CN104761918B - 一种就地冷再生专用乳化沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本案公开了一种就地冷再生专用乳化沥青混合料，由以下材料组成：基质沥青、环氧树脂、酚醛树脂、生石灰、乳化剂、丁苯胶乳、生物质炭粉和水。本案通过引入环氧树脂，提高了乳化沥青破乳凝结后的结构韧性，增加了其抗磨损能力；通过引入酚醛树脂，改善了乳化沥青破乳凝结后的耐高温性，增加了其耐火能力；同时，酚醛树脂与环氧树脂意外地协同发挥作用，增强了沥青的耐候性能；通过引入生石灰、氧化钡和硅藻土，改善了乳化沥青的破乳速率，使得施工工艺更加快速方便；通过引入氯化锂，提高了沥青在极寒环境下的抗冻裂性能，极大地延长了沥青路面的使用寿命。

Description

一种就地冷再生专用乳化沥青混合料

技术领域

本发明涉及一种乳化沥青，特别是涉及一种就地冷再生专用的乳化沥青混合料。

背景技术

就地冷再生(ColdIn-placeRecycling，CIR)是国外20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新技术，目前已成为国际上旧路维修改造、升级的主要方法之一。就地冷再生是利用现有旧路材料(面层或部分基层)，需要时加入部分新骨料，按比例加入一定量的再生剂(乳化沥青、泡沫沥青、水泥、粉煤灰和石灰等)或添加剂，在自然环境温度下连续地完成材料的铣刨、破碎、筛分、拌和、摊铺及压实成型的作业过程。就地冷再生技术与传统的沥青路面养护维修方式相比，能够节约原材料，提高旧路等级，缩短工期，对交通影响小，节省投资成本，同时循环利用废料、保护环境，并能彻底消除原有路面的拥包、车辙和松散等病害，还可以对基层病害进行适当处理，一定程度上提高路面承载力，显著改善路面使用品质。

乳化沥青是由沥青、水和乳化剂经机械的作用加工分散为悬浮于水中的沥青微粒而形成的一种乳液。但随着社会基建的快速发展，对乳化沥青的要求也越来越高，因此通过添加各种改性剂的改性乳化沥青得到大力发展。在乳化沥青中，乳化剂是最关键的一种添加剂，通过大量实践发现，阳离子性乳化剂的使用效果最佳，应用范围也最广，但无论是传统的乳化沥青还是改性乳化沥青，它们在如何控制破乳凝结的速率上依然有很大的进步空间。

并且，就改性性乳化沥青而言，单一功能的乳化沥青已无法满足市场的需求，人们在不断开发多功能多用途的乳化沥青，如耐火沥青等。但在这些改性乳化沥青中，当沥青的附加功能得到提升后，其自身的性质却无法完美被兼顾，或者是在保证其自身性能的前提下，其附加功能的开发得到限制，因此，如何开发一款既能用于多附加功能又具备优异破乳凝固性能的改进型乳化沥青，成为了市场研究的热点。

发明内容

针对上述不足之处，本发明的目的在于提供一种抗磨损、耐高温、具有快速破乳特性的就地冷再生专用乳化沥青混合料。

本发明的技术方案概述如下：

一种就地冷再生专用乳化沥青混合料，包括以下重量份的材料：

其中，所述生物质炭粉由以下方法制得：将废弃木料或农作物秸秆经干燥、粉碎、混合、压制成型后，继续进行热解气化反应，冷却后再次粉碎，得到生物质炭粉。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，所述环氧树脂的数均分子量为10000～11000g/mol。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，所述酚醛树脂的数均分子量为9000～10000g/mol。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，所述基质沥青选自石油沥青、湖沥青、煤沥青或其组合。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，所述乳化剂是季铵盐类乳化剂。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，通过添加盐酸使所述就地冷再生专用乳化沥青混合料的pH值为2～5。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，还包括1～3重量份的氧化钡。

优选的是，所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，还包括5～7重量份的硅藻土和0.5～1.5重量份的氯化锂。

