一种低粘度的沥青路面热再生用再生剂、其制备方法及包含
它的沥青路面热再生混合料
技术领域
本发明属于道路工程材料领域,具体涉及一种低粘度的沥青路面热再生用再生剂、其制备方法及包含它的沥青路面热再生混合料。
背景技术
我国每年产生的废旧沥青混合料数量将近6000万吨,数量如此庞大的废弃沥青混合料,如不加以利用,不但占用大量土地,并且污染环境。因此,科学高效的利用废旧沥青混合料,对促进资源循环利用及环境保护具有重要意义。
废旧沥青混合料再生技术目前已经在国内兴起。目前的沥青混合料再生技术主要分热再生和冷再生二类。冷再生技术能利用70-90%的RAP,但是冷再生对再生料更多的是一种再利用,并没有对其中的老化沥青进行再生。热再生技术是将一定比例废旧沥青混合料(20-50%)充当集料与新的沥青及集料拌合,以热拌沥青混合料的方式实现旧沥青的再生与再利用。热再生技术具有良好的实用性,已成为一种成熟可靠的再生技术。对于热再生技术来说,再生剂是该技术的一种重要材料,通过再生剂的引入,可以激活废旧沥青混合料中的老化沥青,调节老化沥青的粘度,恢复其原有的使用性能,达到高效利用废旧沥青材料的目的。目前国内外关于沥青再生剂的发明较多,热再生技术的应用也处于快速发展阶段。
在早期,沥青混合料再生剂主要是汽油、柴油等轻质油分,其在短期内可以部分恢复原有沥青的性能,但是轻质油分不稳定,易挥发老化。2004年以来,再生剂组分多为轻质油分与石油树脂组合而成,以稳定油分,提高再生剂的性能。
中国专利CN102604402A公开了一种沥青再生剂,其主要由芳烃油,重油,液态石油树脂等组成,其60℃粘度在90-120cst之间,其25℃粘度在1500cst以上。另外,中国专利CN103804936A公开了一种SBS改性沥青再生剂,其同样由石油重油,石油树脂及一定的化学添加剂组成,只是添加了SBS改性剂以达到SBS改性沥青的效果,其在常温25℃时粘太大,无法被测出。东南大学公开了一种低粘度的改性沥青再生剂(CN102140253A),其主要由轻质油分及硫化剂等组成,其60℃粘度在180-300cst的粘度范围,在常温25℃时粘度太大,无法被测出。
从以上专利可以看出,目前热再生剂已有大量的研究,并且已开始考虑其粘度问题,但是目前绝大部分再生剂粘度值偏高,施工转移时需要加热使用。尤其在冬季施工时不易添加,严重影响了工程施工进度与效率,带来了应用上的巨大困扰。另外,再生沥青混合料抗水损害能力不足也是制约其应用的重要因素。
发明内容
为了解决现有技术中沥青热再生剂粘度高,使用不便,同时再生混合料抗水损害能力差的问题,本发明提供了一种低粘度的沥青路面热再生用再生剂、其制备方法及包含它的沥青路面热再生混合料,本发明低粘度的沥青路面热再生用再生剂在常温下粘度为20-180cst,不需要加热即可使用,解决了在再生剂在使用转移过程中需要加热的难题,且使沥青路面热再生混合料的抗水损害能力有了显著的提高。
为解决上述技术问题,本实发明采用如下技术方案:
一种低粘度的沥青路面热再生用再生剂,其原料包括如下组分:
道路石油沥青:5-30份;
石油基轻质组分:30-80份;
粘结剂:0.1-3份;
沥青乳化剂:0.5-5份;
水:10-30份;
所述粘结剂为烷基多乙烯多胺、芳香胺或脂肪胺类阳离子粘结剂中的一种或两种以上任意配比的混合物;沥青乳化剂为阳离子慢裂型或阳离子中裂型;所述份数为质量份数。
申请人经研究发现:上述各原料组分之间产生了意想不到的协同效应,申请人通过对粘结剂和乳化剂的特定选择,不仅能得到稳定的油包水型乳液,而且丝毫不会因为水的存在而影响沥青路面热再生混合料的使用性能,本申请特定的粘结剂能够增强沥青与集料的裹附与粘结,使热再生混合料的抗水损害能力有了显著的提高。
本申请低粘度的沥青路面热再生用再生剂具有很好的稳定性,且室温(25℃)的粘度为20-180cst,不需要加热即可使用,抗水损害能力也有了显著的提高。
