CN106147252A

CN106147252A - 一种环保型沥青混合料添加剂的制备方法

Info

Publication number: CN106147252A
Application number: CN201510172085.6A
Authority: CN
Inventors: 杨飞飞; 回军; 陈闯; 李宝忠
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: 2014-11-03
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2035-04-13
Also published as: CN106147252B

Abstract

本发明公开了一种环保型沥青混合料添加剂及其制备方法，以重量百分比计，包括如下组分：粉状固体物：55wt%～90wt%；聚乙烯：7wt%～20wt%；氟碳表面活性剂：1wt%～5wt%；卡洛胺：1wt%～10wt%；烷基糖苷：1%～10wt%。制备方法如下：将粉料、聚乙烯、氟碳表面活性剂、卡洛胺和烷基糖苷按照配比投入螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂。本发明沥青混合料添加剂能够充分回用含油污泥热萃取处理后产生的粉状固体物，可以代替矿粉投入到沥青混合料生产中，减少环境污染，节约成本，提高沥青混合料抗扯车辙变形的能力，能够延长路面的使用年限。

Description

一种环保型沥青混合料添加剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料添加剂的制备方法，尤其涉及一种利用含油污泥热萃取处理后产生的粉状固体物制备沥青混合料添加剂的方法。

背景技术

公路日常运营使用中, 在夏天高温季节时车辙是沥青路面的一种常见的病害, 近几年来由于交通量与载重车辆轴载的不断增加, 沥青路面的车辙病害数量越来越多, 程度越来越严重,特别是大多发生在交通量大、重型车辆多的道路上, 严重影响行车质量而且危及行车安全, 如何避免和解决车辙病害是公路设计、施工、养护工作中一项十分重要的课题。在新建或者大修工程中采用抗车撤能力强的沥青混合料，最大限度地避免沥青路面出现车辙病害，从而大幅度降低养护费用，是目前抗车撤的研究方向之一。

CN102532920A公开了一种温拌沥青胶结料及其制备方法。该方法是将一定比例的沥青胶结料加热至130～160℃，加入一定比例的流变改性剂，搅拌均匀；再将高分子聚合物分批加入混合体系，剪切，搅拌直至聚合物颗粒均匀分布在＜100m范围，缓慢升温至170～180℃，搅拌反应1～2小时出锅。该方法可以提高沥青胶结料的高温车辙、低温抗拉伸和耐脆裂性能。但在制备温拌沥青胶结料时需要多次加料、搅拌和升温，操作条件复杂，且工业生产中难以使聚合物颗粒控制在＜100m范围，生产成本高，难以实现工业放大和应用。

CN102086283A公开了一种改性沥青降粘剂及其制备方法。该方法是将一定质量比的聚丙烯、聚乙烯和塑料增韧剂放入螺杆挤出机共混，然后通过冷拉条切粒设备切成颗粒制得。该方法可以提高沥青混凝土的高温稳定性和路面的抗重载车辆的碾压能力，但是该方法操作条件复杂，生产成本高，且路面的抗重载车辆的碾压能力时间短,难以实现长时间抗重载车辆的碾压。

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发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种环保型沥青混合料添加剂的制备方法。本发明沥青混合料添加剂充分回用含油污泥热萃取处理后产生的粉状固体物，能够代替矿粉投入沥青混合料生产中，减少环境污染，节约成本。本发明作为沥青混合料添加剂，能够明显改善道路沥青的稳定性能，提高沥青混合料抗车辙变形的能力，延长路面的使用年限，减少维修成本。

