CN108559289B - 一种纳米改性乳化沥青及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青及其制备和使用方法，具体涉及一种纳米改性乳化沥青及其制备和使用方法，该纳米改性乳化沥青由以下原材料组成：石墨烯、废机油、脱硫橡胶粉、基质沥青、橡塑稳定剂、SBR阳离子丁苯胶乳、乳化剂和水。该纳米改性乳化沥青的制备方法包括如下步骤：步骤1：废机油脱水和脱重金属；步骤2：剪切成软质橡塑改性沥青；步骤3：得到混合液；步骤4：将软质橡塑改性沥青和混合液同时加入胶体磨剪切并混合，得到纳米改性乳化沥青。该纳米改性乳化沥青的使用方法，包括如下步骤：步骤1：称取纳米改性乳化沥青备用；步骤2：制备混合料A；步骤3：制备混合料B；步骤4：将纳米改性乳化沥青加入混合料B中，搅拌制备成再生沥青混合料。

Description

一种纳米改性乳化沥青及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种沥青及其制备和使用方法，具体涉及一种纳米改性乳化沥青及其制备和使用方法。

背景技术

目前国内外沥青路面再生技术分为四大类，分别是厂拌热再生、现场热再生、厂拌冷再生、现场冷再生。目前应用最多的是厂拌热再生技术，该技术相对成熟、质量稳定，但能耗过大，新沥青、新集料和废旧RAP在拌和的过程中需要加热到很高的温度，会造成环境污染，无法做到效益最大化，所以冷再生技术(乳化沥青冷再生和泡沫沥青冷再生)具有一定的优势，不仅能实现废旧RAP的循环利用，还能做到常温施工，在保证再生沥青路面使用性能的同时，还不会造成环境污染；特别是乳化沥青冷再生技术，在我国沥青路面维修养护中得到广泛应用。

乳化沥青冷再生技术是指在采用专门的设备将回收的废旧RAP进行破碎筛分，并与一定比例的新集料、再生稳定剂、活性填料、乳化沥青以及水等在常温下进行拌和、摊铺和碾压，进而形成路面结构层的一种废旧RAP再生利用技术。其优势主要表现在以下几个方面：①可实现常温施工，不需加热沥青，既能节省燃料，又能避免废旧沥青混合料的再次老化；②乳化沥青冷再生施工方便，采用传统的沥青混合料施工设备即可；③乳化沥青无毒、无臭、不易燃烧，且施工过程不需加热原材料，能有效避免施工人员烧伤、沥青中毒等安全事故的发生；④废旧RAP的掺配比例可达到50～90％，减小了对新沥青和新集料的需求，节约了矿料开采过程中的能源消耗，使筑路成本大幅降低，社会经济效益显著。

乳化沥青冷再生技术的关键环节之一是高效乳化沥青的选择与应用。近年来，国内道路工作者研发出多种改性乳化沥青，比如：中石油有限公司的蔺习雄等人，采用沥青、阳离子乳化剂、共聚物胶乳等组份研发出一种乳化沥青，主要用于新建路面的表面磨耗层及旧路面的维修养护；许昌金欧特沥青股份有限公司的周凯等人，采用胶乳、聚烯烃、聚丙烯酰胺、糊精等组份研发出一种宽域高粘改性乳化沥青，用于沥青路面工程；江苏龙田合成材料有限公司的惠海红，采用酚醛树脂、乳化沥青等材料，研发出一种酚醛树脂改性乳化沥青，主要用于摩擦材料、耐火材料和铸造材料；中石油化工股份有限公司的马鹏程、高淑美等人，采用SBS聚合物改性乳化沥青、复合乳化稳定剂、酸等组份，研发出一种SBS聚合物改性乳化沥青，可用于公路粘层、封层、稀浆封层以及表面处治等。

