CN109809742B - 一种冷拌彩色沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷拌彩色沥青混合料，它以矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂为主要原料，进行常温混合拌制得到。本发明提出在石油沥青中提取石油油分，并与环氧树脂等改性剂复合，制备出性能优异的浅色树脂材料，在此基础上，将自制的浅色树脂材料乳化，并与矿料、颜料和固化剂混合，制备出可冷拌施工、力学性能好，耐久性好的冷拌彩色沥青混合料；且涉及的制备方法简单、反应条件温和、环境友好，具有重要的经济和环境效益，适合推广应用。

Description

一种冷拌彩色沥青混合料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种冷拌彩色沥青混合料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会生产水平的不断进步，人们对于公共建筑的审美要求也逐步提高，不但要求建筑材料的力学和使役性能能够满足要求，还要求建筑材料具有丰富的色彩，起到美观、警示等效果。在这样的背景下，在沥青混合料中加入颜料，制备彩色沥青路面的技术就孕育而生。由于沥青是黑色的，对于彩色沥青路面只能用浅色或半透明的树脂沥青，否则颜料加入沥青混合料中无法着色。而树脂沥青的性能较普通的沥青性能较差，制备的彩色沥青路面的使用寿命普遍较差，并且需要热拌施工，环保性较差。

针对以上问题，本发明提出在石油沥青中提取石油油分，并与环氧树脂等改性剂复合，制备出性能优异的浅色树脂材料，在此基础上，将自制的浅色树脂材料乳化，与矿料、颜料和固化剂混合，制备出可冷拌施工、力学性能好，耐久性好的特点。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种具有耐久、力学性能好、可常温施工等优点的冷拌彩色沥青混合料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种冷拌彩色沥青混合料，它由矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂按100:(7-10):(2-3):(2-4)的质量比，进行常温混合拌制得到。

上述方案中，所述乳化浅色树脂材料由浅色树脂材料经剪切乳化处理得到。

上述方案中，所述浅色树脂材料由石油油分、抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂按(30-40):(70-60):(3-4):(0.5-1):(0.5-1)的质量比混合，并经高速剪切得到。

上述方案中，所述石油油分的制备方法包括如下步骤：

1)将石油沥青与溶剂按1:(35-45)的质量比混合，在70-80℃温度下搅拌0.5-1h形成溶液，静置1-2h后，将溶液过滤，得滤液A；

2)将滤液A与氧化铝按1:(15-25)的质量比混合，放置在脱脂棉上，依次采用石油醚、甲苯洗涤，过滤得滤液B；

3)将滤液B在96-98℃温度下静置，待滤液B中的溶剂挥发，得到的残留物即为石油油分。

上述方案中，所述溶剂为正庚烷或正己烷。

上述方案中，所述石油沥青为重交90号或者110号沥青；所述氧化铝粒度为0.15-0.075mm，比表面积大于150m²/g。

上述方案中，所述抽出油为减一线抽出油或减二线抽出油；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，线形，牌号为791或801；所述石油树脂为萜烯树脂或C9石油树脂。

上述方案中，所述矿料为集料和石灰石矿粉的混合物，其级配符合AC-13、AC-10、SMA-13或者SMA-10的要求。

上述方案中，所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄或氧化铬绿；所述固化剂为多乙烯多胺。

上述方案中，所述剪切乳化步骤包括：将乳化剂、稳定剂、水混合并加热至80-90℃，同时将浅色树脂材料单独加热至130-140℃，再将加热后的浅色树脂材料与乳化剂、稳定剂、水混合物混合，并进行高速剪切(剪切速率为1000-2000转/分钟)乳化0.3-0.5h，乳化过程中用HCl调节pH值为2-4，完成后冷却至室温。

上述方案中，所述乳化剂为叔胺盐类阳离子型乳化剂与聚氧乙烯多元醇羧酸酯类非离子型乳化剂的混合物，其HBL值为8-13。

优选的，所述乳化剂为阳离子型乳化剂十八烷基三甲基氯化铵和非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物按质量比5-7:5-3的混合物。

上述方案中，所述稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇按1:(0.8-1.2)质量比的混合物；所述水为普通自来水。

上述一种冷拌彩色沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

1)将矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂按100:(7-10):(2-3):(2-4)的质量比称取；

