CN112679145B

CN112679145B - 一种常温沥青改性剂及应用方法

Info

Publication number: CN112679145B
Application number: CN202011489184.4A
Authority: CN
Inventors: 郭留杰; 王闻; 李强; 张云帆; 石扬
Original assignee: Roadmaint Maintenance Technology Co ltd
Current assignee: Roadmaint Maintenance Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: CN112679145A

Abstract

本发明公开一种常温沥青改性剂及应用方法。该常温沥青改性剂包括：常温沥青液化剂和常温沥青固化剂，所述常温沥青液化剂包括按如下重量份计的原料：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉1～8份、椰油脂胶酸钾4～16份和水性聚氨酯8～17份，所述常温沥青固化剂包括按如下重量份计的原料：接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份。本发明实施例可实现沥青常温液化，减少了热拌沥青混合料生产施工过程中产生的环境污染与能源消耗；不依赖溶剂挥发或破乳来形成强度，缩短了养生周期，减少了挥发污染，有利于环境保护；实现了废物利用；解决传统冷拌沥青混合料成型慢、强度低的问题，有更好的路用性能，适用面更广。

Description

一种常温沥青改性剂及应用方法

技术领域

本发明涉及沥青改性剂技术领域，尤其涉及一种常温沥青改性剂及应用方法。

背景技术

我国现在处于高速发展的时期，虽然科技发展日益迅速、人民生活条件日益改善，但相对应的环境污染也日益加剧，2019年中国碳排放量已达100亿吨，居世界首位。热拌沥青混合料是当今我国沥青路面铺筑所使用的主要材料，其是在高温条件下将沥青与集料加热、摊铺及碾压成型的材料。虽有性能优异、成本较低等优点，但由于需要高温加热，其施工过程中会产生大量苯并芘、沥青烟、CO₂、NO、SO₂等有毒有害气体，不但直接威胁操作人员的身体健康，增加操作人员患癌风险，还会产生环境污染。加热更是需要消耗汽油、柴油、天然气等化石资源，在增加成本的同时，还增加了温室气体排放量，这与当今时代我国提倡节能环保的理念背道而驰。

常温沥青混合料可降低沥青混合料的施工温度，实现节能减排的目的，但传统的常温沥青改性剂多采用可挥发性石油溶剂或表面活性剂来实现常温沥青降粘。由于石油溶剂本身并不形成强度，其在挥发过程中将产生环境污染与资源浪费；而表面活性剂制成的常温沥青性能普遍较差，多应用于路面修补或人行道、非机动车道等低等级道路工程中。

发明内容

本发明实施例提供一种常温沥青改性剂及应用方法，以解决现有技术的常温沥青改性剂的性能普遍较差且产生环境污染与资源浪费的问题。

第一方面，提供一种常温沥青改性剂，包括：常温沥青液化剂和常温沥青固化剂，所述常温沥青液化剂包括按如下重量份计的原料：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉2～8份、椰油脂胶酸钾4～16份和水性聚氨酯8～17份，所述常温沥青固化剂包括按如下重量份计的原料：接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份。

第二方面，提供一种常温沥青改性剂的应用方法，包括：将植物油渣提取物加热至140～160℃；将废旧橡胶粉加入加热后的植物油渣提取物中，在140～160℃条件下发育30～40min，得到第一共混物；将第一共混物在140～160℃条件下以4000～5000r/min的速度剪切40～50min；将剪切后的第一共混物冷却至120℃后加入椰油脂胶酸钾，并以100～300r/min的速度剪切3～5min，得到混合液；将混合液冷却至100℃以下后，加入水性聚氨酯，以500～1000r/min的速度剪切5～10min，得到常温沥青液化剂；将石油沥青在140～180℃条件下加热至熔融状态后，加入常温沥青液化剂，以60～120r/min的速度混合5～10min，得到常温沥青；在常温条件下将接枝高分子吸水树脂与氢氧化钙混合均匀得到常温沥青固化剂；将常温沥青固化剂加入集料中，与集料干拌均匀，得到第二共混物；将常温沥青加入第二共混物中拌和均匀后得到常温沥青混合料；其中，各原料按如下重量份计：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉2～8份、椰油脂胶酸钾4～16份、水性聚氨酯8～17份、接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份。

