CN114380530A - 一种沥青混合料高模量添加剂、其制备方法及沥青混合料 - Google Patents

一种沥青混合料高模量添加剂、其制备方法及沥青混合料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种沥青混合料高模量添加剂、其制备方法及沥青混合料。本发明的高模量添加剂含有煤液化沥青，所述煤液化沥青的粒径为40‑80目，所述煤液化沥青中有效物质的质量百分含量为75％以上，其主要成分与沥青相似，且与基质沥青和矿料具有较好的相容性，同时易于在混合料中分散，使用其制备得到的沥青混合料具有模量高、高温性能好、抗车辙性能好等优势，可有效解决长大纵坡、平交路口、公交车站等特殊部位的车辙问题，延长道路使用寿命。此外，其属于煤炭固废，价格低廉，附加值及性价比较高，且通过干法工艺拌制即能快速分散于混合料中，操作工艺简单，可连续化生产，有利于在实际生产中进行推广应用。

Description

一种沥青混合料高模量添加剂、其制备方法及沥青混合料
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种沥青混合料高模量添加剂、其制备方法及沥青混合料。
背景技术
在沥青路面所有病害类型中，超过80％的病害都是由车辙变形而引起，这些车辙病害极大地影响了车辆运营的安全性，降低了路面服务水平和使用寿命，目前国外使用的抗车辙剂主要有法国的PR系列产品，美国的SEAM硫磺改性剂等，但是这些抗车辙剂都价格高昂，加大了工程成本，国内的抗车辙剂主要由PE、PP制成，虽然相比于国外价格较低，但是在进行生产时工艺较为复杂，而且在投入到混合料中进行拌和时，存在拌和困难，相容性差不易分散等问题。
煤直接液化技术是一种清洁高效煤制油技术，但除了料油之外，还会产生30％的煤液化沥青副产品。煤液化沥青由煤直接液化过程中未反应的煤有机体、中间产物、无机物质、催化剂及部分重质油组成，含有大量多环缩合芳烃、沥青烯等沥青类物质，研究表明沥青类物质与硬质天然岩沥青的化学组成和性能相近，芳香度高，碳含量高，具有容易聚合或交联的特点，可将煤液化沥青通过开发作为道路建筑材料，同时也有利于解决环境污染问题。
现有技术中(如CN1827697A等)虽然也提到了将煤直接液化残渣作为道路沥青改性剂的应用，但其所提供的沥青在实际应用中仍然不能较好地避免车辙病害情况。而在与改善沥青的抗车辙性能相关的现有技术中，CN 108517127A提到了一种煤直接液化残渣硬质热沥青注浆材料及其制备方法，其以质量百分数计包括以下组分：46.5％～63.5％的基质沥青；25％～35％的煤直接液化残渣(DCLR)；6％～10％的芳烃油；4％～6％的SBS改性剂；1.5％～2.5％的羟乙基乙撑双硬脂酰胺。CN 109593371A提到了一种道路沥青改性剂和改性道路沥青及其制备方法以及沥青混合料，其中，该道路沥青改性剂包含煤直接液化沥青、聚合物和添加剂；所述添加剂包含硫化剂及硫化活性剂，所述硫化剂和硫化活性剂的重量比为1∶0.1-0.6。上述方案可一定程度上改善抗车辙性能，但均需要加入较多的添加剂，尤其添加剂SBS是现有路用成熟的改性剂产品，且价格高昂；羟乙基乙撑双硬脂酰胺也是温拌沥青材料成熟的添加剂产品，对沥青体系降粘有很大作用，二者均对沥青性能本身影响很大，且成本较高、制备难度较大，不易在大规模生产中进行推广应用。在煤液化沥青的再利用方面，人们普遍认为可将其二次开发成沥青的改性剂、中间相沥青等，目前还没有用煤液化沥青制备高模量添加剂的报道。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高模量添加剂，与传统高模量剂相比，其价格低廉，工艺简单，拌和容易，相容性好。
实现本发明目的的具体技术方案为：
一种高模量添加剂(或称“沥青混合料高模量添加剂”)，其含有煤液化沥青，所述煤液化沥青的粒径为40-80目，所述煤液化沥青中有效物质的质量百分含量为75％以上。
本发明发现，在将煤液化沥青的粒径和有效物质含量控制在上述范围内后，可以大幅改善其与基质沥青(尤其包括针入度为40-80的基质沥青)和矿料的相容性及混合的均一性。在将其应用于混合料时，可以大幅提高沥青混合料的模量，且有利于提升其高温性能、抗车辙性能和耐久性能。
