CN107474565B - 一种适用于寒冷地区的沥青结合料及其制备方法 - Google Patents

一种适用于寒冷地区的沥青结合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于寒冷地区的沥青结合料，重量配比为：聚氯乙烯10～25wt％，胶质15～30wt％，芳香分20～50wt％，饱和分5～20wt％。本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料，可以有效解决寒冷地区沥青路面低温病害等技术问题，打破传统以往沥青改性技术的局限性，对于降低寒冷地区路面病害的发生几率，提高路面的使用品质具有重要意义。本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料，其脆化温度相比传统沥青结合料降低了5～10℃，大大提高了低温条件下的技术性能。本发明对于低温区域内沥青路面的建设具有非常显著的现实意义。

Description

一种适用于寒冷地区的沥青结合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，特别涉及一种适用于寒冷地区的沥青结合料及其制备方法。
背景技术
沥青材料是世界范围内的一种主要的筑路材料，截止到目前并未发现有其他材料可以替代沥青材料并同时保持沥青路面优良的技术特征。目前的研究成果已经表明，沥青是一种成分比较复杂的混合物，可以具体划分为沥青质、胶质、芳香分和饱和分等四种组分，这种划分方法被称为四组分分析法。每种组分都与某种力学性能相对应，比如沥青质可以形成微观结构、吸附胶质等功能；胶质具有粘结性等功能；芳香分和饱和分具有软化沥青功能等。此外，沥青材料是一种感温性特别明显的材料，夏季高温时容易变形而冬季低温时容易变脆变硬。
中国地域广阔，其中北方地区大多冬季较为寒冷，沥青路面的低温开裂现象是一种极其普遍的路面病害。现有研究已经表明，沥青路面的低温开裂与沥青的技术特征直接相关，沥青在寒冷环境条件下变脆变硬，伴随着力学性能的快速衰减是沥青路面低温病害的主要原因。
为了解决沥青路面低温病害，研究者们试图通过对沥青进行一系列改性处理，比如SBS改性技术、胶粉改性技术等的应用。上述改性技术并未能从根本上改变沥青这种混合物的技术组成，虽然从一定程度上改善了沥青的低温技术特性，但依然无法避免沥青的低温脆硬效应，沥青路面的低温病害依旧广泛存在。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种适用于寒冷地区的沥青结合料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种适用于寒冷地区的沥青结合料，重量配比为：聚氯乙烯10～25wt％，胶质15～30wt％，芳香分20～50wt％，饱和分5～20wt％。
在上述技术方案中，聚氯乙烯的重量配比为：15wt％。
一种适用于寒冷地区的沥青结合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)沥青混合物中沥青质组分的剔除
将熔融状态下的沥青加入到正庚烷溶液中，加热后将溶液进行过滤，将沥青质与软沥青质提取出去，滤液为正庚烷、胶质、芳香分和饱和分的溶液；
(2)回收正庚烷、以便循环利用
利用蒸馏的方法回收正庚烷，得到胶质、芳香分、饱和分黑褐色粘稠液体滤液；
(3)聚氯乙烯材料的回添
将聚氯乙烯粉末按照沥青总体质量的10～25wt％的掺加量添加到熔融状态的胶质、芳香分和饱和分所组成的混合物中；充分混合后得到沥青结合料。
在上述技术方案中，步骤(1)具体为：将熔融状态下的沥青按照1g：15ml的比例加入到正庚烷溶液中，并在50℃的恒温条件下加热一个小时，之后再将沥青-正庚烷溶液在阴暗处室温条件下放置一小时，再将溶液通过漏斗、滤纸进行过滤，将沥青质与软沥青质提取出去，滤液为正庚烷、胶质、芳香分、饱和分和少部分沥青质的溶液。
