CN115537034A - 一种高粘结性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

一种高粘结性乳化沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青45‑70份、乳化剂1‑5份、pH调节剂2‑4份、胺类助剂0.1‑0.7份、水25‑52份，所述胺类助剂包括含有氨基的化合物及其衍生物、含有酰胺基的化合物及其衍生物、含氮杂环生物碱中的一种；将胺类助剂加入沥青当中，使沥青变的湿润亲水，氨基或者氨基衍生胺化学物中的胺和集料表面的碳氢生成结合物，从而提高集料与沥青间的粘附性，工艺简单，原料廉价易得，易工业化生产。将本发明的改性乳化沥青用于路面，具有优异的高温性能、水稳性能，提升道路的耐久性，延长路面的使用寿命，可在道路基层及中、下面层使用。

Description

一种高粘结性乳化沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及乳化沥青材料技术领域，具体涉及一种高粘结性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面以其舒适性好、易于维护等优点，被广泛应用于道路，尤其是高等级公路。但沥青路面施工后，容易出现一些早期破坏，比如车辙、开裂和水损害等，严重影响道路的使用能力，使得道路的使用寿命远远短于设计寿命。沥青混合料是一个复杂的非均质多相系统，由沥青相、集料相、沥青结合料和集料之间的界面相组成，其中3个相共同保持沥青混合料的强度和结构稳定性。集料相主要承受车辆传递的竖向荷载，沥青相将集料相粘结成一个整体，而界面相是沥青结合料和集料之间通过复杂的物理化学反应形成的复合相。由于作为极性材料的沥青和作为无机材料的骨料之间的极性差异，会导致这2种材料之间相互作用减弱，因此材料之间界面相的强度低于其他相。所以，在水和载荷等外部因素的影响下，界面相容易损坏，一旦界面相被破坏，沥青混合料的整体性能将大大降低。此外，相关研究表明，沥青结合料与集料界面相的强度与沥青混合料的水稳定性密切相关，如果界面相强度不足，容易导致沥青路面在荷载和水环境下的水损害。作为沥青路面典型的过早损坏，水分损坏将进一步诱发其他路面损坏，包括松散、车辙、泌水、开裂和坑洼。水损害是指在交通荷载和水的作用下，集料从沥青路面上脱落的过程，这种移动过程，通常称为剥离，主要是由沥青粘合剂和骨料之间的低相容性造成的。因此，保持沥青与集料的粘结强度是防止水损害的关键。沥青结合料与集料之间的粘附性能受多种因素影响，这些因素可分为2类，即内部因素(沥青性能、集料性能、沥青混合料等)和外部因素(温度、湿度、负载、助粘剂等)。
目前提高集料与沥青粘结性的方法，主要通过两个方法，一是对集料的级配进行调整，专利201710353691.7公开了一种就地冷再生的乳化沥青混合料及就地冷再生路面，该专利使用妥尔油脂肪酸、顺酐、碘、三乙烯四胺、木质素、多聚甲醛、硅胶制备得到乳化剂，与基质沥青制备乳化沥青，再与水性聚氨酯环氧树脂混合得到水性聚氨酯环氧树脂改性乳化沥青，与再生料、沥青活化剂、胶乳乳液、预拌胶凝材料、碎石、稳定剂、水，重新拌和而成冷再生沥青混合料，该专利发明的产品提升了乳化沥青混合料的低温柔韧性和高温稳定性，但对集料与沥青间的粘附性并未有明显的提升。专利201810542629.7公开了一种水溶性环氧树脂乳化沥青冷再生混合料及其制备方法，混合料组分包括铣刨废料与新矿料、水溶性环氧树脂、水溶性环氧树脂固化剂、乳化沥青、填料、助剂，该发明通过调整铣刨废料与新矿料的级配与水性环氧掺量，有效提高了冷拌混合料的初期强度和沥青与集料间的粘附性，但是环氧掺量过大，成本高，不利于产品推广。另外，上述专利以及现有技术中很少涉及如何沥青与集料间粘附性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高粘结性乳化沥青及其制备方法，可通过高粘结性乳化沥青提高集料与沥青间的粘附性，并且可提高混合料高温性能和水稳性能。
本发明的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青45-70份、乳化剂1-5份、pH调节剂2-4份、胺类助剂0.1-0.7份、水25-52份，所述胺类助剂包括含有氨基的化合物及其衍生物、含有酰胺基的化合物及其衍生物、含氮杂环生物碱中的一种；
进一步，原料按重量份包括沥青55份、乳化剂3份、pH调节剂3份、胺类助剂0.4份、水40份；
进一步，所述胺类助剂为R1-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种；
进一步，所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种；
进一步，所述沥青为煤焦沥青、石油沥青、天然沥青或上述沥青的改性产品中的一种，所述乳化剂为胺盐型乳化剂、季铵盐型乳化剂、杂环型乳化剂、啰盐型乳化剂、羧酸盐型乳化剂、磺酸盐型乳化剂、硫酸酯盐型乳化剂中的一种。
本发明还公开一种高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应后加入乳化剂，升温至40-80℃，搅拌0.5-1h，最后加入pH调节剂调节pH至碱性，得到改性乳化剂溶液；
S2.将改性乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
