CN103773010A

CN103773010A - 一种温拌沥青添加剂及其制备方法

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Publication number: CN103773010A
Application number: CN201210411159.3A
Authority: CN
Inventors: 陈闯; 陈保莲; 范思远; 宁爱民; 李志军
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN103773010B

Abstract

本发明公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法。温拌沥青添加剂以重量份计包括：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠0.2~10份，脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠0.5~10份，无机微粉5~20份，酸0.1~3份，水57~94.2份。制备方法包括如下内容：按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和去离子水加入反应器，搅拌升温至70～90℃，加入酸催化剂，调整pH为5.5~6.5，恒温75℃～90℃反应0.5~2小时，得到温拌沥青添加剂。本发明的温拌沥青添加剂能够有效降低沥青混合料的拌合温度，并且具有性能稳定，生产成本低，环境友好，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

Description

一种温拌沥青添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青添加剂及其制备方法，尤其涉及一种温拌沥青添加剂及其制备方法。

背景技术

目前道路工程中使用的沥青混合料根据拌合施工温度一般分为两种类型：冷拌沥青混合料CMA(Cold Mix Asphalt)和热拌沥青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者液体沥青与集料在常温状态下拌合、铺筑，无需对集料和结合料进行加热，这样可节约大量能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能差，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛、路用性能最为良好的一种混合料。但是在热拌沥青混合料生产过程中，沥青与石料需要在150~180℃高温条件下拌合。将石料、沥青加热到如此高的温度，消耗了大量能源。另外在热拌沥青混合料生产过程中产生了大量的CO₂、烟尘和有害气体(CO、SO₂、NO_x等)，不仅污染了环境，而且也影响了工作人员的身体健康。同时，高温条件下的拌合也造成了沥青的老化，降低了沥青混合料的路用性能。

为保护环境、节约能源，在20世纪90年代中后期欧洲及美国等国家开展了温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)的研究，其目的是通过降低沥青混合料的拌合与摊铺温度，达到降低沥青混合料生产过程中的能耗，减少CO₂等气体及粉尘排放量，同时保证温拌沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性。

目前，温拌沥青混合料技术主要有三种方式：一是预先在沥青中添加一种能够降低沥青135℃粘度的某种添加剂，从化学角度来改变沥青的粘温曲线，从而降低沥青与石料的拌合温度，但此方法通常也会降低沥青的60℃粘度即降低了混合料的高温稳定性；二是采用固含量较高的乳化沥青，在80～120℃温度下与石料拌合，该方式较热拌沥青的温度低约30～50℃；三是在拌制混合料时把水和沥青同时加入拌合罐中，由于水的存在使沥青发泡，达到降粘效果。但该方法若加水量过大，则会产生大量的水蒸气或引起暴沸，若水量过少，则发泡效果不好。

CN101602862A公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法，该添加剂是通过将去离子水加入到事先配成的聚乙烯醇水溶液中，然后依次加入松香季铵盐、芳香烃季铵盐乳化剂、脂肪烃季铵盐乳化剂、非离子型表面活性剂，搅拌溶解，再将事先配成的聚丙烯酰胺水溶液和三乙醇胺加入，混合搅拌至溶解均匀后即为成品。该添加剂能够明显降低沥青拌合温度，沥青混合料各项路用性能指标也符合要求，但是该添加剂成分复杂，增加了制备的难度和成本，不利于实际应用。CN102268189A公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法，它是在溶剂体系中采用一种聚醚改性有机硅聚合物组成的添加剂。可以有效降低拌合温度40℃左右，且温拌沥青各项性能指标不低于热拌沥青，但缺乏相关的测试方法和实例数据支持，此外应用于聚醚酯化过程中的该添的浓硫酸等酸催化剂刺激性和毒性较大，易造成人体危害和环境污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种温拌沥青添加剂及其制备方法。本发明的温拌沥青添加剂能够有效降低沥青混合料的拌合温度，并且具有性能稳定，生产成本低，环境友好，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

本发明温拌沥青添加剂，以重量份计包括：

（1）椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠：0.2~10份

（2）脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠：0.5~10份

（3）无机微粉：5~20份

（4）酸：0.1~3份

（5）水：57~94.2份。

本发明所述的椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠（DMSS）的结构式为RCONHCH₂CH₂OCOCHCH(SO₃Na)COONa，其中R为C₁₂～C₁₅的烷基。

本发明所述的脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠（MES）的结构式为RO(CH₂CH₂O)₃COCH₂CH(SO₃Na)COONa，其中R为C₁₂～C₁₄的烷基。

本发明所述的无机微粉为活性矾土、沸石粉、蛭石、陶粒砂、碳酸钙砂、硅铝酸钠、膨润土、消石灰和活性炭中的一种或几种，优选为石英砂，无机微粉粒度为20~200目。

本发明所述的酸为C₁～C₆的有机弱酸，如甲酸、乙酸、丙酸、草酸、酒石酸等有机弱酸中的一种或多种，也可以是硅酸、碳酸、硼酸等无机弱酸中的一种或多种。

本发明温拌沥青添加剂中，也可以根据实际应用需要加入其它的添加剂，如抗剥落剂、抗老化剂、聚合物改性剂以及氧化镁、氧化钙和五氧化二磷等氧化物。

本发明温拌沥青添加剂的制备方法，包括如下内容：

按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和水加入容器，搅拌升温，加入酸，调整pH，恒温搅拌，即得本发明的温拌沥青添加剂。

