CN112521760A - 一种抗凝冰环保稀释沥青及其制备方法 - Google Patents

一种抗凝冰环保稀释沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗凝冰环保稀释沥青及其制备方法，所述抗凝冰环保稀释沥青包括以下重量份数的原料：石油沥青50～80份、生物沥青12～35份、改性剂10～26份、稳定剂3～12份、稀释剂25～58份、无机填充料碳酸钙14～25份、玻璃纤维14～25份、疏水抗凝冰剂6～20份、页岩陶粒8～21份。本发明解决了现有生物沥青存在的高温性能较弱、温度敏感性强以及传统道路沥青存在的价格昂贵等问题，具有优异的耐高低温性、抗滑性、耐磨性及抗老化性，高温时不流淌、低温时柔韧性改善，同时使沥青具有良好的延度，可以有效克服传统稀释沥青在施工过程中易受季节、天气、温度限制的问题。

Description

一种抗凝冰环保稀释沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面养护用沥青技术领域，具体涉及一种抗凝冰环保稀释沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国经济快速发展，交通量不断增长，沥青路面受到了越来越严峻的考验。沥青路面在长时间使用过程中，受到汽车轴载，昼夜温差变化，雨水冲刷，沥青老化等各种因素的影响，经常出现坑槽、搓板、车辙、龟裂等各种病害。路面的这些病害会影响道路的正常通行，降低沥青路面的服务水平，严重时甚至引发交通事故。因此必须对路面病害进行及时的处理。在现有技术中，一般采用雾封层养护是延迟道路寿命。目前，雾封层所采用的石油沥青主要存在以下问题：1、存在耐高低温性、抗滑性、耐磨性及抗老化性能差的问题；2、施工过程易受季节、天气及温度的限制；3、大规模的沥青路面建设与养护工程对沥青材料的需求不断增加，而不可再生的石油沥青资源逐渐消耗，寻求石油沥青的可持续替代材料则成为国际道路领域的迫切需要；4、云贵川高原潮湿由区由于受地理条件的限制，冬季极易形成灾害性凝冻天气，从而导致路面凝冰。水分是路面发生透水病害的先决条件，而沥青混合料与外界连通孔隙的存在为水分侵入材料内部提供了有效途径。当凝冻现象发生时，外界气温一般在-10～10℃范围内往复循环，随着温度的降低，水由液态转变成固态后体积迅速膨胀，从而对沥青路面的孔隙壁产生不可忽视的冻胀力；融化过程中，一旦雨水进入面层，在车辆荷载的作用下，自由水将变成流动水在孔隙内部和接缝处冲刷，长此循环将降低表层沥青结合料与集料的粘结能力，导致表面层细集料剥落、麻面等病害，同时会加剧路面原有的病害程度，引起路面强度等力学性能的下降。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供了一种抗凝冰环保稀释沥青，解决了现有生物沥青存在的高温性能较弱、温度敏感性强以及传统道路沥青存在的价格昂贵等问题，具有优异的耐高低温性、抗滑性、耐磨性及抗老化性，高温时不流淌、低温时柔韧性改善，同时使沥青具有良好的延度，可以有效克服传统稀释沥青在施工过程中易受季节、天气、温度限制的问题；此外，本发明还提供了一种抗凝冰环保稀释沥青的制备方法。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种抗凝冰环保稀释沥青，包括以下重量份数的原料：石油沥青50～80份、生物沥青12～35份、改性剂10～26份、稳定剂3～12份、稀释剂25～58份、无机填充料碳酸钙14～25份、玻璃纤维14～25份、疏水抗凝冰剂6～20份、页岩陶粒8～21份。
通过石油沥青与生物沥青的混合改性，解决了现有生物沥青存在的高温性能较弱、温度敏感性强以及传统道路沥青存在的价格昂贵等问题；通过无机填充料碳酸钙和玻璃纤维改性沥青，显著改善了沥青的耐高低温性能和抗老化性，高温时不流淌、低温时柔韧性改善，同时使沥青具有良好的延度，可以有效克服传统稀释沥青在施工过程中易受季节、天气、温度限制的问题。在沥青中添加疏水抗凝冰剂，可形成具有不结冰主动疏水功能的路面，具有长效性的路面抗凝冰功效，可适应不同的温度和湿度环境，稳定性强；页岩陶粒外表为坚硬釉质层、内部呈蜂窝状结构，因而具有强度高、导热系数低、弹性模量高、吸水率大的特点，将页岩陶粒添加至稀释沥青中可以提高沥青抗滑、耐磨及低温抗裂性，进而延长沥青路面的使用寿命。
优选的，所述抗凝冰环保稀释沥青包括以下重量份数的原料：石油沥青73份、生物沥青30份、改性剂16.5份、稳定剂7份、稀释剂42份、无机填充料碳酸钙22份、玻璃纤维19份、疏水抗凝冰剂15份、页岩陶粒17.8份。
进一步的，所述改性剂为SBS和热塑性苯乙烯弹性体(TPS)中的任意一种，所述稳定剂为有机过氧化物、金属氧化物和硫磺中的任意一种，所述稀释剂为柴油、松节油、煤油和汽油中的任意一种或多种的组合；所述无机填充料碳酸钙为重质碳酸钙或轻质碳酸钙中的任意一种。
进一步的，所述玻璃纤维的粒径为30～60μm，所述玻璃纤维的长度为2～4mm。
进一步的，所述疏水抗凝冰剂由以下重量份数的原料制成：甲基乙烯基苯基硅橡胶2～5.2份、抗凝冰氯盐0.2～1份、有机硅疏水剂0.5～5份、乙酸乙酯0.05～2份、氧化镁0.23～2.8份、硅烷偶联剂0.4～2.5份。
