CN105670316B - 高固含量普通中温沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高固含量中温沥青及其制备方法，其配方为75～82份基质沥青：75～82份基质沥青：1～3份普通中温改性剂，16～23份水。所述的普通中温改性剂由以下组分按质量份数组成：5～10份18/16叔胺；5～12份阳离子添加剂，所述的阳离子添加剂选自3‑氯‑2‑羟丙基‑三甲基氯化铵和氯化三甲基十二烷基铵；1～5份甲醇；40～50份的乳化剂，所述的乳化剂选自苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、高聚物聚丙烯和聚苯乙烯；1～3份氯化钙；5～20份去离子水。使用本发明制取的沥青施工温度范围更宽，可在高于‑5℃的气候条件下施工，满足了低温情况下道路维修的需求。

Description

高固含量普通中温沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域中的沥青的制备技术，具体地指一种高固含量普通中温沥青，本发明还涉及这种高固含量普通中温沥青的制备方法。

背景技术

基质沥青是用于生产改性沥青，掺加沥青改性剂进行改性的基础沥青。如果它是利用石油经开采、精炼加工而得到的石油沥青，也就是基质石油沥青。例如，具体的，70号A级沥青是一种常见的铺路材料。70号A级沥青为石油中提取的自然物质，施工过程中加热后与集料混合形成沥青混合料。在施工时，70号A级沥青加热温度为155～165℃。沥青长时间加热会不断老化，当温度达到了100℃时开始老化。

沥青老化的机理及过程如下：

1.沥青老化的机理

沥青“老化”是指沥青从炼油厂被炼制出来后，在储存、运输、施工及使用过程中，由于长时间暴露在空气中，在环境因素如受热、氧气、阳光和水的作用下，会发生一系列的挥发、氧化、聚合，乃至沥青内部结构发生变化，同时发生性质变化，导致路用性能劣化的过程。沥青老化是一个逐渐发生的过程，它的速率直接影响路面的使用寿命，因而是影响沥青路面耐久性的主要因素。

2.运输、储存、加热过程中的老化

沥青自从炼油厂炼制出来以后，直至拌制沥青混合料之前，一直装在保温的沥青罐内，沥青的热态储存、热态运输、在储油罐内预热、配油釜内调配等过程，往往经历很长的时间。由于温度升高加速分子的运动，除引起沥青蒸发外，还能引起沥青发生某些物理化学变化。在这个时期，沥青老化的机理主要是：

①由于受热使沥青中的轻质油分不断挥发，使沥青变硬变脆，降低粘结性：

②储罐表面的沥青与空气接触，与空气中的氧气会发生一些聚合反应，沥青也会发生一定程度的老化；

③沥青在管道内不断运行并由储罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积增大，沥青将发生氧化反应。由于这段时间内沥青还储存在储油罐中，沥青的数量多、深度大，接触加热源及空气的面积较小，所以老化并不会很严重。试验证明，如果沥青是被密闭封存的，并且不再加热，以冷态储存，可以储存许多年也不会有明显的老化。沥青从炼油厂到拌和厂的加热温度一般在170℃左右。由于油罐封闭，接触空气面积小，所以这一阶段沥青的技术性能几乎没有变化，因此在运输过程中沥青几乎不发生老化。

3、加热拌和及铺筑中的老化

沥青最主要也是最常规的使用方式，是采用热拌沥青混合料的施工方式，此时沥青将经历一个比储存过程严重得多的老化过程。拌和过程中的老化是最重要的，通常称之为热老化。

沥青在拌和机内与热矿料混合时，矿料温度一般高达160～180℃，这直接影响到沥青的氧化和组分挥发。除了加热温度外，拌和时间、沥青用量也会影响拌和过程中沥青的老化。一般来说，拌和温度越高、沥青膜越薄，沥青的老化也越严重。

如何在施工时防止沥青老化一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止尚无令人满意的技术方案问世。

