CN114456613A

CN114456613A - 一种乳化沥青及其制备方法

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Publication number: CN114456613A
Application number: CN202210100437.7A
Authority: CN
Inventors: 赵宇; 蒋建国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-05-10

Abstract

本发明属于沥青技术领域，具体的说是一种乳化沥青及其制备方法，包括沥青50～65份、水50～80份、复配乳化剂2～7份和添加剂1～2份；所述沥青包括80％的70#沥青和20％的天然沥青，所述添加剂中包括纤维和助剂，现有技术中，乳化沥青多数通过乳化剂将沥青与水乳化，常用来修补路面，但是铺设的路面容易出现开裂、泛油等问题，这些问题影响路面的使用，本发明中,通过设置在乳化沥青半成品中的纤维，使得乳化沥青半成品中混合料的比表面积增大，使得路面具有更强的抗剪切变形能力，纤维吸附沥青中的油分，提高了沥青间的粘度和粘附力，同时起到加强筋的作用，使得路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强。

Description

一种乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青技术领域，具体的说是一种乳化沥青及其制备方法。

背景技术

乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水(具体谁包谁要看乳化剂的种类)的液态沥青。乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法(乳化)，扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料。可以常温使用，也可以和冷、潮湿的石料一起使用。

如申请号为CN201310496041.X的一项中国专利公开了一种乳化沥青及其制备方法，该乳化沥青是油包水型，以乳化沥青总重量计，乳化沥青包括如下组分：基质沥青30％～98％，优选68％～88％，水0.9％～64％，优选10％～30％，乳化剂1％～6％，优选2％～4％。制备方法如下：将乳化剂加入到熔融态的基质沥青中混合均匀，将一定量的水缓慢滴加到混有乳化剂的基质沥青中，经充分混合，水以细小的微珠状态分散于含有乳化剂的沥青中，即形成油包水型乳化沥青。

该方案中，一定节省了能耗，减少了沥青中有害气体的挥发以及沥青的热老化现象，但是未考虑铺设的路面容易出现开裂、泛油等问题，这些问题影响路面的使用。

鉴于此，本发明提出了一种乳化沥青及其制备方法，解决了上述技术问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出的一种乳化沥青及其制备方法；在乳化沥青半成品中的纤维，使得乳化沥青半成品中混合料的比表面积增大，有效提高沥青间的粘韧性和内聚力，使得路面具有更强的抗剪切变形能力，纤维吸附沥青中的油分，提高了沥青间的粘度和粘附力，同时起到加强筋的作用，使得路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强，从而解决了铺设的路面容易出现开裂、泛油等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种乳化沥青及其制备方法，包括沥青50～65份、水50～80份、复配乳化剂2～7份和添加剂1～2份；所述沥青包括80％的70#沥青和20％的天然沥青，所述添加剂中包括纤维和助剂，所述纤维包括石棉、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，所述石棉以石棉矿和废旧石棉制品为原料制备；所述木质素纤维以植物和废旧纸张为原料制备；聚酯纤维以聚酯为主要原料，添加一定的功能母料，通过熔融、挤出、高速喷丝、高倍率拉伸后，经特殊表面处理工艺，利用切断机切断而成；所述聚丙烯腈纤维以水为介质的悬浮聚合；所述纤维中各材料的长度为6～12mm，直径为20～80um，所述助剂为氯化钙；

