CN111548058B - 一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料，同时公开了其制备方法，属于道路工程技术领域。一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料，其特征在于，包含如下质量份数的各组分：酸性石料100份；低标号道路石油沥青3‑5份；稀释剂0.8‑2份；增塑剂0.2‑0.8份；油性纳米级碱性吸附剂2‑4份；隔离剂0.3‑1份。该沥青冷补料生产工艺简单、性价比高、专门适用于酸性石料，为我国大量存在酸性石料的新疆地区、西藏地区及戈壁滩地区的高性能沥青冷补料生产提供了一种新思路。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及一种高性能沥青冷补料，特别涉及一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料及其制备方法。
背景技术
沥青路面具有行车舒适、噪声小、维修方便等优点，现已在中国广泛使用，但是沥青路面存在坑槽、剥落、裂缝等病害。对于坑槽目前主要采用的处理办法有热拌沥青修补法和冷拌沥青修补法。热拌沥青修补法适用于大规模修补；冷拌沥青修补适用于小面积多点位的坑槽，冷拌沥青修补法中冷补料的性能好坏直接决定了修补结果。
沥青冷补料是由粗集料、细集料、填料和冷补液拌和而成的新型道路材料。冷补液作为沥青冷补料的粘结料，常温粘度低呈流动状态，显酸性，在一定程度上决定了沥青冷补料的施工和易性、高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳寿命。由于冷补液常温下为流动性的液体，粘度低，与石料之间的粘结力小，与雨水在行车荷载的作用下，易出现石料表面的沥青膜脱落，修补后的沥青路面易出现早期抗曹等病害，在一定程度上影响了沥青冷补料的推广应用。
为了改善因冷补液粘度低，而石料与冷补液的粘结力小的问题，目前常用的技术手段有三种：第一、生产冷补料时采用碱性石料，因冷补液显酸性，与碱性石料具有良好的化学黏附作用，可提高冷补液与石料之间的黏附力，从而大幅度提高沥青冷补料的抗水损害能力；第二、生产冷补料时讲粗细集料加热至60-100℃，利用石料的热量促使一部分冷补液中的稀释剂遇热挥发，从而增加了冷补液的粘度，而改善石料与冷补液之间的黏附力；第三、生产冷补料时添加大量的抗剥落剂，依靠抗剥离剂是与集料表面形成物理吸附或依靠其特殊的化学结构使其与集料进行化合反应，在他们之间形成强而有力的化学纽带，从而提高了沥青与集料的粘附性。
以上三种技术手段，在一定程度上改善了冷补液与石料之间的粘结力，提高了冷补沥青混合料的抗水温定性。但是都存在一定的局限性，第一、我国地域辽阔，不同岩性的石料分布也极不均匀，尤其是我国西藏、青海和新疆地区主要以酸性的鹅卵石为主，生产冷补料就存在很大的问题，长距离去寻找碱性石料生产沥青冷补料，其运输费用及其昂贵；第二、生产冷补料时，粗细集料加热至60-100℃，在热状态下虽然可以改善冷补液与石料之间的粘结力，但是，随着冷补液中稀释剂的挥发，沥青冷补料的施工和易性随间降低，从而影响了沥青冷补料的储存时间；第三、大量抗剥落剂的应用，造成沥青冷补料的成本大幅增加，极大的影响了新技术的推广使用。
因此，有必要开发一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料及其制备方法，以解决我国西北地区存在大量酸性集料而无法生产沥青冷补料的现状，为我国西北地区严寒气候环境下开发一种高性价比的道路新型养护材料。
发明内容
针对现有沥青冷补料尤其是酸性石料生产沥青冷补料存在的技术缺陷和生产成本过高的问题，本发明提出了一种基于酸性石料的高性能冷补料，该沥青冷补料生产工艺简单、性价比高、专门适用于酸性石料，为我国大量存在酸性石料的新疆地区、西藏地区及戈壁滩地区的高性能沥青冷补料生产提供了一种新思路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料，其特征在于，包含如下质量份数的各组分：
石料100份；
低标号道路石油沥青3-5份；
稀释剂0.8-2份；
增塑剂0.2-0.8份；
油性纳米级碱性吸附剂2-4份；
隔离剂0.3-1份。
其中，所述石料为二氧化硅含量大于65％的酸性集料，可以是碎石、碎卵石中的一种，其级配组成满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中冷拌沥青混合料级配范围要求。
其中，所述低标号道路石油沥青的针入度为10-50，单位为0.1mm，质量满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)。
其中，所述稀释剂为脱硫柴油，其凝点小于0℃，硫含量低于10μg/g，根据高性能冷补料的使用环境的最低气温来选择相应凝点的产品。
其中，所述增塑剂为双(2-乙基己基)己二酸酯，主要用于改善高性能沥青冷补料的低温抗裂性能和疲劳寿命，减少稀释剂对重交通道路石油沥青分子结构的破坏。
其中，所述油性纳米级碱性吸附剂为消石灰、生石灰、水泥、粉煤灰、火山灰的一种或多种与汽油按照质量比95：5混合，经烘干后所得的产物；
