CN104419209B

CN104419209B - 一种阴离子型沥青温拌剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104419209B
Application number: CN201310366936.1A
Authority: CN
Inventors: 陈闯; 陈保莲; 范思远; 张静; 宁爱民; 李志军; 程国香
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: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN104419209A

Abstract

本发明公开了阴离子型沥青温拌剂及其制备方法，阴离子型沥青温拌剂以重量百分比计包括：羧酸型高分子组分：0.1wt%～5wt%，硫酸酯型高分子组分：0.1wt%～5wt%，磺酸型高分子组分：0.1wt%～5wt%，低分子组分：0.1wt%～20wt%，无机微粉：1wt%～15wt%，水：50wt%～98.6wt%。制备方法如下：先将水加入容器中，分别加入羧酸型高分子组分、硫酸酯型高分子组分和磺酸型高分子组分，在40～60℃下搅拌1～2小时，然后将低分子组分和无机微粉加入，升温至60～80℃，继续恒温搅拌0.5～1小时，得到阴离子型沥青温拌剂。本发明的阴离子型沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，并且具有分散好，性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

Description

一种阴离子型沥青温拌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青温拌剂及其制备方法，尤其涉及一种阴离子型沥青温拌剂及其制备方法。

背景技术

目前道路工程中使用的沥青混合料根据拌和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和、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℃高温条件下拌和。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，高温条件下的拌和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和与摊铺温度，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和温度，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℃温度下与石料拌和，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和罐中，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、阴离子型表面活性剂，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和温度，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。可以有效降低拌和温度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。此外该添加剂采用的酸碱催化剂等刺激性和毒性较大，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，本发明提供了一种阴离子型沥青温拌剂及其制备方法。本发明的沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，并且具有性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

本发明阴离子型沥青温拌剂，以重量百分比计包括：

（1）羧酸型高分子组分：0.1wt%～5wt%

（2）硫酸酯型高分子组分：0.1wt%～5wt%

（3）磺酸型高分子组分：0.1wt%～5wt%

（4）低分子组分： 0.1wt%～20wt%

（5）无机微粉：1wt%～15wt%

（6）水：50wt %～98.6wt%。

本发明阴离子型沥青温拌剂，以重量百分比计优选组成包括：

（1）羧酸型高分子组分：1wt%～3wt%

（2）硫酸酯型高分子组分：1wt%～3wt%

（3）磺酸型高分子组分：1wt%～3wt%

（4）低分子组分：2wt%～10wt%

（5）无机微粉：2wt%～10wt%

（6）水：71wt%～93wt%。

所述的羧酸型高分子组分选自聚丙烯酸及其共聚物、聚丁烯酸及其共聚物、丙烯酸-马来酸酐共聚物及其衍生物中的一种或几种，其分子量在3000～30000，优选5000～20000。

所述的硫酸酯型高分子组分选自聚乙烯醇硫酸酯、聚氧乙烯醚硫酸酯及其衍生物中的一种或几种，其分子量在3000～30000，优选5000～20000。

所述的磺酸型高分子组分选自磺化聚苯乙烯、磺化聚丁二烯、苯磺酸甲醛缩合物、萘磺酸甲醛缩合物、木质素磺酸盐中的一种或几种，其分子量在3000～30000，优选5000～20000。

所述的低分子组分选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、月桂酸钠、十二烷基磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、油酰甲基牛磺酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸盐、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯钾、月桂酸钾皂中的一种或几种，优选十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和月桂酸钾皂。

本发明阴离子型沥青温拌剂中，所述的无机微粉为石英砂、沸石粉、硅铝酸钠、活性氧化铝、蛭石、消石灰、膨润土和活性炭等有较强的吸附能力和离子交换能力的无机材料中的一种或几种，优选活性氧化铝，无机微粉的粒度为20～200目。

本发明阴离子型沥青温拌剂中，也可以根据实际应用需要加入其它添加剂，如分散剂、抗剥落剂、发泡剂、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，添加剂的加入量占温拌剂总重量的0.1wt%～4.9wt%。