现有技术中，乳化沥青多数通过乳化剂将沥青与水乳化，常用来修补路面，但是铺设的路面容易出现开裂、泛油等问题，这些问题影响路面的使用；

而本发明中，通过设置在乳化沥青半成品中的纤维，使得乳化沥青半成品中混合料的比表面积增大，70#沥青、天然沥青和水在乳化剂的作用下制成乳化沥青半成品，助剂中的氯化钙通过减小两相间的密度差，增加连续相的粘度，从而提高乳化剂的乳化效果和沥青乳液的稳定性，纤维中石棉用于提高乳化沥青的软化温度和降低低温脆性，采用石棉矿和废旧石棉制品为原料使得原料来源充足，且回收利用废旧石棉制品环保节约，纤维中的木质素纤维用于提高乳化沥青的保水性和生产稳定性，木质纤维素在缓和后，利用其自身结构的毛细管作用，起保水效果，同时在干燥过程中对张力的降低来起到抗裂效果，采用植物和废旧纸张为原料使得原料来源充足，且回收利用废旧纸张环保节约，纤维中的聚酯纤维用于提高乳化沥青的水稳定性和抗剥落性，由于聚酯纤维单丝的三维立体分布，同时与沥青具有很强的吸附性，且不缠绕，可以吸附过多的自由沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，纤维中的聚丙烯腈纤维用于提高乳化沥青中混合料的分散作用，增加乳化沥青的粘稠力和稳定性，石棉、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维在添加到乳化沥青混合料中搅拌均匀后，在沥青基体内相互搭接形成交错的加筋网，限制物料的上浮，因此降低乳化沥青在铺设路面后泛油的可能，铺设的路面沥青与纤维组成纤维-沥青复合膜层，有效提高沥青间的粘韧性和内聚力，使得路面具有更强的抗剪切变形能力，纤维吸附沥青中的油分，提高了沥青间的粘度和粘附力，同时起到加强筋的作用，使得路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强。

优选的，所述纤维中聚酯纤维和聚丙烯腈纤维为网状结构，网状结构的面积为40～100mm²，网状结构的网孔直径20～40um，网状结构均匀分布在乳化沥青中；工作时，通过设置网状结构的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，使得乳化沥青中的混合料流动被限制，进一步增强混合料之间粘附力，纤维更易在乳化沥青中形成纤维格栅，加筋作用增加了乳化沥青在一定温度下流动而产生的内摩阻力，且由于纤维吸附稳定作用而乳化沥青在路基表面滞留时间提高，这样就会使路基表面破乳成膜的沥青膜厚度提高，有效提高了对路基的粘结作用，进而提高抗剪切形变能力。

优选的，所述复配乳化剂为阴阳离子复配乳化剂；所述阳离子型乳化剂为十二烷基溴化铵；所述阴离子型乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠；所述辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基溴化铵按摩尔质量9:1复配；工作时，通过设置阴阳离子复配乳化剂作为复配乳化剂，在辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中加入少量的十二烷基溴化铵，由于电荷作用，降低分子间的电荷密度、减弱阴/阳离子间的引力，同时聚氧乙烯基的弱亲水性也增大了复配体系的溶解度，复配乳化剂的表面活性增加，在油和水之间的界面形成膜致密性增加，从而乳化能力增强，有效提高乳化效率。

本发明所述一种乳化沥青制备方法，该方法适用于上述的乳化沥青，该方法步骤如下：

S1、首先对匀化器预热，预热至80℃±5℃，再将沥青和水分别加热至150℃±5℃和80℃±5℃后通入匀化器，启动匀化器，使得匀化器搅拌叶以400～500r/s转动，接着将复配乳化剂升温至60℃±5℃后与添加剂同时通入匀化器内部，混合后的物质温度85±5℃；

S2、在S1中的物料添加完成后，将匀化器的搅拌叶转速提高到3000～3500r/s，在匀化机中增压、剪切、研磨等机械作用，使沥青形成均匀、细小的颗粒，稳定而均匀的分散在复配乳化剂中，形成水包油的沥青乳状液；

S3、在S2中沥青乳化完成后形成乳化沥青半成品，将匀化器的搅拌叶转速降低为400～500r/s，并向匀化器内部添加石棉和木质素纤维，使其与乳化沥青快速混合，接着将匀化器的搅拌叶转速降低为200～300r/s，并向匀化器内部添加网状结构的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，使其均匀分布在乳化沥青中；

