CN109456604B - 一种高性能改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高性能改性乳化沥青及其制备方法，由以下原料制成：基质沥青、改性剂、附着力促进树脂LTH、助剂、偶联剂、复合乳化剂、稳定剂、增稠剂和酸液，其中：所述的改性剂，由以下原料制成：异氰酸酯、硼酸正丁酯、聚乙烯醇缩醛和硫化钡；所述的助剂，由以下原料制成：黑石泥和海泡石粉；所述的复合乳化剂，由以下原料制成：十六烷基三甲基溴化铵，鲸蜡基聚乙二醇和硬脂酰胺丙基二甲胺。本发明的改性乳化沥青固含量高、粘度大、存储稳定性良好且既具有优异的高温稳定性又能兼顾低温性能，综合性能良好，具有重要的现实意义和工程应用价值。

Description

一种高性能改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明建筑材料领域，涉及改性沥青，具体涉及一种高性能改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国公路建设的飞速发展，公路交通运输日益繁忙，路面荷载不断增加，随之对路面材料的使用功能提出了越来越高的要求。而沥青的组分和结构决定了其自身的性能缺陷，如感温性能差、高温易流淌，低温易脆裂、弹性恢复和耐老化性能差，尤其是我国气候条件恶劣，夏季酷暑，冬季严寒，沥青路面车辙、龟裂、坑槽、裂纹等路面早期损害频发。普通沥青、普通改性沥青、乳化沥青等已难以满足公路发展的使用需求。亟需研发一种适合极端区域路面的高性能复合改性沥青。

研究表明，改性乳化沥青特点鲜明，既有乳化沥青的特性，又能很好的发挥改性材料的优点，越来越受到工程技术人员的青睐。改性乳化沥青是以沥青为基料，以高分子聚合物为改性材料，在一定的设备和工艺条件下，通过乳化剂和助剂使沥青、改性剂与水混溶而成的乳液。改性乳化沥青主要应用于高等级公路在内的新建道路及其养护、维修，较改性沥青、乳化沥青能显著提高路面质量，延长路面的使用寿命，有效减少养护次数和降低路面修复费用，特别是在桥面铺筑、稀浆封层等工程中表现出突出的优越性。

然而试验证明普通改性乳化沥青的高温性能效果并不显著，在炎热地区或荷载较大的情况下，路面极易出现高温变形、层间粘结力不足、车辙等病害。同时，受固含量的影响，普通改性乳化沥青的低温性能也不理想。虽然SBS改性乳化沥青具有良好的高温稳定性和较好的低温抗裂能力，并且其粘附强度、内聚力及早期强度均高于普通改性乳化沥青，但在制备SBS改性乳化沥青过程中，随着SBS掺量的加大，沥青黏度变高、流动性变差、离析严重、延度发生衰减，难以制备成功且制备效果不佳。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高性能改性乳化沥青及其制备方法，解决现有技术中的改性乳化沥青的高温性能和低温性能不足的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种高性能改性乳化沥青，由以下原料制成：基质沥青、改性剂、附着力促进树脂LTH、助剂、偶联剂、复合乳化剂、稳定剂、增稠剂和酸液，其中：

所述的改性剂，由以下原料制成：异氰酸酯、硼酸正丁酯、聚乙烯醇缩醛和硫化钡；

所述的助剂，由以下原料制成：黑石泥和海泡石粉；

所述的复合乳化剂，由以下原料制成：十六烷基三甲基溴化铵，鲸蜡基聚乙二醇和硬脂酰胺丙基二甲胺。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，由以下原料制成：基质沥青为58～62份，改性剂为1.4～2.0份，附着力促进树脂LTH为0.5～0.9份，助剂为0.2份，偶联剂为0.1份、复合乳化剂为2.0～2.2份，稳定剂为0.6～1.4份，增稠剂为0.1～0.2份，余量为酸液，原料的重量份数之和为100份。

更具体的，所述的改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：异氰酸酯为12份，硼酸正丁酯为57份，聚乙烯醇缩醛为6份，硫化钡为25份。

更具体的，所述的助剂，以重量份数计，由以下原料制成：黑石泥为60份，海泡石粉为40份。

更具体的，所述的复合乳化剂，以重量份数计，由以下原料制成：十六烷基三甲基溴化铵为45份，鲸蜡基聚乙二醇为25份，硬脂酰胺丙基二甲胺为30份。

优选的，所述的酸液为pH调至1.8～2.2的自来水。

优选的，所述的基质沥青为克拉玛依70#沥青。

优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-560。

优选的，所述的稳定剂为邻苯二甲酸烷基酰胺。

一种高性能改性乳化沥青的制备方法，该方法采用如上所述的高性能改性乳化沥青的配方。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一，将沥青加热到150～170℃，依次加入改性剂、附着力促进树脂LTH和稳定剂，以4000r/min的转速恒温剪切40min。