作为优选，所述煤液化沥青的粒径为60-80目。
作为优选，所述的煤液化沥青的灰分含量在25wt％以下，软化点为80-180℃，质量变化在0.1％以下。
作为优选，所述煤液化沥青中有效物质的质量百分含量为85％以上。
作为进一步优选方案，所述煤液化沥青的灰分含量在15wt％以下，软化点为160-180℃。
本发明的另一目的是提出所述高模量添加剂的制备方法，其包括：
将煤液化沥青在1000-1500W的破碎功率、1000-3500r/min的转速下破碎至目标粒径，而后在30-50℃下出料。
作为优选，所述制备方法包括：将煤液化沥青在1200-1500W的破碎功率、2000-3500r/min的转速下破碎至目标粒径，而后在30-40℃下出料。
本发明的第三个目的是提出所述高模量添加剂在沥青混合料中的应用。
具体的，本发明提供了一种沥青混合料，其含有高模量添加剂、基质沥青和矿料；
其中，所述高模量添加剂为上述的高模量添加剂，或通过上述的方法制得；所述基质沥青的针入度为40-80；所述矿料包括集料和矿粉；
所述高模量添加剂与所述基质沥青的质量比为(0.5：5.5)-(2.0：3.0)，所述高模量添加剂和基质沥青的总质量占沥青混合料质量的4-6％。
本发明发现，在按上述方式在沥青混合料中应用所述高模量添加剂时，其效果较为突出，更有利于获得模量高、高温性能好、抗车辙性能好的沥青混合料。
作为优选，所述基质沥青为50#道路石油沥青或70#道路石油沥青。在选择50#道路石油沥青时，高温性能更优；在选择70#道路石油沥青时，低温性能更优；本领域人员可根据需求对其进行选用。
作为本发明的一种优选实施方式，所述的沥青混合料包括高模量添加剂0.5-2.0份，70#道路石油沥青5.5-3.0份，矿料94-96份。
本发明进一步提供一种制备所述的沥青混合料的方法，包括：将所述高模量添加剂、基质沥青和矿料混合。
作为优选，所述方法具体包括：
将集料加热至185-195℃，而后与高模量添加剂在175-185℃混合，得第一混合料；而后将所述第一混合料依次与基质沥青、矿粉混合。
优选地，所述方法具体包括：将集料加热至190-195℃，而后与高模量添加剂在180-185℃混合，得第一混合料；而后将所述第一混合料依次与基质沥青、矿粉混合。
作为本发明的优选实施方案，制备所述沥青混合料的方法具体包括：
(1)将集料加热至185-195℃后，与高模量添加剂同时加入拌锅，拌和温度175-185℃，搅拌30-90s；
(2)向拌锅里加入基质沥青，搅拌90-180s；
(3)向拌锅里加入矿粉，搅拌90-180s。
作为进一步优选的实施方案，制备所述沥青混合料的方法具体包括：
(1)将集料加热至190-195℃后，与高模量添加剂同时加入拌锅，拌和温度180-185℃，搅拌60-90s；
(2)向拌锅里加入基质沥青，搅拌100-150s；
(3)向拌锅里加入矿粉，搅拌100-150s。
本发明的第四个目的在于提出所述的沥青混合料或所述的方法制得的沥青混合料在公路铺筑中的应用。
作为优选，所述公路为长大纵坡、平交路口、公交车站或重载交通路段的公路。
作为优选，将所述沥青混合料在165-175℃击实成型。
进一步优选地，将所述沥青混合料在170-175℃击实成型。
基于上述技术方案，本发明的有益效果包括：
(1)本发明提供的高模量添加剂，其主要成分与沥青相似，且与基质沥青和矿料具有较好的相容性，同时易于在混合料中分散，使用其制备得到的沥青混合料具有模量高、高温性能好、抗车辙性能好等优势，可有效解决长大纵坡、平交路口、公交车站等特殊部位的车辙问题，延长道路使用寿命。
(2)本发明使用的煤液化沥青属于煤炭固废，价格低廉，附加值及性价比较高，工程造价降低，具有较高的社会经济效益，可与煤炭资源形成产业链，实现煤工业固体废弃物循环再利用。