本发明的有益效果是：

1)通过引入环氧树脂，提高了乳化沥青破乳凝结后的结构韧性，增加了其抗磨损能力；

2)通过引入酚醛树脂，改善了乳化沥青破乳凝结后的耐高温性，增加了其耐火能力；同时，酚醛树脂与环氧树脂意外地协同发挥作用，增强了沥青的耐候性能；

3)通过引入生石灰、氧化钡和硅藻土，改善了乳化沥青的破乳速率，使得施工工艺更加快速方便；

4)通过引入氯化锂，提高了沥青在极寒环境下的抗冻裂性能，极大地延长了沥青路面的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种就地冷再生专用乳化沥青混合料，包括以下重量份的材料：

其中，生物质炭粉由以下方法制得：将废弃木料或农作物秸秆经干燥、粉碎、混合、压制成型后，继续进行热解气化反应，冷却后再次粉碎，得到生物质炭粉。生物质炭粉的主要作用是调节乳化沥青的破乳速率，由于生物质炭粉内部的孔隙对乳液水分进行有限吸收，从而改变了乳液的稳定性，引起乳化沥青的破乳。它相较于一般的破乳调节剂，成本低廉，环保无毒，属于废物循环利用。但是需要注意的是，孔隙过量后，会导致乳液的破乳速率失控，从而使乳化沥青失效，因此，生物质炭粉的添加量须被限制，若生物质炭粉的添加量小于6重量份，则无法形成对乳化沥青有效调节破乳速率的功能；若生物质炭粉的添加量大于8重量份，则易造成乳化沥青的破乳速率过快，导致沥青无法正常使用。

环氧树脂可改善乳化沥青破乳凝结后的结构韧性，增加了其抗磨损能力，现有技术中普遍认为只需控制环氧树脂的含量即可，而无需对其数均分子量进行限制，但本案通过实验发现，环氧树脂的数均分子量可控制乳化沥青在混合料中的裹覆性和配伍性。若环氧树脂的数均分子量过低，则由于较低的粘度系数使得乳化沥青的裹覆性变差；若环氧树脂的数均分子量过高，则使得环氧树脂自身的分散性下降，从而影响了乳化沥青的配伍性。考虑到与其他添加剂的分散和配伍性能，本案的环氧树脂的数均分子量应被限制在一个很小的范围内，即其数均分子量优选为10000～11000g/mol。

酚醛树脂可改善乳化沥青破乳凝结后的耐高温性，增加了其耐火能力。在现有技术中，通常对于多种高分子树脂的物理混合，普遍被认为这些树脂之间不产生协同作用，但本案意外的发现，当酚醛树脂与环氧树脂混合后，协同发挥作用，增强了沥青的耐候和抗紫外抗老化性能。而当仅添加酚醛树脂和环氧树脂中的一种时，均没有发现此功能。考虑到酚醛树脂的分散性与配伍性，它的添加量和数均分子量都应被严格限制。尤其是它的数均分子量须被限制在一个很小的范围内，优选为9000～10000g/mol；若小于9000g/mol，则造成它的裹覆性能降低，并影响它与环氧树脂的协效作用；若大于10000g/mol，则造成它的分散性能下降，同时会降低它与环氧树脂的协效作用。

对基质沥青的选择则没有过多的限制，主要以考虑生产成本为主，基质沥青可优选选自石油沥青、湖沥青、煤沥青或其组合。

乳化剂是乳化沥青中添加的一种非常关键的材料，由于阳离子型乳化剂的优点，本案采用季铵盐类乳化剂，季铵盐类乳化剂的具体种类和成分不受限制，但由于季铵盐类乳化剂的适配性能不强，因此本案所提出的配方中的所有添加剂都是不可替换的，简言之，环氧树脂、酚醛树脂、生石灰、乳化剂、丁苯胶乳和生物质炭粉都是基于季铵盐类乳化剂而进行限量添加的，若改变乳化剂，则上述添加的材料将统统无法与新的乳化剂相匹配。

pH值也是乳化沥青中一个重要的参数，可通过添加盐酸使就地冷再生专用乳化沥青混合料的pH值控制为2～5。阳离子乳化剂水溶液大多数用HCl调节pH值，随着pH值的降低，乳化沥青胶粒表面电荷增加，拌和时的电荷吸附作用增强，因此，混合料的可拌和时间也在缩短，破乳速度得到加快。