本发明还公开一种高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应，密封保存备用；
S2.将乳化剂溶于水中，加热至温度为40-80℃，调节pH至碱性，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S3.将乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S4.将水解后的胺类助剂与乳化沥青混合，经胶体磨剪切2-5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
本发明的有益效果：本发明的高粘结性乳化沥青、制备方法及其冷再生混合料，将胺类助剂加入沥青当中，使沥青变的湿润亲水，氨基或者氨基衍生胺化学物中的胺和集料表面的碳氢生成结合物，从而提高集料与沥青间的粘附性，工艺简单，原料廉价易得，易工业化生产。将本发明的改性乳化沥青用于路面，具有优异的高温性能、水稳性能，提升道路的耐久性，延长路面的使用寿命，可在道路基层及中、下面层使用。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青45-70份、乳化剂1-5份、pH调节剂2-4份、胺类助剂0.1-0.7份、水25-52份，所述胺类助剂包括含有氨基(-NH2)的化合物及其衍生物、含有酰胺基(-NHCO-)的化合物及其衍生物、含氮杂环生物碱中的一种；氨基遇水电离生成带有正电荷的胺离子R-NH3+，为活性阳离子，将胺类助剂加入沥青当中，沥青变的湿润亲水，氨基或者氨基衍生胺化学物中的胺和集料表面的碳氢生成结合物，从而提高集料与沥青间的粘附性。优选采用所述胺类助剂为R1-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种，或者所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种。
优选本实施例为原料按重量份包括沥青55份、乳化剂3份、pH调节剂3份、胺类助剂0.4份、水40份。
本实施例中，所述沥青为煤焦沥青、石油沥青、天然沥青或上述沥青的改性产品中的一种，所述乳化剂为胺盐型乳化剂、季铵盐型乳化剂、杂环型乳化剂、啰盐型乳化剂、羧酸盐型乳化剂、磺酸盐型乳化剂、硫酸酯盐型乳化剂中的一种；所述pH调节剂为常见酸性或碱性化合物，用以调整乳化剂溶液酸碱度；所述水为自来水。
本实施例的高粘结性乳化沥青的一种制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应后加入乳化剂，升温至40-80℃，搅拌0.5-1h，最后加入pH调节剂调节pH至碱性(10-13)，得到改性乳化剂溶液；
S2.将改性乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
本实施例的高粘结性乳化沥青的另一种制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应，密封保存备用；
S2.将乳化剂溶于水中，加热至温度为40-80℃，调节pH至碱性(10-13)，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S3.将乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S4.将水解后的胺类助剂与乳化沥青混合，经胶体磨剪切2-5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
本实施例的高粘结性乳化沥青的另一种制备方法，包括以下步骤：
S1.将乳化剂与水混合后加热至温度为40-80℃，调节pH至碱性(10-13)，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S2.将乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S3.将胺类助剂与乳化沥青混合经胶体磨剪切2-5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
通过上述三种制备方法均能制得合格的高粘结性乳化沥青，工艺简单，原料廉价易得，易工业化生产。
本实施例还公开一种高粘结性乳化沥青的冷再生混合料，原料按重量份包括以下组分：旧料80-100份、新料0-20份、填料0-5份、高粘结性乳化沥青6-10份、水4-8份；
本实施例中，所述的旧料为公路回收破碎料，所述新料为石灰岩、玄武岩、辉绿岩中的至少一种，所述的填料为可与水发生水化反应的物料。
实施例一
(1)取0.5份亚精胺于三口烧瓶中，加入44.7份水，加入0.5份氢氧化钠，在30℃下进行水解反应1h，待其充分水解后，加入1.8份阴离子乳化剂(江苏金阳新材料科技有限公司JY-A1型乳化剂)，升温至50℃，搅拌反应0.5h，加入2.5份pH调节剂调节pH至13，得到改性乳化剂溶液。
(2)将上述改性乳化剂溶液转移至胶体磨，剪切1min后加入50份的140℃熔融70#基质沥青，继续剪切3min后得到固含量50％的改性乳化沥青。分别测试改性乳化沥青的储存稳定性、蒸发残留物三大指标、与集料的粘附性及粘结强度，测试结果见表1。
(3)取旧料80份，新料18份，水泥2份，上述改性乳化沥青9份，总用水量6份，分别制作马歇尔试件、车辙板试件、小梁试件，测试稳定度、劈裂强度、动稳定度、破坏时最大荷载，测试结果见表2。
