CN105713402B - 一种乳化沥青冷再生用复合早强剂、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，由以下各组分按质量百分比组成：无机盐类早强剂5%～20%，有机早强剂2%～10%，分散剂10%～30%，破乳剂5%～15%，缓凝剂0.1%～1%，水35%～65%。本发明所述的复合早强剂从加速水泥水化、促进沥青破乳两个方向加快乳化沥青冷再生混合料早期强度提升，提升幅度能达到1～3倍，大大加快施工进度，有利于乳化沥青冷再生技术的推广应用；原料为工程中常用的化学助剂，极易获得且价格适中，且复配的技术简单，可以满足大规模的生产应用；所制备的乳化沥青冷再生混合料的后期强度、体积指标，水稳定性都有大幅提高。

Description

一种乳化沥青冷再生用复合早强剂、其制备方法及其应用

技术领域

本发明属于道路工程大中修再生材料领域，具体涉及一种适用于提升厂拌乳化沥青冷再生早期强度的复合早强剂的开发及其应用。

背景技术

目前我国公路建设已经进入建设-养护并举的阶段，每年因养护产生的废旧沥青混合料达到1～2亿吨，并且每年以15％的速度增长，大量的废弃混合料不仅污染环境，而且占用大量土地。目前沥青路面再生技术主要分为热再生技术和冷再生技术，其中热再生技术路用性能好，常应用于道路结构面层，而厂拌冷再生由于性能不足，主要应用于基层、上基层以及下面层。但是，热再生废旧沥青混合料的利用率(10％～30％)较低，而乳化沥青冷再生废旧沥青混合料的利用率可以达到90％，且可以常温施工，不但节约资源、保护环境，而且减少能源消耗、延长施工季节、改善工作条件。

乳化沥青冷再生混合料在施工过程中会加入一定量的水分，使得混合料在早期强度形成速度较慢，施工工期大大延长。因此，如何提升其早期强度的形成速度，是目前道路材料领域研究的重要方向。在我们研究的过程中发现，乳化沥青冷再生早期强度(7天之内)的形成主要由水泥水化和沥青破乳所决定，其中水泥水化形成强度占30％～45％，乳化沥青破乳形成强度占50％～70％，养生时间越长，乳化沥青破乳形成强度占比越大，并且单一的早强剂对于早期强度的提升空间有限。目前有一些关于乳化沥青冷再生早期强度提升的报道：专利201410633528.2报道了一种早强型废旧沥青路面冷再生用乳液、其制备方法及其应用，虽然该发明能够早期强度有一定的提高，但是提高的幅度有限，且丁苯胶乳的价格高，会引起整个冷再生混合料的造价提高。专利201510004684.7提出了一种含水性环氧复合物的乳化沥青冷再生剂及其制备方法，虽然该发明综合性能优异，但是早期强度提升不显著，且水性环氧的价格昂贵，不适合大规模应用。专利ZL200810150504.6公开了一种废旧沥青混合料的冷再生还原剂及制备还原剂方法和应用，虽然该发明冷再生还原剂综合性能优异，但溶剂油组分为汽油、煤油、柴油中的一种或几种，该再生剂早期强度并没有明显优势。

发明内容

为了解决现有技术中乳化沥青冷再生早期强度低的问题，本发明提供一种乳化沥青冷再生用复合早强剂、其制备方法及其应用。

本发明提供了一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，由以下各组分按质量百分比组成：

本发明所述的无机盐类早强剂为氯化钙、氯化钠、氯化铝、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硝酸钙、硝酸钠、亚硝酸钙或亚硝酸钠中的一种或两种以上任意配比混合物。

本发明所述的有机早强剂为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲基二乙醇胺或乙二醇中的一种或两种以上任意配比混合物。

本发明所述的分散剂为木质素磺酸盐类、聚羧酸类、磺化三聚氰胺类、脂肪族类或氨基磺酸盐类中的一种或两种以上任意配比混合物。

本发明所述的破乳剂为烷基酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚硅氧烷聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚磷酸酯、高分子量的聚氧乙烯聚氧丙烯醚类、改性聚醚类、磺酸盐类或醚硫酸盐类中的一种或两种以上任意配比混合物。

本发明所述的缓凝剂为糖、糖酸、糖钠、磷酸三钠、聚磷酸三钠、偏磷酸钠、多元醇及其衍生物等中的一种或两种以上任意配比混合物。

本发明还提供了一种乳化沥青冷再生用复合早强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在容器中，将不同无机盐类早强剂溶于常温水中；