本发明的环保型沥青混合料添加剂，以重量百分比计，包括如下组分：

粉状固体物：55wt%～90wt%；

聚乙烯：7wt%～20wt%；

氟碳表面活性剂：1wt%～5wt%；

卡洛胺：1wt%～10wt%；

烷基糖苷：1%～10wt%；

所述粉状固体物是由含油污泥经油泥热萃取脱水工艺处理后分离出的固体产物。所述油泥热萃取脱水工艺步骤如下：将含油污泥送入离心机中，同时向离心机中加入絮凝剂，絮凝剂的加入量使最终粉状固体物中含有絮凝剂 0.005wt%～1wt%，含油污泥经过离心处理后进入萃取过程；将离心后的含油污泥与萃取剂按质量比（1：1）～（1：80），优选（1：30）～（1：50），进行混合，在压力为常压，加热温度为95℃~120℃条件下进行萃取，萃取时间为8小时~12小时，含油污泥中的油和固体物转移到萃取剂中，经分离后，得到固体沉淀物；所述固体沉淀物再在操作压力为常压，加热温度为100℃~140℃条件下进行汽提脱油处理，处理时间：0.5小时~3.0小时，经汽提脱油处理后得到所述粉状固体物。

所述的絮凝剂为苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙、聚丙烯酰胺、淀粉及其衍生物、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、油酸聚氧乙烯酯、醇醚磷酸酯、生物絮凝剂中的一种或几种混合物。在粉状固体物制备过程中，所加入的絮凝剂最终基本留在粉状固体物中。

所述环保型沥青混合料添加剂，所述萃取剂的沸程为100~600℃，优选100~250℃的宽沸点油；其中，所述宽沸点油为采用一种或多种馏分油调配得到，或采用含油污水处理过程中回收的符合沸点范围的污油。

所述环保型沥青混合料添加剂，所述含油污泥中一般含有油、固、水三相。以质量百分比计，所述含油污泥中油含量为3wt%~95wt%，固含量为2wt%~95wt%，水含量2wt%~95wt%。所述的含油污泥可以有以下来源但不局限于以下来源：比如，原油开采产生的含油污泥、油田集输过程产生的含油污泥、炼油厂污水处理场产生的含油污泥等。

所述环保型沥青混合料添加剂，所述粉状固体物的粒径范围为0.02～1mm；以质量百分比计，所述粉状固体物由如下组分组成：无机物组分60wt%~80wt%，有机物组分20wt%~40wt%；其中，所述无机物组分主要源于含油污泥中的固体成分，比如SiO_2,、Al₂O₃等；所述有机物组分主要源于含油污泥中的油以及絮凝剂，比如沥青质、胶质、絮凝剂组分等。

所述的聚乙烯为超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），化学结构式为: (CH₂CH₂)_n，其中n为聚合的乙烯分子数量，超高分子量聚乙烯的平均分子量约35～800万。

所述的氟碳表面活性剂为全氟辛基磺酸盐（PFOS），化学式为：C₈F₁₇O₃SR，其中R为钾或钠。

所述的烷基糖苷(APG)的化学结构式为(C₆H₁₁O₆)_nR，其中R为C₈～C₁₆的烷基，n=1～3。

本发明沥青混合料添加剂中，也可以根据实际应用需要加入其它改性剂，如抗剥离剂、抗老化剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂、聚合物改性剂等。

本发明沥青混合料添加剂的制备方法，包括如下内容：将粉状固体物、聚乙烯、氟碳表面活性剂、卡洛胺和烷基糖苷按照配比投入螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；其中所述的粉状固体物是含油污泥经过油泥热萃取脱水工艺处理后分离出的产物；混合温度为90～100℃，所述的螺杆挤出机可以为单螺杆或双螺杆挤出机。

本发明的沥青混合料的制备方法，包括如下内容：将石料和熔融态的基质沥青拌合均匀，再加入本发明的沥青混合料添加剂进行充分拌合，制成沥青混合料成品。其中，拌合总时间为1～10分钟；拌合温度为130～180℃；沥青混合料添加剂的投加量为沥青混合料用量的1%~5%。拌合过程一般在沥青混合料拌合机中进行，也可以在其他适于拌合的设备中进行。

本发明的沥青混合料添加剂在道路铺筑、维修和建筑中具有广阔的应用前景。

本发明的沥青混合料添加剂在道路沥青中的应用，具有以下优点：

（1）沥青混合料能充分回用含油污泥热萃取处理后产生的粉状固体物，且沥青混合料添加剂可以代替矿粉投入沥青混合料生产中，符合环保理念，节约生产成本。

（2）粉状固体物中的絮凝剂具有加筋作用，它们在沥青混合料制备中形成网状结构, 加强了沥青矿粉胶结料体系的相互作用力和整体性，能够改变沥青混合料对温度变化的敏感度和改善沥青混合料的性能，提高道路抗车辙性能，从而延长了道路的使用寿命和提高了道路的综合性能。

