CN110330800A - 一种沥青再生剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沥青再生剂及制备方法。该沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青40~60份、不饱和脂肪酸20~40份、石油树脂6~12份、环氧树脂5~14份、液体橡胶6~15份、纳米二氧化钛4~6份、硅烷偶联剂3~8份、烷基甜菜碱2~5份。将本发明中的沥青再生剂与老化沥青混合后，其再生沥青耐高温性能和延度得到恢复和提升。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种沥青再生剂及制备方法。
背景技术
20世纪以来，随着国民经济的快速发展，我国进入了大规模建设高等级公路的阶段。其中沥青路面因其优良的路用性能和行车舒适性等优点被广泛应用于公路建设中，截止2018年底，在我国已建成的高速公路中有90%以上为沥青路面。但是使用过程中，由于沥青路面长期受到温度变化、雨水冲刷、紫外光照射、氧等自然因素以及车辆荷载的综合作用，因此产生一系列的物理化学反应，使得沥青的化学组分和结构发生变化，进而导致沥青路面出现众多如裂缝、车辙、坑槽等的病害，大大缩短了沥青路面的使用寿命。
目前沥青路面的设计使用年限一般为15-20年，但实际上大量的沥青路面在建成通车不到10年就出现各种病害，需要进行维护与翻修。之前，我国采用的主要翻修方法是将需要维修的旧沥青路面进行刨除，然后在原有基础上重新铺筑新的沥青混合料路面。此方法不仅耗资较大，而且会产生大量的废旧沥青混合料。若这些废旧沥青混合料被随意丢弃而不能合理处置，不仅对生态环境造成严重破坏，而且对于石油资源紧张的我国更是一种巨大的资源浪费。因此，无论从环境角度还是经济效益上看，都应对废旧沥青混合料的回收利用给予足够的重视和发展。
废旧沥青混合料的再生技术就是将铣刨的旧沥青路面材料进行破碎，并与新集料、新沥青以及再生剂等重新拌和，使得沥青混合料的各项性能满足路用要求。而废旧沥青混合料再生利用的关键是对老化沥青性能的恢复。目前主要通过添加再生剂来调整老化沥青的化学组分比例和胶体结构，以达到改善其性能的效果。其再生技术通常是加入轻质油分，以补充老化后沥青损失的芳香分，从而在一定程度上恢复沥青的使用性能。但是，该方法仅对废旧沥青老化过程中损失的轻质组分进行了补充与调和，而未考虑到补充的组分与老化后沥青中变化的官能团及极性的匹配，以及老化沥青内添加的改性剂组分发生裂解而造成的性能衰减，体现为再生后的沥青仅恢复了其塑性，粘弹性明显不足。所以在废旧沥青中添加轻质油分的方法难以完全恢复沥青性能，再生后的沥青体系稳定性不足，易导致路面抗水损坏、抗二次老化能力差，再生后的材料难以满足其对使用性能及抗老化性能的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种沥青再生剂及制备方法，该沥青再生剂实现沥青或者沥青混合料的再生利用，并且有效的提升废旧沥青性能和二次抗老化能力。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青40~60份、不饱和脂肪酸20~40份、石油树脂6~12份、环氧树脂5~14份、液体橡胶6~15份、纳米二氧化钛4~6份、硅烷偶联剂3~8份、烷基甜菜碱2~5份。
优选的，所述沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青48~56份、不饱和脂肪酸30~36份、石油树脂8~10份、环氧树脂6~10份、液体橡胶8~12份、纳米二氧化钛4~5份、硅烷偶联剂4~6份、烷基甜菜碱2~4份。
进一步的，所述的沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青50份、不饱和脂肪酸32份、石油树脂10份、环氧树脂8份、液体橡胶10份、纳米二氧化钛4份、硅烷偶联剂6份、烷基甜菜碱3份。
优选的，所述不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸中的至少一种。
优选的，所述石油树脂为C5石油树脂、C9石油树脂中至少一种。
优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂中至少一种。
优选的，所述液体橡胶为液体聚丁二烯橡胶、液体丁腈橡胶中至少一种。