为了进一步促进各组分之间的协同效应,同时提供进一步提高所得再生剂的稳定性,优选,沥青乳化剂为Indulin MQK-1慢裂型乳化剂、EA102阳离子慢裂乳化剂、E4875、RedicoteE4819或EA301。
上述低粘度的沥青路面热再生用再生剂在不使用任何稳定剂的情况下也能满足领域中的正常需要,但为了进一步提高再生剂的稳定性,延长期使用寿命,低粘度的沥青路面热再生用再生剂原料还包括稳定剂:0.05-2.0份,所述份数为质量份数。
为了能跟进一步提高再生剂的再生效果,优选,上述低粘度的沥青路面热再生用再生剂的原料包括如下组分:道路石油沥青:5-20份;石油基轻质组分:60-80份;稳定剂:0.1-0.5份;粘结剂:0.1-1.5份;沥青乳化剂:2-5份;水:13-29份;所述份数为质量份数。
本申请稳定剂可选择现有乳液的常用稳定剂,但为了进一步促进稳定剂与其它各组分之间的协同效应,同时进一步增强再生剂的稳定性,优选,所述稳定剂为氯化钠、氯化铵、氯化钾、氯化镁、氯化钙、聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的一种或两种以上任意配比的混合物。
上述聚乙烯醇的分子量优选为12-15万,醇解度优选为87-89%。
各种常用的道路石油沥青均能实现低粘度、高抗水损害的效果,为了能进一步提高再生剂的再生效果,同时加强与其它各组分的协同效应,优选,所述道路石油沥青的针入度为50-110。针入度单位为0.1mm。
为了进一步提高再生剂的再生效果,优选,所述石油基轻质组分为糠醛抽出油、催化裂化油浆、橡胶油、减三线及减四线油中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述粘结剂为二乙烯三胺、十二烷基伯胺、十六烷基伯胺或三乙烯四胺中的一种或两种以上任意配比的混合物。
上述再生剂的制备方法可参照现有乳液的制备方法,但为了得到更加稳定的再生剂,优选,低粘度的沥青路面热再生用再生剂的制备方法,包括顺序相接的如下步骤:
(a)将道路石油沥青和石油基轻质组分混合,并加热至120℃-150℃;
(b)将沥青乳化剂和粘结剂共同溶于水中,并调节pH至1.5-3.0,加热至40-70℃,得皂液;
(c)将步骤(b)所得皂液输送入胶体磨中循环,再将步骤(a)所得道路石油沥青输入到胶体磨中,经胶体磨研磨后,即得低粘度的沥青路面热再生用再生剂。
步骤c中研磨时间优选为1-3分钟,转速优选为3000-6000r/min。
本申请低粘度的沥青路面热再生用再生剂为油包水型乳液,将低粘度的沥青路面热再生用再生剂输出胶体磨,冷却至室温后备用。
上述步骤(b)中调节pH所用助剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种以任意比例组合。
为了进一步促进稳定剂与其它各组分之间的协同效应,同时进一步增强再生剂的稳定性,优选,步骤(b)为将沥青乳化剂、稳定剂和粘结剂共同溶于水中,并调节pH至1.5-3.0,加热至40-70℃,得皂液。
包含上述用于低粘度的沥青路面热再生用再生剂的沥青路面热再生混合料,其原料组分包括:沥青路面回收材料20-50份、用于低粘度的沥青路面热再生用再生剂0.05-2份、新集料45-70份,新沥青2.5-4.5份和矿粉0-4份,所述份数为质量份数;
所述沥青路面热再生混合料的制备包括顺序相接的如下步骤:
(a)按照热再生混合料级配,将沥青路面回收材料与用于低粘度的沥青路面热再生用再生剂拌合30-60s;
(b)向步骤(a)所得的混合物中加入新集料,新沥青及矿粉,拌合30-60s;即得到沥青路面热再生混合料。
沥青路面热再生混合料中,用于低粘度的沥青路面热再生用再生剂优选为0.05-2份。
为了提高沥青路面热再生混合料的力学性能,优选,新集料级配为0-2.36mm新集料8-18份,2.36-4.75mm新集料6-14份,4.75mm-9.5mm新集料12-24份,9.5-16mm新集料14-20份,所述份数为质量份数。
