CN1142484A - 一种新的石油沥青抗剥落剂 - Google Patents
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Abstract
石油沥青抗剥剂之改进,将其添加于路用石油沥青中,能显著提高沥青与各种石料的粘附性能,防止因水损害造成的沥青剥落,改善沥青的抗老化性,提高沥青混凝土的抗水损害能力,延长沥青路面的使用寿命。本品呈中性、无毒、浅红至浅棕色、粉状。适用于高等级公路之沥青路面,复合式路面的沥青面层,旧沥青路面的之大、中、小修等。
Description
本发明属于石油沥青抗剥落剂之改进。
国内外在路用沥青中,添加聚有机胺酰胺类抗剥落剂。该类抗剥落剂是由脂肪酸或含氮的杂环酸与多胺缩聚而成,呈碱性,易与酸作用而变质,故在沥青中的长期有效性差,经老化和高温贮存,基本失去增粘效果,且毒性较大,污染大气环境。
本发明的目的就在于,研制出在沥青中长期有效的、中性、无毒的高效抗剥落剂,将其添加于路用石油沥青中,提高沥青与石料特别是酸性石料的粘附性,提高沥青混合料的抗水损害能力,改善沥青的抗老性,延长沥青路面的使用寿命。为达此目的,抗剥落剂必须能提高沥青对石料表面水膜的穿透或移开能力,使沥青直接与石料粘合;抗剥落剂与石料吸附后,使石料表面显示出较强的电正性,而沥青带有弱负电荷,由于电荷的相互吸引作用,使粘合更加牢固。这样的抗剥落剂才是所需要的。
沥青与石料的粘合是由于,一沥青对石料表面水膜的穿透或移开能力,二沥青与石料表面电荷的相互吸引作用。所有石料对水都有一种自然亲合力,因此,石料表面总有一层水膜,即使通过干燥手段,这层水膜仍然存在,仅是薄些而已。另外,沥青是憎水物质,不溶解于水。但石料对水的亲合力大于对沥青的亲合力,因此,沥青不能穿透石料表面的水膜,使沥青与石料的粘合不牢固,其次,沥青略带酸性,带有弱负电荷,易于与表面带正电荷的碱性石料粘合,酸性石料表面带负电荷,因此与沥青的粘合很差,基于以上沥青与石料的粘合-剥落机理,我们研制了新型抗剥落剂-脂肪酸铁(RCOO)3Fe(R=H或烃基)(R为C17H35时称为AR-68),其脂肪酸根(RCOO)与沥青有很好的共溶性与互混性,它携带的铁离子均匀地进入沥青中。铁离子带有较强的正电荷,能与石料紧密粘合,铁离子与石料的亲合力大于水对石料的亲合力,铁离子与石料亲合后,使石料表面带更强的电正性,与带负电荷的沥青相互吸引,达到牢固的粘合。由于铁离子的存在,使水很难进入石料与沥青之间,有效地抵抗了水的损害。
为了说明以上各点,我们进行了一系列试验,均以掺入抗剥剂AR-68为例。
1、沥青掺入抗剥剂老化前后粘附性等级试验。按JTJ052-93中的T0616-93方法进行,对沥青的老化按JTJ052-93中的T0609-93方法进行。目的是抗剥挤掺入沥青后,经沥青薄膜烘箱老化163℃,5小时后,观其水煮粘附性等级的变化,比较AR-68抗剥剂与市售有机胺酰胺类抗剥剂在沥青中,经老化后对水煮粘附性改进效果的比较:表1茂名50号沥青掺入抗剥剂老化前后水煮粘附性等级对比
石料 | 沥 青 | 抗剥剂及掺重 | 水煮粘附等级 | |
老化前 | 老化后 | |||
花岗岩 | 茂名50号 | 不掺抗剥挤 | 1~2 | 1~2 |
花岗岩 | 茂名50号 | AR-68 0.5% | 4~5 | 5 |
花岗岩 | 茂名50号 | 市售胺类0.5% | 4~5 | 2~3 |
红砂岩 | 茂名50号 | 不掺抗剥剂 | 2 | 2 |
红砂岩 | 茂名50号 | AR-68 0.5% | 4~5 | 5 |
红砂岩 | 茂名50号 | 市售胺类0.5% | 3~4 | 2 |
砂岩 | 茂名50号 | 不掺抗剥剂 | 2 | 2 |
砂岩 | 茂名50号 | AR-68 0.5% | 5 | 5 |
砂岩 | 茂名50号 | 市售胺类0.5% | 4~5 | 3 |
石英岩 | 茂名50号 | 不掺抗剥剂 | 1 | 2 |
石英岩 | 茂名50号 | AR-68 0.5% | 4 | 5 |
石英岩 | 茂名50号 | 市售胺类0.5% | 3 | 2 |
续表1
石料 | 沥 青 | 抗剥剂及掺重 | 水煮粘附等级 | |
老化前 | 老化后 | |||
