CN106977960A - 一种阳离子型复合改性乳化沥青材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳离子型复合改性乳化沥青材料，其中包括如下重量份的组分：基质沥青40～60份，橡胶粉5～15份，相容剂2～5份，纳米抗老化剂1～5份，反应型沥青改性剂0.5～2.0份，皂液35～50份。本发明同时提供了所述沥青材料的制备方法。本发明采用反应型沥青改性剂和橡胶粉复合改性的方式，反应型沥青改性剂可改善整个体系的相容性和稳定性，橡胶粉可从沥青分子中穿过相互交联形成网架结构，使沥青均匀地分散在橡胶分子网络结构中，形成一个完整稳定的结构。乳化得到的阳离子型复合改性乳化沥青材料，水性环保，储存稳定性好，使用和施工方便。

Description

一种阳离子型复合改性乳化沥青材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路交通技术领域，涉及一种改性乳化沥青及其制备方法，尤其涉及一种阳离子型复合改性乳化沥青材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着货运物流行业的快速发展，交通对道路路面的要求也越来越高，道路路面日常性养护修补工作也显得尤为重要。乳化沥青是沥青路面日常性养护修补常用材料之一，但普遍存在粘结力差、使用性能差等问题，已经无法满足沥青路面的使用要求，因此本领域技术人员不断尝试者对乳化沥青进行改性。
改性乳化沥青中应用较多的是聚合物改性乳化沥青，其中橡胶类改性乳化沥青产品，由于橡胶分子量比沥青中最大的沥青质分子量大得多，橡胶分子链的运动动能很高，在乳化沥青破乳初期，就能冲破沥青分子的束缚，从沥青分子中穿过相互交联形成网架结构，而沥青则均匀地分散在橡胶分子网络结构中，形成一个完整稳定的结构。但目前聚合物改性沥青多为物理混溶，其与沥青之间的相容性，一直未得到很好的解决，其改性剂掺量也难以提高，且存稳定性差。
鉴于上述问题，除了常见的聚合物改性剂，反应型沥青改性剂也日益发展起来。反应型改性沥青生产工艺简单，将沥青溶融后，直接加入反应型改性剂，无需剪切、溶胀等复杂工艺，由于其属于化学改性，因此制得的改性沥青相容性好，储存稳定性。中国专利(CN105111755A)公开了一种化学改性沥青胶结料及其制备方法，在基质沥青中加入RET和PPA两种反应型沥青改性剂，提高了沥青的高温性能，但是其低温性能未得以改善。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术存在的缺陷，提供一种阳离子型复合改性乳化沥青材料。本发明结合反应型沥青改性剂的特性，同时加入橡胶粉对沥青进行复合改性，将其乳化得到阳离子复合改性乳化沥青，兼顾其高低温性能，水性环保、使用方便、储存稳定性好。
具体而言，本发明提供的阳离子型复合改性乳化沥青材料，包括如下重量份的组分：
优选地，包括如下重量份的组分：
本发明所述橡胶粉的粒度为40目～100目；优选为40目～100目的回收或废旧轮胎橡胶粉。本发明采用的特定粒度的橡胶粉可以与沥青分子相互交联形成网架结构，使沥青均匀地分散在橡胶分子网络结构中。
本发明所述相容剂优选采用反式聚辛烯橡胶。该组分可以使基质沥青与橡胶粉等其它组分协同作用，确保所得沥青材料具有良好的相容性和稳定性。
本发明所述纳米抗老化剂优选采用粒径为纳米级的Fe2O3、SiO2、ZnO、TiO2中的一种或几种。
本发明所述反应型沥青改性剂优选为105％多聚磷酸、110％多聚磷酸、115％多聚磷酸、反应型三元共聚物(RET)、双丙酮丙烯酰胺中的一种或两种；优选为110％多聚磷酸、反应型三元共聚物RET或双丙酮丙烯酰胺。
本发明所述皂液呈酸性，包括阳离子型乳化剂、稳定剂以及水。其中，所述稳定剂包括有机稳定剂和无机稳定剂。
作为本发明的一种优选方案，所述皂液的pH值为2.0～3.0，由包括如下重量份的成分组成：
优选地，所述皂液的pH值为2.0～2.5，由包括如下重量份的成分组成：