2)将称取的矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂混合，并进行常温搅拌，得彩色沥青混合料。

将本发明所述冷拌彩色沥青混合料应用与制备彩色沥青路面，具体步骤包括：将彩色沥青混合料进行摊铺，并用压路机压实得到冷拌彩色沥青路面。

本发明的原理为：

彩色沥青混合料是一种多组分调和产品，模仿石油沥青性能调制；因树脂材料固化后劲度较大，所以通常加入轻质油(抽出油，烃类物质等)来调和混合料，以增加彩色沥青混合料的耐久性；本发明通过从石油沥青中提取石油组分，一定程度上去除重质(如胶质)，并在保留了饱和分和芳香分的轻组分的基础上，进一步保留石油沥青中的一些特殊组分和组成结构；石油沥青组成成分复杂(从烃类组分来说富含芳香烃类、烷烃、环烷烃等成分并具有大量的微量元素等；芳香族化学性质集中表现于氧化、取代、加成等反应方面，石油沥青组分中的微量元素如钒、铁、锰、镍等是这些反应的催化剂)，而且组成结构上具有规律性使所得沥青混合料显其特性；而简单地加入抽出油，芳香烃虽然可以补充部分轻质组分，但相比于直接从石油沥青中直接提取的石油组分，并不能够补充其他一定含量的成分，也不具备规律的组分结构；本发明通过加入石油油分制备出的溶剂更加接近于沥青性能，有利于与树脂等混合料配合作用，实现高性能、可着色的浅色树脂材料的制备；此外本发明采用乳化剂对浅色树脂材料进行乳化，并进一步引入油性环氧树脂，可与石油树脂、石油组分、抽出油等混合均匀，提高相容性，进一步提升所得沥青混合料的使用性能和稳定性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)浅色树脂材料中的石油油分提取于石油沥青中，主要由饱和分和芳香分组成，属于一种良好的溶剂，能够充分吸收多种有机改性剂，能够将浅色树脂材料中抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂等组分充分均匀混合，其多种组分成为一个均质的整体，可有效提升浅色树脂材料的性能；本发明选用的石油组分并非简单的抽出油或其他单一烃类物质，因其提取于石油沥青中，所以很大程度上保留了与沥青相似的组分，组成较为复杂、丰富，可与SBS、抽出油、环氧树脂、石油树脂充分吸收，相容性提高，且易于着色；所得混合物均一稳定，有效提升浅色树脂材料的使用性能。

2)浅色树脂材料经乳化剂乳化后，能够在常温下与矿料有效混合并施工，具有显著的环保性能。

3)浅色树脂材料中加入了双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂属于非极性树脂，抽出油和石油油分也属于非极性物质；与水性环氧树脂相比双酚A型环氧树脂与油性组分的相容性增加，可显著提升浅色树脂材料的力学性能和粘结性能。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种冷拌彩色沥青混合料，其制备方法包括如下步骤：

1)浅色树脂材料的制备

将石油沥青与正庚烷按1:35的质量比混合，在70℃温度下搅拌0.5h形成溶液，静置1h后过滤，得滤液A；

将滤液A与氧化铝按1:15的质量比混合，放置在脱脂棉上，先后用0.4倍氧化铝质量的石油醚和甲苯冲洗，得滤液B；

将滤液B在96℃温度下静置3h，使滤液B中的溶剂挥发，得到的残留物为石油油分；

将石油油分、抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂按30:70:3:0.5:0.5的质量比混合，采用高速剪切机(剪切速率为1000转/分)混合0.5h，得到浅色树脂材料；

2)浅色树脂材料的乳化

将浅色树脂材料、乳化剂、稳定剂、水按100:2:0.1:30的质量比称取备用；

先将乳化剂、稳定剂、水混合并加热至80℃，同时将浅色树脂材料单独加热至130℃，将加热后的浅色树脂材料与乳化剂、稳定剂、水混合物混合，并采用高速剪切机剪切乳化0.3h(剪切速率为1000转/分)，乳化过程中用HCl调节pH值为2.5，完成后冷却至室温，得乳化浅色树脂材料；