本发明的低粘度的沥青路面热再生用再生剂,与目前普通的热再生剂相比,其粘度大幅度降低,在常温(25℃)下其粘度在20-180cst范围内,使用时无需加热,而普通再生剂在(25℃)粘度在1000cst以上,极大的方便了再生剂的输运,提高了工作效率;本发明所得沥青路面热再生剂,所制备的热再生混合料在抗水损害性能上比普通再生剂有显著提升,在50%再生料的掺量下,其比普通再生剂可以提高路面抗水损害指标TSR5%-10%;本发明所得沥青路面热再生剂稳定性好,使用方便。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中,各性能检测参照中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》以及中华人民共和国行业标准《公路沥青路面再生技术规范(JTG F41-2008)》,各实施例中份数为质量份数,百分比为质量百分比。
实施例1:
称取乳化剂3份、粘结剂0.1份、稳定剂0.5份,然后加水至22份,加pH调节助剂至pH=2.0,最后加水至25份皂液,所述乳化剂为Indulin MQK-1慢裂型乳化剂(美国Meadwestvaco公司);所述粘结剂为二乙烯三胺(上海瀚思化工有限公司);所述pH值调节助剂为盐酸,所述稳定剂为聚乙烯醇(上海阿拉丁试剂有限公司,其中,分子量为13-14万,醇解度为87-89%)。
上述低粘度沥青路面再生剂的制备方法如下:
取上述5份针入度为72的道路石油沥青(韩国SK公司),糠醛抽出油70份(茂名市广兴润滑油有限公司)加热至135℃,将上述25份皂液加热到55℃,将皂液混合物输送入胶体磨中循环,再将上述热沥青输入到胶体磨中,经胶体磨均匀分散及研磨2min后,将乳液输出胶体磨,冷却至室温,即制得低粘度沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(大广高速江西泰赣段铣刨料)30份、0-2.36mm新集料17份,2.36-4.75mm新集料12份,4.75mm-9.5mm新集料21,9.5-16mm新集料(南京六合区新桥料厂)18份、矿粉2份),新沥青3.8份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料30份和0.12份所制得的沥青路面再生剂拌和60s,然后加入新集料68份,新沥青3.8份拌和90s,最后加入矿粉2份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
实施例2:
称取乳化剂5份、粘结剂0.3份,稳定剂0.1份,然后加水至22份,加pH调节助剂至pH=2.0,最后加水至30份皂液,所述乳化剂为EA102阳离子慢裂乳化剂(江苏苏博特新材料股份有限公司);所述粘结剂为十二烷基伯胺(南京康满林化工实业有限公司);所述pH值调节助剂为硫酸,所述稳定剂为氯化钙。
上述低粘度沥青路面再生剂的制备方法如下:
取上述20份针入度为95的道路石油沥青(江阴泰富沥青有限公司),催化裂化油浆60份(茂名市广兴润滑油有限公司)加热至130℃,将上述20份皂液加热到60℃,将皂液混合物输送入胶体磨中循环,再将上述热沥青输入到胶体磨中,经胶体磨均匀分散及研磨3min后,将乳液输出胶体磨,冷却至室温,即制得低粘度沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(安徽合徐南高速公路铣刨料)40份、0-2.36mm新集料12份,2.36-4.75mm新集料7份,4.75mm-9.5mm新集料23份,9.5-16mm新集料(南京六合区新桥料厂)16份、矿粉2份),新沥青3.4份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料40份和0.15份所制得的沥青路面再生剂拌和60s,然后加入上述的四档新集料58份,新沥青3.4份拌和90s,最后加入矿粉2份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