甲基乙烯基苯基硅橡胶、有机硅疏水剂及乙酸乙酯为超疏水性材料，氧化镁可增加沥青的抗滑性，抗凝冰氯盐具有优异的融冰效果。
进一步的，所述页岩陶粒的粒径为2.2～3.5mm。
进一步的，所述生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
环氧大豆油生物沥青抗老化性强，同时环氧大豆油生物沥青的生产过程环保、生产原料可再生、价格低廉，大大降低了本发明中的稀释沥青生产过程中的能源消耗。
本发明第二方面提供了上述一种抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在900～980r/min的剪切速率下剪切混合10～20分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应40～55分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合20～50分钟，降温至105～110℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在145～150℃下搅拌8～12分钟，得到混料B；
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应30～55分钟，得到混料C；
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至180～200℃，将步骤S4中所得混料C加热至160～180℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得所述抗凝冰环保稀释沥青。
进一步的，所述步骤S3中搅拌转速为300～1200r/min，所述步骤S4中搅拌转速为300～500r/min。
优选的，所述步骤S5中：将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得所述抗凝冰环保稀释沥青。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中的抗凝冰环保稀释沥青，解决了现有生物沥青存在的高温性能较弱、温度敏感性强以及传统道路沥青存在的价格昂贵等问题，具有优异的耐高低温性、抗滑性、耐磨性及抗老化性，高温时不流淌、低温时柔韧性改善，同时使沥青具有良好的延度，可以有效克服传统稀释沥青在施工过程中易受季节、天气、温度限制的问题，抗凝冰性能优异，同时满足沥青混凝土路面的力学性能要求，解决了我国高原潮湿区冬季道路行车安全问题，确保了道路及其附属构造物的使用性能。
2、本发明中的抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，简单快捷，对环境无污染，原材料来源丰富、价格低廉，减少不可再生的石油的使用，逐渐降低了对石油资源的依赖性，能耗物耗低，有良好的经济效益和社会效益，便于实现工业化生产，对形成具有地区特色的预防性养护新技术将具有重要的推进作用。
附图说明
图1为本发明中一种抗凝冰环保稀释沥青的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
一种抗凝冰环保稀释沥青，包括以下重量的原料：石油沥青51、生物沥青32g、改性剂10g、稳定剂4g、稀释剂26g、无机填充料碳酸钙15g、玻璃纤维14g、疏水抗凝冰剂6g、页岩陶粒8g。
其中，本实施例中的改性剂为SBS，稳定剂为硫磺，稀释剂为柴油；无机填充料碳酸钙为轻质碳酸钙。
其中，本实施例中的玻璃纤维的粒径为35μm，玻璃纤维的长度为2mm。
其中，本实施例中的疏水抗凝冰剂由以下重量的组分制成：甲基乙烯基苯基硅橡胶3g、抗凝冰氯盐1g、有机硅疏水剂1g、乙酸乙酯0.05g、氧化镁0.25g、硅烷偶联剂0.7g。
其中，本实施例中的页岩陶粒的粒径为2.5mm。
其中，本实施例中的生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
参照图1所示，上述的抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在950r/min的剪切速率下剪切混合15分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应45分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合40分钟，降温至105℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在145℃下搅拌10分钟，得到混料B；其中，搅拌转速为550r/min。
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应42分钟，得到混料C；其中，搅拌转速为450r/min。
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得抗凝冰环保稀释沥青。
实施例2
一种抗凝冰环保稀释沥青，包括以下重量的原料：石油沥青80g、生物沥青32g、改性剂26g、稳定剂12g、稀释剂50g、无机填充料碳酸钙24g、玻璃纤维25g、疏水抗凝冰剂17.5g、页岩陶粒21g。
