CN107118578B - 一种可存储的高模量天然沥青胶结料制备及应用方法 - Google Patents

Abstract

一种可存储的高模量天然沥青胶结料制备及应用方法，室温下将粉碎至300目的天然沥青与加热至190‑200℃的软质沥青按照1:3‑5:1的比例混合后，进入研磨机研磨1‑2h得到天然沥青中三氯乙烯不溶物平均粒径小于等于5000‑10000目的天然沥青母液；将上述母液与130‑150℃的道路石油沥青按照30:70‑70:30的质量比混合，得到混合物A，加入占混合物A质量0.1%‑2%的偶联剂，搅拌均匀后加入占混合物A质量0‑10%的聚合物改性剂，经剪切分散后，再加入交联剂在180‑190℃下发育2‑5h，加入降粘剂搅拌半小时即得本产品，交联剂和降粘剂分别占混合物A质量0%‑0.3%和0.1%‑1%。首次以成品料形式制得高模量沥青混合料用胶结料，产品可长时间存储、运输而不发生离析，制备的混合料表现出优异的高模量沥青混合料特性，且低温性能优异。

Description

一种可存储的高模量天然沥青胶结料制备及应用方法

技术领域

本专利属于道路建筑材料领域 具体涉及一种可存储的高模量沥青混合料专用天沥青胶结料的制备及应用方法。

背景技术

高模量沥青混合料（简称HMAC：High Modules Asphalt Concrete）始于法国，由于混合料的整体模量高，抗疲劳性能好而被英国、南非、美国、芬兰、中国等国家引进和吸收，用于解决交通量剧增及重载条件下路面车辙等问题。按照法国沥青混合料设计规范（NFP98-140）的定义，当沥青混合料的动态模量(15℃，10Hz)大于14000Mpa时，才被称为“高模量沥青混合料”。HMAC被引入中国后，主要被应用在沥青路面的中下面层，其优点是：混合料的高模量，减少荷载作用下沥青混合料的应变；减少车辙病害，延长路面使用寿命；提高路面高温稳定性；减薄路面厚度，节约资源。传统的HMAC胶结料通常使用高模量添加剂如法国的PRS、PRM、中国的路宝、德国的Duroflex，或使用天然沥青做为混合料外加剂，或使用硬质沥青作为胶结料。存在的问题主要是添加剂成本高，并且添加过程存在质量控制难，混合料均匀性差，而使用硬质沥青则存在抗疲劳性能及低温性能差，而难以应用在中国西北及北方地区。本发明正是基于以上问题开发出高模量专用的天然沥青胶结料。

天然沥青是地层内部的石油资源，经亿万年的地壳运动，在长年高温、高压、氧化、触媒、细菌等综合作用下，经充分氧化、沉淀、聚合、硬化而生成的，是天然状态下存在的石油沥青，与石油沥青同属于地沥青类。具有以下优点：含矿物质成分，高温性能优异，提高路面承载能力，减少车辙病害；平均分子量大于石油沥青，沥青粘度大，理清膜厚度更厚，耐久性更好；极性强，含杂原子功能团，和石料粘附性佳，提高路面抗水损能力；性能稳定，耐候，抗老化，有效延长路面使用寿命，降低路面长寿命周期成本。

由于天然沥青中含有10%-90%不等的矿物质成分，矿物质相对密度大于2，而沥青的相对密度1.03左右，因此矿物质容易从沥青中离析，这也是导致天然沥青一直以来在道路建筑材料领域只能被作为外加剂，通过在使用前加入沥青（湿法工艺）或混合料中（干法工艺）的应用方式。湿法或干法工艺不仅增加了施工工序，且产品的质量稳定性差，质量控制难。

中国专利《一种基于天然沥青改性的高模量沥青及其制备方法与应用》201410536546.9， 《一种高模量沥青及其制备方法》201410063471.7均将天然沥青作为改性剂，属于湿法工艺使用天然沥青，并非生产出成品化的胶结料，未提到产品是否能长时间存储应用。并且其混合料的疲劳寿命并未采用法国的高模量沥青混合料要求的大于100万次的标准。中国专利《一种节能环保型沥青及其制备工艺》中也提到使用天然沥青与各种聚合物以及道路石油沥青配置沥青的方式，且根据其实施案例，高温车辙指标均小于5000次/mm，并不能应用于HMAC中，且也未提及产品的储存稳定性问题。

发明内容

为了克服传统天然沥青应用过程中存在的问题，本发明的目的是提供一种可存储的高模量天然沥青胶结料制备及应用方法。成品化的高模量沥青混合料专用胶结料，解决了以往使用外加剂的不便，成品料可长时间存储运输，有利于HMAC技术在中国的推广应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可存储的高模量天然沥青胶结料制备及应用方法，包括以下步骤：