(2)利用搅拌设备，将有机早强剂、分散剂、缓凝剂和破乳剂加入步骤(1)所得的溶液中，充分搅拌溶解均匀，得到复合早强剂溶液。

包含上述乳化沥青冷再生用复合早强剂的乳化沥青冷再生混合料，其原料组分包括旧沥青混合料50～90份、新集料0～30份、普通硅酸盐水泥0.5～2份、矿粉1～3份、水1～4份、复合早强剂0.2～1.0份、乳化沥青2.5～4.0份，其中所述的份数为质量份数；

上述乳化沥青冷再生混合料的制备包括如下步骤：

(a)将旧沥青混合料、新集料、普通硅酸盐水泥、矿粉在拌锅内预先搅拌30s；

(b)向步骤(a)所得的混合物中加入水和复合早强剂，拌和60s；

(c)再向步骤(b)所得的混合物中加入乳化沥青，拌和60s，得到所述加入复合早强剂的乳化沥青冷再生混合料。

本发明所述的乳化沥青的制备方法如下(该制备步骤参考专利201410633528.2中乳化沥青制备方法)：

(1)称取62份70号道路石油沥青在烘箱中加热至138℃左右；

(2)称取3份冷再生乳化剂溶于33份水中，水温为50℃～60℃，加入稀盐酸调节PH值为1.5～2.5之间，加水至总质量为38份，得到皂液，并将得到的皂液在50℃～60℃的水浴中保温30分钟以上；

(3)将达到温度的皂液输送进胶体磨中循环，再将达到温度的70号道路石油沥青输送进胶体磨，均匀研磨1～2分钟，将得到的乳液输出胶体磨，冷却至室温，得到乳化沥青。

与现有的技术相比，本发明所述的复合早强剂具有以下优点：

(1)本发明的复合早强剂，从加速水泥水化、促进沥青破乳两个方向加快乳化沥青冷再生混合料早期强度提升，提升幅度能达到1～3倍，大大加快施工进度，有利于乳化沥青冷再生技术的推广应用。

(2)本发明的复合早强剂，引入分散剂和缓凝剂，来调控工作时间，达到既满足施工需要又缩短施工工期的目的。

(3)本发明的复合早强剂，原料为工程中常用的化学助剂，极易获得且价格适中，且复配的技术简单，可以满足大规模的生产应用。

(4)本发明的复合早强剂，所制备的乳化沥青冷再生混合料的后期强度、体积指标，水稳定性都有大幅提高。

具体实施方式

以下实施例中，制备得到的乳化沥青的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)》，乳化沥青冷再生混合料的性能检测参照中华人民共和国行业标准《公路沥青路面再生技术规范(JTGF41-2008)》，目前规范中没有早期强度的评价方法和指标，模拟现场乳化沥青冷再生强度形成过程，早期强度的测试方法为：将乳化沥青混合料用旋转压实仪进行成型，并将成型好的试件进行薄膜裹附，放在温度为20℃±0.5℃和湿度为55％±2％的标准养护室内养生3天和7天，并将试件放在温度为15℃条件下保温1个小时以上。测定其间接拉伸强度，其中各实施例中份数为质量份数，百分比为质量百分比。

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。

实施例1

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备：

按照发明内容中的乳化沥青的制备方法进行制备，沥青选取70号道路石油沥青(韩国双龙)、乳化剂选取润强-EA502慢裂型冷再生乳化剂(江苏苏博特新材料股份有限公司)

(2)复合早强剂的制备如下所示：

称取7份氯化钙和6份硝酸钠溶于50份水中，再依次加入3份二乙醇胺、2.5份三乙醇胺、7份木质素磺酸钠减水剂、11份聚羧酸减水剂、6份烷基酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚、7份聚硅氧烷聚氧乙烯聚氧丙烯醚和0.5份糖，采用适宜的搅拌设备搅拌，得到均匀复合早强剂溶液；

(3)加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下所示：

a)称取77.6份旧沥青混合料(京台高速合-蚌段大修项目铣刨旧料)、12份新集料(南京六合区新桥料厂)、2份海螺普通硅酸盐水泥(P·O42.5)、2份矿粉在拌锅内预拌30S；

b)在(a)中得到的混合料中加入2份水和0.4份复合早强剂，拌和60S；

c)在(b)中得到的混合料中加入4份EA502冷再生乳化沥青，拌和60S，得到早强型的乳化沥青冷再生混合料。

实施例1中制得的早强型的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表1所示。

对比实施例1：

(1)W-5冷再生乳化沥青的制备如下所示：

W-5冷再生乳化沥青与实施例1中EA502乳化沥青的制备一致，只是将润强-EA502慢裂型乳化剂换成W-5乳化剂(美国美德维实伟克公司)。

(2)EA-502乳化沥青冷再生混合料制备如下所示：

除去步骤b)中复合早强剂，制备方法、材料与步骤与实施例1中一致。

(3)W-5乳化沥青冷再生混合料制备如下所示：

W-5乳化沥青冷再生混合料与对比实施例1中EA502乳化沥青冷再生混合料的制备基本一致，只是将润强-EA502乳化沥青换成W-5乳化沥青。

对比实施例1中制得的EA502和W-5乳化沥青冷再生混合料的性能见表1所示。

表1实施例1和对比实施例1乳化沥青冷再生混合料性能

从表1可知，实施例1和对比实施例1中的三种混合料的性能均能满足规范要求，其中加入复合早强剂的乳化沥青冷再生混合料早期强度(3天、7天)远远高于未加复合早强剂的和国外进口产品。并且后期强度(劈裂强度、马歇尔稳定度)、水稳定性能(干湿劈裂强度比、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比)大大提升，体积指标(空隙率)明显降低。