本发明阴离子型沥青温拌剂的制备方法，包括如下内容：按配比先将水加入容器中，分别加入羧酸型高分子组分、硫酸酯型高分子组分和磺酸型高分子组分，在40～60℃，搅拌1~3小时，然后按配比将低分子组分和无机微粉加入，升温至60～80℃，继续搅拌0.5～1小时，得到阴离子型沥青温拌剂。

本发明方法中，优选加入每一种高分子组分后均搅拌0.5～1小时，

本发明阴离子型沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，包括如下步骤：当石料达到设定温度，均匀搅拌1～5min，加入沥青，并将阴离子型沥青温拌剂加入到沥青混合料中拌和1～5min，加入矿粉，均匀拌和1～5min。其中阴离子型沥青温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。

本发明阴离子型沥青温拌剂与传统沥青温拌剂比较，具有以下优点：

（1）本发明的阴离子型沥青温拌剂中，各高分子组分和低分子组分均为温和的阴离子型表面活性剂，各组分相互配合，分散效果好，稳定性好，形成稳定的阴离子型沥青温拌剂，对人体的刺激性小，环境友好，绿色环保。

（2）本发明阴离子型沥青温拌剂，能和沥青形成微乳型乳液，极大地降低沥青的高温粘度，因此可以降低沥青混合料的拌和、摊铺及压实温度，其拌和温度可以比热拌沥青降低15～30℃，降低能耗约30%，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。

（3）本发明的阴离子型沥青温拌剂，能很好地增强石料、石粉与沥青的粘结力，提高混合料的抗剥落性，能够有效地预防大交通量和重载交通条件下沥青路面的车辙破坏，同时减少了拌和过程中的沥青老化，延长路面使用寿命。

（4）本发明的阴离子型沥青温拌剂原料来源广泛，生产成本低，制备方法简便，只需简单的机械搅拌即可均匀分散，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

阴离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

聚丙烯酸（分子量5000）：0.2%；

聚乙烯醇硫酸酯（分子量12000）：0.2%；

磺化聚苯乙烯（分子量25000）：4.5%；

月桂醇醚磷酸酯钾：9.2%；

活性氧化铝（40目）：14.5%；

水：71.4%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为42℃，加入聚丙烯酸，恒温搅拌30分钟，再加入聚乙烯醇硫酸酯，恒温搅拌35分钟，然后加入磺化聚苯乙烯，恒温搅拌55分钟，最后按配比将月桂醇醚磷酸酯钾和活性氧化铝加入，升温至68℃，继续搅拌50分钟，得到阴离子型沥青温拌剂。

实施例2

阴离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

聚丁烯酸（分子量5000）：4.6%；

聚氧乙烯醚硫酸酯（分子量15000）：2.5%；

苯磺酸甲醛缩合物（分子量10000）：0.2%；

月桂酸钾皂：18.5%；

沸石粉（80目）：7.5%；

水：66.7%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为50℃，加入聚丁烯酸，恒温搅拌50分钟，再加入聚氧乙烯醚硫酸酯，恒温搅拌55分钟，然后加入苯磺酸甲醛缩合物，恒温搅拌35分钟，最后按配比将脂肪酸钾皂和活性氧化铝加入，升温至62℃，继续搅拌55分钟，得到阴离子型沥青温拌剂。

实施例3

阴离子型沥青温拌剂原料质量百分比为：

聚丙烯-丁烯共聚物（分子量10000）：2.2%；

聚乙烯醇硫酸酯（分子量12000）：4.3%；

木质素磺酸钠（分子量30000）：2.0%；

磺化聚丁二烯：1.0%；

单十二烷基磷酸酯钾：0.7%；

活性氧化铝（160目）：2.5%；

水：87.3%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为59℃，加入聚丙烯-丁烯共聚物，恒温搅拌45分钟，再加入聚乙烯醇硫酸酯，恒温搅拌40分钟，加入磺化聚丁二烯，恒温搅拌35分钟，加入木质素磺酸钠，恒温搅拌45分钟，最后按配比将单十二烷基磷酸酯钾和活性氧化铝加入，升温至78℃，继续搅拌55分钟，得到阴离子型沥青温拌剂。

