CN104987733B - 一种道路工程用生物结合料改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路工程用生物结合料改性沥青材料及其制备方法，原料由生物结合料和石油沥青以重量份计配比而成，其中，生物结合料重量百分比为5%‑‑35%，沥青的重量百分比为65%‑‑95%。道路工程用生物结合料改性沥青材料的制备方法具体步骤如下：1）将生物结合料和石油沥青加热到115‑145℃；2）称取步骤1中的生物结合料及沥青；3）通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在130‑‑190℃范围内，采用高速剪切乳化设备以500rpm‑‑4000rpm的转速高速剪切共混物15‑‑60min，再用搅拌的方式使共混物继续发育，直到共混物的气泡基本消失，获得成品。本发明制备工艺简单，生产出的生物结合料改性沥青能够提高沥青低温延度性能，价格低廉，来源丰富，产量充足，绿色环保。

Description

一种道路工程用生物结合料改性沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路建筑材料领域，涉及一种道路工程用生物结合料改性沥青材料的制备工艺及制备方法。

背景技术

目前，在沥青路面中所使用的结合料大都为从原油中提炼的石油沥青，由于过度开采和使用，石油资源将逐渐枯竭。石油资源的现状和环境发展问题迫使道路研究者不断寻找石油沥青结合料的替代材料。由于生物能源较化石能源相比有可再生性、环保性和经济性等特点，国内外普遍认为生物能源是解决今后能源短缺的主要方法。与石油沥青相比，生物结合料同样为生物质材料加工过程的产品，是生物产业的废物和残渣，通过生物质材料的蒸馏、萃取、调合和氧化等加工工艺获取。生物结合料与石油沥青性质接近，将生物结合料作为石油沥青的替代或改性材料，既可实现新能源化工领域废料的再利用，又为道路新材料开辟新的发展方向。

沥青通常用作铺路和防水材料，本质上属于一种热塑性物质。这种特性表现在用沥青铺设的路面，夏天高温季节时重载荷作用下路面易出现车辙，冬天寒冷季节时易出现温缩裂缝，随着公路等级的提高和大跨度钢箱梁结构桥梁的普遍采用，对铺装材料的强度、变形稳定性和疲劳耐久性等提出了很高的要求，同时在使用性能上又提出了高黏结性和不透水等特殊要求。作为桥梁车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资经济效益。显然，如此高的性能要求是普通沥青所无法胜任的，必须使用改性沥青。虽然，大部分生物结合料具有一定的可塑性和粘结性，但是承载能力一般。

通常采用的生物结合料来源于锯末和秸秆、稻壳等农林业副产物或废弃物，虽然制备出的生物沥青在一定程度上可以替代石油沥青，但是由于这些废弃物质中重质成分较多，会对与之混合的石油沥青低温性能等方面造成较大影响。这对于该种材料发展是十分不利的。 中国专利CN1276820A公开了采用费—托合成法所制的石蜡改性沥青，但这一方法的缺点是改性沥青的低温性能不好，其使用受到很大的局限。中国专利01126386.5报道了采用核-壳结构的填料单独或与聚合物复配，作为沥青改性剂以制备贮存稳定的改性沥青，但该法制备工艺复杂，生产成本高。

发明内容

本发明的第一个目的在于为解决不可再生的石油沥青资源逐渐枯竭、废旧材料再利用问题以及普通生物沥青低温性能方面的不足，而提供一种道路工程用生物结合料改性沥青材料。

本发明的第二个目的在于提供一种制备方法简单、加工容易的道路工程用生物结合料改性沥青材料的制备方法。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案来实现。

本发明原料由生物结合料和石油沥青以重量份计配比而成，其中，生物结合料重量百分比为5%--35%，沥青的重量百分比为65%--95%。

生物结合料来源为棉籽和大豆，由炼制油脂后残余物经过蒸馏、氧化等化学工艺，获得的附属物。

石油沥青型号为AH50号、以70号沥青为基质沥青改性而成的SBS改性沥青。

道路工程用生物结合料改性沥青材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、分别将生物结合料和石油沥青加热到115-145℃，使得生物结合料和石油沥青具有较好的流动性。

步骤2、称取步骤1中生物结合料及石油沥青。按照重量进行配比，其中，生物结合料重量百分比为5%--35%，石油沥青的重量百分比为65%--95%。

步骤3、通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在130--190℃范围内，采用高速剪切乳化设备以500rpm--4000rpm的转速高速剪切生物结合料与石油沥青的共混物15--60min，再用搅拌的方式使生物结合料与石油沥青的共混物继续发育，直到共混物中混合的气泡基本消失，获得成品。

