CN114231044A - 一种温拌橡胶沥青温拌剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温拌橡胶沥青温拌剂及其制备方法和应用，温拌剂的组成及其质量分数为：十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份，蒸馏水100份。本发明的温拌剂制备工艺简单、安全易操作、全程无有害气体或污染物产生，且产率高，且可切实降低橡胶沥青拌合温度、表观粘度、能耗损失、有害气体排放以及可增强橡胶沥青的抗老化性能和低温性能，此外还可有效减缓温拌设备的腐蚀，节省能源，保护环境，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于温拌橡胶沥青的技术领域，尤其涉及一种温拌橡胶沥青温拌剂及其制备方法和应用。
背景技术
据不完全统计，我国高速公路已超16万公里，且正处在不断增长中。所以，未来公路的养护和升级改造将成为公路建设的重要发展方向。此外，在当前“碳达峰、碳中和”的发展环境下，如何实现公路建设绿色节能、低碳环保的可持续发展将是今后路面材料发展所面临的巨大挑战。橡胶沥青虽然利用了大量废旧轮胎，并显著改善了沥青路面的使用性能。但是橡胶沥青较高的制备温度以及橡胶沥青混合料较高的拌合、摊铺温度，无疑多次加速了橡胶沥青的老化和能量的消耗。此外，橡胶沥青混合料在高温摊铺时还容易排放出大量的有害气体(例如挥发性有机化合物、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳等)。综合上述现象，较高的温度不仅是对橡胶沥青材料固有性能的损害，又是对施工人员健康以及施工周围生态的严重威胁。因此，亟须满足当今“碳达峰、碳中和”发展目标的新技术、新方案。其中温拌橡胶沥青技术作为一种“低能耗、低排放”的节能减排技术，可有效降低橡胶沥青混合料生产、拌和温度30℃以上(如专利：CN101831187A、CN110171937B、CN108239302B和CN101831187A等)。这一技术优势不仅减少了有害气体的排放，还延长了沥青路面的施工周期，并拓宽了应用区域。从而实现了道路的绿色发展，开创了废旧橡胶重复利用的新局面，对响应国家可持续发展政策具有重大战略和现实意义。
目前在我国使用的温拌剂主要是有机降黏型温拌剂，发泡降黏型温拌剂以及乳化型温拌剂。其中有机降黏型温拌剂主要是利用其主要成分直链脂肪族碳氢化合物受热熔化起物理润滑作用，但这些蜡类似物的存在会显著降低沥青的低温韧性，如专利CN108239302B、CN107236122B和CN106633929B等；发泡降黏型温拌剂主要是通过化学反应时释放结晶水引起沥青体积膨胀而达到化学降黏的效果，但发泡引入的空隙和水分会显著影响沥青的性能，如专利CN110330261B、CN110330261A和CN109970384A等；乳化型温拌剂一方面是通过乳化作用乳化沥青，使沥青具有乳化沥青的特征；另一方面是通过引入沥青中水分的润滑作用，增加混合料的和易性，达到降低混合料拌合温度，最终实现温拌的目的。但乳化引入的较多水分不仅会导致设备腐蚀严重；其次未挥发的水分严重影响了混合料的强度形成速度，如专利CN102795801A、CN104609771A和CN109294254A等。所以现阶段几乎所有的商业温拌剂产品不仅会对沥青以及沥青混合料的低温性能、抗滑性能、抗疲劳性能、高温性能和抗老化性能等造成不同程度的影响，还可能对沥青及沥青混合料的生产成本、生产设备、拌合成型工艺提出了严格的要求。因此，开发一种性能优异的沥青温拌剂将具有很大的市场前景。
发明内容
为克服现有技术存在的各种问题，本发明提供了一种可切实降低橡胶沥青拌合温度、表观粘度、能耗损失、有害气体排放以及可增强橡胶沥青的抗老化性能和低温性能的温拌橡胶沥青温拌剂及其制备方法和应用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种温拌橡胶沥青温拌剂，原料包含如下组分及其质量份：十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份，蒸馏水100份。
本发明还提供了上述的温拌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至50℃～70℃；
(2)向步骤(1)的蒸馏水中依次有序加入十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份；
(3)将步骤(2)中的混合物均匀搅拌10～20分钟即得所述的温拌剂。
本发明还提供了上述的温拌剂的应用，用于加入沥青中制备温拌沥青，具体为，所述的温拌剂直接掺入橡胶沥青生产时，温拌剂的加入质量份数为橡胶沥青中基质沥青质量的2％～4％。
本发明与其他方法相比，具有以下优点：
1)本发明的温拌剂制备工艺简单、安全易操作、全程无有害气体或污染物产生且产率高。
2)本发明的温拌剂在发挥降粘的同时还能有效的发挥再生剂的再生功效，可有效提高温拌橡胶沥青的抗老化性能。
3)本发明的温拌剂中各组分配伍性优异，协同效果明显，可显著加强温拌橡胶沥青高低温性能、抗疲劳性能以及抗滑性能。此外还可有效减缓温拌设备的腐蚀。
4)本发明通过脂肪醇醚硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的相互协同作用将沥青进行乳化，使部分沥青具有乳化沥青的性质；通过两性咪唑啉表面活性剂维持乳化泡沫的稳定；通过十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的催化作用促使乳化沥青，水和沥青形成稳定的胶团结构；通过豆蔻酸控制乳化过程的平衡，避免快速破乳产生的相变；通过亚麻酸恢复储存运输过程中老化的沥青；此外，两性咪唑啉表面活性剂还可通过自身的缓蚀功效减缓水对设备的锈蚀，结合上述温拌剂各组分的协同作用，从而实现降粘、提升路用性能等目的。
