CN113248809A - 一种增塑改性温拌剂、温拌沥青制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种增塑改性温拌剂、温拌沥青制备方法，具体涉及石油工业及基础材料化学领域。一种增塑改性温拌剂，包括重量份数如下的原料：60～85份的高分子蜡、11～30份的增塑剂、3‑7份的环氧大豆油、0.5～1.5份的抗剥落剂和0.5～1.5份的抗氧化剂。采用本发明技术方案解决了现有的温拌剂存在降温效果差、并且不具有高温抗车辙性能和低温抗开裂性能的问题，可节约大量资源、降低成本。

Description

一种增塑改性温拌剂、温拌沥青制备方法
技术领域
本发明涉及石油工业及基础材料化学领域，特别涉及一种增塑改性温拌剂、温拌沥青制备方法。
背景技术
热拌沥青混合料(Hot Mix Asphalt,HMA)技术由于良好的路用性能和成熟的施工技术，在我国高等级公路中被广泛应用，但HMA在使用过程中存在着一些不容忽视的问题：过高的拌和与施工温度会加速沥青混合料老化，降低沥青混合料的使用寿命；低温季节和低温地区的有效施工时间缩短，容易造成机械、人员闲置，工期延长等问题；拌和与施工温度过高会加剧沥青混合料生产过程中有害气体和粉尘的排放，对环境和施工人员的健康造成不良影响，同时加剧了能源的消耗。2015年12月，世界气候大会在巴黎成功召开，顺利通过了一项新的全球气候协议，即《巴黎协定》。我国作为《巴黎协定》的缔约方，承担着节能减排的国际义务，并且将节能减排作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。大量使用热拌沥青混合料不符合我国节能减排的理念，因此，选择更环保的温拌沥青混合料(Warm Mix Asphalt，WMA)技术，已经成为解决这些问题的重要技术手段。
温拌沥青混合料技术既能达到与热拌一样的路用性能，还能降低混合料的拌合与压实温度，减少有害沥青烟的排放，并节约能源，同时又避免废旧沥青的再次老化及施工时间延长的问题，降低了工程成本。
中国专利(专利申请号：CN201510172010.8)公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法，包括如下原料：粉状固体物、费-托蜡、支化型高分子聚合物和N,N’-亚乙基双硬脂酰胺；其中，粉状固体物是由含油污泥经油泥热萃取脱水工艺处理后分离出的固体产物。上述方法针对现有技术中的温拌沥青添加剂，使得温拌沥青混合料存在低温性能差的问题，而无机添加剂与其它有机添加剂共同作为温拌沥青添加剂时，还存在相容性差的问题，进而提供了一种低温性能好、相容性好、成本低、环保的温拌沥青添加剂及其制备方法。但该方法操作复杂，制备时间长达10小时以上，难以适应市场。
中国专利(专利申请号：CN201611045500.2)公开了一种温拌环氧沥青、含有其的混合料及其制备方法，上述方法以聚乙烯蜡为原料经发汗工艺制备温拌剂，在发汗过程中利用气流通过蜡层携带出液态组分以强制分离固态、液态组分，该方法制备时间过长，效率较低，操作不便，不适合大规模生产；并且利用该温拌剂制备的温拌沥青低温性能明显降低。
中国专利(专利申请号：CN201610546687.8)公开了一种温拌废胶粉改性沥青混合料及其制备方法，上述方法以石蜡为基础材料，同时添加一定份量的磺酸盐型阴离子表面活性剂和皂类阴离子表面活性剂，经过简单搅拌静置得到温拌剂。该方法操作简便，制备时间较短，效率较高，但该温拌剂的具体降温效果和对沥青性能影响缺乏试验论证。
中国专利(专利申请号：CN201510171964.7)公开了一种温拌型抗车辙复合改性剂及其制备方法，上述方法利用氟碳表面活性剂、烷基糖苷、卡洛胺、粉状固体物、聚乙烯蜡、硫磺和硬沥青研发了一种抗车辙型温拌剂，利用该温拌剂可以显著提升沥青混合料的抗车辙性能，同时其他各项路用性能与热拌沥青混合料相当，但其降温效果较差，仅能降温20℃左右。
