CN107057386B - 一种天然沥青成品胶结料的加工工艺及配方 - Google Patents

Abstract

一种天然沥青成品胶结料的加工工艺及配方，结束天然沥青仅能作为沥青或沥青混合料外加剂应用的历史，制备出沥青混合料成品化天然沥青胶结料，不仅可长时间存储和运输，且解决了天然沥青应用过程中存在的延度损失问题。将天然沥青粉碎至300目后，将其按比例加入含有表面活性剂的有机分散剂中分散成可流动的混合物，将混合物研磨成6000目及以上的微纳米级混合物，再将该微纳米级混合物与道路石油沥青以1:100‑10:1的比例混合后，加入1%‑10%的增塑剂、1‰‑10‰稳定剂，搅拌并反应2‑6h，得到道路或建筑用沥青胶结料。

Description

一种天然沥青成品胶结料的加工工艺及配方

技术领域

本专利涉及一种将自然界开采的天然沥青，加工成可长期存储的沥青混合料用成品化胶结料的工艺及配方。

背景技术

天然沥青是自然界的石油资源经过亿万年的地壳运动作用在高温、高压、氧化、触媒等作用下形成的自然状态下的沥青类物质， 由于天然沥青于地壳中形成，因此其组份中除沥青外，还含有10%-80%不等的矿物质成分。经XRF分析发现矿物质主要由Ca、Si、AL、Fe、S、K等元素构成。正是由于矿物质成分的存在，天然沥青表现出优异的高温稳定性，因而在高模量沥青混合料、抗车辙路面材料、浇筑式沥青混合料等重载道路建筑材料中发挥重要作用。但是矿物质的相对密度大于2，而沥青相对密度在1左右，在沥青的使用温度下（高于100℃），沥青呈液体状，如果不能采取有效的技术手段，天然沥青中的矿物质将从沥青中离析沉淀出来，不仅失去了天然沥青的特点，且极易淤塞存储罐。

现有的传统工艺是将天然沥青粉碎至60目、100目或300目左右，投入沥青罐或沥青混合料拌合楼中使用。所有以天然沥青作为改性剂生产改性沥青的相关专利中，均未对沥青的存储稳定性做出要求和描述。天然沥青直接投入沥青中时，需要搅拌设备不断搅拌以防止沉淀，如中国专利CN200720050884《一种改进的天然沥青搅拌罐》。中国专利201610896252.6《一种岩沥青流体细磨改性混合工艺》，将天然沥青剪切研磨至150目以上，该专利未对与基质沥青胶合以后的改性沥青的指标进行分析。中国专利号为CN201310430663.2《一种植物油改性沥青组合物及其制备方法》通过添加植物油作为天然沥青的分散物获得符合要求的道路沥青，也未提及储存稳定性问题；而中国专利号为CN201620180136.X《纳米级大分子天然沥青研磨机》通过其发明的研磨机在温度175-300℃获得粒径为2微米的天然沥青，但该专利只提及一种天然沥青的粉碎方法，并未涉及如何应用天然沥青生产成品化的沥青混合料胶结料，并且对生产出的天然沥青的性能变化未进行分析。如何才能获得稳定的分散在沥青中达到符合道路使用要求的天然沥青胶结料，这些发明都没有给出明确的方法和途径。

除了由于密度问题导致的存储稳定性难题外，延度损失也是天然沥青改性沥青的技术难点。由于天然沥青中矿物质成分粒径太大，且在沥青中分散不均匀，以及颗粒物导致的应力集中等问题使改性沥青的延度损失严重。如专利 03135742.3《一种道路沥青改性剂及其制备方法》将天然沥青做为沥青改性剂，天然沥青添加量达到15%，20%时，改性后沥青的15℃延度由最初的大于140cm，剧减到 14.5cm，8.5cm。专利200410021928.4中，天然沥青改性后沥青的15℃延度也衰减过半，并且随着天然沥青制品的粒径加大，衰减加剧。专利200410040424.7中，将天然沥青粒度控制在18微米，即使在5%添加量下，沥青的15℃延度依然锐减。而在其他天然沥青的作为添加剂的专利中，或者通过SBS的加入补偿延度损失问题，或未对延度做任何要求。而本发明不仅可以解决天然沥青的存储性问题，并且生产出的道路用沥青15℃延度大于100cm。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种天然沥青成品胶结料的加工工艺及配方，通过物理及化学稳定技术，使得天然沥青中的矿物质成分以100-5000 nm的粒径，均匀稳定分散在沥青中。一方面根据斯托克斯定律，液体中的颗粒粒径减小，沉降速度降低，因此本发明采用研磨手段减小矿物质颗粒的粒径。另一方面结合硅烷等表面活性剂以及增塑剂、稳定剂的作用，降低颗粒物的表面张力的同时，利用化学键的作用力，最终达到沥青中的矿物质成分以极细的粒径均匀分散在沥青中，且不团聚不沉降。不仅解决了成品化胶结料所必须满足的稳定性问题，而且沥青依然有优异的延展性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种天然沥青成品胶结料的加工工艺及配方，包括以下步骤：

