CN105524478B - 一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法 - Google Patents

一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，属于道路沥青技术领域。本发明将基质沥青与乳化剂混合得到乳化沥青，选用纳米粘土和丁苯胶乳高速搅拌制备而成的改性剂对乳化沥青进行改性，以高速剪切机作为分散设备，具体制备过程包括乳液共混和剪切混合两步。本发明制备的改性乳化沥青克服了传统改性乳化沥青不易混合均匀、储存稳定性差等缺点。该制备方法可行性好，工艺简单易于操作，具有良好的应用效果和实用价值。

Description

一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法
技术领域
本发明涉及道路沥青技术领域，具体是一种湿法改性乳化沥青的方法。
背景技术
从上世纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，到2014年底，全国公路总里程达到446.39万公里，其中高速公路11.19万公里。在2020年将形成“五纵七横”的国道主干线总体布局，公路建设有利的推动了国民经济建设的发展。
路面的服务性能是公路发挥作用的重要保证，不仅要修建高质量的新路面，同时也要对使用中的路面进行及时地维修养护，来提高已有路面的服务性能。公路建设和维修资金的需求越来越大，因此寻找一种费用低、效果好的沥青材料是目前的研究热点。
乳化沥青具有能够冷施工、节约原料、延长施工季节、减少环境污染等优点。但现代工程对乳化沥青的温度敏感性、抗老化性能等提出了更高的要求，因此改性乳化沥青应运而生。
改性乳化沥青是以乳液状高分子聚合物对乳化沥青进行改性或对高分子聚合物改性沥青进行乳化所得。它既具有橡胶改性沥青的特性，同时也保留了乳化沥青的优点，可用于高等路面的日常养护、桥面铺筑、隧道防护、地下建筑和屋面防水等工程中。
我国的改性乳化沥青技术中常用的改性剂有丁苯橡胶(SBR)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。SBR低温性能好，高温性能和粘度相对偏低，但改性工艺简单，乳液性能稳定，且成本较低。
SBS高低温性能好，粘结力强，但改性工艺复杂，乳液易离析，且成本高。使用粘土作为改性剂时，沥青的高温性能有所提高，但延度降低使乳化沥青的低温性能并无改善。
本发明结合丁苯橡胶的价廉、性能稳定以及层状纳米粘土良好的阻隔性能，将粘土悬浮液和丁苯胶乳高速搅拌进行乳液共混，所得的纳米粘土/丁苯胶乳共混液作为沥青改性剂，对乳化沥青进行改性。同时采用高速搅拌机对改性剂进行高速分散，有效确保了改性剂在沥青中的均匀分散，可以充分发挥改性剂的优良性能，具有更好的经济效益和应用前景。
发明内容
本发明涉及一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，属于道路沥青技术领域。本发明将基质沥青与乳化剂混合得到乳化沥青，选用纳米粘土和丁苯胶乳高速搅拌制备而成的改性剂对乳化沥青进行改性，以高速剪切机作为分散设备，具体制备过程包括乳液共混和剪切混合两步。本发明制备的改性乳化沥青克服了传统改性乳化沥青不易混合均匀、储存稳定性差等缺点。该制备方法可行性好，工艺简单易于操作，具有良好的应用效果和实用价值。
一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将乳化剂和水配成质量百分比为0.5％～10％的乳化皂液，其中阴离子乳化剂与非离子乳化剂的复配质量比为1：0.5～5。(2)取上述乳化皂液与温度为120～150℃的基质沥青混合，其中乳化皂液质量是沥青质量的50％～100％，乳化时间为1～5min，在乳化机转速200～700r/min的条件下得到乳化沥青；(3)将5～20％的纳米粘土悬浮液和20～40％丁苯胶乳混合，其中粘土与丁苯胶乳干胶的质量比为1：1～5，经搅拌得到纳米粘土/丁苯胶乳共混液作为沥青改性剂；(4)最后将上述沥青改性剂加入到乳化沥青中，改性剂质量是乳化沥青质量的5～20％，在高速剪切机转速300～700r/min的条件下，剪切3～10min获得改性乳化沥青。
进一步，所述阴离子乳化剂为季铵盐类或硫酸盐类，非离子型乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
进一步，所述粘土选自绿土、蒙脱土、累托石、滑石粉、贝得石、水辉
石、硅石、多水高岭土，以及上述黏土的混合。
进一步，所用沥青为：70号、90号、100号沥青，以及上述沥青的混合。
本发明中，纳米粘土易与沥青组分发生作用，实现丁苯胶乳与沥青的界面结合，增强了相容性，大大提高了改性乳化沥青的储存稳定性。纳米粘土/丁苯胶乳的加入使部分沥青原有胶体结构遭到破坏，重新构成一种混合的胶体结构，相对减少了高温环境中易流动的轻质组分，进而改善了沥青的温度敏感性，使其具有更优异的路用性能。
本发明与现有技术成果相比，具有如下优点：
(1)本发明选用高速搅拌后的粘土丁苯橡胶共混液可在沥青中更好的分散均匀。
(2)本发明中所得的改性乳化沥青大大改善了储存稳定性及路用性能。
(3)本发明中所得的改性乳化沥青的软化点相对有所提高，其性能指标能达到交通部产品标准要求。
(4)本发明具有工艺简单易于操作，性能稳定，成本低廉等特点，。
(5)本发明环保高效，能产生较大的经济价值和社会效益。
具体实施方式
实施例1
