CN106883628A - 一种温拌泡沫沥青的制备方法 - Google Patents

一种温拌泡沫沥青的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种温拌泡沫沥青的制备方法，先将沥青、表面活性剂、二甲基甲酰胺、膨润土、羟丙甲纤维素和水搅拌混合，冷却至室温，得到混合沥青一；再将混合沥青一加热，加入聚乙烯醇、碳酸氢钙和无水乙醇，搅拌后静置，得到改性乳化沥青；然后取沥青、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和二甲基丙烯酸乙二醇酯混合，升温使混合物呈流体状态，降温，加入丙三醇，搅拌混合，得到混合沥青二；最后将混合沥青二升温，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持，得到温拌泡沫沥青。本发明所得的温拌泡沫沥青具有较高的膨胀率和较长的半衰期，发泡状态稳定。

Description

一种温拌泡沫沥青的制备方法
技术领域
本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种温拌泡沫沥青的制备方法。
背景技术
目前，世界各国的道路工程建设主要以沥青路面作为主流模式，我国也是如此。据统计，国内改扩建或大中修的高速公路及城市道路中，90％以上采用了由沥青混合料铺筑的沥青路面。沥青混合料按照制造工艺可以分为热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料两种类型。热拌沥青混合料具有良好的路用性能，但是其在生产过程中，会消耗大量燃料，排放出大量的有害气体和粉尘，严重影响环境并对施工人员健康造成危害。有研究数据表明：每生产1吨热拌沥青混合料需消耗燃料8升；每生产1m3的热拌沥青混合料就会排放出2.6mg的CO2、104mg的CO、151mg的NOX以及5.6mg的烟尘。而冷拌沥青混合料由于不许加热而具有环保、节能的优点，但是其路用性能不高，很难与热拌沥青混合料相比。因此，急需研发一种新型路面铺筑材料—温拌沥青混合料，使其在保持良好路用性能的同时，又具有节能、环保的优势。
现有的制备温拌沥青混合料通常有化学添加剂法、沥青发泡法以及有机添加剂法等几种途径，原理都是降低沥青的粘度。其中泡沫沥青温拌法是利用高温沥青遇水后瞬间发泡这一物理形态的变化，来降低沥青的粘度，从而降低沥青混合料的拌和温度。该技术只需极少量的水使沥青发泡即可，不需要任何添加剂，因此还能够有效降低生产成本，具有较好的技术性能和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种温拌泡沫沥青的制备方法，所得的温拌泡沫沥青具有较高的膨胀率和较长的半衰期，发泡状态稳定。
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青40-50份、表面活性剂2-5份、二甲基甲酰胺2-4份、膨润土1-3份、羟丙甲纤维素2-3份和水30-40份于50-60℃条件下搅拌混合30-40min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至30-40℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.3-0.5份、碳酸氢钙2-5份和无水乙醇3-6份，搅拌20-30min，静置5-8h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青80-100份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3-6份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1-2份混合，升温使混合物呈流体状态，保持5-10min，然后降温至80-90℃，加入丙三醇4-8份，搅拌混合5-10min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至110-120℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持30-40min，得到温拌泡沫沥青。
进一步地，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基溴化铵。
进一步地，步骤1中膨润土的粒径为100-120目。
进一步地，步骤2中静置过程中保持温度为30-40℃。
进一步地，步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为110-120℃。
进一步地，步骤3中搅拌混合的搅拌速度为80-100rpm。
进一步地，步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:8-10。
进一步地，步骤4中搅拌状态下的搅拌速度为130-150rpm。
本发明先通过表面活性剂、二甲基甲酰胺、膨润土、羟丙甲纤维素、聚乙烯醇、碳酸氢钙以及乙醇制备改性乳化沥青，然后将该改性乳化沥青作为发泡活化剂加入到混合沥青二中进行发泡。在加入改性乳化沥青后，混合沥青二中的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在高温条件下遇到改性乳化沥青中的水会发生聚合，能够进一步增强沥青的耐候性和强度；改性乳化沥青中的乙醇和水在加入到混合沥青二中后由于瞬间遇到高温会产生剧烈沸腾，同时在二甲基甲酰胺存在的条件下进一步提升了发泡效果，羟丙甲纤维素起到增加黏性的作用，能够很好地调节发泡状态，碳酸氢钙在高温下能够快速分解释放二氧化碳，进一步提高了发泡效果，同时能使得发泡更均匀；改性乳化沥青在加入混合沥青二中后，由于温度急剧升高以及整个体系的沸腾作用，改性乳化沥青产生破乳，破乳后的沥青颗粒发泡过程中反而与混合沥青二混溶形成了稳定的发泡体结构，进一步增强了发泡沥青的耐受性，增加了泡沫沥青在铺设过程中的延展性，提高了路面耐压性。
本发明通过制备改性乳化沥青，并将其巧妙地作为发泡复合剂加入到混合沥青二中进行发泡，一方面降低了发泡温度，同时利用改性乳化沥青与混合沥青二中的各组分之间的协同作用，很好的达到了在温拌条件下发泡，并且提高发泡沥青性能的效果。本发明提供的泡沫沥青制备的混合料能够达到同类热拌沥青混合料各项有益性能，并且动稳定度及冻融劈裂残留强度比更好。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，所述沥青优选包括石油沥青、SBS改性沥青和橡胶改性沥青中的一种或多种，更优选为SBS改性沥青或橡胶改性沥青。本发明对所述沥青的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述石油沥青、SBS改性沥青和橡胶改性沥青的市售商品即可。
实施例1
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青40份、表面活性剂2份、二甲基甲酰胺2份、膨润土1份、羟丙甲纤维素2份和水30份于50℃条件下搅拌混合40min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至30℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.3份、碳酸氢钙2份和无水乙醇3份，搅拌20min，静置5h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青80份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1份混合，升温使混合物呈流体状态，保持5min，然后降温至80℃，加入丙三醇4份，搅拌混合5min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至110℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持30min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵，膨润土的粒径为100目；步骤2中静置5h过程中保持温度为40℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为110℃，搅拌混合的搅拌速度为100rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:8，搅拌状态下的搅拌速度为150rpm。
实施例2
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青43份、表面活性剂4份、二甲基甲酰胺3份、膨润土2份、羟丙甲纤维素2.4份和水33份于55℃条件下搅拌混合35min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至35℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.4份、碳酸氢钙4份和无水乙醇4份，搅拌25min，静置6h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升温使混合物呈流体状态，保持8min，然后降温至85℃，加入丙三醇6份，搅拌混合8min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至115℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持35min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置6h过程中保持温度为35℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为105℃，搅拌混合的搅拌速度为90rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:9，搅拌状态下的搅拌速度为140rpm。