S4、在S3中沥青乳化添加纤维完成后，冷却后通入储罐中存储。

优选的，所述乳化沥青在各成分在通入匀化器中混合前，还需将对复配乳化剂进行复配，其步骤如下：

I、物料准备：将40～50单位体积的水加热至50℃±5℃后通入复配混合罐中，接着向混合罐中添加盐酸，使得混合罐中的PH为2～3，再向混合罐添加1～2单位体积的助剂氯化钙，最后将40～50单位体积阴阳离子复配乳化剂通入混合罐；

II、复配：启动混合罐的搅拌叶片，转速为20～30r/s，启动加热器，将混合罐中的物料升温至60℃±5℃，升温完成后将混合罐的搅拌叶片转速提升为200～300r/s，混合30min后停止搅动，将复配乳化剂放入贮存罐中备用。

优选的，所述制备过程中用水的硬度为2度～12度，溶解性总固体为20～300mg/L，首先将直接取自水源的水进行蒸馏降低水的硬度，接着用RO反渗透膜过滤控制水的净度，处理后的水泵入储水罐中备用；使用时，通过蒸馏去除水中的钙镁离子，降低水的硬度，一方面减少中和消耗的酸，另一方面钙镁离子与阴离子型乳化剂反应会产生不溶性物质，从而减少消耗乳化剂，通过RO反渗透膜过滤水，减少水中的杂质，减小杂质对沥青乳化的影响。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种乳化沥青及其制备方法，通过设置在乳化沥青半成品中的纤维，使得乳化沥青半成品中混合料的比表面积增大，使得铺设的路面沥青与纤维组成纤维-沥青复合膜层，有效提高沥青间的粘韧性和内聚力，使得路面具有更强的抗剪切变形能力，纤维吸附沥青中的油分，提高了沥青间的粘度和粘附力，同时起到加强筋的作用，使得路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强。

2.本发明所述的一种乳化沥青及其制备方法，通过设置网状结构的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，使得乳化沥青中的混合料流动被限制，进一步增强混合料之间粘附力，纤维更易在乳化沥青中形成纤维格栅，加筋作用增加了乳化沥青在一定温度下流动而产生的内摩阻力，且由于纤维吸附稳定作用而乳化沥青在路基表面滞留时间提高，这样就会使路基表面破乳成膜的沥青膜厚度提高，有效提高了对路基的粘结作用，进而提高抗剪切形变能力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明中乳化沥青制备方法的流程图；

图2是本发明中复配乳化剂复配工艺的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图2所示，本发明所述的一种乳化沥青，包括沥青50～65份、水50～80份、复配乳化剂2～7份和添加剂1～2份；所述沥青包括80％的70#沥青和20％的天然沥青，所述添加剂中包括纤维和助剂，所述纤维包括石棉、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，所述石棉以石棉矿和废旧石棉制品为原料制备；所述木质素纤维以植物和废旧纸张为原料制备；聚酯纤维以聚酯为主要原料，添加一定的功能母料，通过熔融、挤出、高速喷丝、高倍率拉伸后，经特殊表面处理工艺，利用切断机切断而成；所述聚丙烯腈纤维以水为介质的悬浮聚合；所述纤维中各材料的长度为6～12mm，直径为20～80um，所述助剂为氯化钙；

作为本发明的一种实施方式，所述纤维中聚酯纤维和聚丙烯腈纤维为网状结构，网状结构的面积为40～100mm²，网状结构的网孔直径20～40um，网状结构均匀分布在乳化沥青中；工作时，通过设置网状结构的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，使得乳化沥青中的混合料流动被限制，进一步增强混合料之间粘附力，纤维更易在乳化沥青中形成纤维格栅，加筋作用增加了乳化沥青在一定温度下流动而产生的内摩阻力，且由于纤维吸附稳定作用而乳化沥青在路基表面滞留时间提高，这样就会使路基表面破乳成膜的沥青膜厚度提高，有效提高了对路基的粘结作用，进而提高抗剪切形变能力。