（3）粉状固体物中无机物和有机物的比例可以通过调整热萃取工艺中汽提脱油阶段的加热温度和出料时间进行控制。根据不同的沥青混合料性质，可以选择无机机物和有机物比例合适的粉状固体物进行拌合。

（4）沥青混合料添加剂中粉状固体物属于油包土结构，有利于填充嵌挤到混合料的空隙中, 加强了混合料之间的相互作用力, 使混合料之间更加紧密, 增加了沥青混合料承受荷载的能力；同时添加剂颗粒与沥青形成胶结作用，提高了沥青的软化点，降低了对温度的敏感性，增加了沥青与矿料的黏附能力，从而增强沥青混合料的粘结力和热稳定性，保障了混合料的路用性能。

（5）氟碳表面活性剂具有很高的表面活性，在极低浓度下能显著降低沥青混合料体系的表面张力，降低沥青混合料的黏性，同时能够降低沥青混合料的拌合温度，节省成本；氟碳表面活性剂还具有极高的稳定性，主要体现在热稳定性高，化学稳定性好，相容性好三方面，使沥青混合料成品结构稳定、防腐蚀，在道路沥青的应用中能够延长路面的使用年限。

（6）烷基糖苷应用于沥青混合料制备中，能够起到稳定和阻燃的作用，使混料更加均匀，提高沥青混合料抗扯车辙变形的能力。本发明所述的氟碳表面活性剂和APG具有较高的协同作用，不仅能减少表面活性剂的用量，降低总体成本，同时还能产生更好的稳定效果。

（7）沥青混合料添加剂中粉状固体物属于油包土结构，有利于与沥青混合料添加剂其他组分形成良好的相容性；沥青混合料添加剂五种组分协同作用，分散效果好，稳定性好，可以有效改善沥青混合料的施工和易性；沥青混合料有着更高的延度，塑性好，稳定性好，不发生离析，提高沥青混合料抗扯车辙变形的能力，有效延长路面使用寿命。

（8）卡洛胺与其它四种组分协同作用，可以起到增溶、稳定、降粘和润滑效果，且卡洛胺有助于增大沥青与石料的结合力，提高混合料的抗剥离性，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。

（9）本发明沥青混合料添加剂，生产成本低，制备方法简便，只需简单的机械搅拌，对人体的刺激性小，环境友好，绿色环保，应用于沥青混合料时，无需另外添加改性剂，工业生产中无需进行设备改造和改变生产流程，适于工业放大和应用。

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

沥青混合料添加剂质量百分比为：

粉状固体物（其中，无机物组分70%，有机物组分30%）：65%；

聚乙烯（平均分子质量约为600万）：18%；

全氟辛基磺酸钾：2wt%；

卡洛胺：8wt%；

烷基糖苷（R=C₁₀，n=2）：7wt%；

按配比将粉状固体物、聚乙烯、全氟辛基磺酸钾、卡洛胺、烷基糖苷按照配比投入单螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；混合温度为95℃。

本实施例中所述粉状固体物的制备方法如下：含油污泥（其中油含量为43wt%，固含量为48wt%）送入离心机中，同时向离心机中加入絮凝剂即椰油酰胺丙基甜菜碱和木质磺酸盐的混合物（两者质量比为2:1），絮凝剂的加入量使最终粉状固体物中含有絮凝剂 0.6wt%，含油污泥经过离心处理后进入萃取过程；将离心后的含油污泥与萃取剂按质量比1：40进行混合，在压力为常压，加热温度为110℃条件下进行萃取，萃取时间为10小时，含油污泥中的油和固体物转移到萃取剂中，经分离后，得到固体沉淀物；所述固体沉淀物再在操作压力为常压，加热温度为120℃条件下进行汽提脱油处理，处理时间：1.5小时，经汽提脱油处理后得到粒径范围为0.02~1mm的粉状固体物。所得固体物料中，有机物组分的含量为30wt%，无机物组分的含量为70wt%。其中所用的萃取剂为航空煤油、轻柴油和重柴油混合调配得到沸点为100℃~600℃的宽沸点油。