发明内容

为了解决现有沥青生产及施工中出现的上述弊端，本发明的第一目的就是要提供一种高固含量普通中温沥青，由以下组分按质量份数组成：75～82份基质沥青：1～3份普通中温改性剂，16～23份水。

上述技术方案中，所述的普通中温改性剂由以下组分按质量份数组成：

5～10份18/16叔胺；

5～12份阳离子添加剂，所述的阳离子添加剂选自3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵和氯化三甲基十二烷基铵；

1～5份甲醇；

40～50份的乳化剂，所述的乳化剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、高聚物聚丙烯和聚苯乙烯；

1～3份氯化钙；

5～20份去离子水。

上述技术方案中，所述的基质沥青为固含量高达75％以上的基质石油沥青。

上述技术方案中，该沥青的蒸发残留物的5℃延度不少于29cm；该沥青的蒸发残留物的软化点为58～84℃；该沥青的蒸发残留物的针入度为6.2～7.5mm。

本发明的第二目的是制备上述高固含量普通中温沥青的方法，包括如下步骤：

1)将普通中温改性剂中除水以外的组分溶解于不少于60℃的去离子水中，并充分混合均匀；

2)将固含量高达75％以上基质石油沥青加热至150℃以上；

3)将步骤1)得到的普通中温改性剂和基质石油沥青及水混合后保持温度在75℃～95℃，搅拌均匀；

4)在90℃时，混合生成的普通中温沥青的黏度达到3Pa·s时，沥青生产结束。

利用本发明制取的高固含量普通中温沥青的混合料的出料温度不超过120℃。相比现有技术能降低沥青混合料出料温度30～60℃，减少了沥青的老化，节能环保。同时，较低的出料温度可以明显减少了铺设沥青时的各种挥发性物质的产生，减少空气污染，降低对施工人员的身体伤害。

使用本发明制取的高固含量普通中温沥青的施工温度范围更宽，可在高于-5℃的气候条件下施工。而现有技术改性沥青施工温度不能低于10℃施工的缺陷，满足了道路维修的需求。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的设备和工艺作进一步的详细描述。

本发明设计了一种高固含量(固含量高达75％以上)的普通中温沥青的配方及其制备方法，能够将沥青施工温度范围变宽，可在10℃以下的气候条件下施工；相比现有技术改性沥青施工温度不能低于10℃的施工要求，可将每年的可施工天数可延长60天。

该高固含量普通中温沥青由以下组分按质量份数组成：75～82份基质沥青：1～3份普通中温改性剂，16～23份水。

所述的普通中温改性剂由以下组分按质量份数组成：

5～10份18/16叔胺；

5～12份阳离子添加剂，所述的阳离子添加剂选自3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵和氯化三甲基十二烷基铵；

1～5份甲醇；

40～50份的乳化剂，所述的乳化剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、高聚物聚丙烯和聚苯乙烯；

1～3份氯化钙；

5～20份去离子水。

所述的基质沥青为固含量75％以上的基质石油沥青。上述配方中的各种试剂均可以直接从化学制剂供货商处购买得到。

该高固含量普通中温沥青的制备方法包括如下步骤：

1)将普通中温改性剂中除水以外的组分溶解于不少于60℃的去离子水中，并充分混合均匀；

2)将固含量高达75％以上基质石油沥青加热至150℃以上；

3)将步骤1)得到的普通中温改性剂和基质石油沥青及水混合后保持温度在75℃～95℃，搅拌均匀；

4)在90℃时，混合生成的普通中温沥青的黏度达到3Pa·s时，沥青生产结束。

不同的组分配方，采用上述同样的生产步骤，其生产得到的中温沥青的性能如下表1：不同组分的中温沥青的性能指标：

表1：不同组分的中温沥青的性能指标：

依照本方法生产得到的高固含量普通中温沥青蒸发残留物的5℃延度不少于29cm；蒸发残留物的软化点为58～84℃；蒸发残留物的针入度为62～75(0.1mm)。

其他技术指标均符合行业技术规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)和湖北省地方规范《高固含量乳化型中温沥青路面技术规程》(DB42/T 1045-2015)。