在上述技术方案中，步骤(2)具体为：将装有滤液的容器连接导管、冷凝器、回收器皿，并将其加热至98.5℃，此时滤液沸腾，大规模回收正庚烷，直到溶液无气泡产生结束，此时滤液为胶质、芳香分、饱和分黑褐色粘稠液体。
在上述技术方案中，步骤(3)具体为：将200目粒度大小的聚氯乙烯粉末，按照沥青总体质量的10～25wt％的掺加量添加到熔融状态的胶质、芳香分和饱和分所组成的混合物中；剪切混合，温度为160℃，得到沥青结合料。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料，可以有效解决寒冷地区沥青路面低温病害等技术问题，打破传统以往沥青改性技术的局限性，对于降低寒冷地区路面病害的发生几率，提高路面的使用品质具有重要意义。
本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料，其脆化温度相比传统沥青结合料降低了5～10℃，大大提高了低温条件下的技术性能，对于低温区域内沥青路面的建设具有非常显著的现实意义。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
沥青质是沥青中一项重要的组分物质，它以十分微小的颗粒形态分散在沥青中，自身具有不规则的分子结构，从而实现了对胶质的吸附，使得沥青具有了较好的结构性。但是通过差示扫描量热技术可以发现，沥青质的脆化温度特别高，一般情况下在80℃左右时，沥青质即已经达到脆化状态，所以在沥青正常的使用及存放过程中，沥青质已经达到脆化状态。
现阶段道路工程建设离不开沥青这种结合料，但是沥青极强的感温性导致其在高温状态呈现软塑状态而低温条件下呈现脆硬状态，导致其低温性能较差。沥青中沥青质组分是导致沥青低温呈现脆硬状态的主要因素。沥青质分子结构具有侧链结构能使得沥青具有结构性，同时沥青质具有吸附胶质组分的功能，所以在以往的研究中不能轻易对沥青质进行替换或者进行相关处理。
本发明的申请人经过大量实验观察，聚氯乙烯材料可以替换沥青中的沥青质组分，并保证沥青的高低温技术特性。同时由于聚氯乙烯材料的感温性不显著，在剔除沥青中沥青质组分后采用一定比例的聚氯乙烯材料回添可以制备低温技术性能更加优良的沥青，采用此技术制备出的新型沥青对于低温区沥青路面建设具有重要现实意义。
基于上述总结分析，本发明提出一种新型的沥青材料，采用聚氯乙烯材料替换了原来沥青中的沥青质组分，并经过相应的制备流程，完成了适用于寒冷地区应用的新型沥青结合料。
下面对本发明做以详细说明。
实施例1
本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料的重量配比为：聚氯乙烯15wt％，胶质15～30wt％，芳香分20～50wt％，饱和分5～20wt％。
本发明的适用于寒冷地区的沥青结合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)沥青混合物中沥青质组分的剔除
将熔融状态下的沥青按照1g：15ml的比例加入到正构烷烃溶液(正庚烷溶液)中，并在50℃的恒温条件下加热一个小时，之后再将沥青-正庚烷溶液在阴暗处室温条件下放置一小时，再将溶液通过漏斗、滤纸进行过滤，可将沥青质与软沥青质提取出去，滤液为正庚烷、胶质、芳香分、饱和分和少部分沥青质的溶液。
(2)回收正庚烷、以便循环利用
将装有滤液的容器连接导管、冷凝器、回收器皿，并将其加热至98.5℃(正庚烷的沸点)，此时滤液沸腾，可大规模回收正庚烷，直到溶液无气泡产生结束，此时滤液为胶质、芳香分、饱和分黑褐色粘稠液体。
(3)聚氯乙烯材料的回添
将200目粒度大小的聚氯乙烯粉末，按照沥青总体质量的15wt％的掺加量添加到熔融状态的胶质、芳香分和饱和分所组成的混合物中。运用高速剪切仪进行间歇式剪切，温度为160℃，连续剪切30分钟后稳定30分钟，累计循环10次，即用10个小时的时间实现聚氯乙烯材料对胶质的完全吸附并完成沥青发育，进而形成了全新的沥青结合料。
