CN108864447B - 实现沥青常温流动性的反应型溶剂和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂和方法。其中，反应型溶剂包含5‑15重量份不饱和脂肪酸、1‑5重量份烷基二甲基甜菜碱和0.1‑2重量份苯酚多聚物。本发明的溶剂和方法可实现沥青的常温流动性，同时由所得沥青得到的混合料的初始强度和强度发展速度快，特别适用于作为常温快速路面修复材料。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面修复材料领域，特别涉及实现沥青常温流动性的反应型溶剂和实现沥青常温流动性的方法及所得产品。
背景技术
目前，对于路面坑槽病害的处置方法主要分为基于热拌沥青材料和常温沥青材料维修技术两种，采用热拌沥青材料进行路面坑槽病害处置时，热拌沥青混合料与新建道路材料一致，将病害处置之后，进行填筑压实，能达到较好的维修修补效果；常用常温沥青材料进行维修时，最大的特点是施工方便、速度快，从而对交通影响小。
然而，使用两种沥青材料维修路面坑槽的方法都具有各自显著的缺点。对于热拌沥青混合料，不仅其性能接近于新建路面，而且其施工复杂性也与之相当(热拌沥青混合料生产要求高，需要拌合站、加热、保温等，修补对沥青混合料的需求极少)，因而存在施工复杂、成本高、对环境污染大、对交通扰动大等问题；而使用常温沥青材料对路面病害进行修补，不论是溶剂型常温沥青材料和乳化型常温沥青材料，都存在初始强度低，强度发展慢与旧路面粘结不牢固等问题，致使其维修处置效果差、病害反复等问题。
CN 107903642 A公开了一种常温密封液态沥青的制备方法，能有效解决常温状态下沥青的流动性问题，除其铺筑后仍需1-1.5小时的风干时间之外，且初始强度较低，只能适当限速开放交通，全面开放交通则需要更长时间。
发明内容
为了解决至少部分上述技术问题，本发明提供一种用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，该反应型溶剂可使沥青保持优异的粘结力，将其与集料混合制备的混合料具有较高的强度。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的一方面，提供用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，其包含5-15重量份不饱和脂肪酸、1-5重量份烷基二甲基甜菜碱和0.1-2重量份苯酚多聚物。
根据本发明的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，优选地，所述不饱和脂肪酸选自肉豆蔻油酸、棕榈油酸、反式油酸、蓖麻油酸、油酸、亚油酸和芥酸组成的组中的至少一种。
根据本发明的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，优选地，所述苯酚多聚物为三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物。
根据本发明的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，优选地，所述不饱和脂肪酸、所述烷基二甲基甜菜碱和所述苯酚多聚物的重量比为10:2-3:0.5-1。
本发明的另一方面，提供实现沥青常温流动性的方法，其包括将反应型溶剂加入到沥青的步骤，其中所述反应型溶剂为本发明所述的反应型溶剂。
根据本发明的实现沥青常温流动性的方法，优选地，其包括将40-60重量份沥青加热至100-200℃后加入20-30重量份反应型溶剂，在5-10转/分钟的第一搅拌速度下搅拌5-10min，然后在50-100转/分钟的第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，得到混合液。
根据本发明的实现沥青常温流动性的方法，优选地，其进一步包括向所述混合液中加入10-20重量份水性环氧树脂，并分散得到悬浮物。
根据本发明的实现沥青常温流动性的方法，优选地，其进一步包括向所述悬浮物中加入10-20重量份烷基三乙氧基硅烷，并搅拌得到常温下具有流动性的沥青。
本发明的再一方面，提供通过本发明的方法得到的具有常温流动性的沥青。优选地，所述沥青的60℃布氏粘度在3.0Pa·s以下。
本发明的反应型溶剂能够在常温下实现沥青的流动性，同时还能保持优异的沥青粘结力，将其与集料混合制备的混合料具有较高的强度。本发明的实现流动性的方法获得的沥青液可在常温下长期存放，而不影响其性质。另外，由该沥青液可得到初始强度高，强度发展速度快的混合料，特别适合在常温下快速维修路面。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。除非另有说明，否则“％”是指基于重量的百分数。
本发明的第一方面，提供用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂(本文有时称作“本发明的溶剂”)，其包含不饱和脂肪酸、烷基二甲基甜菜碱和苯酚多聚物。其中，不饱和脂肪酸、烷基二甲基甜菜碱和苯酚多聚物的重量比为10:2-3:0.5-1，优选10:2.4-2.8:0.6-0.8。