其中，本实施例中的改性剂为SBS，稳定剂为硫磺，稀释剂为柴油；无机填充料碳酸钙为轻质碳酸钙。
其中，本实施例中的玻璃纤维的粒径为35μm，玻璃纤维的长度为2mm。
其中，本实施例中的疏水抗凝冰剂由以下组分制成：甲基乙烯基苯基硅橡胶5.2g、抗凝冰氯盐1g、有机硅疏水剂5g、乙酸乙酯2g、氧化镁2.8g、硅烷偶联剂2.5g。
其中，本实施例中的页岩陶粒的粒径为2.5mm。
其中，本实施例中的生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
参照图1所示，上述的抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在980r/min的剪切速率下剪切混合18分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应45分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合48分钟，降温至105℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在146℃下搅拌10分钟，得到混料B；其中，搅拌转速为500r/min。
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应40分钟，得到混料C；其中，搅拌转速为450r/min。
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得抗凝冰环保稀释沥青。
实施例3
一种抗凝冰环保稀释沥青，包括以下重量的原料：石油沥青62g、生物沥青23g、改性剂25g、稳定剂8g、稀释剂32g、无机填充料碳酸钙20g、玻璃纤维20g、疏水抗凝冰剂12g、页岩陶粒15g。
其中，本实施例中的改性剂为SBS，稳定剂为硫磺，稀释剂为柴油；无机填充料碳酸钙为轻质碳酸钙。
其中，本实施例中的玻璃纤维的粒径为35μm，玻璃纤维的长度为2mm。
其中，本实施例中的疏水抗凝冰剂包括以下组分：甲基乙烯基苯基硅橡胶4g、抗凝冰氯盐0.5g、有机硅疏水剂1.5g、乙酸乙酯2g、氧化镁2.2g、硅烷偶联剂1.8g。
其中，本实施例中的页岩陶粒的粒径为2.5mm。
其中，本实施例中的生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
参照图1所示，上述的抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在980r/min的剪切速率下剪切混合13分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应45分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合40分钟，降温至110℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在145℃下搅拌10分钟，得到混料B；其中，搅拌转速为950r/min。
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应45分钟，得到混料C；其中，搅拌转速为450r/min。
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得抗凝冰环保稀释沥青。
实施例4
一种抗凝冰环保稀释沥青，包括以下重量的原料：石油沥青73g、生物沥青30g、改性剂16.5g、稳定剂7g、稀释剂42g、无机填充料碳酸钙22g、玻璃纤维19g、疏水抗凝冰剂15g、页岩陶粒17.8g。
其中，本实施例中的改性剂为SBS，稳定剂为硫磺，稀释剂为柴油；无机填充料碳酸钙为轻质碳酸钙。
其中，本实施例中的玻璃纤维的粒径为35μm，玻璃纤维的长度为2mm。
其中，本实施例中的疏水抗凝冰剂包括以下组分：甲基乙烯基苯基硅橡胶5、抗凝冰氯盐1g、有机硅疏水剂2g、乙酸乙酯1.5g、氧化镁2.5g、硅烷偶联剂1g。
其中，本实施例中的页岩陶粒的粒径为2.5mm。
其中，本实施例中的生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
参照图1所示，上述的抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在980r/min的剪切速率下剪切混合11分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应45分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合32分钟，降温至105℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在145℃下搅拌12分钟，得到混料B；其中，搅拌转速为650r/min。
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应45分钟，得到混料C；其中，搅拌转速为350r/min。
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得抗凝冰环保稀释沥青。