实施例3:
称取乳化剂2份、表面活性0.5份,稳定剂0.2份,然后加水至26份,加pH调节助剂至pH=2.0,最后加水至30份皂液,所述乳化剂为E4875(瑞典阿克苏诺贝尔公司);所述粘结剂为十六烷基伯胺(上海阿拉丁试剂有限公司);所述pH值调节助剂为硫酸,所述稳定剂为氯化铵(上海阿拉丁试剂有限公司)。
上述低粘度沥青路面再生剂的制备方法如下:
取上述10份针入度为79的道路石油沥青(韩国SK公司),润滑油抽出油及糠醛抽出油80份(茂名市广兴润滑油有限公司)加热至140℃,将上述10份皂液加热到60℃,将皂液混合物输送入胶体磨中循环,再将上述热沥青输入到胶体磨中,经胶体磨均匀分散及研磨3min后,将乳液输出胶体磨,冷却至室温,即制得低粘度沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(安徽合徐南高速公路铣刨料)50份、0-2.36mm新集料9份,2.36-4.75mm新集料10份,4.75mm-9.5mm新集料14份,9.5-16mm新集料(镇江茅迪玄武岩料厂)16份、矿粉1份),新沥青3份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料50份和0.15份所制得的沥青路面再生剂拌和60s,然后加入上述的四档新集料49份,新沥青3份拌和90s,最后加入矿粉2份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
实施例4:
称取乳化剂5份、粘结剂1.0份,稳定剂0.5份,然后加水至8份,加pH调节助剂至pH=2.0,最后加水至20份皂液,所述乳化剂为RedicoteE4819(瑞典阿克苏诺贝尔公司);所述粘结剂为三乙烯四胺(上海瀚思化工有限公司);所述pH值调节助剂为硫酸,所述稳定剂为羧甲基纤维素(上海阿拉丁试剂有限公司)。
上述低粘度沥青路面再生剂的制备方法如下:
取上述20份针入度为92的道路石油沥青(新加坡ESSO沥青公司),减二线油与减四线油组合物60份(金陵石化有限公司)加热至130℃,将上述20份皂液加热到60℃,将皂液混合物输送入胶体磨中循环,再将上述热沥青输入到胶体磨中,经胶体磨均匀分散及研磨3min后,将乳液输出胶体磨,冷却至室温,即制得低粘度沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(安徽合徐南高速公路铣刨料)50份、0-2.36mm新集料9份,2.36-4.75mm新集料10份,4.75mm-9.5mm新集料14份,9.5-16mm新集料(镇江茅迪玄武岩料厂)16份、矿粉1份),新沥青3份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料50份和0.15份所制得的沥青路面再生剂拌和60s,然后加入上述的四档新集料49份,新沥青3份拌和90s,最后加入矿粉1份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
实施例5:
称取乳化剂3份、粘结剂1.5份,稳定剂0.5份,然后加水至26份,加pH调节助剂至pH=2.0,最后加水至30份皂液,所述乳化剂为EA301(江苏苏博特新材料股份有限公司);所述粘结剂为三乙烯四胺(上海瀚思化工有限公司);所述pH值调节助剂为硫酸,所述稳定剂为羧甲基纤维素(上海阿拉丁试剂有限公司)。
上述低粘度沥青路面再生剂的制备方法如下:
取上述5份针入度为98的道路石油沥青(韩国SK沥青公司),糠醛抽出油与催化裂化油浆组合物组合物65份(东营曼特克石油化工有限公司)加热至130℃,将上述30份皂液加热到60℃,将皂液混合物输送入胶体磨中循环,再将上述热沥青输入到胶体磨中,经胶体磨均匀分散及研磨3min后,将乳液输出胶体磨,冷却至室温,即制得低粘度沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(安徽合徐南高速公路铣刨料)50份、0-2.36mm新集料9份,2.36-4.75mm新集料10份,4.75mm-9.5mm新集料14份,9.5-16mm新集料(镇江茅迪玄武岩料厂)16份、矿粉1份),新沥青3份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料50份和0.15份所制得的沥青路面再生剂拌和60s,然后加入上述的四档新集料49份,新沥青3份拌和90s,最后加入矿粉1份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
对比实施例1:
取上述20份针入度为72的道路石油沥青(韩国SK公司),糠醛抽出油80份(东营曼特克石油化工有限公司)加热至130℃,冷却至室温,对比作为普通沥青路面再生剂。
低粘度沥青再生剂的应用方法为:准备矿料100份(其中:回收沥青路面材料(大广高速江西泰赣段铣刨料)30份、0-2.36mm新集料17份,2.36-4.75mm新集料12份,4.75mm-9.5mm新集料21,9.5-16mm新集料(南京六合区新桥料厂)18份、矿粉2份),新沥青3.8份。
加料顺序及工艺为:向温度为180℃的拌和机内加入回收沥青路面材料30份和0.12份对比再生剂拌和60s,然后加入新集料68份,新沥青3.8份拌和90s,最后加入矿粉2份,拌和60s,即得到再生沥青混合料。
在得到各实施例及对比实施例的再生剂后,依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ E20-2011》对实施例及市场上润强RA100再生剂的动力粘度进行了测试,结果见表1中所示。从表中可见,实施例所得的再生剂在25℃下粘度在20-180cst范围内,显著低于对比实施例以及市场上润强RA100再生剂的粘度。因此,本发明的再生剂具有低粘度的特性,在施工中不需要加热转移,解决了再生剂在施工中粘度大,施工不便的问题。
表1实施例1-4中所得再生剂的粘度
在得到各实施例及对比实施例的再生剂后,依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ E20-2011》中储存稳定性试验方法,对实施例及市场上润强RA100再生剂的稳定性进行了测试,结果见表2中所示。
表2实施例1-4中所得再生剂的稳定性
项目 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
实施例4 |
实施例5 |
5d存储稳定性(%) |
1.0% |
1.4% |
0.9% |
1.3% |
0.6% |
表3是实施例所得再生剂对路面回收老化沥青的性能影响,其中针入度、软化点及延度的测试依照交通部行业规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ E20-2011》进行。该老化沥青经过8年使用,其针入度、软化点及延度出现明显的劣化,在加入6%(质量分数)的再生剂进行再生后,其针入度、软化点及延度指标均出现部分恢复,能满足再生的要求。
表3再生剂对沥青性能的影响
表4是实施例所得再生剂对再生混合料抗水损害性能的影响,其中冻融循环劈裂强度比的测试依照交通部行业规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ E20-2011》进行。再生混合料采用了各实施例1-5中所得的混合料。从表4中可见,本发明所得再生剂制备的可以提高再生混合料的冻融循环劈裂强度比,从而提高再生混合料的抗水损害能力。
表4再生剂对沥青混合料抗水损害性能的影响
编号 |
冻融循环劈裂强度比(%) |
对比实施例1 |
74.2 |
实施例1 |
83.4 |
实施例2 |
79.3 |
实施例3 |
85.0 |
实施例4 |
88.2 |
实施例5 |
86.7 |