CN107778890A - 一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料 - Google Patents

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温学钧
韩明
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    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation

Abstract

本发明公开了一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：以100重量份计，所述沥青胶结料包括50‑66重量份的道路石油沥青、1‑3重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂、2‑4重量份的苯乙烯‑乙烯‑丙烯‑苯乙烯嵌段共聚物、30‑46重量份的水、0.5‑1重量份的异氰酸酯和0.5‑2重量份的一种或多种碳原子总数为16～24的格尔伯特醇。本发明的沥青胶结料获得的微表处可以在摊铺完成后30min内开放交通，能够在保持良好的施工性能的同时，大幅提高常规微表处的早期强度、后期抗疲劳、耐水损害、抗高温车辙等性能。

Description

一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料
技术领域
本发明涉及的技术属于道路路面工程的预养护范畴，提出了一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，在保证该材料的施工和易性、便捷性不下降或者不显著降低的条件下,显著缩短开放交通时间，和提高早期和后期的路用性能。
背景技术
微表处技术是以聚合物改性乳化沥青为粘结料的冷拌混合料薄层施工技术。在国外,微表处技术已广泛应用于高速公路的养护,造价约为相同厚度的热沥青罩面的1/3，并被证明是一种具有很高性价比的养护措施；性能方面具有良好的抗滑和封水效果，坚实且平整，另具施工速度快、成型快、工期短的特点，常温条件下就可施工，降低了能耗，符合环保要求。然而微表处技术尚不够成熟，常会出现脱皮、掉料、车辙等问题，这是因为其沥青胶结料在粘附性上、高温稳定性和抗疲劳性能上有一定的不足之处；另外常规微表处施工后开放交通时间通常在2-4h，养护施工的低效率对繁忙交通地区有不利的影响。
为完善微表处工艺和使其标准化，目前,我国《公路沥青路面路面养护技术规范》(JTJ073.2-2001)》、《DB21/T 2234-2014高速公路微表处设计与施工技术规范》、《微表处和稀浆封层技术指南》等行业标准都对微表处提出了相关技术标准和指标。
目前一些研究对微表处的胶结料设计出现了一些改进工艺，目的均为加强其粘附力、耐久性等。常采用SBS改性剂替代SBR的方法，但由于SBS作为改性剂应用在微表处胶结料中，对乳化剂的要求较高，一般的乳化剂很难将SBS改性沥青进行顺利乳化。更好的办法是先将基质沥青乳化，而后添加SBS，但SBS在搅拌完成后的运输和使用过程中会发生一定的离析，难以保持稳定。因此SBS改性的微表处胶结料性能时好时坏，施工完成后的铺面常发生局部损坏。另外一些专利技术提出通过更换乳化剂使得乳化沥青达到慢裂快凝的效果，实现在完成施工后尽快开放交通的目的，但通常其开放交通时间仍无法达到1h以内。
发明内容
本发明的目的是提供一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，显著缩短开放交通时间并提高现有微表处路用性能。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：以100重量份计，所述沥青胶结料包括50-66重量份的道路石油沥青、1-3重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂、2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、30-46重量份的水、0.5-1重量份的异氰酸酯和0.5-2重量份的一种或多种碳原子总数为16～24的格尔伯特醇。
上述道路石油沥青为普通基质沥青，牌号为50、70或90号。
进一步地，季铵盐型阳离子咪唑啉分子结构式为：
进一步地，异氰酸酯分子结构式为：
异氰酸酯为异氰酸的某种酯或多种酯的混合物。
进一步地，碳原子总数为16～24的格尔伯特醇分子结构式为：
进一步地，季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂为表面张力为45.2～53.8kN·m-1；亲油亲水平衡值(HLB)值评价为9的水包油型表面活性剂，可将沥青进行乳化。
进一步地，所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPSEPS)是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)的加氢共聚物，其结构类型为星型。
目前尚无异氰酸酯和格尔伯特醇在道路沥青中的应用报道，本发明经试验表明，适当含量的异氰酸酯和格尔伯特醇的引入，并采用本发明的制备工艺，使得微表处浆体材料中的空隙获得固化结构分子的支撑，可以在保持改性微表处施工和易性的同时，提高微表处的施工效率和路用性能。这主要是因为异氰酸酯和格尔伯特醇，经常用于水溶性金属切削油的增溶剂及消泡剂、固化剂工业当中，是一种良好的与异氰酸酯有反应特性的固化剂，可以在微表处混合料成型的初期获得很好的早期强度。本发明采用异氰酸酯和格尔伯特醇作为增强结构特性的双组份固化成份，。相对常规的SBR和SBS改性，在本发明的制作过程中苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)使得乳化沥青中的改性物质分散更加均匀，提高其整体受力能力和抵抗变形的能力，从而大幅提高微表处混合料的后期强度，包括高温性能、耐水损害性能和抗疲劳性能。本发明的沥青胶结料获得的微表处可以在摊铺完成后30min内开放交通，能够在保持良好的施工性能的同时，大幅提高常规微表处的早期强度、后期抗疲劳、耐水损害、抗高温车辙等性能。
具体实施方式
下面结合具体的微表处设计配合本发明的实施例进一步解释本发明。列举实施例的目的仅在于更加具体地说明本发明，本发明的保护范围不局限于实施例所述的内容。
一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：以100重量份计，所述沥青胶结料包括50-66重量份的道路石油沥青、1-3重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂、2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、30-46重量份的水、0.5-1重量份的异氰酸酯和0.5-2重量份的一种或多种碳原子总数为16～24的格尔伯特醇。