本发明的反应型溶剂中不饱和脂肪酸的实例包括但不限于肉豆蔻油酸、棕榈油酸、反式油酸、蓖麻油酸、油酸、亚油酸和芥酸。本发明可使用上述物质中一种或多种的组合。优选地，本发明的不饱和脂肪酸为油酸。本发明中不饱和脂肪酸的含量为5-15重量份，优选6-13重量份，更优选8-11重量份。含量过高影响初始强度和强度发展速度。含量过低不利于流动性提高。
本发明的烷基二甲基甜菜碱中的烷基优选为C10-C20，更优选C10-C15，特别优选C12，即十二烷基二甲基甜菜碱。优选呈阳离子性的烷基二甲基甜菜碱。本发明的反应型溶剂中烷基二甲基甜菜碱的含量为1-5重量份，优选1-4重量份，更优选2-3重量份。上述范围内的烷基二甲基甜菜碱具有优良的发泡性能，有助于沥青液化以及反应型溶液各组分之间的相容性。
本发明的反应型溶剂中苯酚多聚物优选为三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物，其含量为0.1-2重量份，优选0.2-1.8重量份，更优选0.5-1.5重量份。上述各成分的含量过低均不利于沥青与下述水性环氧树脂混合，从而不利于溶解。另一方面，如果含量过高，则造成不必要的成本增加，同时影响所得沥青及其制品的长期使用。苯酚多聚物优选为苯酚高聚物。
本发明的第二方面，提供实现沥青常温流动性的方法(本文有时称作“本发明的方法”)，其包括将本发明的反应型溶剂加入到沥青的步骤。其中反应型溶剂的说明如上所述，在此不再赘述。
本发明的“实现”包括使在常温下不具备流动性的沥青具备所述范围内的流动性，也包括使常温下沥青的流动性升高至所述范围内。
本发明的沥青的实例包括但不限于煤焦沥青、石油沥青和天然沥青。优选石油沥青，其为原油蒸馏后的残渣。在常温下本发明的沥青可为液体、半固体或固体，对此不特别限定。优选地，本发明的沥青中油分的含量基于重量为20％-60％，优选为25％-50％，更优选25％-38％。油分的含量越高越有利于流动性的提高。本发明的沥青中胶质的含量基于重量为10％-20％，优选10％-15％。胶质的含量过低，则虽然具有较高的流动性，但是粘度和延度不好，不利于初始强度的提高。本发明的反应型溶剂有利于胶质处于低分子化合物状态，从而有利于实现常温流动性。本发明的沥青中沥青质的含量基于重量为10％-30％，优选10％-20％。本发明的沥青质含量越高软化点越高、粘性越。本发明还包括少量的沥青碳和似碳物，优选其含量基于重量为3％以下，优选2％以下。上述范围有利于在实现流动性的同时减小对所得沥青的粘度和延度的影响。
在某些实施方案中，本发明的方法包括将沥青加热至100-200℃，优选120-180℃，更优选135-150℃，后加入特定量的反应型溶剂，在第一搅拌速度下搅拌5-10min，优选6-8min，更优选7min，然后第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，优选2-8min，更优选4-6min，得到混合液。其中沥青的添加量为40-60重量份，优选45-55重量份。反应型溶剂的添加量为20-30重量份，优选为23-28重量份，更优选25-27重量份。第一搅拌速度为慢的搅拌速度第二搅拌速度为快的搅拌速度，从而有利于反应型溶剂与沥青的均匀接触和混合。如果第一搅拌速度过快，则不利于沥青的溶解。第一搅拌速度为5-10转/分钟，优选6-9转/分钟。第二搅拌速度为50-100转/分钟，优选60-90转/分钟，更优选70-80分钟。
在某些实施方案中，本发明的方法进一步包括向混合液中加入10-20重量份，优选12-18重量份，更优选14-16重量份水性环氧树脂，并分散得到悬浮物。本发明发现特定量水性环氧树脂而非一般环氧树脂的添加使得沥青因液化造成的损害降低，进而有利于提高沥青的粘度、延度等。本发明的反应型溶剂能够使水性环氧树脂与整个油性沥青体系拥有更好的配伍性。
在某些实施方案中，本发明的方法进一步包括向悬浮物中加入10-20重量份，优选12-18重量份，更优选14-16重量份的烷基三乙氧基硅烷，并搅拌得到具有常温流动性的沥青。其中烷基三乙氧基硅烷的烷基为C10-C20烷基，优选C12-C18烷基，更优选C14-C16烷基。烷基三乙氧基硅烷的添加进一步提高流动性，并提高所得流体沥青的粘合力。
本发明的第三方面，提供一种具有常温流动性的沥青。本发明的常温流动性是指在25±5℃温度下具有流动性。该性质可通过目视观察明显判断。当根据T0625-2000沥青布氏旋转粘度试验测量时，本发明的沥青的60℃的布氏粘度范围为3.0Pa·s以下，优选2.5Pa·s以下，更优选2.0Pa·s以下。另一方面，通常为1.0Pa·s以上，优选1.5Pa·s以上。
实施例1
本实施例的反应型溶剂配方如下：
油酸10重量份、十二烷基二甲基甜菜碱2重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物1重量份。
本实施例实现沥青常温流动性的方法包括具体步骤如下：
(1)按上述配方分别称取各原材料，备用；
(2)将50重量份的沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将10重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)制备好的反应型常温液体沥青常温、密封保存，备用。
实施例2
