CN110437634A - 一种可降解汽车尾气的路面还原封层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料,由1重量份的纳米二氧化钛分散溶液和2.5～10重量份的具备还原功能的改性乳化沥青混合而成，其中纳米二氧化钛分散溶液包括1～5重量份的纳米二氧化钛与95～99重量份的水；具备还原功能的改性乳化沥青则包括：45～65重量份的道路石油沥青，1～5重量份的阳离子型表面活性剂，20～51重量份的水，2～6重量份的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶，1～4重量份的氯磺化聚乙烯橡胶粉末。本发明具备常温拌和常温施工的特性，尤其适合在城市繁忙道路，且对汽车尾气污染排放要求较高的环保区域进行实施。由于加入了特殊的还原成分，使得原路面外观亮黑，且抗疲劳、耐水损害等性能得到了提高。

Description

一种可降解汽车尾气的路面还原封层的制备方法
技术领域
本发明涉及沥青路面的预养护工程，提出了可降解汽车尾气的路面还原封层的制备的方法。特别是针对在城市繁忙道路，且对汽车尾气污染排放要求较高的环保区域，需要做到环保施工和绿色运营的城市道路的预养护，该材料在保证施工和易性、便捷性和低能耗特性下,在保护和还原原沥青路面的同时，实现路面对汽车所排放的有害气体的降解。
背景技术
城市中由于汽车尾气带来的空气污染一般集中于城市的繁忙道路和交通渠化度高的区域，这些区域由于城市空间立面的缘故往往空气流动较慢，汽车尾气等温室气体的排放效果也相对较差。当这些道路的沥青路面因老化、泛白、松散等病害发生需要进行预养护的时候，由于道路使用强度高，通常工期较紧，而且也不适合高温类的沥青养护措施。因此快速的具有黑化沥青路面效果的再生封层、还原封层是一个很好的选择。但常规的再生封层或还原封层不具备降解汽车尾气的效果，且这类封层往往是其高温类型效果优于常温撒布类型，如采用常温撒布类型，通常会遇到材料与原沥青路面粘结力不足，耐久性无法得到保证的弊端。
我国多项专利提出了一些方法以应对上述问题，中国专利：一种沥青路面再生封层材料渗透性能评价方法(201811312168.0)采用测试样品的软化点下降速度来表征评价材料渗透能力，此专利非提出新的配方和制备方法，而是评价方法，为沥青路面还原材料的评价提供了技术手段的参考；中国专利：一种再生沥青路面(201610685906.0)提出的是一个再生沥青路面结构包括垫层、基层、封层和面层，解决的是回收路面材料再生利用与路用性能的技术难题，实现回收路面材料掺配比例60％以上，但它的目标是针对整个路面结构层，用于新建路面中，可以在回收时循环利用的考虑；中国专利：基于沥青玛蹄脂碎石路面催化降解汽车尾气的方法(201810969986.1)是将纳米TiO2有效分散在SMA路面中以催化降解汽车尾气，此专利是针对热拌的SMA沥青混合料，不能用于常温施工；中国专利：一种具有分解汽车尾气功能的沥青材料制备方法(201810553668.7)将纳米二氧化钛附着于改性沸石内，在沥青材料表面再次喷涂沸石二氧化钛悬浮液，此专利技术仅解决了纳米二氧化钛的分散和依附问题，对路面无还原和再生效果。
除上述专利外，近几年出现的各种可降解尾气的涂料类产品，此类涂料类的产品，虽可以有效降低汽车尾气的浓度，但无路面预养护功能，且其耐磨性和抗剥落性能不佳，使用一段时间后就会脱落，频繁的返工则会影响交通的正常运行。因此现有技术均不能很好解决城市繁重道路预养护和运行的整个阶段的空气污染的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解汽车尾气的路面还原封层的制备方法,实现常温施工且可降解汽车尾气的路面还原封层。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种可降解汽车尾气的路面还原封层的制备方法,其特征在于所述制备方法包括下列步骤：
步骤1：45～65重量份的道路石油沥青，在150～180℃的条件下，预热待用；
步骤2：将1～5重量份的阳离子型表面活性剂与20～51重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在45～85℃；
步骤3：将2～6重量份的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶在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；
步骤4：将步骤2中的皂液，1～4重量份的氯磺化聚乙烯橡胶粉末和预热待用的道路石油沥青同时加入乳化沥青胶体磨，经过增压剪切研磨等机械作用，生成100重量份的具备还原功能的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在75～95℃之间；
步骤5：将1～5重量份的5～30nm的纳米二氧化钛与95～99重量份的水进行混合，在纳米分散仪中以40KHz的频率溶解分散30min，制备形成100重量份的纳米二氧化钛分散溶液；
步骤6：纳米二氧化钛分散溶液在制备完成的1h内将其与具备还原功能的改性乳化沥青按1：2.5～10的重量比例混合，搅拌10～20s，制备生成具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青。
进一步地，所述制备方法还包括：
步骤7：按级配准备集料砂，先将其置入拌和锅中，后将具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青加入拌和锅中，在常温状态下将两者搅拌均匀，具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青和集料的重量比为(10～25)：100，形成可降解汽车尾气的路面还原封层材料。