为对比本方法的效果，平行制备参照样1，采用相同的沥青、乳化剂、pH调节剂原材料和掺加量，制备乳化沥青，并采用相同的新旧集料、水泥，制作试件进行性能对比测试。测试结果分别见表1和表2。
实施例二
(1)取0.4份的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)于三口烧瓶中，加入1.2份水，加入0.8份甲醇钠，在35℃下进行水解反应2h，待其充分水解后保存备用。
(2)将1.5份乳化剂(陶氏阴离子乳化剂)溶于45.5水中，加热，温度50℃，加入3份pH调节剂调节pH至13，待其充分溶解，得到乳化剂溶液。
(3)将上述乳化剂溶液转移至胶体磨，剪切1min后加入50份的140℃熔融70#基质沥青，继续剪切3min后得到固含量50％的乳化沥青。
(4)将DMF水溶液加入上述的乳化沥青中，经胶体磨剪切2min，得到固含量50％的改性乳化沥青。分别测试改性乳化沥青的储存稳定性、蒸发残留物三大指标、与集料的粘附性及粘结强度，测试结果见表1。
(5)取旧料83份，新料14份，水泥3份，上述改性乳化沥青8.5份，总用水量6份，分别制作马歇尔试件、车辙板试件、小梁试件，测试稳定度、劈裂强度、动稳定度、破坏时最大荷载，测试结果见表2。
为对比本方法的效果，平行制备参照样2，采用相同的沥青、乳化剂、pH调节剂原材料和掺加量，制备乳化沥青，并采用相同的新旧集料、水泥，制作试件进行性能对比测试。测试结果分别见表1和表2。
实施例三
(1)将1份乳化剂(英杰维特投资有限公司AA-63D阳离子快裂乳化剂)溶于47份水中，加热，温度60℃，加入2份浓盐酸调节pH至2，待其充分溶解，得到乳化剂溶液。
(2)将上述改性乳化剂溶液转移至胶体磨，剪切2min后加入50份的140℃熔融70#基质沥青，继续剪切3min后得到固含量50％的乳化沥青。
(3)取0.3份异丁酰胺直接加入上述的乳化沥青中，经胶体磨剪切2min，得到固含量50％的改性乳化沥青。分别测试改性乳化沥青的储存稳定性、蒸发残留物三大指标、与集料的粘附性及粘结强度，测试结果见表1。
(4)取旧料80份，新料18份，水泥2份，上述改性乳化沥青9份，总用水量6份，分别制作马歇尔试件、车辙板试件、小梁试件，测试稳定度、劈裂强度、动稳定度、破坏时最大荷载，测试结果见表2。
为对比本方法的效果，平行制备参照样3，采用相同的沥青、乳化剂、pH调节剂原材料和掺加量，制备乳化沥青，并采用相同的新旧集料、水泥，制作试件进行性能对比测试。测试结果分别见表1和表2。
表1改性乳化沥青主要技术指标
Figure BDA0003868217770000071
表2改性乳化沥青冷再生混合料主要技术指标
Figure BDA0003868217770000081
实施例四
本实施例的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青45份、乳化剂1份、pH调节剂2份、胺类助剂0.1份、水25份，所述胺类助剂为R1-NH-R2，其中R1、R2为氢；所述沥青为石油沥青；所述乳化剂为季铵盐型乳化剂。
本实施例的高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃下充分水解反应后加入乳化剂，升温至40℃，搅拌0.5h，最后加入pH调节剂调节pH至10，得到改性乳化剂溶液；
S2.将改性乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5min后加入120℃的熔融沥青，继续剪切2min后得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
实施例五
本实施例的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青70份、乳化剂5份、pH调节剂4份、胺类助剂0.7份、水52份，所述胺类助剂为R1-NH-R2，其中R1、R2为甲基，所述沥青为煤焦沥青，所述乳化剂为羧酸盐型乳化剂。
本实施例的高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在40℃下充分水解反应后加入乳化剂，升温至80℃，搅拌1h，最后加入pH调节剂调节pH至碱性11，得到改性乳化剂溶液；
S2.将改性乳化剂溶液经胶体磨剪切2min后加入150℃的熔融沥青，继续剪切5min后得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
实施例六
本实施例的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青45份、乳化剂5份、pH调节剂2份、胺类助剂0.7份、水25份，所述胺类助剂为R1-NH-R2，所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2为氢，所述沥青为天然沥青，所述乳化剂为杂环型乳化剂。
本实施例的高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在25℃下充分水解反应，密封保存备用；
S2.将乳化剂溶于水中，加热至温度为45℃，调节pH至12，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S3.将乳化剂溶液经胶体磨剪切1min后加入130℃的熔融沥青，继续剪切3min后得到一定固含量的乳化沥青；