优选的，所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱中至少一种。
优选的，所述硅烷偶联剂为KH-560硅烷偶联剂。
进一步地，所述纳米二氧化钛的粒径为20-80nm；优选的，所述纳米二氧化钛粒径为46nm。
上述沥青再生剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将植物沥青、不饱和脂肪酸、石油树脂按比例混合加热至40-60℃，搅拌，得到混合物A，备用；
S2、将环氧树脂、液体橡胶、纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、烷基甜菜碱比例混合，分散均匀，得到混合物B，备用；
S3、将S2中混合物B加入到所述混合物A中搅拌均匀后，得到沥青再生剂。
优选的，S2中，分散方式为球磨分散0.5~2h，再以100~300r/min的速率进行剪切分散。
优选的，S1中以30-60r/min速率搅拌3~10 min；S3中，以60-120r/min的速率搅拌15~30min。
植物沥青是植物油加工过程中产生的废渣，即植物油脚，由于其颜色与沥青相近，故而被称作为植物沥青。但事实上，它与石油沥青不同，是一种可再生的生物基材料，从其组成上看，是由约10%的甾醇、5%的维生素E和大量高级脂肪酸组成。植物沥青、不饱和脂肪酸和石油树脂均匀的搅拌一起形成软化体系，一方面与老化沥青的组成相近，与沥青具有良好的的相容性，能有效的代替部分沥青，另一方面软化老化沥青，溶解沥青质，而石油树脂增强再生剂的高温稳定性并使其具有一定黏度，也可以增加轻质组分稳定性及其与老化沥青之间的相容性并提高储存耐久性。
液体橡胶通过其端基官能团与环氧树脂发生化学反应，将橡胶的柔性链嵌入到环氧交联结构中，相较于物理共混能稳定、有效地提高老化沥青的韧性，两者经过剪切分散后融合，形成交联的网络，能够很好地渗透于老化沥青中，起到提升沥青性能的作用。纳米二氧化钛粒径小、比表面积大，并且表面富含羟基，呈亲水性，通过加入硅烷偶联剂，对其进行改性，使得纳米二氧化钛表面大量羟基与硅烷偶联剂反应，以减少羟基数，使其由亲水性变为疏水性和亲油性，有效抑制了纳米二氧化钛的团聚。再经过剪切分散，在橡胶-环氧树脂改性体系中充当交联点，通过化学作用与交联后橡胶-环氧树脂网状结构结合，有增强、增韧的效果。同时纳米二氧化硅能增强橡胶-环氧树脂网状结构的抗紫外线老化，有效的防止再生后沥青的二次快速老化。烷基甜菜碱在改性体系中起到稳定、分散的作用。软化体系和改性体系的结合与老化沥青交联反应，形成相互缠绕的网络结构，协调发挥作用，橡胶-环氧树脂改性体系在软化体系的作用下，充分渗透于老化沥青中，使得再生沥青的性能得以提升，在高温下也具有良好的抗老化性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、植物沥青、不饱和脂肪酸和石油树脂形成的软化体系与老化沥青具有良好的相容性，再生效果好，老化沥青性能恢复明显；
2、利用橡胶-环氧树脂-纳米二氧化钛形成的改性体系有效恢复并提高老化沥青的性能；
3、两大体系的结合提升再生沥青的抗二次老化和高温抗老化的能力。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例中，沥青再生剂制备方法的技术方案是：
沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青50份、亚麻酸32份、C9石油树脂10份、双酚A型环氧树脂8份、液体丁腈橡胶10份、46nm粒径纳米二氧化钛4份、KH-560硅烷偶联剂6份、十二烷基二羟乙基甜菜碱3份。
沥青再生剂料制备方法如下：
S1、将植物沥青、亚麻酸、C9石油树脂按比例混合加热至56℃，慢速搅拌40r/min约6min，得到混合物A，备用；
S2、将双酚A型环氧树脂、液体丁腈橡胶、46nm粒径纳米二氧化钛、KH-560硅烷偶联剂、十二烷基二羟乙基甜菜碱比例混合，再进行高速球磨分散1h，再以剪切速率为200r/min进行剪切，使之分散均匀，得到混合物B，备用；
S3、将S2中混合物B加入到所述混合物A中，中速搅拌100r/min约24min，得到沥青再生剂。
实施例2
本实施例中，沥青再生剂制备方法的技术方案是：
沥青再生剂，按重量份计，包括植物沥青40份、亚麻酸32份、C9石油树脂10份、双酚A型环氧树脂6份、液体丁腈橡胶8份、46nm粒径纳米二氧化钛4份、KH-560硅烷偶联剂6份、十二烷基二羟乙基甜菜碱3份。