(4)沥青结合料的性能测试
采用现行相关沥青规范对本具体实施方式的新型沥青结合料进行技术性能的测试，测试结果见表1。根据测试结果可知，此种沥青结合料完全满足我国道路工程的应用标准。新型沥青结合料的感温性显著降低，脆化温度向低温区域延后10℃左右(传统沥青脆化温度范围为-15～-20℃；新型沥青结合料脆化温度范围为-25～-30℃)。新型沥青感温效果的改善大大提高了沥青低温条件下的技术性能，所以本发明对于低温区域内沥青路面的建设具有非常显著的现实意义。
表1
实施例2
本具体实施方式与实施例1的区别在于，沥青结合料的重量配比为：聚氯乙烯10wt％。
采用现行相关沥青规范对本具体实施方式的新型沥青结合料进行技术性能的测试，测试结果见表2
表2
实施例3
本具体实施方式与实施例1的区别在于，沥青结合料的重量配比为：聚氯乙烯25wt％。
采用现行相关沥青规范对本具体实施方式的新型沥青结合料进行技术性能的测试，测试结果见表3
表3
在上述具体实施方式中，沥青质组分的剔除时用到的正构烷烃溶液可以为正庚烷，也可以为正己烷或正戊烷等等。只要该正构烷烃溶液满足：沥青质不溶于该正构烷烃溶液，溶于热苯，即可，这里不再赘述。
在上述具体实施方式中，实施例1～3的沥青结合料的制备方法大体相同，存在的区别只是聚氯乙烯材料的回添的掺加量不同，其中，实施例1为15wt％，实施例2为10wt％，实施例3为25wt％，故实施例2和3的沥青结合料的制备方法这里不再赘述。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种适用于寒冷地区的沥青结合料，其特征在于，重量配比为：聚氯乙烯10～25wt％，胶质15～30wt％，芳香分20～50wt％，饱和分5～20wt％。
2.根据权利要求1所述的沥青结合料，其特征在于，聚氯乙烯的重量配比为：15wt％。
3.一种适用于寒冷地区的沥青结合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述沥青结合料重量配比为：聚氯乙烯10～25wt％，胶质15～30wt％，芳香分20～50wt％，饱和分5～20wt％；
(1)沥青混合物中沥青质组分的剔除
将熔融状态下的沥青加入到正庚烷溶液中，加热后将溶液进行过滤，将沥青质与软沥青质提取出去，滤液为正庚烷、胶质、芳香分和饱和分的溶液；
(2)回收正庚烷、以便循环利用
利用蒸馏的方法回收正庚烷，得到胶质、芳香分、饱和分黑褐色粘稠液体滤液；
(3)聚氯乙烯材料的回添
将聚氯乙烯粉末按照沥青总体质量的10～25wt％的掺加量添加到熔融状态的胶质、芳香分和饱和分所组成的混合物中；充分混合后得到沥青结合料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体为：将熔融状态下的沥青按照1g：15ml的比例加入到正庚烷溶液中，并在50℃的恒温条件下加热一个小时，之后再将沥青-正庚烷溶液在阴暗处室温条件下放置一小时，再将溶液通过漏斗、滤纸进行过滤，将大部分沥青质与软沥青质提取出去，滤液为正庚烷、胶质、芳香分、饱和分和少部分沥青质的溶液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体为：将装有滤液的容器连接导管、冷凝器、回收器皿，并将其加热至98.5℃，此时滤液沸腾，大规模回收正庚烷，直到溶液无气泡产生结束，此时滤液为胶质、芳香分、饱和分黑褐色粘稠液体。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体为：将200目粒度大小的聚氯乙烯粉末，按照沥青总体质量的10～25wt％的掺加量添加到熔融状态的胶质、芳香分和饱和分所组成的混合物中；剪切混合，温度为160℃，得到沥青结合料。
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