取0.5g乳化剂，加入99.5g水，在60℃水浴下溶解完全得到固含量为0.5％的乳化皂液，其中十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：0.5。取100g固含量为0.5％乳化皂液加入到200g温度为120℃的70号基质沥青中，在200r/min的乳化机中乳化1min，得到乳化沥青。取5g蒙脱土，加入95g水，搅拌混合后得到固含量为5％的粘土悬浮液，取100g固含量为5％粘土悬浮液加入到100g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取15g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与300g乳化沥青混合，在高速剪切机转速300r/min下剪切3min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例2
取20g乳化剂，加入180g水，在80℃水浴下溶解完全得到固含量为10％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为10％乳化皂液加入到200g温度为150℃的90号基质沥青中，在700r/min的乳化机中乳化5min，得到乳化沥青。取20g高岭土，加入80g水，搅拌混合后得到固含量为20％的粘土悬浮液，取100g固含量为20％粘土悬浮液加入到125g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取80g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速700r/min下剪切10min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例3
取3g乳化剂，加入147g水，在70℃水浴下溶解完全得到固含量为2％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：2。取150g固含量为2％乳化皂液加入到200g温度为130℃的90号基质沥青中，在400r/min的乳化机中乳化3min，得到乳化沥青。取15g硅石，加入85g水，搅拌混合后得到固含量为15％的粘土悬浮液，取100g固含量为15％粘土悬浮液加入到225g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取50g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与350g乳化沥青混合，在高速剪切机转速400r/min下剪切6min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例4
取12g乳化剂，加入188g水，在65℃水浴下溶解完全得到固含量为6％的乳化皂液，其中十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：0.5。取200g固含量为6％乳化皂液加入到200g温度为135℃的90号基质沥青中，在500r/min的乳化机中乳化4min，得到乳化沥青。取20g蒙脱土，加入80g水，搅拌混合后得到固含量为20％的粘土悬浮液，取100g固含量为20％粘土悬浮液加入到50g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取30g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速500r/min下剪切7min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例5
取2.4g乳化剂，加入197.6g水，在70℃水浴下溶解完全得到固含量为1.2％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为1.2％乳化皂液加入到200g温度为135℃的70号基质沥青中，在500r/min的乳化机中乳化3min，得到乳化沥青。取10g蒙脱土，加入90g水，搅拌混合后得到固含量为10％的粘土悬浮液，取100g固含量为10％粘土悬浮液加入到100g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取40g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速500r/min下剪切5min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例6
取6.4g乳化剂，加入153.6g水，在75℃水浴下溶解完全得到固含量为4％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：4。取160g固含量为4％乳化皂液加入到200g温度为125℃的100号基质沥青中，在600r/min的乳化机中乳化4min，得到乳化沥青。取15g高岭土，加入85g水，搅拌混合后得到固含量为15％的粘土悬浮液，取100g固含量为15％粘土悬浮液加入到125g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取20g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速600r/min下剪切3min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