其中，所述油性纳米级碱性吸附剂中的消石灰、生石灰、水泥、粉煤灰、火山灰的最大颗粒粒径不大于0.1微米，水溶液的PH大于7；
其中，所述隔离剂为富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为60-100cst，芳香分含量90-100％，用于改善高性能沥青冷补料的施工和易性。
本发明还提供了一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将100份级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的酸性石料加热至100-180℃，待水分蒸发完毕、冷却至室温后备用；
(2)将称重后的低标号道路石油沥青加热至100℃～140℃；
(3)将称重后的纳米级碱性吸附剂加入步骤(2)所得产物中，低速强制搅拌30-180min，搅拌速度为20-60转/min；
(4)将称重后的稀释剂、增塑剂、隔离剂加入步骤(3)所得产物中，强制搅拌直至混合均匀为止；
(5)将步骤(4)所得产物加入步骤(1)所得产物中，强制搅拌30s-60s，即得到高性能沥青冷补料。
其中，所述重交通道路石油沥青采用导热油加热间接加热；
其中，所述步骤(3)、步骤(4)所得产物的温度为80-100℃；
其中，所述步骤(5)所得产物的温度不高于50℃；
其中，其按上述步骤制备的高性能冷补料，其性能指标可以达到：马歇尔稳定度≥8KN、马歇尔残留稳定度≥85％、冻融劈裂强度比≥80％、车辙试验动稳定度≥2800次/mm、-10℃最大弯拉应变≥3000με、粘聚性试验试件破损率≤40％。
本发明开发的高性能冷补料，具有以下优点：
(1)低标号道路石油沥青具有针入度小、粘度大、高温性能好的特点，富含沥青质和胶质，用于制备高性能沥青冷补料，在稀释剂的作用下，沥青分子结构破坏性小，与石料的粘附力大，有利于提高高性能沥青冷补料的早期强度和抗车辙性能；
(2)油性纳米级碱性吸附剂与低标号道路使用沥青具有良好的相容性，一方面可以综合低标号道路石油沥青中的沥青酸酐，改善沥青的酸碱性，使得沥青由酸性变为碱性，与酸性石料结合时具有良好的化学吸附力，另一方面油性纳米级碱性吸附剂细度极小、比表面积大，可有效填充酸性石料表面的微细孔隙，可有效改善酸性集料与冷补液之间的物理粘附力。同时，油性纳米级碱性吸附剂加工工艺简单，生产成本低，易于获取，可有效降低沥青冷补料的生产成本；
(3)脱硫柴油作为稀释剂，可大幅降低高性能沥青冷补料在生产和使用过程中刺鼻气体的排放量，减少对人体和环境的影响；
(4)本发明所开发的高性能沥青冷补料，专门适用于酸性集料，可大幅降低我国富含酸性石料地区沥青冷补料的生产成本，提高沥青路面的修补寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料制备工艺示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
室内试验的实施例：试验所用酸性石料来源于新疆某地生产的花岗岩碎石，其中，碎石中的二氧化硅含量为76.3％，其技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的路用集料要求。碎石级配符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中冷拌沥青混合料的级配范围要求，见表1：
表1冷拌沥青混合料LB-13合成级配检测结果
低标号道路石油沥青采用中石油燃料沥青有限责任公司生产的AH-30#重交通道路石油沥青，其技术指标见表2：
表2 AH-30#低标号道路石油沥青技术指标检测结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 动力粘度60℃(pa.s) |
| 25.5 | 58.0 | 30.3 | 870 |
稀释剂采用中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司生产的-10#脱硫柴油，其中的硫含量为6.2μg/g，凝点为-6.5℃，闪点为81℃。
增塑剂采用盘锦北方沥青股份有限公司生产的橡胶增塑剂N4010，其中有效成分含量为99.5％，闪点195℃。
油性纳米级碱性吸附剂采用车用92#汽油与钙质消石灰按照重量比95：5混合经烘干后所得产物，其中消石灰的最大粒径为0.083微米，水溶液的PH值为7.6，消石灰中的钙镁含量为79.3％。
隔离剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为60cst，芳香分含量90％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-13中材料组成见表3。
表3高性能冷补料LB-13各中材料组成比例
| 组成材料 | 重量份数 |
| 石料 | 100份 |
| 低标号道路石油沥青 | 3份 |
| 稀释剂 | 1.2份 |
| 增塑剂 | 0.2份 |
| 油性纳米级碱性吸附剂 | 2份 |
| 隔离剂 | 0.3份 |