实施例2

沥青混合料添加剂质量百分比为：

粉状固体物（其中，无机物组分70%，有机物组分30%）：75%；

聚乙烯（平均分子质量约为600万）：12%；

全氟辛基磺酸钾：3wt%；

卡洛胺：6wt%；

烷基糖苷（R=C₁₂，n=3）：4wt%；

按配比将粉状固体物、聚乙烯、全氟辛基磺酸钾、卡洛胺、烷基糖苷按照配比投入单螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；混合温度为96℃。

实施例3

沥青混合料添加剂质量百分比为：

粉状固体物（其中，无机物组分80%，有机物组分25%）：85%；

聚乙烯（平均分子质量约为600万）：8%；

全氟辛基磺酸钠：1wt%；

卡洛胺：4wt%；

烷基糖苷（R=C₁₀，n=2）：2wt%；

本实施例中粉状固体物是含油污泥（其中油含量为90wt%，固含量为5wt%）经过油泥热萃取脱水工艺得到的，过程如下：将含油污泥送入离心机中，同时向离心机中加入絮凝剂即聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量使最终粉状固体物中含有絮凝剂0.03wt%，含油污泥经过离心处理后进入萃取过程；将离心后的含油污泥与萃取剂按质量比1：60进行混合，在压力为常压，加热温度为95℃条件下进行萃取，萃取时间为12小时，含油污泥中的油和固体物转移到萃取剂中，经分离后，得到固体沉淀物；所述固体沉淀物再在操作压力为常压，加热温度为140℃条件下进行汽提脱油处理，处理时间：0.5小时，经汽提脱油处理后得到粒径范围为0.02~1mm的粉状固体物。所得固体物料中，有机物组分的含量为20wt%，无机物组分的含量为80wt%。其中所用的萃取剂为航空煤油、轻柴油和重柴油混合调配得到沸点为100℃~600℃的宽沸点油。

实施例4

沥青混合料添加剂质量百分比为：

粉状固体物（其中，无机物组分80%，有机物组分20%）：72%；

聚乙烯（平均分子质量约为600万）：15%；

全氟辛基磺酸钠：2wt%；

卡洛胺：3wt%；

烷基糖苷（R=C₁₂，n=3）：8wt%；

按配比将粉状固体物、聚乙烯、全氟辛基磺酸钾、卡洛胺、烷基糖苷按照配比投入单螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；混合温度为97℃。

对比例1

沥青混合料添加剂质量百分比为：

粉状固体物（其中，无机物组分70%，有机物组分30%）：80%；

聚乙烯（平均分子质量约为600万）：13%；

全氟辛基磺酸钾：3wt%；

烷基糖苷（R=C₁₂，n=3）：4wt%；

粉状固体物的制备方法同实施例1。

不添加卡洛胺，按配比将粉状固体物、聚乙烯、全氟辛基磺酸钾、烷基糖苷按照配比投入单螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；混合温度为96℃。

对比例2

按照实施例2中沥青混合料添加剂组分比例，不添加粉状固体物，其他各组分比例不变制备沥青混合料添加剂。

实施例5

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法，将实施例1、2、3、4和对比例1中制备的混合料添加剂，用本发明的沥青混合料的制备方法，按照沥青用量的4wt%，投入沥青混合物料中，制备成沥青混合料试件A、B、C、D和E。按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法，将对比例2中制备的混合料添加剂，按照沥青用量的0.8wt%，投入沥青混合物料中，制备成沥青混合料试件F。本试验采用90#A级沥青，油石比（沥青混合料中沥青与石料质量比的百分数）为5.0%，石料的级配见表1，性能评价结果见表2。具体拌合过程如下：

1、按设定量称取石料在170℃的烘箱中加热4小时，沥青在150℃烘箱中加热4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1分钟。

