CN111825855A - 一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青及其制备方法，该乳化沥青的原料包括以下质量份组分：沥青100份、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯共聚物3‑5份、顺‑9‑十八碳烯酸盐0.5‑2份、醋酸正戊酯1.5‑6份、磷酸2‑10份、水80‑120份。与现有技术相比，本发明提高了胶结料的弹性和韧性，有利于提升混合料的高温性能和抗疲劳性能。制备方法工艺简单，操作安全，配方科学合理，制备过程绿色环保，在提高乳化沥青性能的同时，不增加工程成本，同时具有良好的储存性。

Description

一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青及其制备方法。
背景技术
随着沥青技术的不断发展以及环保理念的不断深入，沥青路面冷拌冷铺技术逐渐走入人们的视线。冷拌冷铺技术指在常温下将乳化沥青、集料等原材料拌和形成稀浆形态，摊铺在原路面上形成薄层，主要用于道路的预防性养护领域，起到改善和恢复路面表面功能的作用。传统热拌热铺的沥青混合料作业方式需消耗大量不可再生能源，且产生有害气体污染环境，冷拌冷铺技术弥补了这一缺陷。冷拌冷铺技术的核心支撑是乳化沥青，乳化沥青的有效含量，稳定性、粘附性、破乳速度直接影响冷拌冷铺技术的实施。因此乳化沥青的配方及制备是冷拌冷铺成功实施的关键因素。
中国专利CN103951994A阐述了一种符合改性乳化沥青及其制备方法，乳化沥青由基质沥青、线型SBS、SBR胶乳、相容剂、稳定剂、降粘剂、乳化剂、盐酸和水组成，用于路面超薄磨耗层。但SBR胶乳虽然使沥青粘结力有一定程度的增加，但是用于公路面层时其粘结力、耐磨性能不足，且SBR不能很好的改变乳化沥青的高低温性能，因此在夏季炎热、冬季寒冷时容易出现路面病害。
中国专利CN105936750A公开了一种单组份环氧树脂复合改性乳化沥青，是在乳化沥青中加入环氧树脂以及SB胶乳制作而成，单组份环氧树脂复合改性乳化沥青的粘结力相比现有技术中的乳化沥青提高了三倍，且将其高温性能提高至90℃，该一种单组份环氧树脂复合改性乳化沥青能够广泛的应用于冷拌冷铺、冷再生面层及其他需要高粘结力强度乳化沥青的地方。但单组分环氧乳化沥清存储稳定性较差，储存运输难度大，同时强度形成快，施工窗口期也较短。因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有利于提升混合料的高温性能和抗疲劳性能的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，该乳化沥青的原料包括以下质量份组分：沥青100份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物3-5份、顺-9-十八碳烯酸盐0.5-2份、醋酸正戊酯1.5-6份、磷酸2-10份、水80-120份。
进一步地，所述的沥青为针入度为40-100dmm的石油沥青。
进一步地，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的数均分子量为25-38万，灰分≤2％，挥发分≤0.7％，断裂伸长率≥550％。
进一步地，所述的顺-9-十八碳烯酸盐的相对分子量为280-300，熔点为12-15℃。是白色或略带黄色的粉末或浅褐色的粗粒或固体。
进一步地，所述的醋酸正戊酯沸点为145-150℃，水溶性为8-12g/L(20℃)，相对密度为0.85-0.95g/cm3。
进一步地，所述的磷酸为80-90％浓度的H3PO4溶液，密度为1.8-1.9g/cm3。
进一步地，所述的水的pH值为6-8，包括饮用水、地表水、地下水或再生水。
本发明的原理是，通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯组分的引入，在沥青中形成SBS空间网状结构，从而提高沥青的弹性和韧性，有利于提升沥青的高温性能和抗疲劳性能。顺-9-十八碳烯酸盐组分的引入起到乳化剂的作用，顺-9-十八碳烯酸盐由于其自身物理性质，具有显著的表面活性，可以再滴液周围形成界面膜，在液滴表面形成电屏障，同时还有增强介质粘性的功能，具有良好的对酸、碱、盐的稳定。醋酸正戊酯作为稀释剂溶解剂，与乳化剂，水形成皂液，用以沥青的乳化。磷酸是三元中强酸，分三步电离，不易挥发，不易分解，用以调节皂液pH值。
需要注意的是，盐酸腐蚀性极高，且有挥发性，且存在致癌可能性，不利于操作人员的身体健康安全。本发明采用磷酸体系的乳化剂方案，磷酸无强氧化性，无强腐蚀性，属于较为安全的酸，属低毒类。
一种如上所述的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将沥青加热，再将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；
(2)按质量份，将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入少量水中分散均匀，随后再加入剩余的水并搅拌均匀，调节温度，制得混合液；
(3)按质量份，向混合液中加入磷酸调节混合液的pH值，制得皂液备用；
(4)分先后顺序依次将皂液和加热的SBS改性沥青加入到乳化设备中进行剪切乳化，剪切乳化在胶体磨中进行，得到用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。
进一步地，步骤(1)中所述的加热的温度为160-180℃，步骤(2)中所述的水的温度为32-36℃，所述的调节温度的温度为60-80℃。
进一步地，步骤(3)中所述的pH值调节至1.0-3.0，步骤(4)中所述的剪切乳化的转速为2800-3200r/min，时间为1-2min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的高粘乳化沥青制备方法工艺简单，可操作性强，配方科学合理，制备过程绿色环保，在提高乳化沥青性能的同时，不增加工程成本；
(2)顺-9-十八碳烯酸盐作为乳化剂使乳化沥青具有良好的储存性。相较于盐酸调节pH，磷酸操作更为安全；
(3)本发明制得高粘乳化沥青的存储稳定性，有效含量，以及混合料性能指标均可满足规范要求。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例中所用沥青为埃索70号基质沥青。沥青为针入度为40-100dmm的石油沥青。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的数均分子量为25-38万，灰分≤2％，挥发分≤0.7％，断裂伸长率≥550％。顺-9-十八碳烯酸盐的相对分子量为280-300，熔点为12-15℃。醋酸正戊酯沸点为145-150℃，水溶性为8-12g/L，相对密度为0.85-0.95g/cm3。磷酸为80-90％浓度的H3PO4溶液，密度为1.8-1.9g/cm3。水的pH值为6-8，包括饮用水、地表水、地下水或再生水。
实施例1