上述技术在实际应用中，均存在着一些不容忽视的问题，如果能够开发出一款温拌剂，既能达到良好的降温效果，又兼具高温抗车辙性能和低温抗开裂性能，同时操作简单，制备方便，那么对我国温拌沥青技术发展的推动作用是空前的，为进一步提高我国温拌沥青路面技术奠定坚实的理论及应用基础，而且还能够节约大量资源、降低成本，对我国现阶段构建“资源节约型”、“环境友好型”社会及改善交通发展模式具有里程碑式的意义。
发明内容
本发明意在提供一种增塑改性温拌剂、温拌沥青制备方法，解决了现有的温拌剂存在降温效果差、并且不具有高温抗车辙性能和低温抗开裂性能的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种增塑改性温拌剂，包括重量份数如下的原料：60～85份的高分子蜡、11～30份的增塑剂、3-7份的环氧大豆油、0.5～1.5份的抗剥落剂和0.5～1.5份的抗氧化剂。
进一步的，所述高分子蜡为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺或微晶蜡。
通过上述设置，聚乙烯蜡由乙烯聚合橡胶加工剂而形成的，分子量为3000～4000，密度0.94g/cm3，熔点大于115℃，常温下为白色固体颗粒。微晶蜡为白色无定形非晶状固体蜡，以石油分馏后的残渣为原料，采用精炼法制得。微晶蜡以C31～C70的支链饱和烃为主，含少量的环状、直链状，密度0.90～0.93g/cm3，熔点大于90℃，分子量600～800。
进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂(DOP)或柠檬酸三正丁酯(TBC)。
通过上述设置，邻苯二甲酸二辛酯化学式为C24H38O4，分子量390.55，熔点-50℃，沸点386℃，25℃密度为0.985g/ml，不溶于水，溶于乙醇、乙醚、矿物油等大多数有机溶剂。柠檬酸三正丁酯为柠檬酸与正丁醇在催化剂和挟水剂存在下，经脱醇、中和、水洗、汽提、脱色、压滤等工序而制得，化学式为C18H32O7，为无色或淡黄色液体，熔点-20℃，沸点225℃，25℃密度为1.042g/ml，微溶于水，与多数有机溶剂互溶。
进一步的，所述环氧大豆油是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体，主要由环氧亚油酸酯、环氧油酸酯和环氧棕榈酸酯组成。
进一步的，所述温拌剂的制备方法包括如下步骤：
S101、将60～85份的高分子蜡在100℃～115℃的温度下加热至完全熔化，得到熔融状态下的高分子蜡；
S103、将11～30份的增塑剂添加入S101的熔融状态的高分子蜡中，采用搅拌磨砂机在800r/min的转速下剪切15分钟得到混合液体A；
S105、将3～7份的环氧大豆油掺入混合液体A中，同样采用搅拌磨砂机在1000r/min的转速下剪切15min得到混合液体B；
S107、向混合液体B中添加0.5～1.5份的抗氧化剂和0.5～1.5份的抗剥落剂，在1000r/min的转速下剪切10分钟得到混合液体C；
S109、将混合液体C在常温下静置30min，待其冷却凝固后破碎成粉，将细粉筛网过滤，制得增塑改性温拌剂。
本发明的另一种技术方案：
一种温拌沥青，包括如下的原料：沥青和权利要求1-6中的增塑改性温拌剂，所述增塑改性温拌剂占沥青重量的6％。
进一步的，所述温拌沥青的制备方法如下：将沥青置于150℃的烘箱中烘烤1～2小时，待沥青软化至流动态后将其放置在150℃的恒温油浴锅中，采用高速剪切机在800r/min的转速下搅拌3min；向沥青中加入设计掺量的增塑改性温拌剂，待增塑改性温拌剂溶解后，调整剪切机的剪切速率至1500r/min，剪切20min，将剪切后的沥青静置于150℃烘箱中恒温2小时，从而得到温拌沥青。
技术方案的原理：
在温度高于熔点时可完全溶于沥青中并以此来降低沥青的粘度，在温度低于熔点时，温拌剂会凝固使沥青胶结料形成空间网状结构，提高高温稳定性和抵抗变形的能力，同时由于增塑剂和环氧大豆油的掺入，能够在聚合物大分子间起到润滑剂的作用，促进聚合物大分子间或链段间的运动，使相邻聚合物分子间距离增加，削减了聚合物分子链间的范德华力，提高沥青的施工和易性，进一步降低沥青高温黏度，提升温拌沥青的降温效果；在温度较低温拌剂与沥青缔结成凝胶网状时，增塑剂能够让聚合物分子链的结晶性能下降，降低分子间的“摩擦力”，使大分子链能相对滑移，沥青黏度减小，流动性增加，低温延展能力得到极大提升，显著改善沥青低温抗裂性能。