这样，本发明实施例，可实现沥青常温液化，无需加热就可与混合料进行拌和、施工，减少了热拌沥青混合料生产施工过程中产生的环境污染与能源消耗；相比于传统常温沥青，不依赖溶剂挥发或破乳来形成强度，缩短了养生周期，减少了挥发污染，有利于环境保护；植物油渣来源于油脂行业的废弃物，橡胶粉来源于汽车废旧轮胎，实现了废物利用；通过常温沥青改性剂制成的常温沥青与传统冷拌沥青相比，解决传统冷拌沥青混合料成型慢、强度低的问题，有更好的路用性能，可用于新建高等级路面的铺筑与维修，适用面更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的常温沥青改性剂的应用方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开一种常温沥青改性剂。该常温沥青改性剂包括：常温沥青液化剂和常温沥青固化剂，常温沥青液化剂包括按如下重量份计的原料：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉1～8份、椰油脂胶酸钾4～16份和水性聚氨酯8～17份，常温沥青固化剂包括按如下重量份计的原料：接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份。

其中，废旧橡胶粉起到改性剂的作用，椰油脂胶酸钾起到增容剂的作用，水性聚氨酯起到联结剂的作用，上述原料与植物油渣提取物共同得到液化剂。

其中，在接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙起到固化剂的作用的同时，氢氧化钙还可以起到增塑剂的作用。

优选的，植物油渣提取物72～76份、废旧橡胶粉1～5份、椰油脂胶酸钾4～14份、水性聚氨酯15份、接枝高分子吸水树脂2份和氢氧化钙2～5份。

优选的，常温沥青液化剂和常温沥青固化剂的质量比为100:6.8～100:3.8，在此比例范围内，混合料拥有较长的可施工时间，同时成型后拥有较好的高、低温及水稳性能。

优选的，植物油渣提取物、废旧橡胶粉、椰油脂胶酸钾和水性聚氨酯的质量比为60:1:4:8～80:8:16:17。在此比例范围内，各组分间相容性较好，液化剂与石油沥青混合后可长时间储存而不产生离析、分层现象。

具体的，接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙的质量比为1:1～1:3。优选的，接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙的质量比为1:2～1:3。在此比例下，固化剂可在提升混合料水稳定性能的同时，减少对混合料低温性能的损害。

具体的，植物油渣提取物的植物油渣选自棉籽油、蓖麻油、大豆油和椰子油油脂废弃物中的至少一种。通过这些植物油渣得到的植物油渣提取物包括：生物柴油、异硬脂酸和植物甾醇中的至少一种。

废旧橡胶粉可以由去除钢圈的大车轮胎研磨制成。废旧橡胶粉的颗粒细度为20～100目。

接枝高分子吸水树脂一般采用纤维素类接枝高分子吸水树脂，接枝的物质如纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等，高分子吸水树脂如丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸等。

椰油脂胶酸钾中的活性物含量为20～35wt％，优选为30～35％。水性聚氨酯的固含量为40～65wt％，优选为50～65％。高活性物含量和固含量可减少水分的添加量，在保证一定表面活性的同时，避免高水分残留影响混合料的水稳定性能。