实施例3
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青47份、表面活性剂4份、二甲基甲酰胺3份、膨润土2份、羟丙甲纤维素2.8份和水38份于57℃条件下搅拌混合32min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至37℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.4份、碳酸氢钙4份和无水乙醇5份，搅拌27min，静置7h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青95份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.8份混合，升温使混合物呈流体状态，保持8min，然后降温至85℃，加入丙三醇7份，搅拌混合8min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至115℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持35min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置7h过程中保持温度为35℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为115℃，搅拌混合的搅拌速度为90rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:9，搅拌状态下的搅拌速度为140rpm。
实施例4
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青50份、表面活性剂5份、二甲基甲酰胺4份、膨润土3份、羟丙甲纤维素3份和水40份于60℃条件下搅拌混合30min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至40℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.5份、碳酸氢钙5份和无水乙醇6份，搅拌30min，静置8h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青100份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6份和二甲基丙烯酸乙二醇酯2份混合，升温使混合物呈流体状态，保持10min，然后降温至90℃，加入丙三醇8份，搅拌混合10min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至120℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持40min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置8h过程中保持温度为30℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为120℃，搅拌混合的搅拌速度为80rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:10，搅拌状态下的搅拌速度为130rpm。
对比例1
本实施例与实施例2的区别在于：步骤2中未加入碳酸氢钙。
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青43份、表面活性剂4份、二甲基甲酰胺3份、膨润土2份、羟丙甲纤维素2.4份和水33份于55℃条件下搅拌混合35min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至35℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.4份和无水乙醇4份，搅拌25min，静置6h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升温使混合物呈流体状态，保持8min，然后降温至85℃，加入丙三醇6份，搅拌混合8min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至115℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持35min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置6h过程中保持温度为35℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为105℃，搅拌混合的搅拌速度为90rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:9，搅拌状态下的搅拌速度为140rpm。
对比例2
本实施例与实施例2的区别在于：步骤4中升温温度为125℃。
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青43份、表面活性剂4份、二甲基甲酰胺3份、膨润土2份、羟丙甲纤维素2.4份和水33份于55℃条件下搅拌混合35min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至35℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.4份、碳酸氢钙4份和无水乙醇4份，搅拌25min，静置6h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升温使混合物呈流体状态，保持8min，然后降温至85℃，加入丙三醇6份，搅拌混合8min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至125℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持35min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置6h过程中保持温度为35℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为105℃，搅拌混合的搅拌速度为90rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:9，搅拌状态下的搅拌速度为140rpm。
对比例3
本实施例与实施例2的区别在于：步骤4中升温温度为105℃。
一种温拌泡沫沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青43份、表面活性剂4份、二甲基甲酰胺3份、膨润土2份、羟丙甲纤维素2.4份和水33份于55℃条件下搅拌混合35min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至35℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.4份、碳酸氢钙4份和无水乙醇4份，搅拌25min，静置6h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升温使混合物呈流体状态，保持8min，然后降温至85℃，加入丙三醇6份，搅拌混合8min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至105℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持35min，得到温拌泡沫沥青。
其中，步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，膨润土的粒径为120目；步骤2中静置6h过程中保持温度为35℃；步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为105℃，搅拌混合的搅拌速度为90rpm；步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:9，搅拌状态下的搅拌速度为140rpm。
1.泡沫沥青的发泡特性和粘度测试
将实施例1-4、对比例1-3所得温拌泡沫沥青进行发泡特性和粘度测试。
粘度测试是在125℃条件下静止0.5h，分别测定110℃、120℃、130℃、140℃布氏粘度。
结果如下：
由上表可知，本发明制备所得的温拌泡沫沥青具有较高的膨胀率和较长的半衰期，发泡状态稳定。从对比例1的结果可知，未加入碳酸氢钙的泡沫沥青膨胀率低、半衰期短，发泡效果差；从对比例2和对比例3可知，在110-120℃范围内，将改性乳化沥青作为发泡复合剂加入到混合沥青二中进行发泡，所得温拌泡沫沥青发泡效果好。
另外，本发明制备所得的温拌泡沫沥青在100～130℃的温度区间内具有明显的降粘效果。随着温度的降低，基质沥青与泡沫沥青粘度差有显著的增加；而随温度升高，粘度差逐渐变小。这表明在低温状态下，泡沫沥青中的水蒸气起到降低沥青粘度的作用；当温度提高后，基质沥青自身粘度很快降低，而泡沫沥青中的水蒸气状态随温度提高没有明显变化，降粘效果基本未变，因此在高温条件下泡沫沥青与普通原状沥青粘度接近。
2.泡沫沥青温拌混合料拌和特性研究
采用70号普通沥青的AC-13沥青混合料，室内试验进行相同配比的AC-13热拌沥青混合料和泡沫沥青温拌混合料拌和性能的比较试验，矿料级配如下表所示：
将混合料在120℃～125℃下成型，对所得沥青混合料的各项性能进行测试，结果如下表：
由上表可知，本发明提供的泡沫沥青制备的混合料能够达到同类沥青混合料各项有益性能，并且动稳定度及冻融劈裂残留强度比更好。

