CN115044099B - 一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温拌沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程材料技术领域，尤其涉及一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温拌沥青及其制备方法。所述的二维沥青温拌剂包括以下重量份的组分：52～60份C‑35表面活性剂、20～30份NS‑T增延剂、12～18份OB‑12降黏剂、1～3份抗剥落剂、1～3份MXenes引发剂。所述的二维沥青温拌剂可有效改善沥青对集料的润湿效果，增强沥青与集料间的粘结力，沥青混合料降温幅度可达30℃～60℃，实现热拌沥青混合料在0℃超低温环境下的有效摊铺与压实。二维沥青温拌剂加入到沥青胶结料中，可在沥青中快速渗透、铺展于沥青表面，使体系的界面状态发生明显变化，从而使沥青混合料达到降温拌合的目的，有效保证了沥青路面的压实效果。

Description

一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温 拌沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，尤其涉及一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温拌沥青及其制备方法。

背景技术

热拌沥青混合料以期优异的性能成为主流的路面铺筑材料，然而其压实特性具有显著的温度敏感性，致使其在寒区的施工季节极短。实际上，沥青路面的耐久性与沥青混合料施工温度及沥青路面开放交通的初期环境温度密切相关，现行《沥青路面施工技术规范》F40-2004要求“当高速公路和一级公路施工气温低于10℃，其他等级公路施工气温低于5℃，不宜摊铺热拌沥青混合料。然而，我国寒区面积非常大(达65%以上)，其施工季节仅3～4个月，在秋冬季节环境温度小于5℃或存在“一日四季”的昼夜温差较大时均无法施工。基于温拌的沥青混合料低温施工技术是改变高寒区、冬季湿冷地区沥青路面施工工期短、工期紧张的现状的主要手段。

目前，沥青温拌技术总体上可以分为三大类型：(1)沥青发泡型温拌剂，特点是沥青的粘度显著降低，改善沥青混合料的施工和易性，从而使混合料在相对较低温度下就可进行拌合、摊铺和碾压。缺点是以水为介质，限制了其环境温度接近0℃的低温施工；(2)有机添加剂型温拌剂，特点是降低沥青胶结料的高温粘度。缺点是有机温拌剂中的蜡分对沥青混合料的低温性能不利；(3)表面活性剂型温拌剂，特点是温拌剂中的表面活性剂分子由亲油基和亲水基组成，可在胶结料中形成水膜，提升沥青混合料的施工和易性，且不降低沥青混合料的低温性能。

然而，现有技术中的温拌技术无法适应环境温度接近0℃的超低温热拌沥青混合料低温施工问题。

发明内容

为解决高寒地区、冬季湿冷地区沥青路面施工工期短、工期紧张的现状，以及常规温拌剂对沥青低温性能有不利影响、难以适应0℃等超低温环境施工的问题，本发明提供了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温拌沥青及其制备方法。

该温拌剂的制备基于分子级润滑原理，以低成本、环保型表面活性剂和无机化合物MXenes复配降温幅度可达30-60℃的高效二维沥青温拌剂，其属于油溶性温拌剂，可以弥补水溶性温拌剂低温施工技术的不足，同时实现热拌沥青混合料在0℃超低温环境下的有效摊铺与压实，降低碾压温度及延长可施工工期。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，其主要成分包括：52～60份C-35表面活性剂，20～30份NS-T增延剂，12～18份OB-12降黏剂，1～3份抗剥落剂，1～3份MXenes引发剂。

本发明所述的二维沥青温拌剂相比现有的沥青温拌剂，采用低成本、环保型表面活性剂、沥青增延剂、降黏剂、抗剥落剂等材料，并在MXenes引发剂（XFK19-碳化钒(V4C3Tx)MXene多层纳米片，江苏先锋纳米材料科技有限公司，厚度：10nm-1μm，CAS号：12070-10-9）作用下制备而成。该二维沥青温拌剂不仅可以实现沥青混合料降温30-60℃拌合，而且可以实现热拌沥青混合料在0℃超低温环境下的有效摊铺与压实，同时对沥青的高温指标不产生影响。本发明的普及应用，对减少热拌沥青混合料高温烟气、延长高寒湿冷地区施工时间、提升路面施工质量、减少碳排放具有巨大的经济和环境效益。