其中，搅拌升温至70~90℃，调整pH值为5.5~6.5，恒温搅拌时间为0.5~2小时。

本发明温拌沥青添加剂在沥青混合料拌合中的应用，包括如下步骤：当石料达到设定温度，加入沥青，并将温拌沥青添加剂加入到沥青混合料中然后拌合，加入矿粉，拌合均匀即可。

本发明温拌沥青添加剂按照沥青用量的2wt%~10wt%加入。

本发明的温拌沥青添加剂DMSS和MES的复配性能好，和沥青形成微乳型乳液，极大地降低沥青的高温粘度，降低了沥青混合料的拌合、摊铺及压实温度，大量减少烟雾及有害物质的排放，减小对人体危害及环境污染；本发明的温拌沥青添加剂DMSS和MES易生物降解，对环境和人体的刺激性小，环境友好，原料简单，生产成本低，稳定性好，适用范围广，易于工业应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不因此限制本发明。

实施例1

椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₂的烷基）：0.5份

脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₂的烷基）：9份

粒度为250目的石英砂：18份

草酸：0.4份

水：72.1份。

按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、石英砂和去离子水加入容器，加热、搅拌至80℃；加入草酸，调整pH为6.0，恒温80℃搅拌1小时，即得本发明的温拌沥青添加剂。

实施例2

椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₄的烷基）：6份

脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₂的烷基）：1份

粒度为200目的蛭石：7份

甲酸：0.5份

水：85.5份。

按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、蛭石和去离子水加入容器，加热、搅拌至80℃；加入甲酸，调整pH为6.2，恒温80℃搅拌1小时，即得本发明的温拌沥青添加剂。

实施例3

椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₂的烷基）：8份

脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠（R为C₁₄的烷基）：10份

粒度为150目的石英砂：10份

硼酸：2.5份

水：69.5份。

按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、石英砂和去离子水加入容器，加热、搅拌至85℃；加入乙酸，调整pH为5.8，恒温80℃搅拌1.5小时，即得本发明的温拌沥青添加剂。

实施例4

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法分别采用传统的热拌方式和应用本发明添加剂的温拌方式进行沥青混合料的拌合，并进行沥青混合料性能测试。其中，将实施例1、2、3中制备的温拌沥青添加剂按照沥青用量的3wt％~8wt％，以喷洒的方式加入沥青混合料中，制备成混合料试件A、B、C。本试验采用90#A级沥青，油石比为5.5%，石料的级配见表1，沥青混合料性能测试结果见表2。具体拌合过程如下：

温拌：

1、按设定量称取石料在120℃的烘箱中加热4小时，沥青在120℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为120℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，并将温拌剂按设定量喷洒至沥青混合料中，拌合2分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌合4分钟。

4、成型温度控制在110℃。

热拌：

1、按设定量称取石料在150℃的烘箱中加热4小时，沥青在150℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为150℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，拌合2分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌合4分钟。

4、成型温度控制在130℃。

表1 石料级配。

粒径/mm	16~13.2	13.2~9.5	9.5~4.75	4.75~2.36	2.36~1.18	1.18~0.6
							比例/wt%	4.5	22	24	14.2	14.5	6.2

表1（续）石料级配。

粒径/mm	1.18~0.6	0.6~0.3	0.3~0.15	0.15~0.075	小于0.075
						比例/wt%	6.2	4.2	4.2	5.8	0.4

表2 沥青混合料性能测试结果。

项目	稳定度/kN	流值/mm	空隙率/%	VFA	残留稳定度比（%）	残留强度比（%）	动稳定度（次/mm）
								A	9..34	2.96	3.6	72	88.0	85.9	1520
B	8.75	3.48	4.2	66	83.2	79.0	1356
								C	9.32	3.06	4.1	68	88.0	79.6	1457
热拌	9.52	2.89	3.5	71	89.1	83.6	1301
								技术标准	≥8	2~3.5	3~5	65~75	≥80	≥75	≥1000

试验数据表明，温拌沥青混合料在拌合与成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低20～30℃的情况下，各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。

Claims

1.一种温拌沥青添加剂，其特征在于：以重量份计包括：

椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠：0.2~10份

脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠：0.5~10份

无机微粉：5~20份

酸：0.1~3份

水：57~94.2份。

2.按照权利要1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠的结构式为RCONHCH₂CH₂OCOCHCH(SO₃Na)COONa，其中R为C₁₂～C₁₅的烷基。

3.按照权利要1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠的结构式为RO(CH₂CH₂O)₃COCH₂CH(SO₃Na)COONa，其中R为C₁₂～C₁₄的烷基。

4.按照权利要1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的无机微粉为活性氧化铝、沸石粉、石英砂、蛭石、陶粒砂、膨润土、碳酸钙砂、硅铝酸钠、消石灰、和活性炭中的一种或几种。

5.按照权利要1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的无机微粉的粒度为20~200目。

6.按照权利要4或5所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的无机微粉为石英砂。

7.按照权利要1所述的温拌沥青添加剂，其特征在于：所述的酸为C₁～C₆的有机弱酸或无机弱酸，有机弱酸选自甲酸、乙酸、丙酸、草酸和酒石酸中的一种或多种，无机弱酸选自硅酸、碳酸和硼酸中的一种或多种。

8.一种权利要求1所述的温拌沥青添加剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：按配比将椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、无机微粉和去离子水加入容器，搅拌升温，加入酸，调整pH，恒温搅拌，得到温拌沥青添加剂。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：搅拌升温至70~90℃，调整pH值为5.5~6.5，恒温搅拌时间为0.5~2小时。

10.一种权利要求1所述的温拌沥青添加剂在沥青混合料拌合中的应用，其特征在于包括如下步骤：当石料达到设定温度，加入沥青，并将温拌沥青添加剂加入到沥青混合料中然后拌合，加入矿粉，拌合均匀即可。

11.按照权利要求10所述的应用，其特征在于：温拌沥青添加剂按照沥青用量的2wt%~10wt%加入。