作为本发明的一种实施方式，所述复配乳化剂为阴阳离子复配乳化剂；所述阳离子型乳化剂为十二烷基溴化铵；所述阴离子型乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠；所述辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基溴化铵按摩尔质量9:1复配；工作时，通过设置阴阳离子复配乳化剂作为复配乳化剂，在辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中加入少量的十二烷基溴化铵，由于电荷作用，降低分子间的电荷密度、减弱阴/阳离子间的引力，同时聚氧乙烯基的弱亲水性也增大了复配体系的溶解度，复配乳化剂的表面活性增加，在油和水之间的界面形成膜致密性增加，从而乳化能力增强，有效提高乳化效率。

作为本发明的一种实施方式，所述乳化沥青在各成分在通入匀化器中混合前，还需将对复配乳化剂进行复配，其步骤如下：

作为本发明的一种实施方式，所述制备过程中用水的硬度为2度～12度，溶解性总固体为20～300mg/L，首先将直接取自水源的水进行蒸馏降低水的硬度，接着用RO反渗透膜过滤控制水的净度，处理后的水泵入储水罐中备用；使用时，通过蒸馏去除水中的钙镁离子，降低水的硬度，一方面减少中和消耗的酸，另一方面钙镁离子与阴离子型乳化剂反应会产生不溶性物质，从而减少消耗乳化剂，通过RO反渗透膜过滤水，减少水中的杂质，减小杂质对沥青乳化的影响。

具体工作流程如下：

使用时，通过设置在乳化沥青半成品中的纤维，使得乳化沥青半成品中混合料的比表面积增大，70#沥青、天然沥青和水在乳化剂的作用下制成乳化沥青半成品，助剂中的氯化钙通过减小两相间的密度差，增加连续相的粘度，从而提高乳化剂的乳化效果和沥青乳液的稳定性，纤维中石棉用于提高乳化沥青的软化温度和降低低温脆性，采用石棉矿和废旧石棉制品为原料使得原料来源充足，且回收利用废旧石棉制品环保节约，纤维中的木质素纤维用于提高乳化沥青的保水性和生产稳定性，木质纤维素在缓和后，利用其自身结构的毛细管作用，起保水效果，同时在干燥过程中对张力的降低来起到抗裂效果，采用植物和废旧纸张为原料使得原料来源充足，且回收利用废旧纸张环保节约，纤维中的聚酯纤维用于提高乳化沥青的水稳定性和抗剥落性，由于聚酯纤维单丝的三维立体分布，同时与沥青具有很强的吸附性，且不缠绕，可以吸附过多的自由沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，纤维中的聚丙烯腈纤维用于提高乳化沥青中混合料的分散作用，增加乳化沥青的粘稠力和稳定性，石棉、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维在添加到乳化沥青混合料中搅拌均匀后，在沥青基体内相互搭接形成交错的加筋网，限制物料的上浮，因此降低乳化沥青在铺设路面后泛油的可能，铺设的路面沥青与纤维组成纤维-沥青复合膜层，有效提高沥青间的粘韧性和内聚力，使得路面具有更强的抗剪切变形能力，纤维吸附沥青中的油分，提高了沥青间的粘度和粘附力，同时起到加强筋的作用，使得路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强；通过设置网状结构的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，使得乳化沥青中的混合料流动被限制，进一步增强混合料之间粘附力，纤维更易在乳化沥青中形成纤维格栅，加筋作用增加了乳化沥青在一定温度下流动而产生的内摩阻力，且由于纤维吸附稳定作用而乳化沥青在路基表面滞留时间提高，这样就会使路基表面破乳成膜的沥青膜厚度提高，有效提高了对路基的粘结作用，进而提高抗剪切形变能力；通过设置阴阳离子复配乳化剂作为复配乳化剂，在辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中加入少量的十二烷基溴化铵，由于电荷作用，降低分子间的电荷密度、减弱阴/阳离子间的引力，同时聚氧乙烯基的弱亲水性也增大了复配体系的溶解度，复配乳化剂的表面活性增加，在油和水之间的界面形成膜致密性增加，从而乳化能力增强，有效提高乳化效率。