进一步的，所述沥青改性剂占沥青的5％-7％。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
1、本方案只需经过简单的加热搅拌，然后静置冷却即可制得，制备工艺简单，操作方便，可以很好地保证温拌剂中各材料混合均匀，减少温拌剂内的气泡量，提升温拌剂的温拌效果和稳定性。
2、本方案各组分之间有着良好的协效作用，尤其是环氧大豆油可以使高分子蜡与增塑剂等组分形成良好的互容，提升温拌剂的热稳定性，而增塑剂可提升高分子蜡降温效果，同时还能提高沥青低温延度3～4倍，极大地弥补了高分子蜡对沥青低温性能的不利影响，既保证了优异的降温效果，又能使温拌沥青的性能优于基质沥青，具有环保、高效、高性能和成本低等优点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种增塑改性温拌剂，包括重量份数如下的原料：60份的高分子蜡、30份的增塑剂、7份的环氧大豆油、1.5份的抗剥落剂和1.5份的抗氧化剂。其中高分子蜡采用聚乙烯蜡，常温下为白色固体颗粒，密度0.94g/cm3，熔点112℃，分子量4000。增塑剂采用柠檬酸三正丁酯(TBC)，分子式C18H32O7，分子量360.44，常温下为无色透明状液体，微溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。环氧大豆油分子式为C57H106O10，分子量约为1000，沸点150℃左右，常温下为浅黄色黏稠油状液体，能够提升高分子蜡与增塑剂的相容性，赋予温拌剂更好的热稳定性。
上述增塑改性温拌剂的制备方法包括如下步骤：
S101、称取60份的高分子蜡，在100℃～115℃的恒温油浴锅中加热至完全熔化，得到熔融状态下的高分子蜡；
S103、将30份的增塑剂添加入S101的熔融状态的高分子蜡溶液中，采用搅拌磨砂机在800r/min的转速下剪切15分钟得到混合液体A；
S105、将7份的环氧大豆油掺入混合液体A中，同样采用搅拌磨砂机在1000r/min的转速下剪切15min得到混合液体B；
S107、向混合液体B中添加1.5份的抗氧化剂和1.5份的抗剥落剂，在1000r/min的转速下剪切10分钟得到混合液体C；
S109、将混合液体C在常温下静置30min，待其冷却凝固后破碎成粉，将细粉筛网过滤，制得增塑改性温拌剂。
一种温拌沥青，包括如下的原料：沥青和上述的增塑改性温拌剂，沥青采用70#基质沥青，针入度为68.5(0.1mm)，软化点50.3℃；增塑改性温拌剂占沥青重量的6％。
上述温拌沥青的制备方法如下：称取400份的沥青置于150℃的烘箱中烘烤1～2小时，待沥青软化后将其放置在150℃的恒温油浴锅中，采用高速剪切机在800r/min的转速下搅拌3min；向沥青中加入24份的增塑改性温拌剂，待增塑改性温拌剂溶解后，调整剪切机的剪切速率至1500r/min，剪切时间为20min，将剪切后的沥青静置于150℃烘箱中恒温2小时，从而得到温拌沥青。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：增塑改性温拌剂和温拌沥青所采用的原料重量份数不同，本实施例中增塑改性温拌剂包括重量份数如下的原料：72份的高分子蜡、21份的增塑剂、5份的环氧大豆油、1份的抗剥落剂和1份的抗氧化剂。