(3)本发明提供的高模量添加剂与目前市面上的抗车辙剂相比，生产工艺简单，在生产过程烟气污染小，且通过干法工艺拌制即能快速分散于混合料中，与常规需要湿法工艺才能在混合料中应用的添加剂相比更加节能环保，同时操作工艺简单，可连续化生产，有利于在实际生产中进行推广应用。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中使用的原料：
煤液化沥青：有效物质87wt％，灰分13wt％，软化点为175℃，质量变化在0.1％以下。
基质沥青：双龙70#石油沥青。
矿料：选用AC-13型和EME-20型级配，其矿料级配见表1和表2；以下所提到的集料指0.075mm筛孔以上的矿料组分，矿粉指包括0.075mm筛孔及以下的矿料组分。
表1.AC-13矿料级配
Figure BDA0003410528230000061
表2.EME-20矿料级配
Figure BDA0003410528230000062
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1制备高模量添加剂
本实施例提供一种高模量添加剂，其制备方法如下：
使用多功能破碎机对煤液化沥青进行破碎，设置多功能破碎机的破碎功率为1200W，转速为3000r/min，待破碎成目数为40-80目的粉末状颗粒物后，在40℃下出料，待物料冷却室温后，得到沥青混合料干法高模量添加剂。
实施例2制备AC-13型高模量沥青混合料
本实施例首先提供一种沥青混合料，由如下重量份组分组成：实施例1中制备得到的高模量添加剂0.6326份，70#道路石油沥青4.2174份，AC-13型矿料95.15份。
本实施例进一步提供上述沥青混合料的制备方法，具体如下：
(1)集料加热至190℃，将集料与实施例1中制备得到的高模量添加剂同时加入拌锅，在185℃下拌和90s；
(2)向拌锅里加入70#道路石油沥青，拌和120s；
(3)向拌锅里加入矿粉，拌和90s，制备得到AC-13型高模量沥青混合料。
实施例3制备AC-13型高模量沥青混合料
本实施例首先提供一种沥青混合料，由如下重量份组分组成：实施例1中制备得到的高模量添加剂1.006份，70#道路石油沥青4.024份，AC-13型矿料94.97份。
本实施例进一步提供上述沥青混合料的制备方法，具体如下：
(1)集料加热至190℃，将集料与实施例1中制备得到的高模量添加剂同时加入拌锅，在185℃下拌和60s；
(2)向拌锅里加入70#道路石油沥青，拌和90s；
(3)向拌锅里加入矿粉，拌和90s，制备得到AC-13型高模量沥青混合料。
实施例4制备AC-13型高模量沥青混合料
本实施例首先提供一种沥青混合料，由如下重量份组分组成：实施例1中制备得到的高模量添加剂1.7286份，70#道路石油沥青3.8414份，AC-13型矿料94.43份。
本实施例进一步提供上述沥青混合料的制备方法，具体如下：
(1)集料加热至190℃，将集料与实施例1中制备得到的高模量添加剂同时加入拌锅，在185℃下拌和90s；
(2)向拌锅里加入70#道路石油沥青，拌和90s；
(3)向拌锅里加入矿粉，拌和90s，制备得到AC-13型高模量沥青混合料。
实施例5制备EME-20型高模量沥青混合料
本实施例首先提供一种沥青混合料，由如下重量份组分组成：实施例1中制备得到的高模量添加剂1.5620份，70#道路石油沥青3.4710份，EME-20型矿料94.967份。
本实施例进一步提供上述沥青混合料的制备方法，具体如下：
(1)集料加热至190℃，将集料与实施例1中制备得到的高模量添加剂同时加入拌锅，在185℃下拌和90s；
(2)向拌锅里加入70#道路石油沥青，拌和90s；
(3)向拌锅里加入矿粉，拌和90s，制备得到EME-20型高模量沥青混合料。
对比例1
本对比例提供一种沥青混合料，其制备方法如下：
将4.489份双龙70#道路石油沥青加入到90.1624份170℃的热集料中，拌和90s，再加入5.3486份矿粉拌和90s，得到沥青混合料。
其中矿料为AC-13型矿料。
对比例2
本对比例提供一种沥青混合料，其与实施例1的区别仅在于，不使用实施例2中制备得到的高模量添加剂，而等量替换为如下方法制得的高模量添加剂：