实施例2

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青与实施例1中一致。

(2)复合早强剂的制备如下所示：

复合早强剂制备与实施例1中一致。

(3)加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下所示：

除了将京台高速合-蚌段大修项目的旧铣刨沥青混合料换成江西昌泰高速改扩建项目铣刨旧料，其他制备方法、材料和步骤与实施例1早强型EA502乳化沥青冷再生混合料制备一致。

实施例2中制得的早强型的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表2所示。

对比实施例2：

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青制备与实施例1中一致。

(2)EA502乳化沥青冷再生混合料(江西)制备如下所示：

除了将京台高速合-蚌段大修项目的旧铣刨沥青混合料换成江西昌泰高速改扩建项目铣刨旧料，其他制备方法、材料和步骤与对比实施例1EA502乳化沥青冷再生混合料制备一致。

对比实施例2中制得的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表2所示。

表2实施例2和对比实施例2乳化沥青冷再生混合料性能

从表2可知，实施例2和对比实施例2中的三种混合料的性能均能满足规范要求，其中加入复合早强剂的早期强度(3天、7天)远远高于未加复合早强剂的，并且后期强度(劈裂强度、马歇尔稳定度)、水稳定性能(干湿劈裂强度比、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比)大大提升，体积指标(空隙率)明显降低。

实施例3

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备：

EA502冷再生乳化沥青与实施例1中一致。

(2)复合早强剂的制备如下所示：

称取4份氯化钙、3份硫酸钠和6份亚硝酸钠溶于50份水中，再依次加入3份乙二醇、2.5份三乙醇胺、13份丙酮减水剂、5份氨基磺酸盐减水剂、5份高分子量聚氧乙烯聚氧丙烯醚、8份磺酸钠、0.2份糖钠、0.2份磷酸三钠和0.1份丙三醇，采用适宜的搅拌设备搅拌，得到均匀复合早强剂溶液；

(3)加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下：

除了复合早强剂改变外，其他制备方法、材料、掺量和步骤与实施例1早强型EA502乳化沥青冷再生混合料制备一致。

实施例3中制得的早强型的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表3所示。

对比实施例3：

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青制备与实施例1中一致。

(2)EA502乳化沥青冷再生混合料制备如下所示：

制备方法、材料和步骤与对比实施例1EA502乳化沥青冷再生混合料制备一致。

对比实施例3中制得的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表3所示。

表3实施例3和对比实施例1乳化沥青冷再生混合料性能

从表3可知，实施例3和对比实施例3中的三种混合料的性能均能满足规范要求，其中加入复合早强剂的早期强度(3天、7天)远远高于未加复合早强剂的，并且后期强度(劈裂强度、马歇尔稳定度)、水稳定性能(干湿劈裂强度比、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比)大大提升，体积指标(空隙率)明显降低。

实施例4

(1)EA502冷再生乳化沥青(中海油)的制备如下所示：

除了将70号道路石油沥青(韩国双龙)换成70号道路石油沥青(中海油)，其他制备与实施例1中一致。

(2)EA502冷再生乳化沥青(韩国SK公司)的制备如下所示：

除了将70号道路石油沥青(韩国双龙)换成70号道路石油沥青(韩国SK)，其他制备与实施例1中一致。

(2)复合早强剂的制备如下所示：

复合早强剂的制备方法与实施例1中一致。

(3)加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下：

制备方法基本与实施例1中一致，只是将EA502乳化沥青(韩国双龙)改成EA502冷再生乳化沥青(中海油泰州分公司)或EA502冷再生乳化沥青(韩国SK)。

实施例4中制得的早强型的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表4所示。

对比实施例4：

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青制备与实施例4中一致。

(2)EA-502乳化沥青冷再生混合料制备如下所示：

除了将乳化沥青改成EA502冷再生乳化沥青(中海油)和EA502冷再生乳化沥青(韩国SK)外，其他制备方法、掺量、步骤与实施例1中一致。

对比实施例4中制得的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表4所示。

表4实施例4和对比实施例4乳化沥青冷再生混合料性能

从表4可知，实施例4和对比实施例4中的三种混合料的性能均能满足规范要求，其中加入复合早强剂的早期强度(3天、7天)远远高于未加复合早强剂的，并且后期强度(劈裂强度、马歇尔稳定度)、水稳定性能(干湿劈裂强度比、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比)大大提升，体积指标(空隙率)明显降低。