为验证本发明的实际应用效果，作出以下实验：

试验一、检测纤维掺量不同的乳化沥青低温抗裂性；

采用本发明的乳化沥青制备方法生产纤维掺量不同的乳化沥青，乳化沥青中的纤维掺量分别为0、2％和6％，将不同纤维掺量的乳化沥青制成为直径152.4mm，高95.3mm大马歇尔试件，60℃养生48h，并取试件中部50mm厚的圆形试件，再将其从中间对称打开制得半圆形试件。试验前将试件放在-10℃恒温环境箱中保温4h，试验采用单点加载方式，支点间距为SCB试件直径的0.8倍，即S＝0.8D，加载速度0.5mm/min，记录破坏载荷和破坏应变，以抗弯拉强度、弯拉劲度模量和抗弯拉应变能衡量乳化沥青的低温抗裂性能，试验结果如下表；

不同纤维掺量乳化沥青低温抗裂变试验结果

上表试验结果表明：掺加纤维后乳化沥青破坏应变、单位体积破坏应变能增幅较大，劲度模量降低，试件柔性增强，低温抗裂性提高，分析纤维掺量对乳化沥青低温抗裂性的影响，通过纵横交错的纤维加筋、吸附稳定作用，使得乳化沥青的整体强度得到增强。

试验二、检测不同乳化剂乳化的乳化沥青性能；

采用本发明的乳化沥青制备方法生产的乳化沥青、只用辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠作乳化剂的乳化沥青和只用十二烷基溴化铵作乳化剂的乳化沥青检测三种乳化沥青的性能，分别编号为1、2和3，试验结果如下表；

三种乳化沥青的性能

上表试验结果表明：使用阴阳离子型复配乳化剂生产的乳化沥青乳化稳定时间延长，稳定性提高，又因阳离子乳化剂用量减少而使成本降低。

综上所述，通过掺加纤维，纤维在乳化沥青混合料中形成交错的加筋网，且将聚酯纤维和聚丙烯腈纤维制作成网状结构，使得路面具有更强的抗剪切变形能力路面的低温抗裂性更高，抗车辙能力更强，通过使用阴阳离子复配乳化剂，使得乳化效率提高，且提高乳化沥青的稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种乳化沥青，包括沥青50～65份、水50～80份、复配乳化剂2～7份和添加剂1～2份；其特征在于：所述沥青包括80％的70#沥青和20％的天然沥青，所述添加剂中包括纤维和助剂，所述纤维包括石棉、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，所述石棉以石棉矿和废旧石棉制品为原料制备；所述木质素纤维以植物和废旧纸张为原料制备；聚酯纤维以聚酯为主要原料，添加一定的功能母料，通过熔融、挤出、高速喷丝、高倍率拉伸后，经特殊表面处理工艺，利用切断机切断而成；所述聚丙烯腈纤维以水为介质的悬浮聚合；所述纤维中各材料的长度为6～12mm，直径为20～80um，所述助剂为氯化钙。

2.根据权利要求1所述的一种乳化沥青，其特征在于：所述纤维中聚酯纤维和聚丙烯腈纤维为网状结构，网状结构的面积为40～100mm²，网状结构的网孔直径20～40um，网状结构均匀分布在乳化沥青中。

3.根据权利要求1所述的一种乳化沥青，其特征在于：所述复配乳化剂为阴阳离子复配乳化剂；所述阳离子型乳化剂为十二烷基溴化铵；所述阴离子型乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠；所述辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基溴化铵按摩尔质量9:1复配。

4.一种乳化沥青制备方法，其特征在于：该方法适用于权利要求1-3中任一项所述的乳化沥青，该方法步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种乳化沥青制备方法，其特征在于：所述乳化沥青在各成分在通入匀化器中混合前，还需将对复配乳化剂进行复配，其步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种乳化沥青制备方法，其特征在于：所述制备过程中用水的硬度为2度～12度，溶解性总固体为20～300mg/L，首先将直接取自水源的水进行蒸馏降低水的硬度，接着用RO反渗透膜过滤控制水的净度，处理后的水泵入储水罐中备用。