S4.将水解后的胺类助剂与乳化沥青混合，经胶体磨剪切3min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
实施例七
本实施例的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青65份、乳化剂2份、pH调节剂3份、胺类助剂0.5份、水50份，所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2为乙基，所述沥青为煤焦沥青，所述乳化剂为磺酸盐型乳化剂。
本实施例的高粘结性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在35℃下充分水解反应，密封保存备用；
S2.将乳化剂溶于水中，加热至温度为60℃，调节pH至13，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S3.将乳化剂溶液经胶体磨剪切1.5min后加入135℃的熔融沥青，继续剪切4min后得到一定固含量的乳化沥青；
S4.将水解后的胺类助剂与乳化沥青混合，经胶体磨剪切4min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
实施例八
本实施例的高粘结性乳化沥青，原料按重量份包括以下组分：沥青55份、乳化剂3份、pH调节剂3份、胺类助剂0.4份、水40份，所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2为甲基，所述沥青为煤焦沥青，所述乳化剂为硫酸酯盐型乳化剂。
本实施例的高粘结性乳化沥青的制备方法，S1.将乳化剂与水混合后加热至温度为60℃，调节pH至12，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S2.将乳化剂溶液经胶体磨剪切1.5min后加入135℃熔融沥青，继续剪切3.5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S3.将胺类助剂与乳化沥青混合经胶体磨剪切3.5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高粘结性乳化沥青，其特征在于：原料按重量份包括以下组分：沥青45-70份、乳化剂1-5份、pH调节剂2-4份、胺类助剂0.1-0.7份、水25-52份，所述胺类助剂包括含有氨基的化合物及其衍生物、含有酰胺基的化合物及其衍生物、含氮杂环生物碱中的一种。
2.根据权利要求1所述的高粘结性乳化沥青，其特征在于：原料按重量份包括沥青55份、乳化剂3份、pH调节剂3份、胺类助剂0.4份、水40份。
3.根据权利要求2所述的高粘结性乳化沥青，其特征在于：所述胺类助剂为R1-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种。
4.根据权利要求2所述的高粘结性乳化沥青，其特征在于：所述胺类助剂为R1-CO-NH-R2，其中R1、R2可为氢、甲基、乙基、含C长链中的一种。
5.根据权利要求3或4所述的高粘结性乳化沥青，其特征在于：所述沥青为煤焦沥青、石油沥青、天然沥青或上述沥青的改性产品中的一种，所述乳化剂为胺盐型乳化剂、季铵盐型乳化剂、杂环型乳化剂、啰盐型乳化剂、羧酸盐型乳化剂、磺酸盐型乳化剂、硫酸酯盐型乳化剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的高粘结性乳化沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应后加入乳化剂，升温至40-80℃，搅拌0.5-1h，最后加入pH调节剂调节pH至碱性，得到改性乳化剂溶液；
S2.将改性乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
7.根据权利要求1所述的高粘结性乳化沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.将胺类助剂与水混合后调节pH值，在20℃-40℃下充分水解反应，密封保存备用；
S2.将乳化剂溶于水中，加热至温度为40-80℃，调节pH至碱性，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S3.将乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃的熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S4.将水解后的胺类助剂与乳化沥青混合，经胶体磨剪切2-5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
8.根据权利要求1所述的高粘结性乳化沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将乳化剂与水混合后加热至温度为40-80℃，调节pH至碱性，待其充分溶解，得到乳化剂溶液；
S2.将乳化剂溶液经胶体磨剪切0.5-2min后加入120-150℃熔融沥青，继续剪切2-5min后得到一定固含量的乳化沥青；
S3.将胺类助剂与乳化沥青混合经胶体磨剪切2-5min，得到一定固含量的高粘结性乳化沥青。
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