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，顺-9-十八碳烯酸盐1份，醋酸正戊酯3份，磷酸5份，水100份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
实施例2
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物1份，顺-9-十八碳烯酸盐1份，醋酸正戊酯3份，磷酸5份，水100份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
实施例3
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，顺-9-十八碳烯酸盐0.2份，醋酸正戊酯3份，磷酸5份，水100份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
实施例4
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，顺-9-十八碳烯酸盐1份，醋酸正戊酯1份，磷酸5份，水100份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
实施例5
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，顺-9-十八碳烯酸盐1份，醋酸正戊酯3份，磷酸1份，水100份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
实施例6
本实施例的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青由以下比例组成：沥青100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，顺-9-十八碳烯酸盐1份，醋酸正戊酯3份，磷酸5份，水150份。
将沥青加热至170℃，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入35℃水中分散均匀，随后加入相应比例的水并搅拌均匀，调节温度至70℃，制得混合液，加入适量的磷酸酸调节混合液的pH值至1.5，制得皂液备用；启动乳化设备分先后顺序输入皂液和加热的SBS改性沥青，剪切乳化在胶体磨中进行，剪切乳化的转速为3000r/min，时间为2min，形成褐色的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。乳化沥青测试技术指标如表1所示。
表1乳化沥青性能测试结果
Figure BDA0002612757270000061
实施例2与实施例1相比，由于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物含量低，沥青中未形成空间网状结构，导致沥青性能未达到最优；实施例3与实施例1相比，由于顺-9-十八碳烯酸盐含量低，沥青乳化效果差，储存稳定性未达到最优；实施例4与实施例1相比，由于醋酸正戊酯量低，稀释较差，导致沥青粘度较高，影响冷拌冷铺施工和易性，性能未达到最优；实施例5与实施例1相比，由于磷酸含量低，皂液pH值达不到要求，导致沥青乳化效果未达到最优；实施例6与实施例1相比，由于水的比例较高，沥青粘度较低，将影响沥青的粘结效果，性能未达到最优。
由以上检测结果可见，实施例制备的高粘乳化沥青组分合理，顺-9-十八碳烯酸盐与醋酸正戊酯的存在使高粘乳化沥青存储稳定性良好，施工和易性优良，磷酸使乳液pH值足够变低，乳化剂亲水性变强，其溶解度和电离度变高，乳化沥青胶粒的表面电荷增加，乳化效果更好。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物使乳化沥青具有优良的路用性能，满足冷拌冷铺应用需求。综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，该乳化沥青的原料包括以下质量份组分：沥青100份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物3-5份、顺-9-十八碳烯酸盐0.5-2份、醋酸正戊酯1.5-6份、磷酸2-10份、水80-120份。
2.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的沥青为针入度为40-100dmm的石油沥青。
3.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的数均分子量为25-38万，灰分≤2％，挥发分≤0.7％，断裂伸长率≥550％。
4.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的顺-9-十八碳烯酸盐的相对分子量为280-300，熔点为12-15℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的醋酸正戊酯沸点为145-150℃，水溶性为8-12g/L，相对密度为0.85-0.95g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的磷酸为80-90％浓度的H3PO4溶液，密度为1.8-1.9g/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青，其特征在于，所述的水的pH值为6-8，包括饮用水、地表水、地下水或再生水。
8.一种如权利要求1所述的用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将沥青加热，再将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物投入沥青中高速搅拌，得到SBS改性沥青备用；
(2)按质量份，将顺-9-十八碳烯酸盐和醋酸正戊酯分先后顺序加入少量水中分散均匀，随后再加入剩余的水并搅拌均匀，调节温度，制得混合液；
(3)按质量份，向混合液中加入磷酸调节混合液的pH值，制得皂液备用；
(4)分先后顺序依次将皂液和加热的SBS改性沥青加入到乳化设备中进行剪切乳化，得到用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青。
9.根据权利要求8所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的加热的温度为160-180℃，步骤(2)中所述的水的温度为32-36℃，所述的调节温度的温度为60-80℃。
10.根据权利要求8所述的一种用于冷拌冷铺的高粘乳化沥青的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的pH值调节至1.0-3.0，步骤(4)中所述的剪切乳化的转速为2800-3200r/min，时间为1-2min。
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