优选的，所述C-35表面活性剂为十二烷基二甲基胺乙内酯、十八烷基二羟乙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺及椰子油二乙醇酰胺中的一种或多种组合物，使沥青中羟基与胺基形成p-π共轭体系，增加分子间作用力，提升沥青的软化点

优选的，所述的NS-T增延剂是一种废纸浆回收物，由妥尔油脂肪酸、精制妥尔油的一种或多种构成。其作用是润滑阻隔沥青质形成过大的胶团，从而使沥青低温延展性增加。

优选的，所述OB-12降黏剂为十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种的组合物。其作用是改善沥青与集料的润湿效果，同时对沥青的软化点、延度及针入度影响较小。

优选的，所述抗剥落剂为脂肪酸、卡洛胺中的一种或两种的组合物。

优选的，所述MXenes引发剂采用有机物插层剥离法和超声分散等方式制备而得。所述的MXenes引发剂是由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维无机化合物。其易与沥青等聚合物复合，且高长径比和羟基增强了氢键间的相互作用，可改善增强剂(颗粒、纤维)与基体之间的界面相互作用，提高聚合物的力学、热氧老化性能。

本发明还公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂的制备方法，包括如下操作步骤：

首先将C-35表面活性剂与NS-T增延剂混合，随后加入OB-12降黏剂和抗剥落剂，采用加热装置使混合液升温至70℃～80℃，加入MXenes引发剂，放置于搅拌机下搅拌15～20min，转速700～800r/min。

本发明还公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的温拌沥青，包括沥青，所述沥青内添加上述的二维沥青温拌剂。

所述沥青为基质沥青或改性沥青。

所述二维沥青温拌剂添加量占沥青质量的0.3%～0.8%。

本发明还公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的温拌沥青的制备方法，包括如下操作步骤：

首先将基质沥青或改性沥青加热至具有良好的流动状态，随后加入一定量的二维沥青温拌剂，放置搅拌机下搅拌30min，搅拌转速设为800r/min，即可制得温拌沥青。

本发明针对现有温拌技术无法适应环境温度接近0℃的超低温热拌沥青混合料低温施工问题，弥补水溶性温拌低温施工技术的不足，基于分子级润滑原理，以低成本、环保型表面活性剂和二维无机化合物MXenes复配降温幅度达30-60℃的高效二维沥青温拌剂，实现热拌沥青混合料在超低温环境下的有效摊铺与压实，延长可施工工期。

有益效果

本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂及温拌沥青，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，其主要成分为低成本、环保型表面活性剂，该油溶性表面活性剂，可以弥补水溶性温拌剂低温施工技术的不足，同时实现热拌沥青混合料在0℃超低温环境下的有效摊铺与压实，降低碾压温度及延长可施工工期。

2、本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，加入的NS-T增延剂主要成分为废纸浆回收物，材料成本低，且实现了资源回收利用。该增延剂可以对沥青质起到润滑阻隔作用，防止沥青质形成过大的胶团，从而改善沥青的低温性能。

3、本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，所加入的抗剥落剂中含有的卡洛胺成分可以增加温拌沥青对集料的附着性能，卡洛胺是多种表面活性剂的混合物，其分子结构中同时具有极性端基和非极性端基，极性端基与集料具有极强的结合力，非极性端基与沥青分子具有极强的结合力。因此，抗剥落剂的加入，可以使沥青与集料间相互亲和、紧密地粘附在一起，从而形成了抗剥落的功能和效果。

4、本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，所加入的MXenes引发剂对温拌剂各组成间的融合起到促进作用，也易与沥青等聚合物复合，且高长径比和羟基增强了氢键间的相互作用，可改善增强剂(颗粒、纤维)与基体之间的界面相互作用，提高聚合物的力学、热氧老化性能。

5、本发明公开了一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，与现有产品相比，经济、环境效益明显。该二维沥青温拌剂不仅可以实现沥青混合料降温30～60℃拌合，减少有害气体的排放，延长可施工时间，缩短工程周期，而且对沥青的高温指标不产生影响。

