CN112266622B - 一种不粘轮乳化沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不粘轮乳化沥青及其制备方法，涉及路面沥青材料技术领域，解决了现有乳化沥青材料粘附施工车辆轮胎的问题。所述不粘轮乳化沥青材料，以质量份数计，包括：基质沥青30‑60份，乳化剂0.5‑5份，改性剂5‑15份，水30‑60份；所述改性剂包括：磺化沥青粉。本发明提供的技术方案能够提升乳化沥青的软化点，使得乳化沥青不容易软化，从而使得乳化沥青难于粘附在施工车轮上。
Description
技术领域
本发明涉及路面沥青材料技术领域，尤其涉及一种不粘轮乳化沥青及其制备方法
背景技术
我国沥青路面设计中采用的是层状弹性体系理论，其假设条件为各层材料为均质、连续、各向同性，层间无摩擦力。层间通常都默认为是连续的。但是，实际工程中发现层间粘结对沥青混合料路用性能有着很大影响，沥青路面各结构层层间粘结作用并不能忽视。层间粘结的优劣是影响路面使用寿命的重要因素之一，若层间粘结不好，会破坏路面结构的整体性，降低路面结构的整体抗力，导致路面病害发生，降低路面使用寿命。
在路面施工中，常常运用乳化沥青作为面层之间的粘结剂，在相邻结构层间喷洒粘层乳化沥青，使路面多层结构具有良好的结构承载能力和耐久性。但是实际运用过程中，在普通乳化沥青洒布破乳后，由于工程车辆的行驶，常出现喷洒乳化沥青被沥青混合料施工车辆碾压后带走的粘附车轮现象。使得后续摊铺层的粘结性降低，导致粘层作用失效。增加了层间脱落的可能性。
发明内容
鉴于上述分析，本发明旨在提供一种不粘轮乳化沥青及其制备方法，用以解决现有乳化沥青材料粘附施工车辆轮胎的问题。
本发明的目的主要通过以下技术申请实现：
第一方面，本发明实施例提供一种不粘轮乳化沥青，以质量份数计，其原料包括：
基质沥青30-60份，优选40-50份。
乳化剂0.5-5份，优选0.5-3份，更优选0.8-2份。
改性剂5-15份，优选2-10份，更优选4-7份。
水30-60份，优选40-50份。
所述基质沥青为针入度10-30的硬质沥青，针入度70-100的普通基质沥青，或者二者的混合物。优选硬质沥青。
所述的沥青乳化剂为快裂型沥青乳化剂、中裂型沥青乳化剂或慢裂型沥青乳化剂中任一种或二种以上以任意比例混合形成。优选快裂型乳化剂和中裂型乳化剂。进一步，优选阳离子快裂型乳化剂和阳离子中裂型乳化剂。
不粘轮乳化沥青还包括稳定剂，所述稳定剂的质量份数为0-3份，优选0.5-2份，更优选0.8-1.5份。
所述的稳定剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素类稳定剂；镁、钙、锶、钡与脂肪酸合成的金属皂类稳定剂；氯化钙、氯化铵等盐类稳定剂中的任一种或二种以上混合形成。稳定剂优选纤维素类稳定剂。
所述的改性剂包括：磺化沥青粉。优选地，所述的改性剂包括：磺化沥青粉和岩沥青粉。
第二方面，本发明实施例还提供了一种不粘轮乳化沥青的制备方法：
步骤1：将称量好的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70-80℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入称量好的稳定剂，至混合均匀，得到皂液，保持皂液温度在不低于70摄氏度，待用。
步骤2：将基质沥青加热到160-170℃，向其中加入改性剂。搅拌均匀。保持温度不低于160℃，待用。
步骤3：将胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速为5000-8000r/min，待胶体磨旋转稳定后，向其中加入步骤2得到的基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切，时间不超过10min，得到不粘轮乳化沥青。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用磺化沥青粉对沥青进行改性，可以提升乳化沥青的软化点，使得乳化沥青不容易软化。
2、本发明将磺化沥青粉用于沥青路面设计，磺化沥青粉的软化点高于普通沥青，例如磺化沥青粉软化点在140-150℃，远高于普通沥青的40-50℃。因此，将磺化沥青粉加入普通沥青中，可以大幅度提高沥青软化点，使得高温条件下，乳化沥青残留物不容易软化，从而难于粘附在施工车辆车轮上。
3、本发明利用的磺化沥青粉兼具油水两性基团，比较容易与水形成乳液，使得乳化沥青中加入少量稳定剂甚至无需加入稳定剂即可保持体系稳定，制备过程省时、省料，且制备工艺简化。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的沥青粘附率实验的粘附效果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术申请进行详细的说明。