接枝高分子吸水树脂的颗粒细度为20～300目，氢氧化钙的颗粒细度为200～300目，不但便于两种固化剂物质混合，还不会对混合料级配造成影响。

本发明实施例还公开了一种常温沥青改性剂的应用方法。具体的，如图1所示，该应用方法包括如下的步骤：

步骤S1：将植物油渣提取物加热至140～160℃。

步骤S2：将废旧橡胶粉加入加热后的植物油渣提取物中，在140～160℃条件下发育30～40min，得到第一共混物。

步骤S3：将第一共混物在140～160℃条件下以4000～5000r/min的速度剪切40～50min。

步骤S4：将剪切后的第一共混物冷却至120℃后加入椰油脂胶酸钾，并以100～300r/min的速度剪切3～5min，得到混合液。

步骤S5：将混合液冷却至100℃以下后，加入水性聚氨酯，以500～1000r/min的速度剪切5～10min，得到常温沥青液化剂。

步骤S6：将石油沥青在140～180℃条件下加热至熔融状态后，加入常温沥青液化剂，以60～120r/min的速度混合5～10min，得到常温沥青。

具体的，将石油沥青在140～180℃条件下加热至熔融状态后脱离加热器并立即加入常温沥青液化剂。

步骤S7：在常温条件下将接枝高分子吸水树脂与氢氧化钙混合均匀得到常温沥青固化剂。

步骤S8：将常温沥青固化剂加入集料中，与集料干拌均匀，得到第二共混物。

步骤S9：将常温沥青加入第二共混物中拌和均匀后得到常温沥青混合料。

其中，植物油渣提取物、废旧橡胶粉、椰油脂胶酸钾、水性聚氨酯、接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙的配比如上述实施例的常温沥青改性剂的配比。

石油沥青与常温沥青液化剂的配比根据实际情况进行选择，其取决于石油沥青的粘度、是否改性与级配类型。常温沥青与集料的油石比根据实际情况进行选择，其取决于级配类型，具体可采用马歇尔设计方法进行配合比设计。其中，集料最小粒径为0.075mm。

本发明实施例通过使用常温沥青改性剂，植物油渣为油脂行业炼油所产生的副产品，植物油渣通常被当作燃料进行焚烧处理，但其内部含有大量酸类物质，经分馏、酯化、加成等反应可提取出生物柴油、植物甾醇、异硬脂酸等小分子量活性物质，可与沥青混合降低沥青粘度，提升沥青混合料的施工和易性；植物油渣废弃物中的小分子量物质有利于聚合物在沥青中溶胀与分散，与废旧橡胶粉组合，可在实现废物利用的同时，提升常温改性剂的性能。椰油脂胶酸钾是一种质地较软的水溶性金属皂，椰油脂胶酸钾作为增容剂，配合水性聚氨酯联结剂，在剪切作用下可提升常温沥青改性剂的流动性。一方面，椰油脂胶酸钾与水性聚氨酯接触后，在搅拌作用下发生体积膨胀并形成不稳定泡沫，泡沫产生的体积膨胀降低了常温沥青改性剂的制备温度，在不影响常温沥青改性剂分散的同时减少了水性聚氨酯的水分散失，避免了常温沥青改性剂过早固化变质；另一方面，泡沫两侧薄膜由常温沥青改性剂中的油性物质组成，薄膜中间为水性聚氨酯液滴，随着泡沫破裂，液滴受泡沫表面张力与内部气压的作用，沿断面形成环形不稳定波并发生液体射流，促进了水性聚氨酯在常温沥青改性剂中的分散；且由于椰油脂胶酸钾中含有两性基团，极性亲水基团能降低水分子间的表面张力，使水性聚氨酯均匀分布于油性物质表面，亲油基团通过与常温沥青改性剂中的油性分子结合，将常温沥青改性剂中的水、油相互联结，从而形成稳定的互溶体系。接枝高分子吸水树脂通过高吸水效应，与水反应生成凝胶固化产物，改善沥青的韧性，氢氧化钙与常温改性剂中的羧基反应生成硬质盐类物质，配合聚氨酯分子脱水交联，提升沥青的机械强度，实现沥青的常温固化。

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。

实施例1

将72重量份植物油渣提取物、5重量份废旧橡胶粉、8重量份椰油脂胶酸钾、15重量份水性聚氨酯、2重量份接枝高分子吸水树脂和5重量份氢氧化钙，按照本发明实施例的应用方法分别制备得到常温沥青液化剂与固化剂。