具体实施方式

以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

实施例1

一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂的制备：以重量计，首先称取52份C-35表面活性剂，然后加入30份NS-T增延剂，再加入12份OB-12降黏剂和3份抗剥落剂，采用加热装置使混合液升温至70℃~80℃，然后加入3份MXenes引发剂，放置于搅拌机下搅拌15-20min，至溶液体系混合均匀，转速700-800r/min。

温拌沥青的制备：首先将基质沥青加热至具有良好的流动状态，随后加入一定量的二维沥青温拌剂，放置搅拌机下搅拌30min，搅拌转速设为800r/min，即可制得温拌沥青。所述二维沥青温拌剂添加量占沥青质量的0.3%。

温拌沥青混合料的制备：向拌合锅中加入调整好级配的矿质混合料(含矿粉)，加入温拌沥青，经拌合后得到温拌沥青混合料。为模拟实际工程混合料的运输过程，将拌合好的沥青混合料在130℃的烘箱中保温3小时，然后成型试件。上述集料加热温度140℃，沥青含量为4.5%，所得温拌沥青混合料的具体技术指标见表1-表4。

实施例2

一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂的制备：以重量计，首先称取56份C-35表面活性剂，然后加入25份NS-T增延剂，再加入15份OB-12降黏剂和2份抗剥落剂，采用加热装置使混合液升温至70℃-80℃，然后加入2份MXenes引发剂，放置于搅拌机下搅拌15-20min，至溶液体系混合均匀，转速700-800r/min。

温拌沥青的制备：首先将基质沥青加热至具有良好的流动状态，随后加入一定量的二维沥青温拌剂，放置搅拌机下搅拌30min，搅拌转速设为800r/min，即可制得温拌沥青。所述二维沥青温拌剂添加量占沥青质量的0.5%。

温拌沥青混合料的制备：向拌合锅中加入调整好级配的矿质混合料(含矿粉)，加入温拌沥青，经拌合后得到温拌沥青混合料。为模拟实际工程混合料的运输过程，将拌合好的沥青混合料在130℃的烘箱中保温3小时，然后成型试件。上述集料加热温度135℃，沥青含量为4.3%，所得温拌沥青混合料的具体技术指标见表1-表4。

实施例3

一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂的制备：以重量计，首先称取60份C-35表面活性剂，然后加入20份NS-T增延剂，再加入18份OB-12降黏剂和1份抗剥落剂，采用加热装置使混合液升温至70℃-80℃，然后加入1份MXenes引发剂，放置于搅拌机下搅拌15-20min，至溶液体系混合均匀，转速700-800r/min。

温拌沥青的制备：首先将基质沥青加热至具有良好的流动状态，随后加入一定量的二维沥青温拌剂，放置搅拌机下搅拌30min，搅拌转速设为800r/min，即可制得温拌沥青。所述二维沥青温拌剂添加量占沥青质量的0.8%。

温拌沥青混合料的制备：向拌合锅中加入调整好级配的矿质混合料(含矿粉)，加入温拌沥青，经拌合后得到温拌沥青混合料。为模拟实际工程混合料的运输过程，将拌合好的沥青混合料在130℃的烘箱中保温3小时，然后成型试件。上述集料加热温度130℃，沥青含量为4.1%，所得温拌沥青混合料的具体技术指标见表1-表4。

对比例1

该实施例为常规热拌沥青混合料。向拌合锅中加入调整好级配的矿质混合料(含矿粉)，加入基质沥青，经拌合后得到沥青混合料。上述集料加热温度170℃，沥青含量为4.3%，所得温拌沥青混合料的具体技术指标见表1-表3。

对比例2

该实施例为常规热拌沥青混合料。向拌合锅中加入调整好级配的矿质混合料(含矿粉)，加入基质沥青，经拌合后得到沥青混合料。上述集料加热温度135℃，沥青含量为4.3%，所得温拌沥青混合料的具体技术指标见表1-表3。

表1实施例和对比例的润湿、铺展性能

表2实施例和对比例的拌和、成型温度

从表1、表2中可以看出，在相同温度下，温拌沥青在不同时间条件下的接触角均小于普通基质沥青，说明温拌剂的加入可以有效提升沥青对集料的润湿、铺展性能，使沥青更好的裹附在集料表面。对比实施例与对比例的针入度、软化点和延度指标，加入温拌剂后，针入度和软化点变化不明显，延度提升明显。