结合附图1所示，制备表3所示的一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-13，按如下步骤：
(1)称取满足表1级配要求的碎石，加热至100℃，待碎石中的水分蒸发完，冷却至室温后备用；
(2)采用导热油加热方式，将称重后的低标号道路石油沥青加热至120℃；
(3)将称重后的油性纳米级碱性吸附剂加入步骤(2)所得产物中，强制搅拌速度为60转/min，搅拌时间30min，搅拌温度为80℃；
(4)将称重后的稀释剂、隔离剂、增塑剂加入步骤(3)所得产物中，强制搅拌直至混合均匀，搅拌温度82℃；
(5)将步骤(4)所得产物加入到步骤(1)所得产物中，强制搅拌30s，即可得到高性能沥青冷补料，搅拌温度为30℃。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表4。
表4高性能冷补料LB-13路用性能检测结果
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 马歇尔稳定度(KN) | ≥8.0 | 14.2 |
| 马歇尔残留稳定度(％) | ≥85.0 | 89.9 |
| 冻融劈裂强度比(％) | ≥80.0 | 83.3 |
| 车辙试验动稳定度(次/mm) | ≥2800.0 | 4072.5 |
| -10℃最大弯拉应变(με) | ≥3000.0 | 3122.8 |
| 粘聚性试验试件破损率(％) | ≤40.0 | 16.2 |
实施例2
室内试验的实施例：试验所用酸性石料来源于西藏某地生产的花岗岩碎卵石，其中，碎卵石中的二氧化硅含量为72.9％，其技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的路用集料要求。碎卵石级配符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中冷拌沥青混合料的级配范围要求，见表5：
表5冷拌沥青混合料LB-13合成级配检测结果
低标号道路石油沥青采用中石油燃料沥青有限责任公司生产的AH-50#重交通道路石油沥青，其技术指标见表6：
表6 AH-50#低标号道路石油沥青技术指标检测结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 动力粘度60℃(pa.s) |
| 50 | 56.2 | 39.6 | 675 |
稀释剂采用中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司生产的-20#脱硫柴油，其中的硫含量为4.7μg/g，凝点为-17.2℃，闪点为86℃。
增塑剂采用盘锦北方沥青股份有限公司生产的橡胶增塑剂N4010，其中有效成分含量为99.5％，闪点195℃。
油性纳米级碱性吸附剂采用车用95#汽油与生石灰、消石灰按照重量比95：3：2混合经烘干后所得产物，其中生石灰和消石灰混合物的最大粒径为0.091微米，水溶液的PH值为7.5。
隔离剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为82cst，芳香分含量91.4％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-13中材料组成见表7。
表7高性能冷补料LB-13各中材料组成比例
| 组成材料 | 重量份数 |
| 石料 | 100份 |
| 低标号道路石油沥青 | 5份 |
| 稀释剂 | 0.8份 |
| 增塑剂 | 0.8份 |
| 油性纳米级碱性吸附剂 | 4份 |
| 隔离剂 | 1份 |
结合附图1所示，制备表7所示的一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-13，按如下步骤：
(1)称取满足表1级配要求的碎石，加热至180℃，待碎石中的水分蒸发完，冷却至室温后备用；
(2)采用导热油加热方式，将称重后的低标号道路石油沥青加热至100℃；
(3)将称重后的油性纳米级碱性吸附剂加入步骤(2)所得产物中，强制搅拌速度为30转/min，搅拌时间60min，搅拌温度为100℃；
(4)将称重后的稀释剂、隔离剂、增塑剂加入步骤(3)所得产物中，强制搅拌直至混合均匀，搅拌温度90℃；
(5)将步骤(4)所得产物加入到步骤(1)所得产物中，强制搅拌60s，即可得到高性能沥青冷补料，搅拌温度为35℃。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表8。
表8高性能冷补料LB-13路用性能检测结果
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 马歇尔稳定度(KN) | ≥8.0 | 10.1 |
| 马歇尔残留稳定度(％) | ≥85.0 | 92.2 |
| 冻融劈裂强度比(％) | ≥80.0 | 85.1 |
| 车辙试验动稳定度(次/mm) | ≥2800.0 | 3200.0 |
| -10℃最大弯拉应变(με) | ≥3000.0 | 3277.5 |