搅拌的方式可以是机械搅拌设备低速搅拌、高速剪切设备低速搅拌或人工持续搅拌或者人工间断。

本发明具有以下有益的技术效果：

1）本发明制备工艺简单，生产出的生物结合料改性沥青能够提高石油沥青的低温延度，有效改善低温环境下石油沥青防冻抗裂性能，可以部分代替道路用石油沥青，在一定程度上能够减缓不可再生的石油沥青的消耗；

2）本发明所采用的生物结合料来源于工业生产中的废弃物质，价格低廉，能够有效实现废弃物质再利用，

3）本发明中采用的生物结合料，其原材料为可再生的生物资源，来源丰富，产量充足，绿色环保。

附图说明

图1为一种道路工程用生物结合料改性沥青材料制备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图1来说明本发明。

实施例1：

一、生物结合料来源为棉籽和大豆，由炼制油脂后残余物经过蒸馏、氧化等化学工艺，获得的附属物；分别将生物结合料和石油沥青加热到135℃，使得生物结合料和石油沥青具有较好的流动性。

二、称取步骤一中的生物结合料50g，AH50型号石油沥青450g。

三、通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在170℃，采用高速剪切乳化设备以4000rpm的转速高速剪切生物结合料与石油沥青的共混物60min，再用机械搅拌设备以500rpm低速搅拌使的生物结合料与石油沥青的共混物继续发育，直到生物结合料与石油沥青的共混物中的气泡基本消失，获得成品。

实施例2：

一、生物结合料来源为棉籽和大豆，由炼制油脂后残余物经过蒸馏、氧化等化学工艺，获得的附属物；分别将生物结合料和石油沥青加热到130℃，使得生物结合料和石油沥青具有较好的流动性。

二、称取步骤一中生物结合料75g，AH50型号的石油沥青425g。

三、通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在150℃，采用高速剪切乳化设备以3000rpm的转速高速剪切生物结合料与石油沥青的共混物30min，再用高速剪切乳化设备以500rpm低速搅拌使的共混物继续发育，直到生物结合料与石油沥青的共混物的气泡基本消失，获得成品。

实施例3：

一、生物结合料来源为棉籽和大豆，由炼制油脂后残余物经过蒸馏、氧化等化学工艺，获得的附属物；分别将生物结合料和石油沥青加热到140℃，使得生物结合料和石油沥青具有较好的流动性。

二、称取步骤一中生物结合料100g，SBS改性沥青400g。

三、通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在160℃，采用高速剪切乳化设备以2000rpm的转速高速剪切生物结合料与石油沥青的共混物45min，再用人工搅拌的方式使的生物结合料与石油沥青的共混物继续发育，直到生物结合料与石油沥青的共混物的气泡基本消失，获得成品。

采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》分别对上述实施例制备得到的产品进行25℃针入度、10℃延度的测试。

另外采用美国PG分级技术指标对实施例进行了沥青测试，测试结果如表1所示。

在原材料和加工设备满足本发明相关要求后，可开始进行改性沥青的加工生产，采用即时加工的方式进行生产，即在使用之前十个小时以内进行加工，生产完马上使用，尽可能避免长时间(超过24小时)高温(超过160℃)下存储。

Claims (5)

1.一种道路工程用生物结合料改性沥青材料，其特征在于：原料由生物结合料和石油沥青以重量份计配比而成，其中，生物结合料重量百分比为5%--35%，沥青的重量百分比为65%--95%；

所述道路工程用生物结合料改性沥青材料的制备方法为：

步骤1、分别将生物结合料和石油沥青加热到115-145℃，使得生物结合料和石油沥青具有较好的流动性；

步骤2、称取步骤1中生物结合料及石油沥青，按照所述的重量进行配比；

步骤3、通过恒温加热设备将生物结合料与石油沥青的共混物温度维持在130--190℃范围内，采用高速剪切乳化设备高速剪切生物结合料与石油沥青的共混物15--60min，再用搅拌的方式使生物结合料与石油沥青的共混物继续发育，直到生物结合料与石油沥青的共混物中的气泡基本消失，获得成品；

所述生物结合料为棉籽和大豆炼制油脂后的残余物经过蒸馏、氧化，获得的附属物。

2.根据权利要求1所述的道路工程用生物结合料改性沥青材料，其特征在于：所述沥青型号为AH50号、以70号沥青为基质沥青改性而成的SBS改性沥青。

3.根据权利要求1所述的道路工程用生物结合料改性沥青材料，其特征在于：高速剪切乳化设备的转速为500rpm--4000rpm。

4.根据权利要求1所述的道路工程用生物结合料改性沥青材料，其特征在于：高速剪切乳化设备为高剪切混合器或胶体磨。

5.根据权利要求1所述的道路工程用生物结合料改性沥青材料，其特征在于：所述搅拌的方式为：机械搅拌设备低速搅拌、高速剪切设备低速搅拌、人工持续搅拌或者人工间断搅拌。