沥青再生剂料制备方法如下：
S1、将植物沥青、亚麻酸、C9石油树脂按比例混合加热至56℃，慢速搅拌40r/min约6min，得到混合物A，备用；
S2、将双酚A型环氧树脂、液体丁腈橡胶、46nm粒径纳米二氧化钛、KH-560硅烷偶联剂、十二烷基二羟乙基甜菜碱比例混合，再进行高速球磨分散1h，再以剪切速率为200r/min进行剪切，使之分散均匀，得到混合物B，备用；
S3、将S2中混合物B加入到所述混合物A中，中速搅拌100r/min约24min，得到沥青再生剂。
将实施例1、2所得沥青再生剂和市面上芳烃油分别应用于进行老化沥青再生，具体步骤如下：将所得沥青再生剂或芳烃油分别与老化沥青按照8：100的质量比采用搅拌机混合分散，搅拌温度为170℃，搅拌机转速为150转/min，搅拌时间为4分钟，所得再生沥青性能测试结果分别见表1。
表1 测试结果
| 沥青种类 | 软化点/℃ | 针入度/mm | 延度/cm |
| 老化沥青 | 60.2 | 35.9 | 8.4（15℃） |
| 实施例1 | 93.4 | 44.6 | 43.5（5℃） |
| 实施例2 | 86.7 | 47.3 | 40.1（5℃） |
| 芳烃油 | 45 | 76.1 | 3（5℃） |
结果表明经过沥青再生剂再生后的沥青性能得到了大幅度的提高。通过对比可见芳烃油对老化沥青的再生效果并不理想，耐高温性能和粘度降低明显，实施例1中再生沥青软化点提高了55%，延度提升了410%，实施例2中软化点提高了44%，延度提升了377%，再生沥青性能得到了大幅度的提高。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种沥青再生剂，其特征在于，按重量份计，包括植物沥青40~60份、不饱和脂肪酸20~40份、石油树脂6~12份、环氧树脂5~14份、液体橡胶6~15份、纳米二氧化钛4~6份、硅烷偶联剂3~8份、烷基甜菜碱2~5份。
2.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，按重量份计，包括植物沥青48~56份、不饱和脂肪酸30~36份、石油树脂8~10份、环氧树脂6~10份、液体橡胶8~12份、纳米二氧化钛4~5份、硅烷偶联剂4~6份、烷基甜菜碱2~4份。
3.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，按重量份计，包括植物沥青50份、不饱和脂肪酸32份、石油树脂10份、环氧树脂8份、液体橡胶10份、纳米二氧化钛4份、硅烷偶联剂6份、烷基甜菜碱3份。
4.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述石油树脂为C5石油树脂、C9石油树脂中至少一种。
6.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂中至少一种；所述液体橡胶为液体聚丁二烯橡胶、液体丁腈橡胶中至少一种。
7.根据权利要求1所述的沥青再生剂，其特征在于，所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱中至少一种。
8.如权利要求1-7任一项所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将植物沥青、不饱和脂肪酸、石油树脂按比例混合加热至40-60℃，搅拌，得到混合物A，备用；
S2、将环氧树脂、液体橡胶、纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、烷基甜菜碱比例混合，分散均匀，得到混合物B，备用；
S3、将S2中混合物B加入到所述混合物A中搅拌均匀后，得到沥青再生剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S2中，分散方式为球磨分散0.5~2h，再以100~300r/min的速率进行剪切分散。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S1中以30-60r/min速率搅拌3~10min；S3中，以60-120r/min的速率搅拌15~30min。
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