具体而言，所述有机稳定剂选自聚乙烯醇、羟甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、淀粉、聚丙烯酰胺、己二酸二酰肼中的一种或两种；优选为羟乙基纤维素醚或羟乙基纤维素醚与己二酸二酰肼以质量比1:45～55复配而成。
所述无机稳定剂选自氯化钙、氯化铵、氯化钠中的一种或两种；优选为氯化钙或氯化钙与氯化铵以质量比1.5～2.5：1复配而成。
本发明对所述皂液组分进行优选，可以确保乳化效果，使所得改性乳化沥青各项指标均符合规范要求。若对其组成或各组分用量进行改变，则会导致其平均粒径增大，粒径分布变宽，储存稳定性下降。
所述皂液中采用的阳离子型乳化剂可根据工程实际用途进行选择，当阳离子型复合改性乳化沥青材料用于封层、粘层、冷拌、冷再生、透层时，分别采用适宜种类的乳化剂。例如，在实际应用时，可选用阿克苏诺贝尔公司C500。
所述基质沥青可选用90#基质沥青。
作为本发明的一种优选方案，所述阳离子型复合改性乳化沥青材料，包括如下重量份的组分：
其中，所述反应型沥青改性剂为110％多聚磷酸、反应型三元共聚物RET或双丙酮丙烯酰胺；
所述皂液的组成为：阳离子型乳化剂1.5～2.0％；羟乙基纤维素醚或羟乙基纤维素醚与己二酸二酰肼以质量比1:45～50复配而成的有机稳定剂0.05～0.55％；氯化钙或氯化钙与氯化铵以质量比1.5～2.5：1复配而成的无机稳定剂0.08～0.12％；水余量。
本发明同时提供所述阳离子型复合改性乳化沥青材料的制备方法。具体而言，所述方法包括以下步骤：
(1)将基质沥青熔融后，加入橡胶粉，搅拌混合均匀；待橡胶粉加完后，以3000～5000r/min的速度剪切30～40min，再在170～180℃下发育40～50min；加入反应型沥青改性剂，充分搅拌，得复合改性沥青，保温备用；
(2)将皂液加热至55～70℃，与所述复合改性沥青混合，乳化，即得。
本发明所述步骤(1)对加入橡胶粉后的剪切速度、时间以及发育温度、时间进行具体优化，可以确保橡胶粉从沥青分子中穿过相互交联形成网架结构，并使沥青均匀地分散在所述网架结构中，形成稳定结构。
其中，所述基质沥青的熔融温度优选为140～170℃。
为了进一步确保橡胶粉与基质沥青充分混合，本发明优选所述橡胶粉的加入速度优选为5～15g/min，加入后的搅拌速度优选为800～1000r/min。
为了确保反应型沥青改性剂与橡胶粉和基质沥青形成的结构充分接触、均匀分散，继而改善整个体系的相容性和稳定性，本发明优选发育完成后以5～10g/min的速率加入反应型沥青改性剂，加入后搅拌速度优选为300～800r/min，搅拌时间为30～40min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用反应型沥青改性剂和橡胶粉复合改性的方式，反应型沥青改性剂可改善整个体系的相容性和稳定性，橡胶粉可从沥青分子中穿过相互交联形成网架结构，使沥青均匀地分散在橡胶分子网络结构中，形成一个完整稳定的结构。乳化得到的阳离子型复合改性乳化沥青材料，水性环保，储存稳定性好，使用和施工方便。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种阳离子型复合改性乳化沥青材料，包括如下组分：90#基质沥青55kg，粒度为40目～100目的橡胶粉10kg，反式聚辛烯橡胶3kg，纳米Fe2O31kg，110％多聚磷酸2kg，皂液40kg；
其中，所述皂液的pH值为2.2，其质量百分比组成为：
本实施例进一步提供了所述阳离子型复合改性乳化沥青材料的制备方法，具体为：
(1)将基质沥青在155℃下熔融后，以10g/min的速度加入橡胶粉，搅拌速度900r/min，使橡胶粉与基质沥青混合均匀；待橡胶粉加完后以4000r/min的速度剪切35min，然后在175℃下发育45min；待发育完成后，以7.5g/min的速率加入反应型沥青改性剂，搅拌35min，得到复合改性沥青，保温备用。