| 粘聚性试验试件破损率(％) | ≤40.0 | 13.7 |
实施例3
室内试验的实施例：试验所用酸性石料来源于西藏某地生产的花岗岩碎卵石，其中，碎卵石中的二氧化硅含量为72.3％，其技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的路用集料要求。碎卵石级配符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中冷拌沥青混合料的级配范围要求，见表9：
表9冷拌沥青混合料LB-10合成级配检测结果
低标号道路石油沥青采用中石油燃料沥青有限责任公司生产的AH-20#重交通道路石油沥青，其技术指标见表10：
表10 AH-20#低标号道路石油沥青技术指标检测结果
| 针入度25℃(0.1mm) | 软化点℃ | 延度15℃(cm) | 动力粘度60℃(pa.s) |
| 10 | 58.9 | 20.3 | 1099 |
稀释剂采用中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司生产的-35#脱硫柴油，其中的硫含量为4.5μg/g，凝点为-28.1℃，闪点为95℃。
增塑剂采用盘锦北方沥青股份有限公司生产的橡胶增塑剂N4010，其中有效成分含量为99.5％，闪点195℃。
油性纳米级碱性吸附剂采用车用95#汽油与粉煤灰按照重量比95：5混合经烘干后所得产物，其中粉煤灰的最大粒径为0.078微米，水溶液的PH值为7.2。
隔离剂选用中石油燃料沥青有限公司生产的富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为100cst，芳香分含量99.4％。
根据以上试验结果和材料选型，一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-10中材料组成见表11。
表11高性能冷补料LB-10各中材料组成比例
结合附图1所示，制备表11所示的一种基于酸性石料的高性能冷补料LB-10，按如下步骤：
(1)称取满足表1级配要求的碎石，加热至150℃，待碎石中的水分蒸发完，冷却至室温后备用；
(2)采用导热油加热方式，将称重后的低标号道路石油沥青加热至120℃；
(3)将称重后的油性纳米级碱性吸附剂加入步骤(2)所得产物中，强制搅拌速度为39转/min，搅拌时间50min，搅拌温度为100℃；
(4)将称重后的稀释剂、隔离剂、增塑剂加入步骤(3)所得产物中，强制搅拌直至混合均匀，搅拌温度100℃；
(5)将步骤(4)所得产物加入到步骤(1)所得产物中，强制搅拌45s，即可得到高性能沥青冷补料，搅拌温度为30℃。
将上述制备所得高性能沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法进行路用性能检测，结果见表12。
表12高性能冷补料LB-10路用性能检测结果
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。
Claims (2)
1.一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料，其特征在于：包含如下质量份数的各组分：
石料100份；
低标号道路石油沥青3-5份；
稀释剂0.8-2份；
增塑剂0.2-0.8份；
油性纳米级碱性吸附剂2-4份；
隔离剂0.3-1份；
所述石料为二氧化硅含量大于65％的酸性集料，可以是碎石、碎卵石中的一种；
所述低标号道路石油沥青的针入度为10-50，单位为0.1mm；
所述稀释剂为脱硫柴油，其凝点小于0℃，硫含量低于10μg/g；
所述油性纳米级碱性吸附剂为消石灰、生石灰、水泥、粉煤灰、火山灰的一种或多种与汽油按照质量比95：5混合，经烘干后所得的产物；
所述油性纳米级碱性吸附剂中的消石灰、生石灰、水泥、粉煤灰、火山灰的最大颗粒粒径不大于0.1微米，水溶液的PH大于7；
所述隔离剂为富含芳香分的石油馏分，棕褐色液体，60℃运动粘度为60-100cst，芳香分含量90-100％。
2.根据权利要求1所述的一种基于酸性石料的高性能沥青冷补料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将100份级配满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的酸性石料加热至100-180℃，待水分蒸发完毕、冷却至室温后备用；
(2)将称重后的低标号道路石油沥青加热至100℃～140℃；
(3)将称重后的纳米级碱性吸附剂加入步骤(2)所得产物中，低速强制搅拌30-180min，搅拌速度为20-60转/min；
(4)将称重后的稀释剂、增塑剂、隔离剂加入步骤(3)所得产物中，强制搅拌直至混合均匀为止；
(5)将步骤(4)所得产物加入步骤(1)所得产物中，强制搅拌30s-60s，即得到高性能沥青冷补料；
所述步骤(3)、步骤(4)所得产物的温度为80-100℃；
所述步骤(5)所得产物的温度不高于50℃。
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