实施例5

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青制备方法与实施例1中一致。

(2)复合早强剂的制备如下所示：

称取5份氯化钠、3份氯化铝和7份硝酸钙溶于50份水中，再依次加入3份三异丙醇胺、3份二乙醇胺、2份三乙醇胺10份木质素磺酸钠减水剂、5份磺化三聚氰胺、3份改性聚醚、2份聚磷酸酯、5份聚硅氧烷聚氧乙烯聚氧丙烯醚和2份糖，采用适宜的搅拌设备搅拌3-5分钟，得到均匀复合早强剂溶液。

(3)加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下所示：

加入复合早强剂(早强型)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备方法与实施例1中基本一致，实施将复合早强剂改为实施例5中制备的复合早强剂。

实施例5中制得的早强型的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表5所示。

对比实施例5：

(1)EA502冷再生乳化沥青的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青制备方法与实施例1中一致。

(2)EA502乳化沥青冷再生混合料的制备如下所示：

EA502冷再生乳化沥青混合料的制备方法与对比实施例1中一致。

对比实施例5中制得的EA502乳化沥青冷再生混合料的性能见表5所示。

表5实施例5和对比实施例5乳化沥青冷再生混合料性能

从表5可知，实施例5和对比实施例4中的三种混合料的性能均能满足规范要求，其中加入复合早强剂的早期强度(3天、7天)远远高于未加复合早强剂的，并且后期强度(劈裂强度、马歇尔稳定度)、水稳定性能(干湿劈裂强度比、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比)大大提升，体积指标(空隙率)明显降低。

Claims (8)

1.一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，由以下各组分按质量百分比组成：

2.根据权利要求1所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，所述的无机盐类早强剂为氯化钙、氯化钠、氯化铝、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硝酸钙、硝酸钠、亚硝酸钙或亚硝酸钠中的一种或两种以上任意配比混合物。

3.根据权利要求1所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，所述的有机早强剂为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲基二乙醇胺或乙二醇中的一种或两种以上任意配比混合物。

4.根据权利要求1所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，所述的分散剂为木质素磺酸盐类、聚羧酸类、磺化三聚氰胺类、脂肪族类或氨基磺酸盐类中的一种或两种以上任意配比混合物。

5.根据权利要求1所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，所述的破乳剂为烷基酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚硅氧烷聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚磷酸酯、高分子量的聚氧乙烯聚氧丙烯醚类、磺酸盐类或醚硫酸盐类中的一种或两种以上任意配比混合物。

6.根据权利要求1所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂，其特征在于，所述的缓凝剂为糖、糖酸、糖钠、磷酸三钠、聚磷酸三钠、偏磷酸钠、多元醇及其衍生物中的一种或两种以上任意配比混合物。

7.权利要求1至6任一项所述的一种乳化沥青冷再生用复合早强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在容器中，将不同无机盐类早强剂溶于常温水中；

(2)利用搅拌设备，将有机早强剂、分散剂、缓凝剂和破乳剂加入步骤(1)所得的溶液中，充分搅拌溶解均匀，得到复合早强剂溶液。

8.包含权利要求1至6任一项所述的乳化沥青冷再生用复合早强剂的乳化沥青冷再生混合料，其特征在于，其原料组分包括旧沥青混合料50～90份、新集料0～30份、普通硅酸盐水泥0.5～2份、矿粉1～3份、水1～4份、复合早强剂0.2～1.0份、乳化沥青2.5～4.0份，其中所述的份数为质量份数；

上述乳化沥青冷再生混合料的制备包括如下步骤：

(a)将旧沥青混合料、新集料、普通硅酸盐水泥、矿粉在拌锅内预先搅拌30s；

(b)向步骤(a)所得的混合物中加入水和复合早强剂，拌和60s；

(c)再向步骤(b)所得的混合物中加入乳化沥青，拌和60s，得到加入复合早强剂的乳化沥青冷再生混合料；

所述乳化沥青的制备方法为：

(1)称取62份70号道路石油沥青在烘箱中加热至138℃；

(2)称取3份冷再生乳化剂溶于33份水中，水温为50℃～60℃，加入稀盐酸调节pH值为1.5～2.5之间，加水至总质量为38份，得到皂液，并将得到的皂液在50℃～60℃的水浴中保温30分钟以上；

(3)将达到温度的皂液输送进胶体磨中循环，再将达到温度的70号道路石油沥青输送进胶体磨，均匀研磨1～2分钟，将得到的乳液输出胶体磨，冷却至室温，得到乳化沥青。