2)加热皂液至65℃，加入胶体磨皂液罐中；将步骤(1)制得的复合改性沥青加入胶体磨沥青罐中，混合乳化制备得到阳离子型复合改性乳化沥青。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对阳离子型复合改性乳化沥青的性能指标进行测试，其结果见表1。
表1阳离子复合改性乳化沥青的指标
实施例2
本实施例提供了一种阳离子型复合改性乳化沥青材料，与实施例1相比，区别仅在于：用反应型三元共聚物RET代替所述110％多聚磷酸。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对阳离子型复合改性乳化沥青的性能指标进行测试，其结果见表2。
表2：阳离子复合改性乳化沥青的指标
实施例3
本实施例提供了一种阳离子型复合改性乳化沥青材料，与实施例1相比，区别仅在于：用双丙酮丙烯酰胺代替所述110％多聚磷酸；
且所述皂液的质量百分比组成为：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对阳离子型复合改性乳化沥青的性能指标进行测试，其结果见表3。
表3：阳离子复合改性乳化沥青的指标
实施例1、2、3所得阳离子复合改性乳化沥青的各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种阳离子型复合改性乳化沥青材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的沥青材料，其特征在于，所述橡胶粉的粒度为40目～100目；优选为40目～100目的回收或废旧轮胎橡胶粉。
3.根据权利要求1所述的沥青材料，其特征在于，所述相容剂选用反式聚辛烯橡胶。
4.根据权利要求1所述的沥青材料，其特征在于，所述纳米抗老化剂为粒径为纳米级的Fe2O3、SiO2、ZnO、TiO2中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的沥青材料，其特征在于，所述反应型沥青改性剂为105％多聚磷酸、110％多聚磷酸、115％多聚磷酸、反应型三元共聚物RET、双丙酮丙烯酰胺中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的沥青材料，其特征在于，所述皂液呈酸性，包括阳离子型乳化剂、稳定剂以及水；其中，所述稳定剂包括有机稳定剂和无机稳定剂；
优选地，所述皂液的pH值为2.0～3.0，由包括如下重量百分比的成分组成：
7.根据权利要求6所述的沥青材料，其特征在于，所述有机稳定剂选自聚乙烯醇、羟甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、淀粉、聚丙烯酰胺、己二酸二酰肼中的一种或两种；
和/或，所述无机稳定剂选自氯化钙、氯化铵、氯化钠中的一种或两种，优选由氯化钙与氯化铵以质量比1.5～2.5：1复配而成。
8.权利要求1～7任意一项所述沥青材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将基质沥青熔融后，加入橡胶粉，搅拌混合均匀；待橡胶粉加完后，以3000～5000r/min的速度剪切30～40min，再在170～180℃下发育40～50min；加入反应型沥青改性剂，充分搅拌，得复合改性沥青，保温备用；
(2)将皂液加热至55～70℃，与所述复合改性沥青混合，乳化，即得。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述橡胶粉的加入速度为5～15g/min，加入后的搅拌速度为800～1000r/min。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，以5～10g/min的速率加入反应型沥青改性剂，加入后搅拌速度为300～800r/min，搅拌时间为30～40min。
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