3)冷拌彩色沥青混合料的制备

将矿料、乳化浅色树脂材料、颜料、固化剂按照质量比100:7:2:2在常温下混合搅拌，得到彩色沥青混合料。

将所得彩色沥青混合料摊铺至路面，并用压路机压实，即得冷拌彩色沥青路面。

本实施例步骤1)中，采用的石油沥青为重交90号沥青；氧化铝粒度0.15-0.075mm，比表面积170m²/g；抽出油为减一线抽出油；环氧树脂为E51双酚A型环氧树脂；SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，线形，牌号为791；石油树脂为萜烯树脂。

步骤2)中，采用的乳化剂为阳离子型乳化剂(十八烷基三甲基氯化铵)和非离子型乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物)按照质量比5:3的混合物；稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇按照质量比1:0.8的混合物；水为普通自来水。

步骤3)中，采用的矿料为玄武岩集料和石灰石矿粉的混合物，其合成级配符合AC-13的要求；颜料为氧化铁红；固化剂为多乙烯多胺。

实施例2

一种冷拌彩色沥青混合料，其制备方法包括如下步骤：

1)浅色树脂材料的制备

将石油沥青与正庚烷按1:45的质量比混合，在80℃温度下搅拌1h形成溶液，静置2h后过滤，得滤液A；

将滤液A与氧化铝按1:25的质量比混合，放置在脱脂棉上，先后用0.4倍氧化铝质量的石油醚和甲苯冲洗，得滤液B；

将滤液B在98℃温度下静置4h，使滤液B中的溶剂挥发，得到的残留物为石油油分；

将石油油分、抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂按40:60:4:1:1的质量比混合，采用高速剪切机剪切(剪切速率为2000转/分钟)混合1h，得浅色树脂材料；

2)浅色树脂材料的乳化

将浅色树脂材料、乳化剂、稳定剂、水按100:2.5:0.3:40的质量比称取备用；

先将乳化剂、稳定剂、水混合并加热至90℃，同时将浅色树脂材料单独加热至140℃，将加热后的浅色树脂材料与乳化剂、稳定剂、水混合物混合，并采用高速剪切机剪切乳化(剪切速率为2000转/分钟)0.5h，乳化过程中用HCl调节pH值为4，完成后冷却至室温，得乳化浅色树脂材料；

3)冷拌彩色沥青混合料的制备

将矿料、乳化浅色树脂材料、颜料、固化剂按照质量比100:10:3:4在常温下混合搅拌，得到彩色沥青混合料。

将所得彩色沥青混合料摊铺至路面，并用压路机压实，即得冷拌彩色沥青路面。

本实施例步骤1)中，采用的石油沥青为重交110号沥青；氧化铝粒度0.15-0.075mm，比表面积160m²/g；抽出油为减二线抽出油；环氧树脂为环氧树脂为E51双酚A型环氧树脂；SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，线形，牌号为801；石油树脂为C9石油树脂。

步骤2)中，采用的乳化剂为阳离子型乳化剂(十八烷基三甲基氯化铵)和非离子型乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物)按照质量比7:3的混合物；稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇按照质量比1:1.2的混合物；水为普通自来水。

步骤3)中，采用的矿料为玄武岩集料和石灰石矿粉的混合物，其级配符合SMA-13的要求；颜料为氧化铬绿；固化剂为多乙烯多胺。

实施例3

一种冷拌彩色沥青混合料，其制备方法包括如下步骤：

1)浅色树脂材料的制备

将石油沥青与正庚烷按1:40的质量比混合，在75℃温度下搅拌0.8h形成溶液，静置1.5h后过滤，得滤液A；

将滤液A与氧化铝按1:20的质量比混合，放置在脱脂棉上，先后用0.4倍氧化铝质量的石油醚和甲苯冲洗，得滤液B；

将滤液B在97℃温度下静置3.5h，使滤液B中的溶剂挥发，得到的残留物为石油油分；

将石油油分、抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂按35:65:3.5:0.6:0.6的质量比混合，采用高速剪切机(剪切速率为1500转/分)混合0.7h，得浅色树脂材料；

2)浅色树脂材料的乳化

将浅色树脂材料、乳化剂、稳定剂、水按100:2.2:0.15:35的质量比称取备用；

先将乳化剂、稳定剂、水混合并加热至85℃，同时将浅色树脂材料单独加热至135℃，将加热后的浅色树脂材料与乳化剂、稳定剂、水混合物混合，并采用高速剪切机剪切乳化(剪切速率为1500转/分)0.4h，乳化过程中用HCl调节pH值为2.5，完成后冷却至室温，得乳化浅色树脂材料；