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本发明阴离子型温拌剂的温拌方式和传统的热拌方式进行混合料的拌和，并进行沥青混合料性能评价。其中，将实施例1、2、3中制备的阴离子型温拌剂按照沥青用量的5wt%，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（沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数）为6.0%，石料的级配见表1，性能评价结果见表2。具体拌和过程如下：

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，并立刻将温拌剂按设定量喷洒至沥青中，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

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，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

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	0.6～0.3	0.3～0.15	0.15～0.075	小于0.075
											比例/wt%	4.5	22	24	14.2	14.5	6.2	4.2	4.2	5.8	0.4

表2 温拌沥青混合料性能测试结果。

项目	拌和温度/℃	成型温度/℃	稳定度/kN	残留稳定度比（%）	残留强度比（%）	动稳定度（次/mm）
							A	120	105	8.41	82.0	77.5	1126
B	120	110	9.45	85.0	80.3	1255
							C	120	110	9.26	84.6	79.5	1241
热拌	150	120	9.90	88.3	81.0	1308
							技术标准*	--	--	≥8	≥80	≥75	≥1000

试验数据表明，温拌沥青混合料在拌和与成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低15～30℃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

1.一种阴离子型沥青温拌剂，以重量百分比计包括：羧酸型高分子组分0.1wt%～5wt%，硫酸酯型高分子组分：0.1wt%～5wt%，磺酸型高分子组分：0.1wt%～5wt%，低分子组分：0.1wt%～20wt%，无机微粉：1wt%～15wt% ，水：50wt %～98.6wt%；

其中，所述的低分子组分选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、月桂酸钠、十二烷基磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、油酰甲基牛磺酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸盐、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯钾或月桂酸钾皂中的一种或几种；所述的羧酸型高分子组分选自聚丙烯酸及其共聚物、聚丁烯酸及其共聚物、丙烯酸-马来酸酐共聚物及其衍生物中的一种或几种，其分子量在3000～30000。

2.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：沥青温拌剂以重量百分比计包括：羧酸型高分子组分：1wt%～3wt%，硫酸酯型高分子组分：1wt%～3wt%，磺酸型高分子组分：1wt%～3wt%，低分子组分：2wt%～10wt%，无机微粉：2wt%～10wt%，水：71wt%～93wt%。

3.按照权利要求1或2所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的硫酸酯型高分子组分选自聚乙烯醇硫酸酯、聚氧乙烯醚硫酸酯及其衍生物中的一种或几种，其分子量在3000～30000。

4.按照权利要求1或2所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的磺酸型高分子组分选自磺化聚苯乙烯、磺化聚丁二烯、苯磺酸甲醛缩合物、萘磺酸甲醛缩合物、木质素磺酸盐中的一种或几种，其分子量在3000～30000。

5.按照权利要求1或2所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的无机微粉为石英砂、沸石粉、硅铝酸钠、活性氧化铝、蛭石、消石灰、膨润土和活性炭中的一种或几种，无机微粉的粒度为20～200目。

6.按照权利要求1或2所述的沥青温拌剂，其特征在于：阴离子型沥青温拌剂中加入分散剂、抗剥落剂、发泡剂、抗老化剂、聚合物改性剂以及氧化镁、氧化钙和五氧化二磷中一种或几种，加入量占沥青温拌剂总重量的0.1wt%～4.9wt%。

7.一种权利要求1所述的阴离子型沥青温拌剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：按配比先将水加入容器中，分别加入羧酸型高分子组分、硫酸酯型高分子组分和磺酸型高分子组分，在40～60℃，搅拌1~3小时，然后按配比将低分子组分和无机微粉加入，升温至60～80℃，继续搅拌0.5～1小时，得到阴离子型沥青温拌剂。

8.一种权利要求1所述的沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，其特征在于包括如下步骤：当石料达到设定温度，均匀搅拌1～5min，加入沥青，并将阴离子型沥青温拌剂加入到沥青混合料中拌和1～5min，加入矿粉，均匀拌和1～5min。

9.按照权利要求8所述的应用，其特征在于：阴离子型沥青温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。