一种温拌沥青，包括如下的原料：沥青和上述的增塑改性温拌剂，增塑改性温拌剂占沥青重量的6％。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：增塑改性温拌剂所采用的原料重量份数不同，本实施例中增塑改性温拌剂包括重量份数如下的原料：72份的高分子蜡、21份的增塑剂、5份的环氧大豆油、1份的抗剥落剂和1份的抗氧化剂。其中高分子蜡采用90#高熔点微晶蜡，常温下为白色固体颗粒，密度0.89～0.92g/cm3，熔点大于95℃，分子量600～800。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：增塑改性温拌剂和温拌沥青所采用的原料重量份数不同，本实施例中增塑改性温拌剂包括重量份数如下的原料：72份的高分子蜡、21份的增塑剂、5份的环氧大豆油、1份的抗剥落剂和1份的抗氧化剂。其中增塑剂采用邻苯二甲酸二辛脂，分子式C24H38O4，分子量390.55，常温下为无色透明状液体，不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：增塑改性温拌剂和温拌沥青所采用的原料重量份数不同，本实施例中增塑改性温拌剂包括重量份数如下的原料：85份的高分子蜡、11份的增塑剂、3份的环氧大豆油、0.5份的抗剥落剂和0.5份的抗氧化剂。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于：增塑改性温拌剂所采用的原料重量份数不同，本实施例中增塑改性温拌剂包括重量份数如下的原料：72份的高分子蜡、21份的增塑剂、5份的环氧大豆油、1份的抗剥落剂和1份的抗氧化剂。其中高分子蜡采用乙撑双硬脂酰胺，常温下为白色或淡黄色粉末，分子式C38H76N2O2，熔点146℃。
对比例1
一种温拌沥青，包括重量份数如下的原料：沥青和高分子蜡，沥青采用70#基质沥青，高分子蜡占沥青重量的6％，高分子蜡采用聚乙烯蜡。
上述温拌沥青的制备方法如下：称取400份的沥青置于150℃的烘箱中烘烤1～2小时，待沥青软化后将其放置在150℃的恒温油浴锅中，采用高速剪切机在800r/min的转速下搅拌3min；向沥青中加入24份的高分子蜡，待高分子蜡溶解后，调整剪切机的剪切速率至1500r/min，剪切时间为20min，将剪切后的沥青静置于150℃烘箱中恒温2小时，从而得到温拌沥青。
对比例2
本对比例与对比例1的区别仅在于：温拌沥青所原料采用的原料不同，本实施例中采用沥青和市面上常见有机降黏温拌剂，沥青采用70#基质沥青，机降黏温拌剂采用Sasobit，Sasobit是Sasol-Wax公司的产品，其化学方程式为CnH2n+2，由煤化气采用“费托工艺”加工而成，因此也被称为费托固体石蜡。
一种温拌沥青的制备方法如下：称取400份的沥青置于150℃的烘箱中烘烤1～2小时，待沥青软化后将其放置在150℃的恒温油浴锅中，采用高速剪切机在800r/min的转速下搅拌3min；向沥青中加入24份的机降黏温拌剂，待机降黏温拌剂溶解后，调整剪切机的剪切速率至1500r/min，剪切时间为20min，将剪切后的沥青静置于150℃烘箱中恒温2小时，从而得到温拌沥青。
对比例3
本实施例仅为70#基质沥青，置于150℃烘箱中恒温备用。
将上述实施例1-6中的温拌沥青、对比例1-2中的温拌沥青、以及对比例3的70#基质沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中所述方法进行三大指标试验以及动态剪切流变试验，其试验结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003013234710000071
由表1可知，实施例1和实施例2的15℃延度值均大于规范要求的100cm，而对比例1和对比例2的15℃延度值仅为44.7cm和35.3cm，实施例1和实施例2的15℃延度值提升了3～4倍，极大地改善了以高分子蜡为主要成分的有机降黏类温拌剂对沥青低温性能的劣化作用；对比例1和对比例2对沥青低温性能影响较大，而增塑剂掺量越大，对延度提升效果越明显；实施例1-6和对比例1-2的车辙因子和疲劳因子均大于对比例3的基质沥青，说明添加该温拌剂后，基质沥青的抗疲劳性能和抗车辙性能得到了明显提升，高温性能得到显著改善，表明该温拌剂对基质沥青的高低温性能有着极大提升，同时还能改善沥青的疲劳性能，具有良好的改性效果。
实施例1-6和对比例1-3中沥青所采用的级配比均为AC-13级，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)取其级配中值配(如下表2)，油石比为4.6％。