3)冷拌彩色沥青混合料的制备

将矿料、乳化浅色树脂材料、颜料、固化剂按照质量比100:8:2-3:3在常温下混合搅拌，得到彩色沥青混合料。

将所得彩色沥青混合料摊铺至路面，并用压路机压实，即得冷拌彩色沥青路面。

本实施例步骤1)中，采用的石油沥青为重交90号沥青；氧化铝粒度0.15-0.075mm，比表面积180m²/g；抽出油为减二线抽出油；环氧树脂为环氧树脂为E51双酚A型环氧树脂；SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，线形，牌号为791；石油树脂。

步骤2)中，采用的乳化剂为阳离子型乳化剂(十八烷基三甲基氯化铵)和非离子型乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物)按照质量比6:4的混合物；稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇按照质量比1:1的混合物；水为普通自来水。

步骤3)中，采用的矿料为玄武岩集料和石灰石矿粉的混合物，其级配符合SMA-10的要求；颜料为氧化铁黄；固化剂为多乙烯多胺。

对比例1

本对比例所述冷拌彩色沥青混合料的制备方法与实施例3大致相同，不同之处在于：环氧树脂采用E51型水性环氧树脂代替。

对比例2

本对比例所述冷拌彩色沥青混合料的制备方法与实施例3大致相同，不同之处在于：石油组分采用抽出油(减二线抽出油)代替。

将实施例3和对比例所得冷拌彩色沥青混合料分别进行马歇尔稳定度、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度、基于规范进行烘箱老化后测试抗拉强度比，结果见表1。

表1实施例3和对比例冷拌彩色沥青混合料的性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种冷拌彩色沥青混合料，它以矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂为原料，按100:(7-10):(2-3):(2-4)的质量比进行常温混合拌制得到；

所述乳化浅色树脂材料由浅色树脂材料经剪切乳化处理得到；其中浅色树脂材料由石油油分、抽出油、环氧树脂、SBS、石油树脂按(30-40):(70-60):(3-4):(0.5-1):(0.5-1)的质量比混合，并经剪切得到；

所述石油油分的制备方法包括如下步骤：

1）将石油沥青与溶剂按1:(35-45)的质量比混合，在70-80℃温度下搅拌0.5-1h形成溶液，静置1-2h后，将溶液过滤，得滤液A；

2）将滤液A与氧化铝按1:(15-25)的质量比混合，放置在脱脂棉上，依次采用石油醚、甲苯洗涤，过滤得滤液B；

3）将滤液B在96-98℃温度下静置，待滤液B中的溶剂挥发，得到的残留物即为石油油分；

所述抽出油为减一线抽出油或减二线抽出油；环氧树脂为双酚A型环氧树脂；SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，线形；石油树脂为萜烯树脂或C9石油树脂；

所述剪切乳化步骤包括：将乳化剂、稳定剂、水混合并加热至80-90℃，同时将浅色树脂材料加热至130-140℃，再将加热后的浅色树脂材料与乳化剂、稳定剂、水混合物混合，并进行高速剪切乳化0.3-0.5h，乳化过程中调节pH值为2-4，然后冷却至室温；

所述乳化剂为叔胺盐类阳离子型乳化剂与聚氧乙烯多元醇羧酸酯类非离子型乳化剂的混合物，其HBL值为8-13；所述稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇按1:(0.8-1.2)质量比的混合物。

2.根据权利要求1所述的冷拌彩色沥青混合料，其特征在于，所述石油沥青为重交90号或110号沥青；所述氧化铝粒度为0.15-0.075mm，比表面积大于150m²/g。

3.根据权利要求1所述的冷拌彩色沥青混合料，其特征在于，所述矿料为集料和石灰石矿粉的混合物，其合成级配符合AC-13、AC-10、SMA-13或SMA-10的要求。

4.权利要求1~3任一项所述冷拌彩色沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂按100:(7-10):(2-3):(2-4)的质量比称取；

2）将称取的矿料、乳化浅色树脂材料、颜料和固化剂混合，并进行常温搅拌，得彩色沥青混合料。

5.权利要求1~3任一项所述冷拌彩色沥青混合料在冷拌彩色沥青路面中的应用。