沥青在软化后具有一定的粘附性，容易粘附在其他物质的表面，例如粘在压路机的车轮上。如果任由沥青粘附在车轮上，会对路面铺设造成极大损害。因此，需要通过对沥青改性以解决上述问题。
如果想避免乳化沥青粘附车轮，需要从两个方面入手，即降低沥青的粘附性或者提高沥青的软化点。在本发明实施例中，乳化沥青用于路面各层间的铺设施工，在该场景下，如果降低沥青粘附性，乳化沥青将起不到粘附和连接各个沥青混合料面层的作用，因而只能通过提高沥青的软化点来解决上述问题。
软化点，物质软化的温度。主要指的是无定形聚合物开始变软时的温度。沥青在低温固态条件不会表现出粘附性这一特征，因此提高软化点可以降低乳化沥青表现粘附性的几率，从而解决乳化沥青容易粘附在车轮上的问题。
提高软化点的材料有很多例如，高分子材料、纳米材料等。但是，在本发明实施例的场景中，无论用什么材料对沥青进行改性，都要面临一个问题，改性后的沥青能否与水进行稳定的乳化。因此，问题的关键在于选择提升软化点的同时，又不能增加沥青乳化的难度。
基于上述场景和技术问题，本发明实施例提供了一种不粘轮乳化沥青，以质量份数计，包括：
基质沥青30-60份，乳化剂0.5-5份，稳定剂0-3份，改性剂5-15份，水30-60份。改性剂包括：磺化沥青粉。其中，乳化剂用于将水相乳化，从而维持产品的稳定性。稳定剂提升油水两相乳化后的稳定性，磺化沥青粉用于提高沥青软化点。此外，改性剂中还可以加入岩沥青粉，以提高沥青的其他性能，例如，抗车辙、抗脱落、抗老化、抗高温以及提升耐候性。
通常，沥青的软化点为40-50℃。磺化沥青粉通常应用于钻井液，以防止井壁坍塌。对于磺化沥青粉，由于磺酸基团的存在，其分子的极性增加，相应的其分子间作用力增加，最终导致磺化沥青粉软化点高达150℃。基于此，在改性沥青时，加入磺化沥青粉可以有效地提高乳化沥青的软化点，从而实现乳化沥青不粘车轮的目的。
同时，磺化沥青粉中磺酸基为亲水部，沥青等有机物为疏水部，因此磺化沥青粉容易与水进行稳定的乳化，因此只需要常规乳化剂就能完成磺化沥青粉和水进行乳化，甚至不需要加入稳定剂。因此，本发明实施例提供的技术方案在该技术场景下有很强的适应性。
基质沥青包括针入度10-30的硬质沥青，针入度70-100的普通基质沥青，或者二者的混合物。
在本发明实施例中，通过加入软化点较高的硬质沥青作为基质沥青，以进一步提高改性后沥青的软化点。优选地，仅以硬质沥青作为基质沥青。
沥青乳化剂包括：快裂型沥青乳化剂、中裂型沥青乳化剂或慢裂型沥青乳化剂中的一种或多种。
沥青乳化剂为快裂型乳化剂和中裂型乳化剂的任意比例混合物。
沥青乳化剂为阳离子快裂型乳化剂和阳离子中裂型乳化剂的任意比例混合物。
在本发明实施例中，沥青乳化剂采用常规的阳离子快裂型乳化剂和阳离子中裂型乳化剂的混合物。
稳定剂包括：纤维素类稳定剂、金属皂类稳定剂和盐类稳定剂中的任一种或多种。
本发明实施例还提供了一种不粘轮乳化沥青的制备方法：
步骤1：将称量好的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70-80℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入称量好的稳定剂，至混合均匀，得到皂液，保持皂液温度在不低于70摄氏度，待用。
步骤2：将基质沥青加热到160-170℃，向其中加入改性剂，搅拌均匀，保持温度不低于160℃，待用。
步骤3：将胶体磨预热至70℃，向其中加入步骤1配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速为5000-8000r/min，待胶体磨旋转稳定后，向其中加入步骤2得到的基质沥青，将沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切，时间不超过10min，得到不粘轮乳化沥青。
下面结合具体实施例对发明作进一步详细说明。需要说明的是，30#沥青的针入度在20-40之间。10#沥青和20#沥青的针入度小于20，统称为硬质沥青。
实施例1
30#基质沥青500g，快裂阳离子乳化剂10g，羟甲基纤维素8g，磺化沥青粉60g，水500g。
将10g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入8g羟甲基纤维素，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将500g沥青加热到160℃，向其中加入磺化沥青粉60g。搅拌均匀。保持温度在160℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为7000r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切5min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例2
