的长期影响还不确定。
再一类技术是化学添加剂法，该技术路线的特点是：在沥青混合料的生产过程中添加少量的表面活性添加剂和水，与沥青在拌合过程中共同作用，借助拌合的强大分散能力实现彼此交织。表面活性剂富集于水和沥青的界面，三者共同作用，暂时性在胶结料内部形成较稳定的结构性水膜。由于水膜润滑作用不受温度影响，温度下降时，水膜润滑作用能够很大程度抵消沥青粘度增大的作用，从而实现温拌。但是，由于水膜的存在影响了沥青混合料的初期强度，且在拌和楼添加表面活性剂时，计量、操作和检测等方面也存在问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种沥青组合物及其制备方法，以该沥青组合物作为沥青胶结料与集料拌和时能够实现温拌，并且无需对现有的拌合楼进行改造。
本发明的第一个方面提供了一种沥青组合物，该沥青组合物含有至少一种沥青以及至少一种温拌添加剂，所述沥青组合物基本不含水，所述温拌添加剂选自式I所示的化合物，
式I中，R1为C2-C15的直链或支链烷基；R2和R3相同或不同，各自为C1-C5的直链或支链亚烷基；相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.1-2重量份。
本发明的第二个方面提供了一种制备所述沥青组合物的方法，该方法包括将至少一种沥青与至少一种温拌添加剂混合。
本发明的第三个方面提供了根据本发明的沥青组合物作为沥青胶结料在制备温拌沥青混合料中的应用。
本发明的第四方面提供了一种温拌沥青混合料，该温拌沥青混合料含有根据本发明的沥青组合物、以及至少一种集料。
根据本发明的沥青组合物作为沥青胶结料在与集料拌和时能够实现温拌，从而显著降低沥青混合料的施工温度，进而降低拌和所需的燃油消耗，同时还能够减少有毒、有害气体的排放；并且，采用现有的拌合楼即可将本发明的沥青组合物与集料拌和。
根据本发明的沥青组合物具有与形成该沥青组合物的原料沥青相当的性能指标，可以在与原料沥青相当的条件下储存或使用。
由本发明的沥青组合物形成的温拌沥青混合料的性能符合路用混合料的性能要求。
具体实施方式
本发明提供了一种沥青组合物，该沥青组合物含有至少一种沥青以及至少一种温拌添加剂。
根据本发明的沥青组合物，所述温拌添加剂选自式I所示的化合物，
式I中，R1为C2-C15的直链或支链烷基；R2和R3相同或不同，各自可以为C1-C5的直链或支链亚烷基。
所述C2-C15的直链或支链烷基的具体实例可以包括但不限于：乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基、正癸基、正十二烷基、正十四烷基和正十六烷基。
所述C1-C5的直链或支链亚烷基的具体实例可以包括但不限于：亚甲基、亚乙基、亚正丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚仲丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚正戊基、亚异戊基、亚叔戊基和亚新戊基。
本发明中，式I中，R1优选为C5-C10的直链或支链烷基；R2和R3各自优选为C2-C4的直链或支链亚烷基。
根据本发明的沥青组合物，所述温拌添加剂优选选自式II所示的化合物，
式II中，R1、R2和R3的定义与式I相同，此处不再赘述。
根据本发明的沥青组合物，所述温拌添加剂可以商购得到，也可以采用本领域的常规方法合成。例如：可以将用R2X醚化，将醚化产物卤化后，与NH3——R3——NH3进行霍夫曼烷基化反应，从而得到式I所示的化合物。
根据本发明的沥青组合物，所述沥青可以为本领域常用的各种沥青。具体地，所述沥青可以为基质沥青；也可以为改性沥青，如聚合物改性沥青。
所述基质沥青可以为本领域常用的各种来源的基质沥青，例如：煤焦沥青、石油沥青和天然沥青。具体地，所述基质沥青可以为针入度为40-100的石油沥青，如能够商购得到的50号重交道路沥青、70号重交道路沥青或90号重交道路沥青。
所述改性沥青可以为本领域常见的各种通过向基质沥青中添加至少一种改性剂或者将基质沥青进行处理，而得到的性能改善的沥青。优选地，所述改性沥青为聚合物改性沥青。
所述聚合物改性沥青可以为本领域常见的各种以基质沥青作为基料，采用聚合物作为改性剂进行改性而得到的沥青。作为聚合物改性沥青的基质沥青可以为前文所述的基质沥青。