1）将天然沥青粉碎至300目后得到的天然沥青粉，将其与含有表面活性剂的有机分散剂以5:1—1:1的比例在反应釜中混合均匀，采用专用研磨机，得到粒度为6000目及以上的微纳米结构混合物；

2）将步骤1）的微纳米结构混合物加热至160-170℃后，与加热至120-150℃的道路石油沥青按照1:100--10:1的比例混合进入搅拌罐，搅拌混合均匀；

3）在步骤2）的产物中加入1%-10%的增塑剂、1‰ -10‰的稳定剂，并在130-165℃温度下搅拌发育、反应2小时以上，得到针入度20-120（25℃，100g，0.1mm）的沥青成品。

所述的天然沥青为湖沥青、岩沥青中的一种及其任意比例的混合物，天然沥青中沥青含量大于10%，含水率低于2%。

所述的含有表面活性剂的有机分散剂是油浆、橡胶油、软沥青中的一种及其任意比例的混合物，有机分散剂的闪点大于230℃，163℃的挥发量不大于1%。

所述的增塑剂是糠醛抽出油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯一种及其任意比例的混合物，增塑剂的闪点大于230℃，163℃的挥发量不大于0.8%。

所述的稳定剂为硫磺或含硫有机化合物。

所述的粉碎至300目的天然沥青颗粒：0.3mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率80%-90%，0.075mm以下颗粒通过率55%-60%。

所述的6000目及以上的微纳米结构混合物，是指该混合物中三氯乙烯不溶物的微粒粒径达到6000目及6000目以上的微纳米结构粒子，其微纳米粒径分布范围为100-5000纳米。

所述的道路石油沥青为通过石油裂解或裂解组分调制成的沥青，采用符合JTGF40《公路沥青路面施工技术规范》中要求的50A、70A、90A、110A道路石油沥青中的一种及以上。

所述的表面活性剂主要为硅烷或聚醚型表面活性剂与铝锆酸酯类表面活性剂的混合物，混合比例为10:0-0:10，用量为天然沥青重量的0.2-1%。

本发明的有益效果是

本发明旨在通过物理及化学稳定技术，使得天然沥青中的矿物质成分以100-5000nm的粒径，均匀稳定分散在沥青中。一方面根据斯托克斯定律，液体中的颗粒粒径减小，沉降速度降低，因此本发明采用研磨手段减小矿物质颗粒的粒径。另一方面结合硅烷等表面活性剂以及增塑剂、稳定剂的作用，降低颗粒物的表面张力的同时，利用化学键的作用力，最终达到沥青中的矿物质成分以极细的粒径均匀分散在沥青中，且不团聚不沉降。不仅解决了成品化胶结料所必须满足的稳定性问题，而且沥青依然有优异的延展性（即使在天然沥青用量达到40%时延度依然表现优异），以该工艺制备的25℃针入度60-120（0.1mm）沥青的15℃延度均超过100cm。

具体实施方式

下面以实施例对发明内容作进一步说明，因为通过配方比例的变化可以得到更多型号的道路沥青，故本发明的保护范围含实施例但不受实施例所限。

实施例1

将沥青含量23%的岩沥青，通过破碎得到粒径约300目的天然沥青粉，通过筛分检查，其符合粒径满足0.3mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率80%-90%，0.075mm以下颗粒通过率55%-60%的要求，将天然沥青粉与含有天然沥青粉重量1%的表面活性剂的油浆按照3:1的比例在反应釜中混合均匀，油浆温度加热至160℃，所述的表面活性剂优选为烷氧基类硅烷与聚醚型表面活性剂的混合物，其比例为10:1。将上述混合物经研磨后得到分散均匀的8000目微纳米结构混合物，将所述微纳米结构混合物与90#道路石油沥青按照1:2的比例混合均匀，加入5%的糠醛抽出油，搅拌半小时后，再加入3‰的硫磺稳定剂，继续搅拌3小时，即可打入成品罐，所得沥青为针入度范围80-100（25℃，100g，0.1mm）的90号沥青P80/100。其指标检测结果如下所示：