和现有常用的70号A级沥青相比，本发明制取的高固含量普通中温沥青的在生产使用时的各个环节的温度要求明显降低。

常见的中温沥青混合料的施工温度如下表2：中温沥青混合料的施工温度范围所示，温度单位均为℃：

表2：中温沥青混合料的施工温度范围

该高固含量普通中温沥青的组分中，基质沥青含量的高低影响产品沥青的均匀性，基质沥青含量高时，沥青流动性粘度越大，沥青混合料施工温度越高。当然，高含量基质沥青的成本也较高。

添加普通中温改性剂的量越多，产品沥青的延度越大、软化点越高；但是，当软化点高到一定程度时，产品沥青容易分层，影响沥青混合均匀性。相对来说，本发明制备的普通中温沥青的改性剂用量较低，其延度、软化点、针入度相对改性沥青稍逊；不过因为其成本较低，同样满足一定的市场需求，替代现有的普通中性沥青。

添加的水的量越多产品沥青的粘度越小，沥青混合料施工和易性越好；但是水的用量越大，沥青的性能越低，同时影响沥青混合料的水稳定性。

利用本发明制取的高固含量普通中温沥青产品，主要是利用普通中温改性剂改变了沥青中亲水性及亲油性的分布、排列，没有改变沥青分子结构，改性后的沥青产品的温度仅需要75～90℃左右。现有常规改性沥青为沥青中添加外加剂，改变了沥青分子结构，其制成的沥青混合料施工温度需要达到170℃；因此需要消耗大量能源，并产生污染排放，不易保存。可见本发明制取的沥青明显的更加节能环保，且较易保存。

现有改性沥青的混合料的出料温度通常需要达到165℃左右。在此温度下的沥青同时还伴随二次老化，并排放大量的有毒气体。利用本发明制取的高固含量普通中温沥青的混合料的出料温度不超过120℃。相比现有技术能降低沥青混合料出料温度30～60℃，减少了沥青的老化，节能环保。同时，较低的出料温度可以明显减少了铺设沥青时的各种挥发性物质的产生，减少空气污染，降低对施工人员的身体伤害。

使用本发明制取的高固含量普通中温沥青的施工温度范围更宽，可在高于-5℃的气候条件下施工。而现有技术改性沥青施工温度不能低于10℃施工的缺陷，满足了道路维修的需求。

Claims (4)

1.一种高固含量普通中温沥青，其特征在于：由以下组分按质量份数组成：75～82份基质沥青：1～3份普通中温改性剂，16～23份水；

所述的普通中温改性剂由以下组分按质量份数组成：

5～10份18/16叔胺；

5～12份阳离子添加剂，所述的阳离子添加剂选自3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵和氯化三甲基十二烷基铵；

1～5份甲醇；

40～50份的乳化剂，所述的乳化剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯；

1～3份氯化钙；

5～20份去离子水。

2.根据权利要求1所述的高固含量普通中温沥青，其特征在于：所述的基质沥青为固含量高达75％以上的基质石油沥青。

3.根据权利要求1所述的高固含量普通中温沥青，其特征在于：所述高固含量普通中温沥青的蒸发残留物的5℃延度不少于29cm；所述高固含量普通中温沥青的蒸发残留物的软化点为58～84℃；所述高固含量普通中温沥青的蒸发残留物的针入度为6.2～7.5mm。

4.上述权利要求1～3中任一项高固含量普通中温沥青的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将普通中温改性剂中除水以外的组分溶解于不少于60℃的去离子水中，并充分混合均匀；

2)将基质沥青加热至150℃以上；所述的基质沥青为固含量高达75％以上的基质石油沥青；

3)将步骤1)得到的普通中温改性剂和基质沥青及水混合后保持温度在75℃～95℃，搅拌均匀；

4)在90℃时，混合生成的普通中温沥青的黏度达到3Pa·s时，沥青生产结束。