CN115466520B - 一种反应型常温沥青固化混合料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路建筑材料和工程领域，具体涉及一种反应型常温沥青混合料及其制备方法和应用。一种反应型常温沥青混合料，按重量份计，包括65‑85重量份沥青、15‑35重量份反应型有机溶剂、1‑10重量份交联剂和1‑10重量份固化剂。本发明提供的反应型常温沥青混合料在室温下具有良好的流动性，在固化剂的作用下，能够快速增加沥青的粘度，成功实现了该材料的常温快速固化。制备的反应型常温沥青混合料具有很好稳定性，在室温密封条件下可以存放半年。而且，本发明反应型常温沥青固化混合料能够常温快速固化，其浸水马歇尔实验的残留稳定度和冻融劈裂强度比等均满足《公路沥青路面施工技术规范》中的各项指标要求，具有优异的沥青道路铺筑应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及道路建筑材料和工程技术领域，尤其涉及反应型常温沥青固化混合料及其制备方法和应用。
背景技术
现阶段，沥青路面的铺筑主要采用热拌沥青技术。该技术首先将基质沥青高温液化，再与干燥石料搅拌而实现其加工与摊铺流动性，并在铺筑后通过冷却固化实现其强度和耐久度。但是热拌工艺能耗大、设备投入高，严重受制于混合料运输、摊铺和碾压过程的温度损失，且在混合料制备与道路铺筑过程中会产生大量刺激性与有毒气体，不满足节能减排、环境保护的社会发展需求。虽然一系列基于乳化沥青和稀释沥青的冷拌冷铺工艺已被成功开发并实现应用，但该类冷拌沥青混合料仍然存在施工局限性大、材料性能有限、稀释剂挥发引起环境污染等问题，常常只能用于沥青路面的修补和低交通量路面或基层的铺筑。
反应型常温沥青材料具有制备工艺能耗低、材料性能可控、混合料拌和与道路施工简单、初期与成型强度高和安全环保无污染等众多优点。该类型沥青混合料首先使用特殊有机溶剂将沥青液化，使其可以在室温条件下与石料进行有效拌和；随后添加固化剂与特殊有机溶剂发生反应，形成固化产物并消耗溶剂，使混合料强度得以快速提高，并通过固化产物对混合料性能进行调控。反应型常温沥青在拥有较好流动性的同时，克服了热拌沥青技术和冷拌冷铺沥青技术的各种不足。
有鉴于此，目前有必要开发一种能够常温引发固化的液态沥青材料，以满足道路施工低能耗、高性能、无污染等需求。
发明内容
本发明为解决现有技术不足的问题，而提供一种具有常温流动性的反应型常温沥青固化混合料，该反应型常温沥青固化混合料既能实现长时间的流动状态，又能在中间材料与固化剂混合后，在短时间内固化并形成强度很大的材料。
本发明采用的技术方案是：
一种反应型常温沥青固化混合料，按重量份计，包括65-85重量份沥青、15-35重量份反应型有机溶剂、1-10重量份交联剂和1-10重量份固化剂。
优选地，所述反应型有机溶剂为不饱和高分子单体。
优选地，所述不饱和高分子单体为苯乙烯、α-甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、乙酸乙烯酯、十二烯基丁二酸酐、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异癸酯、10-十一烯酸、油酸、反式油酸、亚油酸中的至少一种。
优选地，所述交联剂为二乙烯基苯、二乙烯基苯异构体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种。
优选地，所述固化剂为六水合三氯化铁、硅酸、硼酸、氯化锌、无水三氯化铝、结晶四氯化锡、对甲苯磺酸、多聚磷酸、硫酸中的至少一种。
反应型常温沥青固化混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沥青加热至80-100℃；
(2)将反应型有机溶剂与步骤(1)中加热后的沥青进行混合，在温度80-100℃下以转速100-120r/min的速度搅拌25-30分钟，再以30-50r/min的速度搅拌30-35分钟得到混合料1；
(3)将步骤(2)中得到的混合料1和交联剂进行混合,以转速100-120r/min的速度搅拌8-10分钟，得到反应型常温沥青混合料，密封备用；
(4)将反应型常温沥青混合料以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌5-10min；
(5)向步骤(4)中的反应型常温沥青混合料投放固化剂，以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌10-30min，即得反应型常温沥青固化混合料。
优选地，所述步骤(4)中反应型常温沥青混合料与固化剂的重量比为10：0.1-10：1。
根据本发明的反应型常温沥青固化混合料的制备方法，优选地，所述反应型常温沥青固化混合料的稳定度在9.5kN以上，5d常温贮存稳定性在0.75％以下。
所得反应型常温沥青固化混合料满足我国现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的要求。将上述制得的反应型常温沥青固化混合料应用于道路工程施工中。