步骤二，加入偶联剂，继续以4000r/min的转速恒温剪切10min，制得乳化用的改性沥青。

步骤三，将乳化用的改性沥青加入到胶体磨的沥青罐内，恒温加热使温度保持在160～180℃。

步骤四，将复合乳化剂和助剂依次添加到pH为1.8～2.2，温度为50～70℃的酸液中，搅拌均匀，制得皂液。

步骤五，将皂液加入到胶体磨的沥青罐内，并增稠剂，加热保持温度50～70℃。

步骤六，将加入的所有原料组成的混合物通过胶体磨进行乳化、并在1～3atm压力下进行冷却制得高性能改性乳化沥青。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的改性乳化沥青固含量高、粘度大、存储稳定性良好且既具有优异的高温稳定性又能兼顾低温性能，综合性能良好，具有重要的现实意义和工程应用价值。

(Ⅱ)本发明中，由于附着力促进树脂LTH含有一定数量的羟基和羧基，与沥青表面反应产生化学键，同时，各极性基团之间可以形成氢键作用，促进层间附着力的提升。本发明将异氰酸酯、硼酸正丁酯、聚乙烯醇缩醛、硫化钡和附着力促进树脂LTH按一定比例加入沥青中，在聚乙烯醇缩醛、异氰酸酯、硼酸正丁酯的胶粘作用和LTH化学键及硫化钡助剂的作用下，改性剂、聚乙烯和基质沥青之间能充分胶结，大幅度提高沥青混合料的高温稳定性和粘附效果，使沥青混合料在高温下仍具有较高的机械强度和抗剥落性能，并且能够有效控制沥青在135℃以上的粘度和强度。在制备过程中加入的黑石泥孔隙率大、吸附性好，海泡石粉离子吸附效果明显且具有纤维搭桥作用，二者结合后产生的协同作用可起到提高沥青的吸附、稳定作用。KH-560偶联剂又能够改善以上两种矿物成分与沥青的接触性，将无机填料通过化学键与沥青融为一体，增强沥青的力学性能。

(Ⅲ)本发明在制备改性乳化沥青过程中使用的由十六烷基三甲基溴化铵、鲸蜡基聚乙二醇和硬脂酰胺丙基二甲胺组成的复合乳化剂具有改善沥青流动性和储存稳定性的效果，有效改善了在制备乳化改性沥青过程中由于加入异氰酸酯、硼酸正丁酯、聚乙烯醇缩醛、硫化钡和附着力促进树脂LTH导致的沥青流动性差的现象，从而使改性沥青乳化困难、难以制备的问题迎刃而解。

(Ⅳ)本发明的制备方法对改性乳化沥青的设备要求较低，工艺流程简单，制备过程中充分考虑并利用了各原材料的优点，使得制备的改性乳化沥青能达到最佳使用效果。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种高性能改性乳化沥青，由以下原料制成：基质沥青为58份，改性剂为1.4份，附着力促进树脂LTH为0.7份，助剂为0.2份，偶联剂为0.1份、复合乳化剂为0.2～2.5份，稳定剂为0.6份，增稠剂为0.1份，余量为酸液，原料的重量份之和为100份。

其中：

改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：异氰酸酯为12份，硼酸正丁酯为57份，聚乙烯醇缩醛为6份，硫化钡为25份。

助剂，以重量份数计，由以下原料制成：黑石泥为60份，海泡石粉为40份。

复合乳化剂，以重量份数计，由以下原料制成：十六烷基三甲基溴化铵为45份，鲸蜡基聚乙二醇为25份，硬脂酰胺丙基二甲胺为30份。

聚乙烯醇缩醛为相对密度1.22～1.23的聚乙烯醇缩甲醛，或者相对密度1.08～1.10的聚乙烯醇缩丁醛，缩醛度为60％～70％。

鲸蜡基聚乙二醇分子式为(CH₃)₃SiO[(CH₃)₂SiO]_n-Si(CH₃)₃，采用乳化剂中常用的鲸蜡基聚乙二醇即可。

附着力促进树脂LTH采用市售德固赛牌附着力促进树脂LTH。

酸液为pH调至1.8～2.2的自来水。

基质沥青为克拉玛依70#沥青。

偶联剂为硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-560的分子式为

CH₂-CH(O)CH₂-O(CH₂)₃Si(OCH₃)₃。

稳定剂为邻苯二甲酸烷基酰胺。

本实施例的高性能改性乳化沥青的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，将沥青加热到150～170℃，依次加入改性剂、附着力促进树脂LTH和稳定剂，以4000r/min的转速恒温剪切40min。

步骤二，加入偶联剂，继续以4000r/min的转速恒温剪切10min，制得乳化用的改性沥青。

步骤三，将乳化用的改性沥青加入到胶体磨的沥青罐内，恒温加热使温度保持在160～180℃。

步骤四，将复合乳化剂和助剂依次添加到pH为1.8～2.2，温度为50～70℃的酸液中，搅拌均匀，制得皂液。

步骤五，将皂液加入到胶体磨的沥青罐内，并增稠剂，加热保持温度50～70℃。

步骤六，将加入的所有原料组成的混合物通过胶体磨进行乳化、并在1～3atm压力下进行冷却制得高性能改性乳化沥青。

实施例2：

本实施例给出一种高性能改性乳化沥青，由以下原料制成：基质沥青为60份，改性剂为2.0份，附着力促进树脂LTH为0.9份，助剂为0.2份，偶联剂为0.1份、复合乳化剂为2.2份，稳定剂为1.0份，增稠剂为0.2份，余量为酸液，原料的重量份之和为100份。