室温下将粉碎至300目的天然沥青与加热至190-200℃的软质沥青按照1:3-5:1的比例混合后，进入研磨机研磨1-2h得到天然沥青中三氯乙烯不溶物平均粒径小于等于5000-10000目的天然沥青母液；将上述天然沥青母液与130-150℃的道路石油沥青按照30:70-70:30的质量比混合，得到混合物A，加入占混合物A质量0.1%-2%的偶联剂，搅拌均匀后，加入占混合物A质量0-10%的聚合物改性剂，经充分的剪切分散后，再加入交联剂在180-190℃下发育2-5h，随后加入降粘剂搅拌半小时，即得到可存储的高模量天然沥青胶结料。交联剂和降粘剂分别占混合物A质量0%-0.3%和0.1%-1%。

所述得天然沥青为岩沥青、湖沥青中的一种及其中任意几种的混合物，并且沥青含量大于20%，含水率小于2%，经机械破碎后粉碎至300目颗粒状态。

所述的软质沥青采用50#、70#、90#、110#道路石油沥青、油浆、糠醛抽出油中的一种及其中任意几种的混合物；将软质沥青加热至190-200℃后再与常温状态下的天然沥青颗粒混匀。

所述的道路石油沥青为70#、90#、110#A级道路石油沥青中的一种及其中任意几种的混合物。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的一种，优选硅烷偶联剂。

所述的降粘剂为高分子蜡类如Sasobit或表面活性剂类如Evotherm。

所述的稳定剂为硫磺或含硫有机化合物，经济性优选用硫磺；

所述的研磨机优选球磨机，并且研磨后，天然沥青中三氯乙烯不溶物的平均粒径小于等于5000-10000目。

所述的聚合物改性剂是分子量10-30万的SBS（线性、星型或混合型）、分子量20-40万的SBR、40-120目的橡胶粉中的一种及其中任意几种的混合物。

本发明的有益效果是：

本发明不仅能充分发挥天然沥青的高温稳定性和耐久性等特性，并通过物理及化学稳定作用，保证天然沥青中无机物成分均匀稳定的分散在胶结料中，防止出现离析和沉淀。作为成品胶结料应用于高模量沥青混合料中，经检测其163℃下72h 和7天的离析软化点差分别为：0.7℃和1.6℃。通过混合料验证，EME2 0/14的15℃，10Hz下的动态模量达到17079MPa，疲劳寿命182万次（10℃，25Hz,130με），完全满足并大大超出法国高模量沥青混合料性能要求。

通过使用高效研磨机，以软质沥青作为润滑剂，将天然沥青中三氯乙烯不溶物，即矿物质成分，研磨至粒径小于等于5000-10000目，随着粒径的减小，颗粒的表面效应突出，比表面积增大，表面活性增强，通过物理作用分散在沥青中。并且在偶联剂的作用下，矿物质成分的表面与沥青基之间形成搭桥，起到化学稳定作用。同时由于聚合物改性剂等的加入，一方面提高了产品的低温性能，此外在工艺的最后加入交联剂，促成聚合物形成网状结构，“锁住”矿物质成分，有助于防止沥青中矿物质成分的离析。为了检测最终成品的储存稳定性，进行储存稳定性检测，将天然沥青灌入铝管中，在120℃，163℃，180℃下分别存储72h后，置于-10℃冰箱冷却4h以上，取铝管的三分一处上层沥青和三分之一处下层沥青，测试上下层的软化点差。为了验证其长时间存储性，还对产品进行了163℃，7天的软化点差。结果如下表1所示。

该成品天然沥青胶结料应满足表2 要求。

本发明还提供了该高模量沥青混合料用天然沥青的使用方法。即如何配置高模量沥青混合料。

该高模量沥青混合料所使用的集料，优选石灰岩及玄武岩类碱性集料，并且0-3mm或0-5mm档，以及填料优选石灰岩。所有集料的技术要求应满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。级配应满足下表3、4、5所示的EME2 0/20、0/14、0/10的要求。

高模量沥青混合料的施工温度如下表6所示：

高模量沥青混合料的技术指标应满足表7的要求。

附图说明

图1为微粒粒径分析图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步叙述，但本发明不局限于以下实施例。