当混合料中添加一定量的生石灰后，会加速乳化沥青的破乳速度。实践表明带正电荷的阳离子乳化沥青不仅能与带负电荷的酸性石料具有较好的粘附性，而且与带正电荷的碱性石料同样具有较好的粘附性。因此，碱性石料中的石灰石(CaCO₃)与阳离子乳液中的盐酸(HCl)作用形成H₂CO₃，而H₂CO₃在水中又可电离出CO₃ ^2-，与阳离子乳化剂电离后的正电荷原子团具有较好的亲和力，化学反应方程式如下：

CaCO₃+HCl→CaCl₂+H₂CO₃H₂CO₃→2H⁺+CO₃ ²

作为本案一个优选的技术方案，还可在上述配方中添加1～3重量份的氧化钡。虽然从成本角度去看，氧化钡的成本要略高于氧化钙，但令人惊喜的是，氧化钡可使乳化沥青形成了一个破乳速率的缓冲区域，即它可以调节并控制乳化沥青的破乳速率，当配方中其他一种破乳剂的含量意外过量时，它能够形成一个缓冲，以致使乳化沥青的破乳速率不被失控，造成乳化沥青的失效。当然，这个缓冲区间是十分有限的，实验发现，它仅能承受破乳剂的含量超过规定值的3％。并且，氧化钡的含量应被限制，若其添加量小于1重量份，则其无法起到缓冲作用，若其添加量大于3重量份，则其反而会对乳化沥青的破乳速率起到反作用，并且从生产成本的角度去考虑，当氧化钡用量过大时，其实际的性价比则会明显低于生石灰。

作为本案另一个优选的技术方案，还可在上述配方中添加5～7重量份的硅藻土和0.5～1.5重量份的氯化锂。硅藻土是一种廉价、环保无毒的增稠剂，它可以显著提升乳化沥青对混合石料的裹覆性，但它的添加量应被限制，若其添加量小于5重量份，则其实际对裹覆性的提升效果几乎没有；若其添加量大于7重量份，则由于硅藻土中的多孔结构，易导致乳化沥青的破乳速率失控，并且也会超出氧化钡的缓冲极限。氯化锂是低温抗爆裂调节剂，可提高沥青在极寒环境下的抗冻裂性能，并能够极大地延长了沥青路面的使用寿命。但它的添加量并非越多越好，当其过量后，它会扰乱阳离子沥青乳液的界面电荷的稳定性，从而使得乳化沥青的破乳速率难以控制，因此，为了能够使得氯化锂既能起到抗冻裂作用，又不影响乳液的电荷平衡，它的添加量须被严格限制在一个很小的范围内，优选的添加量是0.5～1.5重量份。

下表是采用本案提出的技术方案得到的就地冷再生专用乳化沥青混合料的测试结果：

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种就地冷再生专用乳化沥青混合料，包括以下重量份的材料：

其中，所述生物质炭粉由以下方法制得：将废弃木料或农作物秸秆经干燥、粉碎、混合、压制成型后，继续进行热解气化反应，冷却后再次粉碎，得到生物质炭粉；

所述乳化剂是季铵盐类乳化剂。

2.根据权利要求1所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，其特征在于，所述环氧树脂的数均分子量为10000～11000g/mol。

3.根据权利要求1所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，其特征在于，所述酚醛树脂的数均分子量为9000～10000g/mol。

4.根据权利要求1所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青选自石油沥青、湖沥青、煤沥青或其组合。

5.根据权利要求1所述的就地冷再生专用乳化沥青混合料，其特征在于，通过添加盐酸使所述就地冷再生专用乳化沥青混合料的pH值为2～5。