5)由本发明温拌剂制备的橡胶沥青参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的沥青旋转黏度试验(T 0625～2011)规程证实，掺入温拌剂的橡胶沥青150℃下的旋转黏度能够降到3.0Pa·s以下，制备温度降低约30～50℃，可有效减缓橡胶沥青的老化，节省能源，保护环境。
具体实施方式
一种温拌橡胶沥青温拌剂，原料包含如下组分及其质量份：十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份，蒸馏水100份。
上述的温拌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至50℃～70℃；
(2)向步骤(1)的蒸馏水中依次有序加入十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份；
(3)将步骤(2)中的混合物均匀搅拌10～20分钟即得所述的温拌剂。
上述的温拌剂的应用，即用于加入沥青中制备温拌沥青，具体为，所述的温拌剂直接掺入橡胶沥青生产时，温拌剂的加入质量份数为橡胶沥青中基质沥青质量的2％～4％。
实施例1
温拌橡胶沥青温拌剂制备方法及应用。该温拌剂的制备步骤包括：在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至50℃，再向含有蒸馏水的仪器中依次有序加入十二烷基硫酸钠10份，十六烷基三甲基溴化铵15份，两性咪唑啉表面活性剂20份，豆蔻酸25份，脂肪醇醚硫酸钠10份，亚麻酸20份，将上述混合物均匀搅拌10分钟即得温拌剂。然后向橡胶沥青中掺入制备的温拌剂，温拌剂的掺入质量为橡胶沥青中基质沥青质量的2％，140℃搅拌15分钟后得到温拌橡胶沥青。
实施例2
温拌橡胶沥青温拌剂制备方法及应用。该温拌剂的制备步骤包括：在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至60℃，再向含有蒸馏水的仪器中依次有序加入十二烷基硫酸钠15份，十六烷基三甲基溴化铵10份，两性咪唑啉表面活性剂15份，豆蔻酸30份，脂肪醇醚硫酸钠15份，亚麻酸15份，将上述混合物均匀搅拌15分钟即得温拌剂。然后向橡胶沥青中掺入制备的温拌剂，温拌剂的掺入质量为橡胶沥青中基质沥青质量的2.5％，150℃搅拌10分钟后得到温拌橡胶沥青。
实施例3
温拌橡胶沥青温拌剂制备方法及应用。该温拌剂的制备步骤包括：在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至70℃，再向含有蒸馏水的仪器中依次有序加入十二烷基硫酸钠20份，十六烷基三甲基溴化铵5份，两性咪唑啉表面活性剂25份，豆蔻酸18份，脂肪醇醚硫酸钠12份，亚麻酸20份，将上述混合物均匀搅拌20分钟即得温拌剂。然后向橡胶沥青中掺入制备的温拌剂，温拌剂的掺入质量为橡胶沥青中基质沥青质量的3％，135℃搅拌15分钟后得到温拌橡胶沥青。
实施例4
温拌橡胶沥青温拌剂制备方法及应用。该温拌剂的制备步骤包括：在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至65℃，再向含有蒸馏水的仪器中依次有序加入十二烷基硫酸钠20份，十六烷基三甲基溴化铵15份，两性咪唑啉表面活性剂5份，豆蔻酸30份，脂肪醇醚硫酸钠10份，亚麻酸20份，将上述混合物均匀搅拌15分钟即得温拌剂。然后向橡胶沥青中掺入制备的温拌剂，温拌剂的掺入质量为橡胶沥青中基质沥青质量的4％，145℃搅拌10分钟后得到温拌橡胶沥青。
上述4个实施例制备的温拌橡胶沥青的物理性能见表1。
表1 温拌橡胶沥青旋转黏度和延度实验结果
由表1对比可知，温拌剂的加入对橡胶沥青的旋转黏度和延度均具有明显的改善，比未加温拌剂的橡胶沥青具有更低的旋转黏度，更高的延度，且随着加入量的增加，旋转黏度降低效果以及延度的增加效果越显著。其中当温拌剂的加入量为4％时，温拌橡胶沥青在150℃的旋转黏度低于3.0Pa·s，完全符合施工要求。
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，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种温拌橡胶沥青温拌剂，其特征在于，原料包含如下组分及其质量份：十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份，蒸馏水100份。
2.根据权利要求1所述的一种温拌橡胶沥青温拌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在容器中加入100份蒸馏水，然后搅拌加热至50℃～70℃；
(2)向步骤(1)的蒸馏水中依次有序加入十二烷基硫酸钠2～22份，十六烷基三甲基溴化铵1～16份，两性咪唑啉表面活性剂5～25份，豆蔻酸16～32份，脂肪醇醚硫酸钠8～32份，亚麻酸4～24份；
(3)将步骤(2)中的混合物均匀搅拌10～20分钟即得所述的温拌剂。
3.根据权利要求1所述的一种温拌橡胶沥青温拌剂的应用，其特征在于，用于加入沥青中制备温拌沥青，具体为，所述的温拌剂直接掺入橡胶沥青生产时，温拌剂的加入质量份数为橡胶沥青中基质沥青质量的2％～4％。
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2021
- 2021-12-27 CN CN202111610151.5A patent/CN114231044A/zh active Pending
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