在步骤7中加入集料砂的作用是增加抗滑效果。是否进行步骤7，需根据所需使用的原路面构造深度(公路路基路面现场测试规程，JTG E60-2008)进行判断，根据试验，当原路面构造深度TD≥0.35mm时无需进行步骤7，反之则进行步骤7。
上述道路石油沥青的牌号为50、70、90号的基质沥青或具备相同针入度(温度25℃，荷重100g，贯入时间5s，5～9mm针入度)的沥青。
上述阳离子型表面活性剂即在乳化沥青中选用的较多的阳离子型乳化剂,考虑到加入了特殊的改性剂，因此要求表面活性剂的表面张力为35.2～59.8kN·m-1；亲油亲水平衡值(HLB)值评价为8～9的水包油型表面活性剂，才可将此特殊改性的沥青进行乳化。
所述聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶是苯PP/EPDM基材的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶，其邵氏硬度在50～87(ISO 868,15s后读数)，氯磺化聚乙烯橡胶的压缩永久变形在35％～51％之间(70℃*22h，ASTM D395)。步骤5中所述纳米二氧化钛的密度为3.7～3.9g/cm3，为锐钛矿型。步骤7中所述预定集料砂为机制砂、石英砂或玄武岩砂，表观相对密度≥2.5，二氧化硅含量≥46％；集料砂的级配为16目～100目之间的任意比例，步骤7的目的是将还原封层增加摩擦系数，可根据原路面构造深度和摩阻系数判断是否需要加入集料砂。最终用到路面上，建议其用量在0.5-2L/㎡，厚度控制在1-5mm。第7步是可选步骤，在原路面抗滑性能足够的情况下，只需完成步骤6即形成具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青，可选用乳化沥青喷洒车、微表处车、稀浆封层车或改造过的乳化沥青喷洒车进行洒布。
相对常规的SBR和SBS改性，在本发明的制作过程中聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶密度与乳化沥青的性质更接近，在乳化沥青中分散更为均匀，不易产生离析，并且适当含量的氯磺化聚乙烯橡胶引入后，可与喷洒到原状沥青路面水分完全蒸发之后，在长达数日的时间内与硫化橡胶中的硫键断裂反应，形成新的类似于胶质的物质，从而达到软化老路沥青和还原沥青组分的效果；且在硫键断裂的开环反应后，氯磺化聚乙烯橡胶与硫化橡胶本体产生交联反应，形成空间网状结构，得到更佳的力学性能。裹附纳米二氧化钛颗粒的能力和粘结原沥青路面的能力同时得到增强，从而增强了此还原封层材料的附着力和耐久性。
具体实施方式
下面结合具体的本还原封层的配方及其制备方法对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。
一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料,其特征在于所述的路面还原封层材料包括具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青，所述具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青由1重量份的纳米二氧化钛分散溶液和2.5～10重量份的具备还原功能的改性乳化沥青混合而成，其中
以总重量100份计，纳米二氧化钛分散溶液包括1～5重量份的5～30nm的纳米二氧化钛与95～99重量份的水；
以总重量100份计，具备还原功能的改性乳化沥青则包括：45～65重量份的道路石油沥青，1～5重量份的阳离子型表面活性剂，20～51重量份的水，2～6重量份的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶，1～4重量份的氯磺化聚乙烯橡胶粉末。
实施例1
配比和制备工艺：将55重量份的道路石油沥青，在150℃的恒温箱中保温，预热待用；将3重量份的阳离子型表面活性剂与35重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在80℃；再将5重量份的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶在140℃的温度下，投入到恒温预备的沥青中，以2000转/分钟的速度剪切25分钟；再将生成的皂液，2重量份的氯磺化聚乙烯橡胶粉末和预热待用的道路石油沥青同时加入乳化沥青胶体磨，经过增压剪切研磨等机械作用，生成具备还原功能的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在80℃之间；将3重量份的5nm级别的纳米二氧化钛与97重量份的水进行混合，在纳米分散仪中以40KHz的频率溶解分散30min，制备形成纳米二氧化钛分散溶液；纳米二氧化钛分散溶液在制备完成的1h内将其与具备还原功能的改性乳化沥青按1：3的比例混合，搅拌20s，制备生成具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青；按级配A(如表1所示)准备集料砂，先将其置入拌和锅中，后将具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青加入拌和锅中，在常温状态下将两者搅拌均匀，具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青和集料的重量比为16：100，形成本发明专利的可降解汽车尾气的路面还原封层材料。
表1集料砂级配A
表2基质沥青的常规指标
实施例2
配比和制备工艺与实施例1一致，仅将级配类型更换为表3所示的级配B，相对于级配A整体集料砂偏粗。
表3集料砂级配B
目数(目) 16 30 50 100
粒径(mm) 1.18 0.6 0.3 0.15