试验例1
将实施例1-4制备的抗凝冰环保稀释沥青分别标记为样品1、样品2、样品3、样品4，将市售普通沥青混合料标记为样品5，将样品1、样品2、样品3、样品4及样品5分别制备成型马歇尔试件，采用海绵剥离试验和室内融冰试验两种方法分别进行抗凝冰效果评价。
1、海绵剥离试验
海绵剥离试验的试验流程为：按照标准方法成型马歇尔试件(不脱模)，将吸满水的海绵试块放置在马歇尔试件上方，一同放入-5℃的温控箱中，恒温4h后取出，测试海绵从试件表面剥离的难易程度。
2、室内融冰试验
室内融冰试验的试验流程为：按照标准方法成型马歇尔试件(不脱模)，在试件上方加注20g水，一同放入-5℃的温控箱中，恒温4h后取出，观察试件表面的结冰情况。海绵剥离试验和室内融冰试验的试验结果如表1所示。
表1实施例1-4海绵剥离试验与室内融冰试验结果
Figure BDA0002204673100000071
由表1可知，本发明中的抗凝冰环保稀释沥青与普通沥青混合料相比，本发明中的抗凝冰环保稀释沥青在-5℃下抗凝冰效果明显，其中，实施例4中的抗凝冰环保稀释沥青的抗凝冰效果最优。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，包括以下重量份数的原料：石油沥青50～80份、生物沥青12～35份、改性剂10～26份、稳定剂3～12份、稀释剂25～58份、无机填充料碳酸钙14～25份、玻璃纤维14～25份、疏水抗凝冰剂6～20份、页岩陶粒8～21份。
2.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述抗凝冰环保稀释沥青包括以下重量份数的原料：石油沥青73份、生物沥青30份、改性剂16.5份、稳定剂7份、稀释剂42份、无机填充料碳酸钙22份、玻璃纤维19份、疏水抗凝冰剂15份、页岩陶粒17.8份。
3.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述改性剂为SBS和热塑性苯乙烯弹性体(TPS)中的任意一种，所述稳定剂为有机过氧化物、金属氧化物和硫磺中的任意一种，所述稀释剂为柴油、松节油、煤油和汽油中的任意一种或多种的组合；所述无机填充料碳酸钙为重质碳酸钙或轻质碳酸钙中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述玻璃纤维的粒径为30～60μm，所述玻璃纤维的长度为2～4mm。
5.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述疏水抗凝冰剂按重量份数计包括以下组分：甲基乙烯基苯基硅橡胶2～5.2份、抗凝冰氯盐0.2～1份、有机硅疏水剂0.5～5份、乙酸乙酯0.05～2份、氧化镁0.23～2.8份、硅烷偶联剂0.4～2.5份。
6.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述页岩陶粒的粒径为2.2～3.5mm。
7.如权利要求1所述的一种抗凝冰环保稀释沥青，其特征在于，所述生物沥青为环氧大豆油生物沥青。
8.一种如权利要求1-7任一项所述抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取配方量的石油沥青、生物沥青、改性剂、稳定剂、稀释剂、无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂、页岩陶粒；
S2、将步骤S1中称取的石油沥青、生物沥青混合，加热至流动状态后投入恒温反应器内，在900～980r/min的剪切速率下剪切混合10～20分钟，停止剪切，加入步骤S1中所称取的改性剂，在450r/min的转速下，搅拌反应40～55分钟，停止搅拌，加入步骤S1中所称取的稳定剂，在4800r/min的剪切速率下剪切混合20～50分钟，降温至105～110℃，得到混料A；
S3、将步骤S1中所称取的稀释剂加入至步骤S2所得混料A，在145～150℃下搅拌8～12分钟，得到混料B；
S4、将步骤S1中所称取的无机填充料碳酸钙、玻璃纤维、疏水抗凝冰剂依次加入至步骤S3中所得混料B中搅拌反应30～55分钟，得到混料C；
S5、将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至180～200℃，将步骤S4中所得混料C加热至160～180℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得所述抗凝冰环保稀释沥青。
9.如权利要求8所述的一种抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中搅拌转速为300～1200r/min，所述步骤S4中搅拌转速为300～500r/min。
10.如权利要求8所述的一种抗凝冰环保稀释沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中：将步骤S1中称取的页岩陶粒加热至195℃，将步骤S4中所得混料C加热至175℃，同时倒入拌锅拌合，拌合后出锅，即得所述抗凝冰环保稀释沥青。
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