类似的改性乳化沥青材料甚多，但与国外乳化沥青材料及技术相比，我国发展相对滞后，主要原因是经过试验发现乳化沥青拌和废旧RAP后的低温抗裂性能和抗疲劳性能都较差，而且当废旧RAP加多了后，其再生能力较差，直接影响再生沥青混合料的稳定性能、路用性能和耐久性能。由于上述原因，导致用于高效冷再生技术的优质乳化沥青较少，与国外先进乳化沥青材料的综合路用性能相差甚远，严重阻碍了国内冷再生技术的应用与发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高冷再生沥青混合料配伍性和耐久性的纳米改性乳化沥青。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种纳米改性乳化沥青，由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯1份～5份，废机油5份～15份，脱硫橡胶粉5份～10份，基质沥青20份～35份，橡塑稳定剂2份～4份，SBR阳离子丁苯胶乳3份～8份，乳化剂2份～5份，水25份～35份。

本方案的技术效果是：该纳米改性乳化沥青主要用于冷再生技术，能实现废旧RAP的再生循环利用，脱硫橡胶粉、石墨烯以及橡塑稳定剂与废机油混合后，脱硫橡胶粉和橡塑稳定剂会产生较多活性基团，有利于脱硫橡胶粉以及橡塑稳定剂与再生沥青混合料的化学键合,使脱硫橡胶粉和橡塑稳定剂在再生沥青混合料中的分散性得到改善；同时石墨烯能填充在再生沥青混合料的孔隙中，能增加冷再生沥青混合料的柔韧性，在保证其他路用性能的前提下提高再生沥青混合料的低温抗裂性能和抗疲劳性能，解决了再生沥青混合料低温性能与抗疲劳开裂性能差的痛点，从而提高了冷再生沥青混合料的耐久性，进而延长了冷再生沥青路面的使用寿命；而且纳米改性乳化沥青中的SBR阳离子丁苯胶乳和乳化剂提高了沥青与集料间的粘结性能，即提高了沥青与集料间的配伍性，使再生沥青混合料的稳定性能得到显著提高。相比目前市场上应用较为普遍的改性乳化沥青，该纳米改性乳化沥青不仅能实现了高效再生，还能增加了集料与沥青间的配伍性和粘附性，应用前景较为广阔。同时该纳米改性乳化沥青所用的脱硫橡胶粉和废机油为工业废弃材料，在变废为宝的同时可改善乳化沥青的路用性能，社会经济效益显著。

进一步的，该纳米改性乳化沥青由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯3份，废机油13份，脱硫橡胶粉7份，基质沥青32份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳5份，乳化剂3份，水34份。本方案的技术效果是：此配比条件下再生沥青混合料的低温抗裂性能和抗疲劳性能较强。

进一步的，该纳米改性乳化沥青由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯1份，废机油13份，脱硫橡胶粉5份，基质沥青33份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳6份，乳化剂4份，水35份。本方案的技术效果是：此配比条件下再生沥青混合料的低温抗裂性能、抗疲劳性能以及配伍性均有待提高，为更合适的配比调节提供方向，其中石墨烯、废机油和脱硫橡胶粉的含量对再生沥青混合料的影响较大。

进一步的，该纳米改性乳化沥青由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯5份，废机油10份，脱硫橡胶粉10份，基质沥青30份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳5份，乳化剂3份，水34份。本方案的技术效果是：此配比条件下再生沥青混合料的低温抗裂性能、抗疲劳性能以及配伍性均较佳。

进一步的，所述基质沥青为70号基质沥青。

本发明的另一目的提供一种纳米改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：对废机油进行脱水以及筛除重金属杂质处理；

步骤2：将脱硫橡胶粉、基质沥青、橡塑稳定剂、废机油以及石墨烯在160℃～180℃条件下高速剪切成软质橡塑改性沥青；

步骤3：将SBR阳离子丁苯胶乳、水、乳化剂在60℃～65℃条件下快速搅拌均匀，得到混合液；

步骤4：将软质橡塑改性沥青和混合液同时加入胶体磨，在80℃～100℃条件下高速剪切并充分混合；其中胶体磨剪切速度维持在1800r/min～2100r/min，剪切时间为8-12min，得到常温条件下即可使用且呈液体的纳米改性乳化沥青。