筛孔剩余百分率(％) 43 35 12 10
实施例3
全部过程和配比同实施例1，仅将5nm纳米二氧化钛全部更换为15nm的级别。级配选用表1所示级配A。
实施例4
全部过程和配比同实施例1，仅将具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青和集料的重量比调整为23：100。级配选用表1所示级配A。
实施例5
全部过程和配比同实施例1，仅将聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶的比例调整为6重量份，氯磺化聚乙烯橡胶粉末比例调整为4重量份。相应减少皂液中水的份数。级配选用表1所示级配A。
实施例6
全部过程和配比同实施例1，仅将5nm级别的纳米二氧化钛的比例调整为5重量份，相应减少与其混合的水的比例。级配选用表1所示级配A。
实施例7
全部过程和配比同实施例1，不进行步骤7的操作，即无集料砂。
对比例1
采用SBR改性乳化沥青，按乳化沥青部分和集料的重量比为16：100，选用级配A。
对比例2
采用某沥青再生封层成品，乳化沥青部分和集料的重量比为16：100，选用级配A。
选取经过暴晒数日的常规粒径AC-13C的车辙试验废旧板块(300mm×300mm×50mm)作为下承层，将实施例和对比例的材料涂刷至每块车辙试样板，其用量在1L/㎡，厚度测定位2mm左右。放置在密闭的汽车尾气分析仪环境罐中，24h后采集四种温室气体的变化情况。如表4所示。
表4不同光促媒粒径混合料尾气降解效果试验
降解试验结束后，进行抗滑值的测定(摆式仪BPN值，依照JTG E60-2008中T0964-2008)确定其摩擦系数，最后进行提取车辙试件表层混合料铣刨和沥青抽提(依照JTG E20-2011中T0726进行)，进行针入度和延度试验(依照JTG E20-2011中T0604和T0605进行)。试验结果如表5所示。
表5还原后沥青针入度和软化点
由结果可知，本发明的可降解汽车尾气的路面还原封层可以明显改善，相对两个对比例有更好的还原沥青性能的功能，当原路面抗滑性能不足的情况下，适当加入集料砂(制备步骤7)会有助于路面抗滑性能的提高。原路面抗滑性能足够的情况下，不加集料砂不会对原路面抗滑性能产生负面影响。本发明可用于城市道路的快速养护、黑化、还原、封水等表层处理，涂刷厚度不影响原路面标高，同时可达到降解汽车尾气的效果。

Claims (6)

1.一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法, 其特征在于所述方法包括下列步骤：
步骤1：45～65重量份的道路石油沥青，在150～180℃的条件下，预热待用；
步骤2：将1～5重量份的阳离子型表面活性剂与20～51重量份的水进行混合，制备成皂液，制备过程温度控制在45～85℃；
步骤3：将2～6重量份的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶在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；
步骤4：将步骤2中的皂液，1～4重量份的氯磺化聚乙烯橡胶粉末和预热待用的道路石油沥青同时加入乳化沥青胶体磨，经过增压剪切研磨等机械作用，生成100重量份具备还原功能的改性乳化沥青，此改性乳化沥青产出温度应控制在75～95℃之间；
步骤5：将1～5重量份的5～30nm的纳米二氧化钛与95～99重量份的水进行混合，在纳米分散仪中以40KHz的频率溶解分散30min，制备形成100重量份纳米二氧化钛分散溶液；
步骤6：纳米二氧化钛分散溶液在制备完成的1h内将其与具备还原功能的改性乳化沥青按1：2.5～10的比例混合，搅拌10～20s，制备生成具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青。
2.如权利要求1所述的一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法,其特征在于该方法还包括：步骤7：按级配准备集料砂，先将其置入拌和锅中，后将具有降解汽车尾气和路面还原功能的改性乳化沥青加入拌和锅中，在常温状态下将两者搅拌均匀，乳化沥青部分与集料的重量比为1～15：100，形成可降解汽车尾气的路面还原封层材料。
3.如权利要求1所述的一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法,其特征在于权利要求1所述制备方法步骤1中的道路石油沥青,其特征在于牌号为50、70、90号的基质沥青或具备相同针入度的沥青。
4.如权利要求1所述的一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法,其特征在于阳离子型表面活性剂的表面张力为35.2～59.8kN·m-1；亲油亲水平衡值值评价为8～9的水包油型表面活性剂，可将沥青进行乳化。
5.如权利要求1所述的一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法,其特征在于，步骤3中，所述聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶是苯PP/EPDM基材的聚烯烃类热塑性动态硫化橡胶，其邵氏硬度在50～87；步骤4中，氯磺化聚乙烯橡胶的压缩永久变形在35%～51%之间；步骤5中，所述纳米二氧化钛的密度为3.7～3.9g/cm³，为锐钛矿型。
6.如权利要求2所述的一种可降解汽车尾气的路面还原封层材料的制备方法,其特征在于，步骤7中，所述预定集料砂为机制砂、石英砂或玄武岩砂，表观相对密度≥2.5，二氧化硅含量≥46%，所述预定集料砂的级配为16目～100目之间的任意比例。
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