Claims (8)

1.一种温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将沥青40-50份、表面活性剂2-5份、二甲基甲酰胺2-4份、膨润土1-3份、羟丙甲纤维素2-3份和水30-40份于50-60℃条件下搅拌混合30-40min，冷却至室温，得到混合沥青一；
步骤2，将混合沥青一加热至30-40℃，加入以重量份计的聚乙烯醇0.3-0.5份、碳酸氢钙2-5份和无水乙醇3-6份，搅拌20-30min，静置5-8h，得到改性乳化沥青；
步骤3，以重量份计，取沥青80-100份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3-6份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1-2份混合，升温使混合物呈流体状态，保持5-10min，然后降温至80-90℃，加入丙三醇4-8份，搅拌混合5-10min，得到混合沥青二；
步骤4，将混合沥青二升温至110-120℃，在搅拌状态下加入改性乳化沥青，加入完毕后继续保持30-40min，得到温拌泡沫沥青。
2.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤1中表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤1中膨润土的粒径为100-120目。
4.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤2中静置过程中保持温度为30-40℃。
5.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤3中升温使混合物呈流体状态的温度为110-120℃。
6.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤3中搅拌混合的搅拌速度为80-100rpm。
7.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤4中改性乳化沥青与混合沥青二的质量比为1:8-10。
8.根据权利要求1所述的温拌泡沫沥青的制备方法，其特征在于：步骤4中搅拌状态下的搅拌速度为130-150rpm。
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