本方案的技术效果是：除去重金属的废机油能提高纳米改性乳化沥青的质量，同时先对脱硫橡胶粉、基质沥青、橡塑稳定剂、废机油以及石墨烯进行混合剪切，能使各组份之间充分混合，为纳米改性乳化沥青的高韧性提供保障；然后在SBR阳离子丁苯胶乳、水和乳化剂的作用下混合剪切，在保证了低温抗裂性能和抗疲劳性能的前提下，为集料与纳米改性乳化沥青间良好的配伍性提供保障。

进一步的，所述脱硫橡胶粉经过在温度150～220℃、压强2～4Mpa条件下脱硫处理。

本发明还提供一种纳米改性乳化沥青的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：称取纳米改性乳化沥青，搅拌均匀后备用；

步骤2：称取满足级配要求以及规定用量的废旧RAP料、新集料和矿粉混合，拌和30～45s制备成混合料A；

步骤3：向混合料A中添加规定用量的水泥和水，拌和30～45s制备成混合料B；

步骤4：将步骤1中的纳米改性乳化沥青加入混合料B中，常温下充分搅拌60～75s即可制备成再生沥青混合料，常温条件下即可铺筑使用。

本方案的技术效果是：将纳米改性乳化沥青加入混合料B后，常温搅拌即可，对拌和环境要求较低，施工方便，间接提高了施工速率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例1：

一种纳米改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：对废机油进行脱水以及筛除重金属杂质处理，在温度200℃、压强2.5Mpa条件下对脱硫橡胶粉进行脱硫处理；

步骤2：在170℃条件下，将脱硫橡胶粉7kg、70#基质沥青32kg、橡塑稳定剂3kg、废机油13kg以及石墨烯3kg高速剪切成软质橡塑改性沥青；

步骤3：在60℃条件下，将SBR阳离子丁苯胶乳5kg、水34kg、乳化剂3kg快速搅拌均匀，得到混合液；

步骤4：将软质橡塑改性沥青和混合液同时加入胶体磨，在90℃条件下高速剪切并充分混合；其中胶体磨剪切速度维持在1900r/min，剪切时间为10min，得到纳米改性乳化沥青，制备而成的纳米改性乳化沥青呈现液体，常温条件下即可使用。

本发明所述的纳米改性乳化沥青的使用方法，包括如下：

步骤1：称取纳米改性乳化沥青34kg，搅拌均匀后备用；

步骤2：称取满足级配要求的废旧RAP料880kg、新集料100kg和矿粉20kg进行混合，拌和40s制备成混合料A；

步骤3：向混合料A中添加水泥15kg、水42kg，拌和40s制备成混合料B；

步骤4：将步骤1中的纳米改性乳化沥青加入混合料B中，常温下充分搅拌70s即可制备成再生沥青混合料，常温条件下即可铺筑使用。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：该纳米改性乳化沥青的配比不同，在一种纳米改性乳化沥青的制备方法中，步骤1中将脱硫橡胶粉5kg、70#基质沥青33kg、橡塑稳定剂3kg、废机油13kg以及石墨烯1kg高速剪切成软质橡塑改性沥青；步骤3中将SBR阳离子丁苯胶乳6kg、水35kg、乳化剂4kg快速搅拌均匀，得到混合液。

实施例3：

与实施例1的不同之处在于：该纳米改性乳化沥青的配比不同，在一种纳米改性乳化沥青的制备方法中，步骤1中将脱硫橡胶粉10kg、70#基质沥青30kg、橡塑稳定剂3kg、废机油10kg以及石墨烯5kg高速剪切成软质橡塑改性沥青；步骤3中将SBR阳离子丁苯胶乳5kg、水34kg、乳化剂3kg快速搅拌均匀，得到混合液。