花岗岩 | 茂名60号 | 不掺抗剥挤 | 1 | 2 |
花岗岩 | 茂名60号 | AR-68 0.5% | 4~5 | 5 |
花岗岩 | 茂名60号 | 市售胺类 0.5% | 4 | 3 |
红砂岩 | 茂名60号 | 不掺抗剥剂 | 2 | 2 |
红砂岩 | 茂名60号 | AR-68 0.5% | 4~5 | 5 |
红砂岩 | 茂名60号 | 市售胺类0.5% | 4 | 3~4 |
砂岩 | 茂名60号 | 不掺抗剥剂 | 2 | 2 |
砂岩 | 茂名60号 | AR-68 0.5% | 5 | 5 |
砂岩 | 茂名60号 | 市售胺类 0.5% | 5 | 4 |
石英岩 | 茂名60号 | 不掺抗剥剂 | 1 | 2 |
石英岩 | 茂名60号 | AR-68 0.5% | 5 | 5 |
石英岩 | 茂名60号 | 市售胺类 0.5% | 3 | 3 |
从表中看出,AR-68掺入沥青后,在老化前,使沥青与各种石料的水煮粘附等级显著提高,由1~2级提高至4~5级,老化后有继续提高之势。这说明AR-68抗剥剂,在沥青中的抗水损害持久性好,而胺类抗剥剂就得不到这样的结果。
2、高温贮存试验,将掺AR-68,0.5%的胜利沥青,置于140℃烘箱中,贮存3天和5天。
表2高温贮存试验结果
石 料 | 粘附性等级 | ||
胜利沥青 | 掺AR-68沥青140℃贮存3天 | 掺AR-68沥青140℃贮存5天 | |
青岛花岗岩 | 1级 | 4~5级 | 4~5级 |
金盖山砂岩 | 1~2级 | 5级 | 5级 |
从表看出,掺入AR-68对石料与沥青的粘附等级有所提高。
3、沥青混合料老化前后马歇尔稳定度试验
为了进一步验证AR-68抗剥剂,在沥青中抗水损害效果的持久性,在老化水煮试验的基础上,平行做了沥青混合料老化前、后制作的试件之马歇尔稳定度和浸水残留稳定度试验。
沥青混合料标准级配采用LH-15-II,茂名60沥青,用量为4.9%,级配集料中0.3~5mm的用酸性花岗岩、红砂岩、砂岩、石英岩等混合集料,占级配总集料量的30%,其余用碱性石灰岩,测试方法仍按JTJ052-98标准“T0709-93”进行。
表3 混合料老化前后马歇尔稳定度试验结果比较
类型 | 标准稳定度KN | 浸水48小时后的稳定度KN | 浸水残留稳定度 | |||
老化前 | 老化后 | 老化前 | 老化后 | 老化前 | 老化后 | |
不掺抗剥剂 | 7.73 | 13.39 | 6.00 | 11.73 | 77.6 | 87.6 |
市售胺类0.5% | 6.56 | 13.25 | 6.56 | 10.85 | 100 | 81.9 |
AR-68 0.5% | 8.78 | 13.13 | 8.20 | 12.85 | 93.4 | 97.9 |
此表充分说明了,沥青混合料经140℃20小时老化后,AR-68抗剥剂的抗水损害能力还有所提高,使其浸水残留稳定度从93.4%提高至97.9%,即抗水损害能力持久性好。相反,市售胺类此种作用则较差。
4、劈裂间接抗拉强度比试验
该试验基本按AASHTO1985推荐的标准试验方法,因其适合于评价沥青混合料的抗水剥落能力,当间接抗拉强度大于75%,则认为沥青集料粘附力优良。胶结料为茂名50号沥青,用量为4.9%,酸性和碱性的混合集料,采用LH-15-II型级配。大于5mm的用酸性花岗石等,占级配总集料量的56%,其余用石灰岩。
表4 劈裂间接抗拉强度比(AASHTO T288)
试验项目类别 | 未饱水间接抗拉强度MPa | 饱水率(%) | 饱水冻融后间接抗拉强度MPa | 劈裂间接抗拉强度比% |
不掺抗剥剂 | 0.8336 | 87.9 | 0.43396 | 52.70 |
掺AR-68 | 1.1231 | 82.6 | 0.8706 | 77.52 |
市售胺类 | 0.8338 | 88.9 | 0.5789 | 69.43 |
从此表可清楚看出,抗剥剂AR-68能提高沥青混合料的劈裂间接抗拉强度,对饱水冻融后的劈裂间接抗拉强度的提高更明显,其劈裂间接抗拉强度比达到77.5%,表示经饱水冻融后,对集料的粘合力仍保持优良状态。
抗剥剂AR-68为何有这种作用?