实施例7
取8g乳化剂，加入312g水，在65℃水浴下溶解完全得到固含量为2.5％的乳化皂液，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：2。取320g固含量为2.5％乳化皂液加入到400g温度为135℃的90号基质沥青中，在500r/min的乳化机中乳化4min，得到乳化沥青。取20g高岭土，加入80g水，搅拌混合后得到固含量为20％的粘土悬浮液，取100g固含量为20％粘土悬浮液加入到200g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到纳米粘土/丁苯橡胶共混液。取100g纳米粘土/丁苯橡胶共混液与720g乳化沥青混合，在高速剪切机转速600r/min下剪切7min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
对比例1
取2.4g乳化剂，加入197.6g水，在65℃水浴下溶解完全得到固含量为1.2％的乳化皂液，，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为1.2％乳化皂液加入到200g温度为135℃的90号基质沥青中，在400r/min的乳化机中乳化4min，得到乳化沥青。
对比例2
取2.4g乳化剂，加入197.6g水，在65℃水浴下溶解完全得到固含量为1.2％的乳化皂液，，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为1.2％乳化皂液加入到200g温度为135℃的90号基质沥青中，在500r/min的乳化机中乳化3min，得到乳化沥青。取10g蒙脱土，加入90g水，搅拌混合后得到固含量为10％的粘土悬浮液。取20g粘土悬浮液与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速500r/min下剪切6min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
对比例3
取2.4g乳化剂，加入197.6g水，在65℃水浴下溶解完全得到固含量为1.2％的乳化皂液，，其中十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚复配质量比例为1：5。取200g固含量为1.2％乳化皂液加入到200g温度为135℃的90号基质沥青中，在400m/min的乳化机中乳化4min，得到乳化沥青。将20g固含量为20％丁苯胶乳与400g乳化沥青混合，在高速剪切机转速500r/min下剪切7min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性乳化沥青。
试验测试是按照交通部JTG E20-2011的测试方法进行测试。
1.沥青针入度试验方法 T0604-2011
2.沥青延度试验方法 T0605-2011
3.沥青软化点试验方法 T0606-2011
4.沥青旋转黏度试验方法 T0625-2011
5.沥青恩格拉黏度试验方法 T0622-1993
6.乳化沥青蒸发残留物含量试验方法 T0651-1993
7.乳化沥青筛上剩余量试验方法 T0652-1993
8.乳化沥青储存稳定性试验方法 T0655-1993
表1粘土丁苯胶乳改性乳化沥青的实施例测试结果
表2粘土丁苯胶乳改性乳化沥青的对比例测试结果
通过上述实施例所得结果发现：
以纳米粘土与丁苯胶乳共混液作为改性剂，采用湿法成功制备了纳米粘土/丁苯胶乳改性乳化沥青，且满足交通部JTG F40-2004的技术要求。制备的纳米粘土/丁苯胶乳改性乳化沥青软化点增高，针入度减小，低温稳定性和储存稳定性得到显著提升。

Claims (4)

1.一种纳米粘土/丁苯橡胶湿法改性乳化沥青的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将乳化剂和水配成质量百分比为0.5％～10％的乳化皂液，其中阴离子乳化剂与非离子乳化剂的复配质量比为1：0.5～5；
(2)取上述乳化皂液与温度为120～150℃的基质沥青混合，其中乳化皂液质量是沥青质量的50％～100％，乳化时间为1～5min，在乳化机转速200～700r/min的条件下得到乳化沥青；
(3)将5～20％的纳米粘土悬浮液和20～40％丁苯胶乳混合，经搅拌得到纳米粘土/丁苯胶乳共混液作为沥青改性剂，其中粘土与丁苯胶乳干胶的质量比为1：1～5；
(4)最后将上述沥青改性剂加入到乳化沥青中，改性剂质量是乳化沥青质量的5～20％，在高速剪切机转速300～700r/min的条件下，剪切3～10min获得改性乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述阴离子乳化剂为硫酸盐类，非离子型乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粘土选自绿土、蒙脱土、累托石、贝得石、水辉石、多水高岭土，以及上述粘土的混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用沥青为：70号、90号或100号沥青，以及上述沥青的混合。
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