本实施例的反应型溶剂配方如下：
油酸10重量份、十二烷基二甲基甜菜碱3重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物0.8重量份。
本实施例实现沥青常温流动性的方法包括具体步骤如下：
(1)按上述配方分别称取各原材料，备用；
(2)将50重量份的沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将10重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温液体沥青的制备；
(6)制备好的反应型常温液体沥青常温、密封保存，备用。
实施例3
本实施例的反应型溶剂配方如下：
油酸10重量份、十二烷基二甲基甜菜碱3重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物0.8重量份。
本实施例实现沥青常温流动性的方法包括具体步骤如下：
(1)按上述配方分别称取各原材料，备用；
(2)将60重量份的沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将30重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将15重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温液体沥青的制备；
(6)制备好的反应型常温液体沥青常温、密封保存，备用。
比较例1
除了不添加十二烷基二甲基甜菜碱以外，以与实施例2相同的方式制备沥青。
比较例2
除了不添加三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物以外，以与实施例2相同的方式制备沥青。
测试例
1.流动性测量
在25℃下目视观察实施例1-3以比较例1-2的沥青的形态，其中实施例1-3均为流动态，而比较例1-2为固态。同时根据T0625-2000沥青布氏旋转粘度试验测量实施例1-3和比较例1-2在60℃时的布氏粘度。结果如表1所示。
表1各沥青液的组成及粘度
2.初始和成型稳定度的测量
本测试例中的初始稳定度(初始强度)和成型稳定度(强度发展速度)的测试采用下述方法得到的混合料进行。
根据下表2配方按级配分别称取各档集料(含25重量％偏高岭土和普通硅酸盐水泥的混合物、75重量％不同粒径大小的玄武岩和石灰岩的混合物)，拌合均匀干燥，得到混合料保存备用；按下表3所示沥青混合料级配设计，分别按常温沥青液占混合料6重量％的比例采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即可用于性能测试。
表2各级配的粒径大小
表3各沥青混合料的性能参数
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
Claims (10)
1.一种用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，其特征在于，包含5-15重量份不饱和脂肪酸、1-5重量份烷基二甲基甜菜碱和0.1-2重量份苯酚多聚物，其中所述烷基二甲基甜菜碱的烷基为C10-C20烷基，所述苯酚多聚物为三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物。
2.根据权利要求1所述的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，其中所述不饱和脂肪酸选自反式油酸、油酸、亚油酸和芥酸组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，其中所述不饱和脂肪酸选自肉豆蔻油酸、棕榈油酸和蓖麻油酸组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于实现沥青常温流动性的反应型溶剂，其中所述不饱和脂肪酸、所述烷基二甲基甜菜碱和所述苯酚多聚物的重量比为10:2-3:0.5-1。
5.一种实现沥青常温流动性的方法，其包括将反应型溶剂加入到沥青的步骤，其中所述反应型溶剂为根据权利要求1-4任一项所述的反应型溶剂。
6.根据权利要求5所述的实现沥青常温流动性的方法，其包括将40-60重量份沥青加热至100-200℃后加入20-30重量份反应型溶剂，在5-10转/分钟的第一搅拌速度下搅拌5-10min，然后在50-100转/分钟的第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，得到混合液。
7.根据权利要求6所述的实现沥青常温流动性的方法，其进一步包括向所述混合液中加入10-20重量份水性环氧树脂，并分散得到悬浮物。
8.根据权利要求7所述的实现沥青常温流动性的方法，其进一步包括向所述悬浮物中加入10-20重量份烷基三乙氧基硅烷，并搅拌得到常温下具有流动性的沥青。
9.一种具有常温流动性的沥青，其通过根据权利要求5-8任一项所述的方法得到。
10.根据权利要求9所述的具有常温流动性的沥青，其中所述沥青的60℃布氏粘度在3.0Pa·s以下。
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