本发明提供的一种反应型常温沥青固化混合料通过添加固化剂，对现有的反应型常温液态沥青进行固化，使得本发明制备的反应型常温沥青固化混合料在常温下具有较长时间的工作性能。固化剂短时间内不会与反应型常温液态沥青中的反应型有机溶剂发生反应，能够稳定地与反应型常温液态沥青混溶。交联剂具有良好地交联性，可以进一步稳定固化剂与反应型常温液态沥青的交融。所述反应型常温沥青固化混合料在使用过程中，固化剂与反应型有机溶剂相互作用，在短时间内增大反应型常温沥青固化混合料的粘度，完成固化，因此该混合料能够快速成型形成强度，残留稳定度和冻融劈裂强度比也分别能够达到93.4％和86.4％，并有较高的强度和耐久性。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的反应型常温沥青固化混合料制备方法简单、工艺控制灵活、制备成本较低、易于存储和施工。反应型常温液态沥青通过密封保存，可有效抑制沥青混合料内部的化学反应，使得其在常温下保存三周以上仍维持低黏度与高流动性，因此具有重要的应用推广价值。
(2)利用聚合固化技术，通过高分子单体与固化剂之间的反应使反应型常温液态沥青固化，反应型常温液态沥青中掺加固化剂短时间内依旧能使其保持良好的流动性，克服了添加固化剂后可施工时间短的缺陷。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。除非另有说明，否则“％”是指基于重量的百分数。
本发明的核心是提供一种反应型常温沥青固化混合料。
一种反应型常温沥青固化混合料，包括
65-85重量份的沥青；
15-35重量份的反应型有机溶剂，反应型有机溶剂用于实现沥青常温流动性，其包含不饱和高分子单体；反应型溶剂中不饱和高分子单体的实例包括但不限于苯乙烯、α–甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、乙酸乙烯酯、十二烯基丁二酸酐、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异癸酯、10–十一烯酸、油酸、反式油酸、亚油酸。本发明可使用上述物质中一种或多种的组合。更优选地，所述不饱和高分子单体为油酸、10–十一烯酸、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯中一种；本发明中不饱和高分子单体的含量为15–25重量份，优选35–45重量份，更优选25–35重量份。含量过高影响初始强度和强度发展速度。含量过低不利于流动性提高；
1–10重量份的交联剂，交联剂不仅能够在有机聚合物和无机物之间起到“桥梁”作用，而且能够对沥青具有良好的溶解作用；交联剂为二乙烯基苯、二乙烯基苯异构体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种；优选地，交联剂为二乙烯基苯；
1–10重量份的固化剂，固化剂能够与反应型常温液态沥青相互作用而不明显增大粘度，只有放置一段时间才能使反应型常温沥青固化；优选地，固化剂选自六水合三氯化铁、硅酸、硼酸、氯化锌、无水三氯化铝、结晶四氯化锡、对甲苯磺酸、多聚磷酸、硫酸中的至少一种；更优选地，固化剂为无水三氯化铝、硫酸、多聚磷酸中的至少一种。
反应型常温沥青固化混合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沥青加热至80-100℃；
(2)将反应型有机溶剂与步骤(1)中加热后的沥青进行混合，在温度80-100℃下以转速100-120r/min的速度搅拌25-30分钟，再以30-50r/min的速度搅拌30-35分钟得到混合料1；
(3)将步骤(2)中得到的混合料1和交联剂进行混合,以转速100-120r/min的速度搅拌8-10分钟，得到反应型常温沥青混合料，密封备用；
(4)将反应型常温沥青混合料以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌5-10min；
(5)向步骤(4)中的反应型常温沥青混合料投放固化剂，反应型常温沥青混合料与固化剂的重量比为10：0.1-10：1，以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌10-30min，即得反应型常温沥青固化混合料。
其中，步骤(1)～步骤(3)，制备出反应型常温液态沥青，步骤(4)、(5)再将反应型常温液态沥青、固化剂混合搅拌，制备出反应型常温沥青固化混合料。
本发明的反应型常温液态沥青级配类型可使用P–001、P–002、P–003、P–004、P–005、P–006。具体如下表1所示。
表1各级配类型的动力黏度
其中，当测定反应型常温液态沥青动力黏度时，从制备好那一天开始测试。反应型常温液态沥青在使用时，单体含量选用35％的，实现沥青材料的常温超强流动性，为进一步与石料拌和以制备筑路沥青混合料提供可能。本发明优选将反应型常温液态沥青装入密封袋储存。本发明制得的反应型常温液态沥青在室温密封条件下可以存放半年。
为进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明所述反应型常温沥青固化混合料进行详细叙述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
反应型常温液态沥青制备方法如下所示：