聚合物改性剂可以为本领域常用的各种能够与基质沥青混合，从而形成聚合物改性沥青的聚合物，例如：所述聚合物改性剂可以选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和聚乙烯，优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。所述聚合物改性沥青中，聚合物改性剂的含量可以为本领域常规选择。一般地，以所述聚合物改性沥青的总量为基准，所述聚合物改性剂的含量可以为1.5-10重量%，优选为3-8重量%。所述聚合物改性沥青可以商购得到，也可以采用本领域的常规方法制备得到。
根据本发明的沥青组合物，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.1-2重量份。优选地，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.2-1重量份。更优选地，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.5-1重量份。
根据本发明的沥青组合物基本不含水。术语“基本不含水”是指以沥青组合物的总量为基准，水的含量为0.2重量%以下，优选为0.1重量%以下，进一步优选为0。根据本发明的沥青组合物由于基本不含水，因此具有更好的初期强度。
本发明的第二方面提供了一种制备所述沥青组合物的方法，该方法包括将至少一种沥青与至少一种温拌添加剂混合。
相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的添加量可以为0.1-2重量份。优选地，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的添加量为0.2-1重量份。更优选地，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的添加量为0.5-1重量份。
所述温拌添加剂的种类在前文已经进行了详细的描述，在此不再详述。
本发明的沥青组合物基本不含水，因此本发明的方法不额外添加水。
本发明对于所述混合的方法和条件没有特别限定，可以根据沥青的种类进行适当的选择，以能够将所述沥青组合物中的各组分混合均匀为准。优选地，所述混合在130-170℃的温度下进行。所述混合的时间以能够使得所述沥青组合物中的各组分形成均匀的混合物为准。所述混合可以在本领域常用的各种能够实现搅拌的设备中进行，没有特别限定。
根据本发明的沥青组合物具有与该沥青组合物中的原料沥青相当的性能指标，因而能够在与所述原料沥青相同的条件下进行储存。并且，根据本发明的沥青组合物在与集料拌和时能够实现温拌效果，制备温拌沥青混合料。
由此，本发明的第三方面提供了根据本发明的沥青组合物作为沥青胶结料在制备温拌沥青混合料中的应用。
本发明的第四方面提供了一种温拌沥青混合料，该温拌沥青混合料含有本发明提供的沥青组合物、以及至少一种集料。所述沥青组合物的组成以及制备方法在前文已经进行了详细的描述，此处不再详述。
根据本发明，所述温拌沥青混合料可以为本领域常见的各种混合料，例如：所述温拌沥青混合料可以为密级配沥青混合料、沥青玛蹄脂碎石、沥青稳定碎石或沥青碎石。
本发明的温拌沥青混合料中，所述集料的种类和用量可以根据温拌沥青混合料的类型及其具体应用场合在本领域的常规知识的指导下进行适当的选择，本文不再详述。
根据本发明的温拌沥青混合料可以采用本领域常用的方法拌制。例如：可以在间歇式拌和机或连续式拌和机中拌制，所述拌制的温度可以根据温拌沥青混合料的种类选择适当的温拌温度（即，在低于热拌温度的温度下拌制，一般比热拌温度低20-40℃）。
根据本发明的温拌沥青混合料可以用于铺设各种等级的路面。
以下结合实施例和对比例详细说明本发明。
以下实施例和对比例中，采用JTG F40-2004中规定的方法来测定沥青组合物以及沥青混合料的各项性能指标。
实施例1-4用于说明本发明的沥青组合物及其制备方法。
实施例1
（1）将100重量份的70A沥青（购自中国石化镇海炼化的东海牌沥青）与0.7重量份的温拌添加剂（为式II所示的化合物，其中，R1为正壬基，R2为亚乙基，R3为亚正丙基，购自天啸精细化工有限公司）在沥青生产罐中搅拌均匀，从而得到根据本发明的沥青组合物。其中，搅拌的条件包括：温度为130-140℃，时间为60分钟，搅拌速度为200-300转/分。得到的沥青组合物的性能指标在表1中给出。