上述道路石油沥青为普通基质沥青，牌号为50、70或90号。
进一步地，季铵盐型阳离子咪唑啉分子结构式为：
进一步地，异氰酸酯分子结构式为：
异氰酸酯为异氰酸的某种酯或多种酯的混合物。
进一步地，碳原子总数为16～24的格尔伯特醇分子结构式为：
其制备方法包括下列步骤：
1.将50-66重量份的道路石油沥青，在130-140℃的条件下，预热待用，时间不限，推荐30-120min，以沥青呈流淌状为准；
2.将1-3重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂与30-46重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在50-80℃；
3.2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，在130-150℃的温度下，投入到步骤1中的沥青中，以2000-3000转/分钟的速度剪切20-30分钟；
4.将步骤2中的皂液加入乳化沥青机，经过增压剪切研磨等机械作用，生成新型的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在80-90℃之间；
5.将0.5-1重量份的异氰酸酯和0.5-2重量份的一种或多种碳原子总数为16～24的格尔伯特醇，在常温状态下混合并搅拌均匀，在施工前2h投入到步骤4生成的改性乳化沥青中。
实施例1
1、将55重量份的70号基质沥青，在135℃的条件下放置烘箱保温，预热60分钟；2、将2重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂与40重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在50-80℃；3、2重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，投入到步骤1中的沥青中，在135℃的温度下，以3000转/分钟的速度剪切30分钟；4、将步骤2中的皂液加入乳化沥青机，经过增压剪切研磨等机械作用，生成新型的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在90±2℃；5、将0.5重量份的异氰酸酯和0.5重量份的格尔伯特醇，在常温状态下混合并搅拌均匀，在施工前2h投入到步骤4生成的改性乳化沥青中。
按照表1进行级配筛选。
表1 MS-2级配
表2基质沥青的常规指标
实施例2
1、将50重量份的70号基质沥青，在135℃的条件下放置烘箱保温，预热60分钟；2、将2重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂与43重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在50-80℃；3、3重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，投入到步骤1中的沥青中，在135℃的温度下，以3000转/分钟的速度剪切30分钟；4、将步骤2中的皂液加入乳化沥青机，经过增压剪切研磨等机械作用，生成新型的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在90±2℃；5、将1重量份的异氰酸酯和1重量份的格尔伯特醇，在常温状态下混合并搅拌均匀，在施工前2h投入到步骤4生成的改性乳化沥青中。
对比例1
采用普通SBR改性乳化沥青，制备出常规的乳化沥青。选用国产中海70号基质沥青，沥青指标如表2所示。而后进行常温拌合，其余材料与过程同实施例1。
上述3个例子的基本配合比按表3进行设计。
表3基本配合比
组分 (质量g)
干骨料 98
325#水泥 2
水 8
改性乳化沥青 11.3
试验根据之前的马歇尔设计方法确定的级配与油石比，对所有完成的试件均采取室温静置24h处理，而后采用JTG E20-2011中的黏聚力试验，负轮磨耗试验和湿轮磨耗试验(这三个试验为JTG F40-2004施工技术规范所要求)分别对比三个实施例中的混合料的路用性能。其中黏聚力试验是确定初凝时间，关系到开放交通时间，负轮磨耗是控制配合比中沥青用量，湿轮磨耗试验是检验配伍性和抗水损害能力。试验结果如表4所示。
表4性能测试试验对比
由结果可知，本发明的高强度微表处的2个实施例的路用性能均满足JTGF40-2004的要求，30min即能超越黏聚力普通微表处60min时的要求，已结达到开放交通的要求。从湿轮磨耗试验也可以看出，2个实施例均表现出优异的抗水损害能力，而常规SBR改性乳化沥青的微表处的表现中规中矩，仅基本满足规范要求。

Claims (7)

1.一种可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：以100重量份计，所述沥青胶结料包括50-66重量份的道路石油沥青、1-3重量份的季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂、2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、30-46重量份的水、0.5-1重量份的异氰酸酯和0.5-2重量份的一种或多种碳原子总数为16～24的格尔伯特醇。
2.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：上述道路石油沥青为普通基质沥青，牌号为50、70或90号。
3.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：季铵盐型阳离子咪唑啉分子结构式为：
R＝C15H31。
4.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：异氰酸酯分子结构式为：
异氰酸酯为异氰酸的某种酯或多种酯的混合物。
5.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：碳原子总数为16～24的格尔伯特醇分子结构式为：
6.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：季铵盐型阳离子咪唑啉表面活性剂为表面张力为45.2～53.8kN·m-1；亲油亲水平衡值(HLB)值评价为9的水包油型表面活性剂，可将沥青进行乳化。
7.如权利要求1的可快速开放交通的高强度微表处用沥青胶结料，其特征在于：所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的加氢共聚物，其结构类型为星型。
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