CN115159899A - 一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用，属于沥青路面材料的技术领域，用以解决冷拌沥青混合料早期固化强度差的技术问题。冷拌沥青混合料包括以下质量份的组分：5‑10份冷拌沥青液、1‑5份固化剂和100份集料；所述冷拌沥青液包括质量比例为100:（10‑40）的基质沥青和反应型冷拌稀释剂；所述反应型冷拌稀释剂由环氧活性稀释剂与氨基酸反应合成。本发明还公开了冷拌沥青混合料的制备方法。本发明冷拌冷铺沥青混合料可通过反应型冷拌稀释剂调控固化过程，提升冷拌沥青混合料的早期固化强度，可应用路面坑槽冷补、薄面罩层及路面冷铺工程等领域。

Description

一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于沥青路面材料的技术领域，尤其涉及一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用。
背景技术
随着中国“双碳”目标的提出，相比传统高能耗、高污染的热拌沥青混合料，绿色低碳的冷拌沥青混合料受到研究人员的广泛关注。该技术实现了常温下施工，不受气温、季节的影响，克服了传统路面资源浪费、环境污染的弊端，具有显著的社会、环境效益。目前，常用的冷拌沥青混合料有溶剂型冷拌沥青混合料、乳化型冷拌沥青混合料以及水性环氧冷拌沥青混合料。例如专利公开号CN111116109A通过加入聚酯纤维提升水性环氧树脂改性乳化沥青混合料低温性能的制备技术，马歇尔稳定度大于13kN。专利公开号CN113248935A提出由腰果壳油、大豆油、椰子油、橄榄油等植物油为反应型稀释剂，硅酸盐水泥为固化剂，所得水反应型常温沥青混合料的初始马歇尔强度大于6kN。上述两种方法通过对沥青进行改性，在固化的过程中仍是沥青作为交联网络的主体，在制备过程中工艺较为复杂。专利公开号CN110713362A发明的反应溶剂型冷拌沥青混合料，其反应型溶剂为不饱和脂肪酸，且与水性环氧树脂复配，所得冷拌沥青混合料的初始马歇尔强度大于3.5kN。专利公开号CN108726924A采用反应型溶剂不饱和脂肪酸，如棕榈油酸、蓖麻油酸、油酸、亚油酸等，以及固化剂偏高岭土和硅酸盐水泥等，制备了反应型常温沥青混合料，其初始稳定度大于3.5kN，且成型稳定度大于8.0kN。上述两种采用不饱和脂肪酸及添加剂进行简单的复配后作为溶剂，通过溶剂前期与固化剂等物质进行反应，进而提高早期固话强度，具有操作简便、快速的特点。但是由于不饱和脂肪酸中与固化剂结合基团较少，导致形成的交联网络强度仍然较低，因此采用反应型溶剂所制备的冷拌沥青混合料的初始固化强度仍需进一步提升。
发明内容
针对冷拌沥青混合料早期固化强度差的技术问题，本发明提出一种冷拌沥青混合料及其制备方法和应用，冷拌沥青混合料中包含氨基酸接枝改性的环氧活性稀释剂作为冷拌稀释剂，冷拌稀释剂与固化剂发生固化反应，从而提升了早期固化强度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种冷拌沥青混合料
冷拌沥青混合料包括一定质量比例的基质沥青、反应型冷拌稀释剂、固化剂与集料；反应型冷拌稀释剂由环氧活性稀释剂与氨基酸反应合成。
所述的环氧活性稀释剂为正丁基缩水甘油醚、十二至十四烷基缩水甘油醚、丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、环氧丙基苯基醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚其中任意一种或两种以上。
所述的氨基酸为胱氨酸、丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、对氨基苯甲酸其中任意一种或两种以上。
所述的反应型冷拌稀释剂的制备方法，包括以下步骤：将环氧活性稀释剂和氨基酸按一定质量配比溶解于溶剂中，在一定温度下搅拌反应；反应结束后通过减压蒸馏将溶剂祛除，获得反应型冷拌稀释剂。
所述反应型冷拌稀释剂的制备中环氧活性稀释剂和氨基酸质量配比（10-30）:1，反应温度60-90℃，反应时间1-10h，搅拌速率50-200 rad/min。
所述反应型冷拌稀释剂的制备中溶剂为乙醇或/和水。
所述反应型冷拌稀释剂的制备中萃取剂为甲醇、丙酮、正庚烷的任一种或其组合。
所述反应型冷拌稀释剂的制备中减压蒸馏温度60-100℃、绝对压力0-40kPa。
所述的冷拌沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比例100:（10-40）拌合，获得冷拌沥青液，将5-10份冷拌沥青液、1-5份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，上述为质量份数。
所述基质沥青为70#或90#沥青。
所述固化剂为硅酸盐水泥、偏高岭土、氢氧化钙、氧化钙的任一种或其组合。
冷拌沥青混合料可用于路面坑槽冷补、薄面罩层及路面冷铺工程等领域。
本发明的有益效果是：
（1）本发明设计合成的反应型冷拌稀释剂是由氨基酸接枝改性的环氧活性稀释剂，具有适宜的脂肪链和极性官能团，是一种与沥青兼容性优良的新型冷拌稀释剂。
（2）反应型冷拌稀释剂与固化剂反应温和，其有机羧基官能团与无机离子反应，形成有机-无机三维网状交联结构，形成完整的交联固化体系，从而提升了冷拌沥青混合料的早期固化强度，通过调控沥青混合料中各组分的配比，早期马歇尔稳定度达到8.0kN，固化强度逐步上升，可应用于冷拌冷铺路面工程领域。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂正丁基缩水甘油醚和丙氨酸，按质量配比20:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比1:1）。在反应温度70℃下搅拌反应5h，搅拌速率100 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂甲醇与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度100℃、绝对压力40kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
90#沥青加热到120℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比100:10搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将5份冷拌沥青液、1份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为氢氧化钙，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度3.5kN。
实施例2
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂环氧丙基苯基醚和酪氨酸，按质量配比10:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比2:1）。在反应温度80℃下搅拌反应6h，搅拌速率50 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂丙酮与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度60℃、绝对压力0kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
70#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比例100: 40搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将8份冷拌沥青液、2份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为硅酸盐水泥，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度5.5kN。
实施例3
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂十四烷基缩水甘油醚和胱氨酸，按质量配比30:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇。在反应温度60℃下搅拌反应10h，搅拌速率200 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂正庚烷与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度80℃、绝对压力20kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
70#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比例100:20搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将10份冷拌沥青液、5份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为氧化钙，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度6.3kN。
实施例4