实施例2

将沥青含量52%的湖沥青通过破碎得到粒径约300目的天然沥青粉，经筛分检查，其满足0.3mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率80%-90%，0.075mm以下颗粒通过率55%-60%的粒径要求，天然沥青粉与橡胶油按照5:1的比例在反应釜中混合均匀，橡胶油中含有天然沥青粉重量0.8%的经优选为10:1的烷氧基铝锆酸酯类与聚醚型表面活性剂的混合物的表面活性剂。将此混合物搅拌加热至160℃，经研磨后得到分散均匀的165℃的6000目微纳米结构混合物，将所述微纳米结构混合物与70#沥青按照1:1的比例混合均匀，加入3%的糠醛抽出油:邻苯二甲酸二辛酯=8:1的混合物，搅拌半小时后，再加入2‰的硫磺稳定剂，继续搅拌3小时，即可打入成品罐，所得沥青为针入度范围60-80（25℃，100g，0.1mm）的70号沥青P60/80。

实施例3

将沥青含量52%的湖沥青通过破碎得到粒径约300目的天然沥青粉，经筛分检查，其满足0.3mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率80%-90%，0.075mm以下颗粒通过率55%-60%的粒径要求，将300目的天然沥青粉与软沥青按照2:1的比例在反应釜中混合均匀，软沥青温度加热至160℃，在软沥青中含有天然沥青重量1%的经优选为10:1的烷氧基有机硅类与聚醚型表面活性剂的混合物的表面活性剂，经胶体磨后得到分散均匀的6000目微纳米结构混合物，将所述微纳米结构混合物与 90#沥青按照1:1的比例混合均匀，加入2%的糠醛抽出油:邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯=9:1的混合物，搅拌半小时后，再加入1%的硫磺稳定剂，继续搅拌4小时，即可打入成品罐，所得沥青为针入度范围100-120（25℃，100g，0.1mm）的110号沥青P100/120。

利用所得天然沥青道路沥青P80/100产品，配置AC-16沥青混合料，按照马歇尔实验方法确定混合料的最佳油石比后，测定其路用性能如下表所示：

利用本发明所得P80/100、P60/80、P100/120沥青符合中国交通运输部JTG F40-2004的规定，而且利用P80/100沥青制成的AC16沥青混合料，高温性能优异，稳定度比常规石油沥青高，低温性能、抗水损能力均超过了中国交通运输部JTG F40-2004的要求。

Claims (9)

1.一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）将天然沥青粉碎至300目后得到的天然沥青粉，将其与含有表面活性剂的有机分散剂以5:1—1:1的比例在反应釜中混合均匀，采用专用研磨机，得到粒度为6000目及以上的微纳米结构混合物；

2）将步骤1）的微纳米结构混合物加热至160-170℃后，与加热至120-150℃的道路石油沥青按照1:100--10:1的比例混合进入搅拌罐，搅拌混合均匀；

3）在步骤2）的产物中加入1%-10%的增塑剂、1‰ -10‰的稳定剂，并在130-165℃温度下搅拌发育、反应2小时以上，得到在25℃，100g，0.1mm的条件下针入度为20-120的天然沥青成品胶结料。

2.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的天然沥青为湖沥青、岩沥青中的一种或其中任意几种的混合物，天然沥青中沥青含量大于10%，含水率低于2%。

3.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的含有表面活性剂的有机分散剂是油浆、橡胶油、软沥青中的一种或其中任意几种的混合物，有机分散剂的闪点大于230℃，163℃的挥发量不大于1%。

4.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的增塑剂是糠醛抽出油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯一种及其任意比例的混合物，增塑剂的闪点大于230℃，163℃的挥发量不大于0.8%。

5.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的稳定剂为硫磺或含硫有机化合物。

6.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的粉碎至300目的天然沥青颗粒：0.3mm筛孔通过率100%，0.15mm筛孔通过率80%-90%，0.075mm以下颗粒通过率55%-60%。

7.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的6000目及以上的微纳米结构混合物，是指该混合物中三氯乙烯不溶物的微粒粒径达到6000目及6000目以上的微纳米结构粒子，其微纳米粒径分布范围为100-5000纳米。

8.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的道路石油沥青为通过石油裂解或裂解组分调制成的沥青，采用符合JTG F40《公路沥青路面施工技术规范》中要求的50A、70A、90A、110A道路石油沥青中的一种或以上。

9.根据权利要求1所述的一种天然沥青成品胶结料的加工工艺，其特征在于，所述的表面活性剂主要为硅烷或聚醚型表面活性剂与铝锆酸酯类表面活性剂的混合物，混合比例为10:0-0:10，用量为天然沥青重量的0.2-1%。