按重量份分别称取基质沥青65份，反应型有机溶剂35份，交联剂5份。所述有机溶剂为单体苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯，并以以下方法制备：
(1)将上述按重量份称取的基质沥青直接取出备用，无需做任何处理；
(2)将上述按重量份称取的单体苯乙烯加入(1)称取好的基质沥青中，在温度80–100℃下以转速120r/min的速度搅拌30分钟，再以30–50r/min的速度搅拌30分钟备用；
(3)将上述按重量份称取的交联剂二乙烯基苯加入经(2)处理的沥青中，以转速120r/min的速度搅拌10分钟，即得反应型常温液态沥青，密封备用。
反应型常温沥青固化混合料制备工艺如下所示：
反应型常温沥青固化混合料将上述反应型常温液态沥青、固化剂浓硫酸按照10:1按照以下步骤进行配置：
(1)按上述比例投放反应型常温液态沥青，以250r/min的搅拌速度常温搅拌10min；
(2)向(1)中按上述比例投放固化剂浓硫酸，以250r/min的搅拌速度常温搅拌30min，即得反应型常温沥青固化混合料。
实施例2
反应型常温液态沥青制备方法如下所示：
按重量份分别称取基质沥青70份，反应型有机溶剂30份，交联剂5份。所述有机溶剂为单体苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯，制备方法与实例一相同。
反应型常温沥青固化混合料制备工艺如下所示：
反应型常温沥青固化混合料将上述反应型常温液态沥青、固化剂浓硫酸按照10:1进行配置，制备工艺与实例一相同。
实施例3
反应型常温液态沥青制备方法如下所示：
按重量份分别称取基质沥青75份，反应型有机溶剂25份，交联剂5份。所述有机溶剂为单体苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯，制备方法与实例一相同。
反应型常温沥青固化混合料制备工艺如下所示：
反应型常温沥青固化混合料将上述反应型常温液态沥青、固化剂浓硫酸按照10:1进行配置，制备工艺与实例一相同。
实施例4
反应型常温液态沥青制备方法如下所示：
按重量份分别称取基质沥青80份，反应型有机溶剂20份，交联剂5份。所述有机溶剂为单体苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯，制备方法与实例一相同。
反应型常温沥青固化混合料制备工艺如下所示：
反应型常温沥青固化混合料将上述反应型常温液态沥青、固化剂浓硫酸按照10:1进行配置，制备工艺与实例一相同。
实施例5
反应型常温液态沥青制备方法如下所示：
按重量份分别称取基质沥青85份，反应型有机溶剂15份，交联剂5份。所述有机溶剂为单体苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯，制备方法与实例一相同。
反应型常温沥青固化混合料制备工艺如下所示：
反应型常温沥青固化混合料将上述反应型常温液态沥青、固化剂浓硫酸按照10:1进行配置，制备工艺与实例一相同。
为测试上述实施例的性能，采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40–2004)中的试验方法进行测试，测试结果如下:
表2测试结果
由表2可看出，本发明的反应型常温沥青固化混合料，实例1试件的浸水马歇尔稳定度为9.5KN，马歇尔试验残留稳定度为93.4％，冻融劈裂试验强度比为86.4％。性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》中的各项指标要求，具有优异的沥青道路铺筑应用潜力。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
Claims (2)
1.一种反应型常温沥青固化混合料，其特征在于：按重量份计，包括65-75重量份沥青、25-35重量份反应型有机溶剂、1-10重量份交联剂和1-10重量份固化剂；其中所述反应型有机溶剂为苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种，固化剂为硫酸；
上述反应型常温沥青固化混合料的制备方法包括以下步骤：
(1)将沥青加热至80-100℃；
(2)将反应型有机溶剂与步骤(1)中加热后的沥青进行混合，在温度80-100℃下以转速100-120r/min的速度搅拌25-30分钟，再以30-50r/min的速度搅拌30-35分钟得到混合料1；
(3)将步骤(2)中得到的混合料1和交联剂进行混合,以转速100-120r/min的速度搅拌8-10分钟，得到反应型常温沥青混合料，密封备用；
(4)将反应型常温沥青混合料以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌5-10min；
(5)向步骤(4)中的反应型常温沥青混合料投放固化剂，以200-250r/min的搅拌速度常温搅拌10-30min，即得反应型常温沥青固化混合料。
2.一种由权利要求1所述的反应型常温沥青固化混合料在道路工程施工中的应用。
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