其中：改性剂与实施例1相同。助剂与实施例1相同。复合乳化剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本实施例的高性能改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

实施例3：

本实施例给出一种高性能改性乳化沥青，由以下原料制成：基质沥青为62份，改性剂为2.0份，附着力促进树脂LTH为0.5份，助剂为0.2份，偶联剂为0.1份、复合乳化剂为2.0份，稳定剂为1.4份，增稠剂为0.2份，余量为酸液，原料的重量份之和为100份。

其中：改性剂与实施例1相同。助剂与实施例1相同。复合乳化剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本实施例的高性能改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

对比例1：

本对比例给出一种改性乳化沥青，由以下原料制成：配方与实施例3(这里选择最优实施例)相同，区别在于：

其中：改性剂为异氰酸酯。

助剂与实施例1相同。复合乳化剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本对比例的改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

对比例2：

本对比例给出一种改性乳化沥青，由以下原料制成：配方与实施例3(这里选择最优实施例)相同，区别在于：

其中：助剂为海泡石粉。

改性剂与实施例1相同。复合乳化剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本对比例的改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

对比例3：

本对比例给出一种改性乳化沥青，由以下原料制成：配方与实施例3(这里选择最优实施例)相同，区别在于：

其中：复合乳化剂为单一的十六烷基三甲基溴化铵乳化剂。

改性剂与实施例1相同。助剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本对比例的改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

对比例4：

本对比例给出一种改性乳化沥青，由以下原料制成：配方与实施例3(这里选择最优实施例)相同，区别在于：

其中：

改性剂为异氰酸酯。

助剂为海泡石粉。

复合乳化剂为单一的十六烷基三甲基溴化铵乳化剂。

酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本对比例的改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

对比例5：

本对比例给出一种改性乳化沥青，由以下原料制成：配方与实施例3(这里选择最优实施例)的区别在本实施例的配方中没有助剂，助剂的含量用酸液代替补充。

改性剂与实施例1相同。复合乳化剂与实施例1相同。酸液与实施例1相同。基质沥青与实施例1相同。偶联剂与实施例1相同。稳定剂与实施例1相同。

本对比例的改性乳化沥青的制备方法与实施例1基本相同。

性能测试：

对上述实施例所制得的改性乳化沥青进行部分性能测试，结果如表1所示。综合表1试验结果可以看出，相较对比例而言，本发明的高性能改性乳化沥青制作工艺简单，效果优良，性价比较高，其高温和低温性能以及存储稳定性均明显优于对比例，并且其粘度也大大提高，因此将大幅提高沥青混合料的高低温性能以及水稳定性，能有效延长路面的使用寿命。同时，也说明了本发明各原材料组分之间的协同促进作用。

表1改性乳化沥青性能指标

Claims (6)

1.一种高性能改性乳化沥青，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为58～62份，改性剂为1.4～2.0份，附着力促进树脂LTH为0.5～0.9份，助剂为0.2份，偶联剂为0.1份、复合乳化剂为2.0～2.2份，稳定剂为0.6～1.4份，增稠剂为0.1～0.2份，余量为酸液，原料的重量份数之和为100份；

所述的改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：异氰酸酯为12份，硼酸正丁酯为57份，聚乙烯醇缩醛为6份，硫化钡为25份；

所述的助剂，以重量份数计，由以下原料制成：黑石泥为60份，海泡石粉为40份；

所述的复合乳化剂，以重量份数计，由以下原料制成：十六烷基三甲基溴化铵为45份，鲸蜡基聚乙二醇为25份，硬脂酰胺丙基二甲胺为30份。

2.如权利要求1所述的高性能改性乳化沥青，其特征在于，所述的酸液为pH调至1.8～2.2的自来水。

3.如权利要求1所述的高性能改性乳化沥青，其特征在于，所述的基质沥青为克拉玛依70#沥青。

4.如权利要求1所述的高性能改性乳化沥青，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-560。

5.如权利要求1所述的高性能改性乳化沥青，其特征在于，所述的稳定剂为邻苯二甲酸烷基酰胺。

6.如权利要求1至5任一项所述的高性能改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，将沥青加热到150～170℃，依次加入改性剂、附着力促进树脂LTH和稳定剂，以4000r/min的转速恒温剪切40min；

步骤二，加入偶联剂，继续以4000r/min的转速恒温剪切10min，制得乳化用的改性沥青；

步骤三，将乳化用的改性沥青加入到胶体磨的沥青罐内，恒温加热使温度保持在160～180℃；

步骤四，将复合乳化剂和助剂依次添加到pH为1.8～2.2，温度为50～70℃的酸液中，搅拌均匀，制得皂液；

步骤五，将皂液加入到胶体磨的沥青罐内，并增稠剂，加热保持温度50～70℃；

步骤六，将加入的所有原料组成的混合物通过胶体磨进行乳化、并在1～3atm压力下进行冷却制得高性能改性乳化沥青。