因为抗剥剂AR-68是中性物质,PH=7,不与酸作用,它对石料的亲合力大于石料对水的亲合力,因而,它能攻破或移开石料表面的水膜,且与石料亲合后,则赋予石料表面更大的电正性,使沥青产生更大的粘合力,随着老化的进行,抗剥剂AR-68中的铁元素能与沥青老化过程中生成的中间产物四氢化萘二酮,形成稳定的络合物,这不仅能延缓沥青老化速度,还能增加抗剥落剂AR-68与沥青的结合,进而达到提高沥青与集料粘结力和抗水损害的双重作用。
通过以上试验,可得出如下几点:
掺入沥青重的0.5%抗剥落剂AR-68于沥青中,则该沥青与酸性和碱性石料的水煮粘附等级都有明显提高;掺入0.5%AR-68和沥青制成的沥青混合料,其马歇尔稳定度和劈裂间接抗拉强度等力学性能,都有提高;抗剥落剂AR-68在沥青中抗水损害能力,长期持久性好,耐热氧老化。
本发明的脂肪酸铁由脂肪酸和铁盐用化学方法制成。脂肪酸包括乙酸,丙酸及以上烃基酸、硬脂酸、软脂酸、妥尔油脂肪酸、环烷酸、油酸及亚硫酸等;铁盐包括盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐及其它无机铁盐。制造工艺是将脂肪酸用苛性碱,如NaOH、KOH,在5℃~100℃皂化,然后用铁盐盐析即可得到脂肪酸铁。所用设备乃化工行业通用之设备,所用工艺也为一般常用之工艺。其实施最佳方案为,将硬脂铁在95℃~100℃用NaOH皂化,然后加三氯化铁盐析,即可得硬脂肪酸铁(抗剥落剂AR-68)。
硬脂酸铁呈浅红至浅棕色粉状固态,中性无毒,溶点90℃。
使用方法是,先将脂肪酸铁缓慢加热融化,添加入热融沥青中,搅拌均匀,然后进行沥青混合料拌合作业。而硬脂酸铁也是先将其缓慢加热融化,温度缓升至140℃,保持10分钟以上,按0.5%的沥青重添加入热融沥青中,搅拌均匀,在135℃条件下,贮存一天以上,再进行沥青混凝土搅拌作业。
本抗剥落剂适用于高等级公路之沥青路面,复合式路面之沥青面层及旧沥青路面之大、中、小修。本品无毒,不污染大气环境,性能优良,能延长沥青路面之使用寿命,价格低于市售胺类抗剥落剂。在我国公路交通事业大发展的今天,推广使用,可获得较大的经济、社会和环境效益。
Claims (4)
1.一种新的石油沥青抗剥落剂,其特征在于①将脂肪酸用苛性碱,在5℃~100℃条件下皂化,然后用铁盐盐析,则得到脂肪酸铁,②有机铁盐分子中含有铁元素。
2.根据权利要求1所述的一种新的石油沥青抗剥落剂,其特征在于硬脂酸在95℃~100℃,用NaOH皂化,再用三氯化铁盐析,得硬脂酸铁。
3.根据权利要求1所述的一种新的石油沥青抗剥落剂,其特征在于将脂肪酸铁缓慢加热融化,再添加入热融沥青中,搅拌均匀,然后进行沥青混合料拌合作业。
4.根据权利要求2所述的一种新的石油沥青抗剥落剂,其特征在于将硬脂酸铁缓慢加热融化,温度升至140℃,保持10分钟以上,按0.5%的沥青重添入热融沥青中,搅拌均匀,在135℃条件下,贮存一天以上,再进行沥青混合料拌合作业。
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