20#基质沥青520g，中裂阳离子乳化剂10g，甲基纤维素8g，磺化沥青粉50g，水500g。
将10g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入8g羟甲基纤维素，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将520g沥青加热到170℃，向其中加入磺化沥青粉50g。搅拌均匀。保持温度在170℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为8000r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切8min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例3
20#基质沥青180g，30#基质沥青200g，季铵盐类阳离子乳化剂8g，羟甲基纤维素5g，磺化沥青粉30g，岩沥青粉10g，水350g。
将8g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入5g羟甲基纤维素，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将180g20#沥青和200g30#沥青加热到170℃，混合均匀后向其中加入磺化沥青粉30g和岩沥青粉10g。搅拌均匀。保持温度在170℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为7500r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切6min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例4
10#基质沥青600g，季铵盐类阳离子乳化剂15g，乙基纤维素8g，氯化钙4g，磺化沥青粉65g，水550g。
将15g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入8g乙基纤维素和4g氯化钙，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将600g沥青加热到170℃，向其中加入磺化沥青粉65g。搅拌均匀。保持温度在170℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为8000r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切10min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例5
10#基质沥青350g，30#基质沥青450g，季铵盐类阳离子乳化剂20g，羟甲基纤维素8g，氯化钙8g，磺化沥青粉50g，岩沥青粉28g，水740g。
将20g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入8g羟甲基纤维素和8g氯化钙，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将350g10#沥青和450g30#沥青加热到170℃，混合均匀后向其中加入磺化沥青粉50g和岩沥青粉28g。搅拌均匀。保持温度在170℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为7000r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切8min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例6
10#基质沥青400g，20#基质沥青600g，季铵盐类阳离子乳化剂25g，甲基纤维素15g，氯化钙10g，磺化沥青粉120g，水900g。
将25g的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70℃，加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于热水中，加入15g甲基纤维素和10g氯化钙，至混合均匀，得到皂液。保持皂液温度在70℃；将将400g10#沥青和600g20#沥青加热到170℃，向其中加入磺化沥青粉120g。搅拌均匀。保持温度在170℃；胶体磨预热至70℃，向其中加入配置好的皂液，开启胶体磨，胶体磨转速设定为8000r/min，待旋转稳定后，向其中加入基质沥青。将混合的沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切10min，得到不粘轮乳化沥青。