使用多功能破碎机对煤液化沥青进行破碎，设置多功能破碎机的破碎功率为1200W，转速为3000r/min，待破碎成目数为15-40目的粉末状颗粒物后，在40℃下出料，待物料冷却室温后，得到沥青混合料干法高模量添加剂。
试验例
分别对上述实施例和对比例中制备得到的沥青混合料进行高低温和水稳定性等性能测试，检测指标定义及检测过程按照交通部行业标准《公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004》(北京人民交通出版社，2004年出版)执行，测试结果见表3。
表3.沥青混合料性能验证结果
Figure BDA0003410528230000081
从上述数据可知，实施例2-4随着高模量添加剂掺量的增加，相比于对比例1基质沥青性能，使用AC-13级配的实施例2-4冻融劈裂强度比分别提升44.8％，23.5％，15.2％，使用AC-13级配的实施例2-4动稳定度分别提升144.8％，301.6％，519.5％。使用EME-20级配的实施例5动稳定度相比于实施例4提升高达52.19％，马歇尔稳定度相比于实施例4提升高达50.95％。
对比例2相对于实施例2主要区别在于所制备并添加的高模量添加剂目数相对小，粒径大，同等条件下混合料试验结果试验表明：冻融劈裂强度比、60℃车辙动稳定度及低温弯曲破坏应变(-10℃)均小于实施例2中的混合料，说明其高低温性能均差于实施例2中混合料。
可见，添加本发明提供的高模量添加剂可以显著提升沥青混合料的水稳定性和高温性能，且经过计算，本产品价格低廉，具有极大的性价比优势，而且在施工时操作简单。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高模量添加剂，其特征在于，其含有煤液化沥青，所述煤液化沥青的粒径为40-80目，所述煤液化沥青中有效物质的质量百分含量为75％以上。
2.根据权利要求1所述的高模量添加剂，其特征在于，所述煤液化沥青中有效物质的质量百分含量85％以上。
3.根据权利要求1或2所述的高模量添加剂，其特征在于，所述的煤液化沥青的灰分含量在25wt％以下，软化点为80-180℃，质量变化在0.1％以下；
优选所述煤液化沥青的灰分含量在15wt％以下，软化点为160-180℃。
4.一种制备权利要求1-3中任一项所述的高模量添加剂的方法，其特征在于，其包括：
将煤液化沥青在1000-1500W的破碎功率、1000-3500r/min的转速下破碎至目标粒径，而后在30-50℃下出料。
5.一种沥青混合料，其特征在于，其含有高模量添加剂、基质沥青和矿料；
其中，所述高模量添加剂为权利要求1-3中任一项所述的高模量添加剂，或通过权利要求4所述的方法制得；所述基质沥青的针入度为40-80；所述矿料包括集料和矿粉；
所述高模量添加剂与所述基质沥青的质量比为(0.5：5.5)-(2.0：3.0)，所述高模量添加剂和基质沥青的总质量占沥青混合料质量的4-6％。
6.根据权利要求5所述的沥青混合料，其特征在于，所述基质沥青为50#道路石油沥青或70#道路石油沥青。
7.一种制备权利要求5或6所述的沥青混合料的方法，其特征在于，包括：将所述高模量添加剂、基质沥青和矿料混合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：
将集料加热至185-195℃，而后与高模量添加剂在175-185℃混合，得第一混合料；而后将所述第一混合料依次与基质沥青、矿粉混合；
优选所述方法具体包括：
(1)将集料加热至185-195℃后，与高模量添加剂同时加入拌锅，拌和温度175-185℃，搅拌30-90s；
(2)向拌锅里加入基质沥青，搅拌90-180s；
(3)向拌锅里加入矿粉，搅拌90-180s。
9.权利要求5或6所述的沥青混合料或权利要求7或8所述的方法制得的沥青混合料在公路铺筑中的应用；优选所述公路为长大纵坡、平交路口、公交车站或重载交通路段的公路。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述沥青混合料在165-175℃击实成型。
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