表3实施例和对比例的空隙率

注：上述实施例和对比例中虽然采用不同的集料质量和沥青质量，但所有实施例均采用同一批集料和相同的级配。

分析表3中实施例与对比例的空隙率，实施例1~实施例3所测出的空隙率与设定的4.5%的空隙率基本相同，且老化3h后成型的试件空隙率与设定的空隙率相差很小。对比例1的热拌沥青混合料成型的试件空隙率与设定值基本相同，但老化3h后成型的时间孔隙率变大。对比例2老化前后的空隙率相比设定值均明显增大，说明集料温度对混合料的压实度影响明显。故在相同压实功的前提下，采用本发明制备的温拌沥青混合料降温压实效果好，耐久性好，作用效果时间长，在保证压实度的前提下，能显著降低成型温度30℃以上。

表4实施例和对比例的TSR值

冻融劈裂试验可以用来评价沥青混合料的水稳定性，从表4中可以看出，实施例1-3中温拌沥青混合料直接成型的试件冻融劈裂抗拉强度比(TSR)均与对比例1的热拌沥青混合料相当，而实施例1-3中温拌沥青混合料老化3h后成型试件的TSR比热拌沥青混合料相当TSR值高约13%，且均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的技术要求。

相比实施例1-3和对比例1、对比例2所成型的试件TSR值明显降低，且老化3h后的TSR值无法满足规范要求，说明常规基质沥青在降温30℃成型后的试件，其抗水损坏能力较差。

所述的二维沥青温拌剂属于油溶性环保型生物基温拌剂，主要材料为高效无水型表面活性剂和废旧生物基材料，可有效改善沥青对集料的润湿效果，增强沥青与集料间的粘结力，沥青混合料降温幅度可达30℃~60℃，实现热拌沥青混合料在0℃超低温环境下的有效摊铺与压实，且对沥青胶结料及其混合料其他性能无明显负面影响。所述的二维沥青温拌剂加入到沥青胶结料中，可在沥青中快速渗透、铺展于沥青表面，使体系的界面状态发生明显变化，从而使沥青混合料达到降温拌合的目的，有效保证了沥青路面的压实效果。对减少甚至避免沥青路面在行车载荷作用下的早期破坏，提高路面的养护质量，延长施工季节及路面使用寿命具有重要作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：52～60份C-35表面活性剂、20～30份NS-T增延剂、12～18份OB-12降黏剂、1～3份抗剥落剂、1～3份MXenes引发剂；

所述C-35表面活性剂为十二烷基二甲基胺乙内酯、十八烷基二羟乙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺及椰子油二乙醇酰胺中的一种或多种组合物；

所述NS-T增延剂是一种废纸浆回收物，所述NS-T增延剂为妥尔油脂肪酸、精制妥尔油中的一种或两种的组合物；

所述OB-12降黏剂为十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种的组合物；

所述抗剥落剂为脂肪酸、卡洛胺中的一种或两种的组合物。

2.根据权利要求1所述的适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂，其特征在于，所述MXenes引发剂采用有机物插层剥离法和超声分散方式制备而得。

3.权利要求1或2所述的适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：首先将C-35表面活性剂与NS-T增延剂混合，随后加入OB-12降黏剂和抗剥落剂，采用加热装置使混合液升温至70℃～80℃，加入MXenes引发剂，放置于搅拌机下转速700～800r/min、搅拌15～20min，即可得到所述的二维沥青温拌剂。

4.一种适于热拌沥青混合料超低温施工的温拌沥青，其特征在于，包括沥青，所述沥青内添加权利要求1或2所述的二维沥青温拌剂。

5.根据权利要求4所述的适于热拌沥青混合料超低温施工的温拌沥青，其特征在于，所述二维沥青温拌剂添加量占沥青质量的0.3%～0.8%。

6.一种适于热拌沥青混合料超低温施工的温拌沥青的制备方法，包括如下操作步骤：首先将沥青加热至具有良好的流动状态，随后加入一定量的二维沥青温拌剂，放置搅拌机下搅拌30min，搅拌转速设为800r/min，即可制得所述的温拌沥青。