3、将沥青加入拌合机，拌和2分钟，再加入混合料添加剂，于设定温度下继续拌和3分钟。

表1 石料粒径级配表。

表2 沥青混合料性能测试结果。

试验数据表明，用本发明沥青混合料添加剂代替矿粉制备的沥青混合料，具有较高的稳定度和抗车撤性能。沥青混合料的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。沥青混合料添加剂可提高沥青混合料的稳定性和抗车辙变形的能力，有效延长沥青路面的使用寿命。

Claims

1.一种环保型沥青混合料添加剂，其特征在于：以重量百分比计，包括如下组分：粉状固体物：55wt%～90wt%；聚乙烯：7wt%～20wt%；氟碳表面活性剂：1wt%～5wt%；卡洛胺：1wt%～10wt%；烷基糖苷：1%～10wt%；所述的粉状固体物是含油污泥经过油泥热萃取脱水工艺处理后分离出的产物。

2.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述油泥热萃取脱水工艺步骤如下：将含油污泥送入离心机中，同时向离心机中加入絮凝剂，絮凝剂的加入量使最终粉状固体物中含有絮凝剂 0.005wt%～1wt%，含油污泥经过离心处理后进入萃取过程；将离心后的含油污泥与萃取剂按质量比（1：1）～（1：80），优选（1：30）～（1：50），进行混合，在压力为常压，加热温度为95℃~120℃条件下进行萃取，萃取时间为8小时~12小时，含油污泥中的油和固体物转移到萃取剂中，经分离后，得到固体沉淀物；所述固体沉淀物再在操作压力为常压，加热温度为100℃~140℃条件下进行汽提脱油处理，处理时间：0.5小时~3.0小时，经汽提脱油处理后得到所述粉状固体物。

3.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述萃取剂的沸程为100℃~600℃，优选100~250℃的宽沸点油；其中，所述宽沸点油为采用一种或多种馏分油调配得到，或采用含油污水处理过程中回收的符合沸点范围的污油。

4.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：以质量百分比计，所述含油污泥中油含量为3wt%~95wt%，固含量为2wt%~95wt%。

5.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述粉状固体物的粒径范围为0.02～1mm；以质量百分比计，所述粉状固体物由如下组分组成：无机物组分60wt%~80wt%，有机物组分20wt%~40wt%；其中，所述无机物组分中含有SiO₂和Al₂O₃，所述有机物组分中含有沥青质、胶质、絮凝剂组分。

6.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述的聚乙烯为超高分子量聚乙烯，化学结构式为: (CH₂CH₂)_n，其中n为聚合的乙烯分子数量，超高分子量聚乙烯的平均分子量为35～800万。

7.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述的氟碳表面活性剂为全氟辛基磺酸盐，化学式为：C₈F₁₇O₃SR，其中R为钾或钠。

8.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：所述的烷基糖苷的化学结构式为(C₆H₁₁O₆)_nR，其中R为C₈～C₁₆的烷基，n=1～3。

9.按照权利要求1所述的沥青混合料添加剂，其特征在于：沥青混合料添加剂中加入抗剥离剂、抗老化剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂或聚合物改性剂中的一种或几种。

10.一种权利要求1~9任一权利要求所述的沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：将粉状固体物、聚乙烯、氟碳表面活性剂、卡洛胺和烷基糖苷投入螺杆挤出机，混合均匀挤出成品，即得到沥青混合料添加剂；其中所述的固体粉料为含油污泥经过油泥热萃取脱水工艺得到的粉状固体物。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：所述的混合温度为90～100℃。

12.一种沥青混合料的制备方法，其特征在于包括如下内容：将石料和熔融态的基质沥青拌合均匀，再加入权利要求1~8任一权利要求所述的沥青混合料添加剂进行充分混合，制成沥青混合料成品。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于：拌合总时间为1～10分钟；拌合温度为130～180℃；沥青混合料添加剂的投加量为沥青用量的1%~5%。

14.一种权利要求1~9任一权利要求所述的沥青混合料添加剂的在道路铺筑、维修和建筑中的应用。