实施例一：

将70#A级道路石油沥青加热至180℃度后，缓慢加入破碎至300目天然沥青颗粒，其中天然沥青与70#A道路石油沥青质量比为 70:30。且该天然沥青为南美洲特立尼达湖沥青，沥青质含量大于30%经干燥处理后含水率低于2%，将混合物搅拌并将温度升至185℃后，进入球磨机研磨2h，使得天然沥青中三氯乙烯不溶物颗粒平均粒径5000-10000目及以下，得到天然沥青母液；将该天然沥青母液与加热至160℃的镇海90A级道路石油沥青按照60:40的比例相混，然后加入0.5%的硅烷偶联剂搅拌均匀，加入3%的1301 SBS改性剂 ，经剪切机剪切分散后，加入0.7%的硫磺，发育3小时后，加入0.1% 的sasobit搅拌半小时，得到成品。其中硅烷偶联剂、SBS、硫磺、sasobit添加比例均是以天然沥青母液和道路石油沥青的混合物为基准的外掺比例。

取一部分母液，通过三氯乙烯清洗，抽滤及离心分离后得到的三氯乙烯不溶物，通过激光粒度仪进行微粒粒径分析，结果如图1所示：

50%以上的颗粒粒径小于2.783微米，90%以上粒径小于11.792微米，平均粒径4.735微米。

所得天然沥青胶结料的指标检测结果如表8所示。

根据PG检测，其PG分级达到PG82-16，表9 所示

实施例二：

将110#A级道路石油沥青加热至180℃后，缓慢加入破碎至300目的天然沥青颗粒，其中天然沥青与110#A道路石油沥青质量比为 60:40。且该天然沥青为岩沥青，沥青质含量大于30%，经过干燥处理后含水率低于2%，搅拌并将温度升温至180℃后，进入球磨机研磨2h，得到天然沥青母液；90A级沥青加热至160℃后，与上述天然沥青母液按照50:50的比例相混，然后加入0.3%的硅烷偶联剂搅拌均匀，加入2%的4303 SBS改性剂 ，经剪切机剪切分散后，加入0.5%的硫磺，发育3小时后，加入0.2%的Evotherm搅拌半小时即得到成品。其中硅烷偶联剂、SBS、硫磺、Evotherm添加比例均是以天然沥青母液和道路石油沥青的混合物为基准的外掺比例。所得产品的性能指标如表10所示。

实施例三：

取石灰岩或玄武岩集料按照如下级配配置混合料。将集料加热8h 以上，使其温度达到200℃，拌合温度设定为180摄氏度，将实施例一中的高模量天然沥青加热到180℃。将除矿粉以外的集料加入拌锅，干拌20S后加入沥青，沥青用量为5.2%，拌合60秒后，倒入矿粉，拌合30S即可，表11为混合料级配。

按照法国的混合料检测指标，及国内的马歇尔试验方法分别验证其混合料性能：如表12所示为按照法国标准检测的混合料指标结果。

按照国内的马歇尔试验方法，对混合料的各项性能检测如下所示：表13为EME2 0/14混合料的检测结果（马歇尔试验方法）。

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Claims (9)

1.一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：室温下将粉碎至300目的天然沥青与加热至190-200℃的软质沥青按照1:3-5:1的比例混合后，进入研磨机研磨1-2h得到天然沥青中三氯乙烯不溶物的平均粒径小于等于5000-10000目的天然沥青母液；

步骤二：将上述天然沥青母液与加热至130-150℃的道路石油沥青按照30:70-70:30的质量比混合，得到混合物A，并加入占混合物A质量0.1%-2%的偶联剂；

步骤三：将上述步骤二得到的混合物加热至180-190℃，加入占混合物A质量0-10%的聚合物改性剂，经充分的剪切分散后，再加入交联剂在180-190℃下发育2-5h，随后加入降粘剂搅拌半小时，即得到可存储的高模量天然沥青胶结料，交联剂和降粘剂分别占混合物A质量0%-0.3%和0.1%-1%。

2.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的天然沥青为岩沥青、湖沥青中的一种或其中任意几种的混合物，并且沥青含量大于20%，含水率小于2%，经机械破碎后粉碎至300目颗粒状态。

3.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的软质沥青采用50#、70#、90#、110#道路石油沥青、油浆、糠醛抽出油中的一种或其中任意几种的混合物。

4.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的道路石油沥青为70#、90#、110#A级道路石油沥青中的一种或其中任意几种的混合物。

5.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的一种。

6.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的降粘剂为高分子蜡类或表面活性剂类。

7.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为硫磺或含硫有机化合物。

8.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的研磨机为球磨机，要求研磨后能将天然沥青中的三氯乙烯不溶物的颗粒粒径小于等于5000-10000目。

9.权利要求1所述一种可存储的高模量天然沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述的聚合物改性剂是分子量10-30万的SBS、分子量20-40万的SBR、40-120目的橡胶粉中的一种或其中任意几种的混合物，所述的SBS为线性、星型或混合型。