实施例2

将70重量份植物油渣提取物、1重量份废旧橡胶粉、14重量份椰油脂胶酸钾、15重量份水性聚氨酯、2重量份接枝高分子吸水树脂和5重量份氢氧化钙，按照本发明实施例的应用方法分别制备得到常温沥青液化剂与固化剂。

实施例3

将76重量份植物油渣提取物、5重量份废旧橡胶粉、4重量份椰油脂胶酸钾、15重量份水性聚氨酯、2重量份接枝高分子吸水树脂和5重量份氢氧化钙，按照本发明实施例的应用方法分别制备得到常温沥青液化剂与固化剂。

实施例4

将72重量份植物油渣提取物、5重量份废旧橡胶粉、8重量份椰油脂胶酸钾，15重量份水性聚氨酯、2重量份接枝高分子吸水树脂和2重量份氢氧化钙，按照本发明实施例的应用方法分别制备得到常温沥青液化剂与固化剂。

将实施例1～4所得的常温沥青改性剂应用到70#石油沥青中，并制成AC-13型常温沥青混合料，并与市场上采购的某常温改性剂制成的混合料进行性能对比。其中，70#沥青与常温沥青液化剂按67:33的质量比配比得到常温沥青，常温沥青与集料按照4.8％的油石比进行配比。对上述5种沥青混合料按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2017与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011进行试验，结果如表1所示。

表1沥青混合料性能测试

从表1沥青混合料性能测试结果可知：

(1)与实施例1相比，实施例2减少了废旧橡胶粉的掺量，并提升了椰油脂胶酸钾的掺量。废旧橡胶粉作为一种高分子聚合物改性剂，可以弥补常温沥青改性剂分子量不足导致沥青高温性能不足的缺陷，并利用其高弹性相应来改善沥青的低温性能。椰油脂胶酸钾可以提升常温沥青的施工和易性，但掺量过大会大幅削弱沥青性能。在二者的同时作用下，实施例2的沥青混合料较实施例1虽然获得了更好施工和易性与粘聚性，但高、低温、水稳与力学性能均有所降低。

(2)与实施例1相比，实施例3减少了椰油脂胶酸钾的掺量。椰油脂胶酸钾可在常温沥青配制过程中降低沥青的粘度，使常温沥青拥有更好的流动性与施工和易性，但由于椰油脂胶酸钾的双亲属性，会一定程度上损害沥青的水稳定性能。因此，实施例3除水稳性能较实施例1有所提升，其他性能均出现了不同程度的下降。一方面，由于椰油脂胶酸钾掺量的降低，常温沥青改性剂在配制过程中出现了变质现象，使其对沥青常温液化的能力出现了下降，降低了常温沥青的施工和易性，导致沥青在拌和过程中出现了结团现象，削弱了混合料的高、低温与力学性能；另一方面，椰油脂胶酸钾掺量的降低导致了常温沥青活性变差，在4℃条件下养生3h后，部分沥青已经不能与固化剂发生交联反应，降低了混合料的粘聚性。

(3)与实施例1相比，实施例4减少了氢氧化钙的用量。氢氧化钙作为固化剂与抗剥落剂，可以与植物油渣提取物、椰油脂胶酸钾发生化学反应，生成的固化产物可提升混合料的机械性能，但由于固化产物本身性质为刚性，对混合料的低温性能有一定损害。氢氧化钙还可以通过与亲水羧基反应改善沥青与混合料间的粘附性，提升混合料的水稳定性。实施例4与实施例1相比，低温性能产生了大幅提升，且由于减少了固化剂掺量，其施工和易性得到了提升，但高温、力学、水稳定性能与粘聚性均受到了一些损害。

(4)由实施例的测试结果与市面现有常温改性剂制成的沥青混合料对比可知，本发明实施例的常温沥青改性剂在施工和易性基本不变的情况下，高、低温、水稳与力学性能均得到了大幅提升，拓展了常温沥青的应用范围与应用前景。