（2）采用以下方法测定该沥青组合物的储存稳定性：
将步骤（1）制备的沥青组合物在130-150℃的储罐中贮存90天，每隔30天取样进行性能分析。将作为原料的70A沥青在同等条件下进行储存并进行分析，以进行对照。结果在表2和表3中给出。
表1
表2
表3
实施例2
将100重量份的牌号为SBS I-D的聚合物改性沥青（购自中国石化镇海炼化的东海牌沥青）与0.7重量份的温拌添加剂（为式II所示的化合物，其中，R1为壬基，R2为亚乙基，R3为亚正丙基，购自天啸精细化工公司）在生产罐中搅拌均匀，从而得到根据本发明的沥青组合物。其中，搅拌的条件包括：温度为160-170℃，时间为60分钟，转速为300-400转/分。得到的沥青组合物的性能指标在表4中给出。
表4
实施例3
将100重量份的90A沥青（购自中石化西安石化东海牌沥青）与0.5重量份的温拌添加剂（为式II所示的化合物，其中，R1为辛基，R2为亚乙基，R3为亚乙基，购自天啸精细化工公司）在沥青生产罐中搅拌均匀，从而得到根据本发明的沥青组合物。其中，搅拌条件包括：温度为130-140℃，时间为60分钟，转速为200-300转/分。得到的沥青组合物的性能指标在表5中给出。
表5
实施例4
将100重量份的牌号为SBS I-C的聚合物改性沥青（购自中石化齐鲁石化东海牌沥青）与0.5重量份的温拌添加剂（为式II所示的化合物，其中，R1为辛基，R2为亚乙基，R3为亚乙基，购自天啸精细化工公司）在沥青生产罐中搅拌均匀，从而得到根据本发明的沥青组合物。其中，搅拌条件包括：温度为160-170℃，时间为60分钟，转速为300-400转/分。得到的沥青组合物的性能指标在表6中给出。
表6
表1和表4-6的结果表明，根据本发明的沥青组合物具有与该沥青组合物中含有的原料沥青相当的性能指标。
表2和表3的结果表明，根据本发明的沥青组合物的储存稳定性好，能够在与原料沥青相同的条件下进行储存。因而，能够预先制备本发明的能够实现温拌效果的沥青组合物，在需要时在将本发明的温拌沥青与集料在拌合楼中在温拌条件下混合，以制备温拌沥青混合料。并且，由于能够预先制备能够实现温拌效果的沥青组合物，因此无需对现有的拌合楼进行改造（即，无需增加添加温拌剂所需要的计量设备、加料装置和检测设备等）。
实施例5-8用于说明本发明的本发明的沥青组合物的应用以及本发明的温拌沥青混合料。
实施例5
将实施例1制备的沥青组合物在130-135℃的温度下与集料拌和，从而得到本发明的温拌沥青混合料。其中，集料的级配如表7所示，油石比（即，沥青组合物与集料的质量比的百分数）为4%。制备的温拌沥青混合料（压实温度为125℃）的性能指标在表8中给出。
对比例1
采用与实施例5相同的方法制备沥青混合料，不同的是，使用作为实施例1中作为原料沥青的70A沥青代替沥青组合物，分别在温拌条件（130-135℃）和热拌条件（155-160℃）下进拌和，得到两种沥青混合料。制备的两种沥青混合料（温拌条件下得到的沥青混合料的压实温度为125℃，热拌条件下得到的沥青混合料的压实温度为150℃）的性能指标在表8中给出。
对比例2
采用与实施例5相同的方法制备沥青混合料，不同的是，沥青组合物是通过以下方法制备的：将100重量份的70A沥青（商购自中国石化镇海炼化的东海牌沥青）与0.7重量份的CL季铵盐类（C18H37-NCH3CH3CH3），在沥青生产罐中分别在温拌条件（130-135℃）和热拌条件（155-160℃）下搅拌均匀，从而得到两种沥青组合料。制备的两种沥青混合料（温拌条件下得到的沥青混合料的压实温度为125℃，热拌条件下得到的沥青混合料的压实温度为150℃）的性能指标在表8中给出。
对比例3
采用与实施例5相同的方法制备沥青混合料，不同的是，沥青组合物是通过以下方法制备的：将100重量份70A沥青与1.5重量份温拌添加剂（为式II所示的化合物，其中，R1为正壬基，R2为亚乙基，R3为亚正丙基，购自博信油脂化学有限公司）和67重量份水，从而得到沥青组合料。制备的温拌沥青混合料（压实温度为125℃）的性能指标在表8中给出。
表7
表8
实施例6
将实施例2制备的沥青组合物与集料在140-145℃拌和，从而得到本发明的温拌沥青混合料。其中，集料的级配如表9所示，油石比（即，沥青组合物与集料的质量比的百分数）为5.5%。制备的温拌沥青混合料（压实温度为135℃）的性能指标在表10中给出。