表2：
Figure BDA0003013234710000081
依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)，利用上述级配比制备所得的温拌沥青进行马歇尔击实试验，将测得的试验数据如下表3：
表3：
Figure BDA0003013234710000082
由上表3可知，在相同空隙率下，实施例2和实施例4比对比例3的拌和温度要低30℃以上，说明该温拌剂有着良好的降温效果。此外，表3中的数据均满足规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的要求，且实施例1-6的稳定度均大于对比例3的稳定度，表明该温拌沥青混合料具有较好的路用性能。综合比较温拌剂的降温效果和对沥青的改性效果，可以发现直接将高分子蜡对沥青进行改性，其降温效果低于各实施例，同时还会严重劣化基质沥青的低温性能。本降温程度比市面上常用的温拌剂Sasobit效果要好，同时低温延度提升了3～4倍，低温性能明显得到改善，综合改性效果要优于Sasobit，同时造价远低于Sasobit。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种增塑改性温拌剂，其特征在于：包括重量份数如下的原料：60～85份的高分子蜡、11～30份的增塑剂、3-7份的环氧大豆油、0.5～1.5份的抗剥落剂和0.5～1.5份的抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的一种增塑改性温拌剂，其特征在于：所述高分子蜡为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺或微晶蜡。
3.根据权利要求1中所述的一种增塑改性温拌剂，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂(DOP)或柠檬酸三正丁酯(TBC)。
4.根据权利要求1中所述的一种增塑改性温拌剂，其特征在于：所述环氧大豆油是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体，主要由环氧亚油酸酯、环氧油酸酯和环氧棕榈酸酯组成。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种增塑改性温拌剂，其特征在于：所述温拌剂的制备方法包括如下步骤：
S101、将60～85份的高分子蜡在100℃～115℃的温度下加热至完全熔化，得到熔融状态下的高分子蜡；
S103、将11～30份的增塑剂添加入S101的熔融状态的高分子蜡中，采用搅拌磨砂机在800r/min的转速下剪切15分钟得到混合液体A；
S105、将3～7份的环氧大豆油掺入混合液体A中，同样采用搅拌磨砂机在1000r/min的转速下剪切15min得到混合液体B；
S107、向混合液体B中添加0.5～1.5份的抗氧化剂和0.5～1.5份的抗剥落剂，在1000r/min的转速下剪切10分钟得到混合液体C；
S109、将混合液体C在常温下静置30min，待其冷却凝固后破碎成粉，将细粉筛网过滤，制得增塑改性温拌剂。
6.一种温拌沥青，其特征在于：包括如下的原料：沥青和权利要求1-6中的增塑改性温拌剂，所述增塑改性温拌剂占沥青重量的6％。
7.根据权利要求6所述的一种温拌沥青，其特征在于：所述温拌沥青的制备方法如下：将沥青置于150℃的烘箱中烘烤1～2小时，待沥青软化至流动态后将其放置在150℃的恒温油浴锅中，采用高速剪切机在800r/min的转速下搅拌3min；向沥青中加入设计掺量的增塑改性温拌剂，待增塑改性温拌剂溶解后，调整剪切机的剪切速率至1500r/min，剪切20min，将剪切后的沥青静置于150℃烘箱中恒温2小时，从而得到温拌沥青。
8.根据权利要求6或7中所述的一种温拌沥青，其特征在于：所述增塑改性温拌剂占沥青重量的5％-7％。
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