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂乙二醇双缩水甘油醚和对氨基苯甲酸，按质量配比15:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比3:1）。在反应温度90℃下搅拌反应1h，搅拌速率200rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂丙酮与反应产物质量比例2:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度90℃、绝对压力30kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
70#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比100:30搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将7份冷拌沥青液、2份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为偏高岭土，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度8.0kN。
实施例5
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
环氧活性稀释剂为质量比1:1的十二烷基缩水甘油醚和十四烷基缩水甘油醚，氨基酸为质量比为1:1的丙氨酸和亮氨酸，按质量配比10:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比1:2）。在反应温度75℃下搅拌反应4h，搅拌速率80 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂正庚烷与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度100℃、绝对压力40kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
90#沥青加热到120℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比100:10搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将5份冷拌沥青液、1份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为质量比为1:1的氢氧化钙和氧化钙，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度4.3kN。
实施例6
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂乙二醇双缩水甘油醚和酪氨酸，按质量配比15:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比2:1）。在反应温度85℃下搅拌反应5h，搅拌速率70 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂为质量比为1:1的丙酮和甲醇溶液，萃取剂与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度60℃、绝对压力20kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
90#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比例100:25搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将7份冷拌沥青液、2份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为硅酸盐水泥，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度5.8kN。
实施例7
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂间苯二酚双缩水甘油醚和异亮氨酸，按质量配比20:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇。在反应温度90℃下搅拌反应2h，搅拌速率200 rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂正庚烷与反应产物质量比例1:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度80℃、绝对压力20kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
70#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比例100:15搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将10份冷拌沥青液、5份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为氧化钙，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度7.1kN。
实施例8
一种冷拌沥青混合料，制备方法如下：
将环氧活性稀释剂丙烯基缩水甘油醚和对氨基苯甲酸，按质量配比25:1溶解于溶剂中，溶剂为乙醇和水混合液（质量比3:1）。在反应温度80℃下搅拌反应3h，搅拌速率150rad/min。反应结束冷却室温后萃取分离，萃取剂丙酮与反应产物质量比例2:1。萃取分离所得不溶物再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，减压蒸馏温度90℃、绝对压力20kPa，获得反应型冷拌稀释剂。
70#沥青加热到110℃至流动状态，将基质沥青与反应型冷拌稀释剂以质量比100:20搅拌拌合均匀，获得冷拌沥青液。将5份冷拌沥青液、2份固化剂与100份集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料，固化剂为偏高岭土，集料为AC-13，常温养护24h后马歇尔稳定度6.3kN。
对比例
90#沥青加热到120℃至流动状态，将基质沥青与正丁基缩水甘油醚以质量比100:10搅拌拌合均匀，获得沥青液。将5份沥青液、1份固化剂与100份集料常温拌合，获得沥青混合料，固化剂为氢氧化钙，集料为AC-13，常温养护24h后不能固化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷拌沥青混合料，其特征在于，包括以下质量份的组分：5-10份冷拌沥青液、1-5份固化剂和100份集料；所述冷拌沥青液包括质量比例为100:（10-40）的基质沥青和反应型冷拌稀释剂；所述反应型冷拌稀释剂由环氧活性稀释剂与氨基酸反应合成。
2.根据权利要求1所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述固化剂为硅酸盐水泥、偏高岭土、氢氧化钙和氧化钙其中任意一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述环氧活性稀释剂为正丁基缩水甘油醚、十二至十四烷基缩水甘油醚、丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、环氧丙基苯基醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚和丁二醇二缩水甘油醚其中任意一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述氨基酸为胱氨酸、丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和对氨基苯甲酸其中任意一种或两种以上。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述反应型冷拌稀释剂的制备包括以下步骤：将环氧活性稀释剂和氨基酸溶解于溶剂中进行反应，反应结束后萃取分离，再通过减压蒸馏祛除残余溶剂，获得反应型冷拌稀释剂。
6.根据权利要求5所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述环氧活性稀释剂和氨基酸质量配比（10-30）:1，反应温度60-90℃，反应时间1-10h。
7.根据权利要求6所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，所述溶剂为乙醇或/和水；所述萃取剂为甲醇、丙酮、正庚烷其中任意一种或两种以上。
8.根据权利要求7所述的冷拌沥青混合料，其特征在于，减压蒸馏温度60-100℃、绝对压力0-40kPa。
9.权利要求1-4或6-8其中任意一项所述冷拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将基质沥青与反应型冷拌稀释剂拌合，获得冷拌沥青液；将冷拌沥青液、固化剂与集料常温拌合，获得冷拌沥青混合料。
10.权利要求1-4或6-8其中任意一项所述冷拌沥青混合料的应用，其特征在于，所述冷拌沥青混合料用于路面坑槽冷补、薄面罩层及路面冷铺工程。
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