综上，本发明实施例，可实现沥青常温液化，无需加热就可与混合料进行拌和、施工，减少了热拌沥青混合料生产施工过程中产生的环境污染与能源消耗；相比于传统常温沥青，不依赖溶剂挥发或破乳来形成强度，缩短了养生周期，减少了挥发污染，有利于环境保护；植物油渣来源于油脂行业的废弃物，橡胶粉来源于汽车废旧轮胎，实现了废物利用；通过常温沥青改性剂制成的常温沥青与传统冷拌沥青相比，解决传统冷拌沥青混合料成型慢、强度低的问题，有更好的路用性能，可用于新建高等级路面的铺筑与维修，适用面更广。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种常温沥青改性剂，其特征在于，包括：常温沥青液化剂和常温沥青固化剂，所述常温沥青液化剂包括按如下重量份计的原料：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉1～8份、椰油脂胶酸钾4～16份和水性聚氨酯8～17份，所述常温沥青固化剂包括按如下重量份计的原料：接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份；所述常温沥青液化剂和所述常温沥青固化剂的质量比为100:6.8～100:3.8；植物油渣提取物、废旧橡胶粉、椰油脂胶酸钾和水性聚氨酯的质量比为60:1:4:8～80:8:16:17；接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙的质量比为1:2～1:3。

2.根据权利要求1所述的常温沥青改性剂，其特征在于：所述植物油渣提取物的植物油渣选自棉籽油、蓖麻油、大豆油和椰子油油脂废弃物中的至少一种；所述植物油渣提取物包括：生物柴油、异硬脂酸和植物甾醇中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的常温沥青改性剂，其特征在于：废旧橡胶粉的颗粒细度为20～100目。

4.根据权利要求1所述的常温沥青改性剂，其特征在于：椰油脂胶酸钾中的活性物含量为20～35wt％。

5.根据权利要求1所述的常温沥青改性剂，其特征在于：水性聚氨酯的固含量为40～65wt％。

6.根据权利要求1所述的常温沥青改性剂，其特征在于：接枝高分子吸水树脂的颗粒细度为20～300目，氢氧化钙的颗粒细度为200～300目。

7.一种常温沥青改性剂的应用方法，其特征在于，包括：

将植物油渣提取物加热至140～160℃；

将废旧橡胶粉加入加热后的植物油渣提取物中，在140～160℃条件下发育30～40min，得到第一共混物；

将第一共混物在140～160℃条件下以4000～5000r/min的速度剪切40～50min；

将剪切后的第一共混物冷却至120℃后加入椰油脂胶酸钾，并以100～300r/min的速度剪切3～5min，得到混合液；

将混合液冷却至100℃以下后，加入水性聚氨酯，以500～1000r/min的速度剪切5～10min，得到常温沥青液化剂；

将石油沥青在140～180℃条件下加热至熔融状态后，加入常温沥青液化剂，以60～120r/min的速度混合5～10min，得到常温沥青；

在常温条件下将接枝高分子吸水树脂与氢氧化钙混合均匀得到常温沥青固化剂；

将常温沥青固化剂加入集料中，与集料干拌均匀，得到第二共混物；

将常温沥青加入第二共混物中拌和均匀后得到常温沥青混合料；

其中，各原料按如下重量份计：植物油渣提取物60～80份、废旧橡胶粉1～8份、椰油脂胶酸钾4～16份、水性聚氨酯8～17份、接枝高分子吸水树脂1～2份和氢氧化钙1～6份；所述常温沥青液化剂和所述常温沥青固化剂的质量比为100:6.8～100:3.8；植物油渣提取物、废旧橡胶粉、椰油脂胶酸钾和水性聚氨酯的质量比为60:1:4:8～80:8:16:17；接枝高分子吸水树脂和氢氧化钙的质量比为1:2～1:3。