实施例1至实施例6的乳化沥青的理化指标如表1所示：
表1实施例1至实施例6的乳化沥青的理化指标
在国家标准中，筛余量不大于0.1％，残留物含量大于50％，粘度为3-50Pa·s之间，因此实施例1-6中的改性沥青的筛余量、残留物含量和粘度均符合国家标准。实施例1-6中的软化点均高于常规沥青的40-50℃，因此本发明提供的技术方案能够在不改变其他性能前提下，提高沥青的软化点。此外，实施例1-6中分别采用不同的乳化剂和稳定剂也说明了本发明实施例提供的技术方案具有可行性和很强的适用性。
选择市场上售卖的SBR改性乳化沥青作为对比例1、普通乳化沥青作为对比例2，与不粘轮乳化沥青对比，考察其不粘轮效果(选择实施例4所制备的乳化沥青)。
通过称量轮胎碾压前后的白纸的重量，可以得到白纸上粘附沥青的质量变化，计算乳化沥青在轮胎上相应的附着率，从而定量评价不粘轮乳化沥青的粘附情况。计算公式下所示：
式中η：附着率；m2：试验后白纸质量(g)；m1：试验前白纸质量(g)；s：轮迹行走面积(m2)；a：洒布量(g/m2)
其中：轮迹行走面积按照实际测量得出，采用5cm×25cm；洒布量笔者采用400g/m2。
如图1所示，实施例4(c)对应的沥青附着量远小于对比例1(a)和对比例2(b)对应的沥青附着量。
表2通过计算结果来展示实验结果：
表2不同乳化沥青粘附率
综上所述，本发明实施例提供的技术方案，能够有效解决沥青粘附车轮的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种不粘轮乳化沥青，其特征在于，以质量份数计，由以下成分组成：
基质沥青30-60份，乳化剂0.5-5份，改性剂5-15份，水30-60份，稳定剂0-3份；
所述改性剂包括磺化沥青粉；所述基质沥青包括针入度10-30的硬质沥青；所述不粘轮乳化沥青的制备方法包括：
步骤1：将称量好的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70-80℃， 加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于水中，加入称量好的稳定剂，至混合均匀，得到皂液，保持皂液温度在不低于70摄氏度，待用；
步骤2：将基质沥青加热到160-170℃，向其中加入改性剂；搅拌均匀；保持温度不低于160℃，待用；
步骤3：将胶体磨预热至70℃，向其中加入步骤1配置好的皂液，开启胶体磨，待所述胶体磨旋转稳定后，向其中加入步骤2得到的基质沥青；将沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切，得到不粘轮乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的不粘轮乳化沥青，其特征在于，
所述基质沥青还包括针入度70-100的普通基质沥青。
3.根据权利要求1所述的不粘轮乳化沥青，其特征在于，
所述沥青乳化剂包括：快裂型沥青乳化剂、中裂型沥青乳化剂和慢裂型沥青乳化剂中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的不粘轮乳化沥青，其特征在于，
所述沥青乳化剂为所述快裂型乳化剂和所述中裂型乳化剂的任意比例混合物。
5.根据权利要求3所述的不粘轮乳化沥青，其特征在于，
所述沥青乳化剂为阳离子快裂型乳化剂和阳离子中裂型乳化剂的任意比例混合物。
6.根据权利要求1所述的不粘轮乳化沥青，其特征在于，
所述稳定剂包括：纤维素类稳定剂、金属皂类稳定剂和盐类稳定剂中的任一种或多种。
7.权利要求1-6任一项所述一种不粘轮乳化沥青的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：将称量好的乳化剂放置于容器中备用，将水加热到70-80℃， 加入装有乳化剂的容器中，搅拌至乳化剂完全溶解于水中，加入称量好的稳定剂，至混合均匀，得到皂液，保持皂液温度在不低于70摄氏度，待用；
步骤2：将基质沥青加热到160-170℃，向其中加入改性剂；搅拌均匀；保持温度不低于160℃，待用；
步骤3：将胶体磨预热至70℃，向其中加入步骤1配置好的皂液，开启胶体磨，待所述胶体磨旋转稳定后，向其中加入步骤2得到的基质沥青；将沥青和皂液一起经胶体磨高速剪切，得到不粘轮乳化沥青。
8.根据权利要求7所述的不粘轮乳化沥青的制备方法，其特征在于，
所述步骤3中，胶体磨转速为5000-8000r/min。
9.根据权利要求7所述的不粘轮乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，剪切时间不超过10min。
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