对比例4
采用与实施例6相同的方法制备沥青混合料，不同的是，使用实施例2中作为原料沥青的牌号为SBS I-D的聚合物改性沥青代替沥青组合物，分别在温拌条件（140-145℃）和热拌条件（165-170℃）下进行拌和，得到两种沥青混合料。制备的两种沥青混合料（温拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为135℃，热拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为160℃）的性能指标在表10中给出。
表9
表10
实施例7
将实施例3制备的沥青组合物与集料在120-125℃拌和，从而得到本发明的温拌沥青混合料。其中，集料的级配如表11所示，油石比（即，沥青组合物与集料的质量比的百分数）为4.1%。制备的温拌沥青混合料（压实温度为115℃）的性能指标在表12中给出。
对比例5
采用与实施例7相同的方法制备沥青混合料，不同的是，使用实施例3中的作为原料沥青的90A沥青代替沥青组合物，分别在温拌条件（120-125℃）和热拌条件（150-155℃）下进行拌和，得到两种沥青混合料。制备的两种沥青混合料（温拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为115℃，热拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为145℃）的性能指标在表12中给出。
表11
表12
实施例8
将实施例4制备的沥青组合物与集料在140-145℃拌和，从而得到本发明的温拌沥青混合料。其中，集料的级配如表13所示，油石比（即，沥青组合物与集料的质量比的百分数）为5.5%。制备的温拌沥青混合料（压实温度为135℃）的性能指标在表14中给出。
对比例6
采用与实施例8相同的方法制备沥青混合料，不同的是，使用实施例4中作为原料沥青的牌号为SBS I-C的聚合物改性沥青代替沥青组合物，分别在温拌条件（140-145℃）和热拌条件（165-170℃）下进行拌和，得到两种沥青混合料。制备的两种沥青混合料（温拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为135℃，热拌条件下制备的沥青混合料的压实温度为160℃）的性能指标在表14中给出。
表13
表14
实施例5-8和对比例1-6的结果表明，根据本发明的沥青组合物能够与集料在温拌条件下进行拌和及成型，且成型的温拌沥青混合料具有与成型的热拌沥青混合料相当的性能指标。
Claims (9)
1.一种沥青组合物，该沥青组合物含有至少一种沥青以及至少一种温拌添加剂，所述沥青组合物基本不含水，所述温拌添加剂选自式I所示的化合物，
式I中，R1为C2-C15的直链或支链烷基；R2和R3相同或不同，各自为C1-C5的直链或支链亚烷基；相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.1-2重量份，所述基本不含水是指以沥青组合物的总量为基准，水的含量为0.2重量％以下。
2.根据权利要求1所述的沥青组合物，其中，所述温拌添加剂选自式II所示的化合物，
式II中，R1、R2和R3的定义与式I相同。
3.根据权利要求1或2所述的沥青组合物，其中，R1为C5-C10的直链或支链烷基；R2和R3各自为C2-C4的直链或支链亚烷基。
4.根据权利要求1所述的沥青组合物，其中，相对于100重量份所述沥青，所述温拌添加剂的总量为0.2-1重量份。
5.根据权利要求1或4所述的沥青组合物，其中，所述沥青为基质沥青或聚合物改性沥青。
6.权利要求1所述的沥青组合物的制备方法，该方法包括将至少一种沥青与至少一种温拌添加剂混合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述混合在温度为130-170℃的条件下进行。
8.权利要求1-5中任意一项所述的沥青组合物作为沥青胶结料在制备温拌沥青混合料中的应用。
9.一种温拌沥青混合料，该温拌沥青混合料含有权利要求1-5中任意一项所述的沥青组合物、以及至少一种集料。
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