实施例4：

与实施例1的不同之处在于：该纳米改性乳化沥青的配比不同，在一种纳米改性乳化沥青的制备方法中，步骤1中将脱硫橡胶粉5kg、70#基质沥青20kg、橡塑稳定剂2kg、废机油5kg以及石墨烯1kg高速剪切成软质橡塑改性沥青；步骤3中将SBR阳离子丁苯胶乳3kg、水25kg、乳化剂2kg快速搅拌均匀，得到混合液。

实施例5：

与实施例1的不同之处在于：该纳米改性乳化沥青的配比不同，在一种纳米改性乳化沥青的制备方法中，步骤1中将脱硫橡胶粉10kg、70#基质沥青35kg、橡塑稳定剂4kg、废机油15kg以及石墨烯5kg高速剪切成软质橡塑改性沥青；步骤3中将SBR阳离子丁苯胶乳8kg、水35kg、乳化剂5kg快速搅拌均匀，得到混合液。

试验设计：

将上述实施例1生产出的纳米改性乳化沥青A、实施例2生产出的纳米改性乳化沥青B、实施例3生产出的纳米改性乳化沥青C、实施例4生产出的纳米改性乳化沥青D以及实施例5生产出的纳米改性乳化沥青E分别按照配合比与废旧RAP、矿粉、新集料、水泥和水充分搅拌，常温下制成5组再生沥青混合料试件备用；

同时准备对比试验组1(乳化沥青由以下原材料配比而成：废机油13kg，脱硫橡胶粉10kg，70#基质沥青32kg，橡塑稳定剂3kg，SBR阳离子丁苯胶乳5kg，乳化剂3kg，水34kg)和对比试验组2(乳化沥青由以下原材料配比而成：石墨烯3kg，废机油13kg，脱硫橡胶粉7kg，70#基质沥青32kg，橡塑稳定剂3kg，乳化剂8kg，水34kg)，并分别将对比试验组1和对比试验组2中的乳化沥青按照配合比与废旧RAP、矿粉、新集料、水泥和水充分搅拌，常温下制成2组再生沥青混合料试件备用。

其中，通过马歇尔稳定度试验对再生沥青混合料试件的基本力学性能进行验证，通过冻融劈裂试验对再生沥青混合料试件的水稳定性和配伍性进行验证、通过小梁低温弯曲试验对再生沥青混合料试件的低温抗裂性能进行验证，通过疲劳加载试验对再生沥青混合料试件的抗疲劳性能进行验证。

试验结果如下表所示：

对上述试验结果进行分析可知：

1、通过掺有对比试验组1与纳米改性乳化沥青C的试件进行试验比较，虽然对比试验组1中脱硫橡胶粉的掺量高于纳米改性乳化沥青C中的脱硫橡胶粉掺量，但是由于比试验组1中未掺入石墨烯，制成试件的各项性能均较低，由此可知是否掺入石墨烯对于试件的各项性能均有影响。

2、通过纳米改性乳化沥青C制成的再生沥青混合料试件与纳米改性乳化沥青A制成的再生沥青混合料试件相比，可以证明石墨烯掺量高能提高试件的抗疲劳性能和配伍性，但是同时，由于纳米改性乳化沥青C中废机油的掺量小于纳米改性乳化沥青A的掺量，对制成试件的低温抗裂性能有所影响。

3、通过对比试验组2制成的试件和纳米改性乳化沥青A制成的试件进行对比，可知SBR阳离子丁苯胶乳对于试件的各项性能均有影响。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：准备由以下质量份数的原材料配比而成的一种纳米改性乳化沥青：石墨烯1份～5份，废机油5份～15份，脱硫橡胶粉5份～10份，基质沥青20份～35份，橡塑稳定剂2份～4份，SBR阳离子丁苯胶乳3份～8份，乳化剂2份～5份，水25份～35份；

对废机油进行脱水以及筛除重金属杂质处理；

步骤2：将脱硫橡胶粉、基质沥青、橡塑稳定剂、废机油以及石墨烯在160℃～180℃条件下高速剪切成软质橡塑改性沥青；

步骤3：将SBR阳离子丁苯胶乳、水、乳化剂在60℃～65℃条件下快速搅拌均匀，得到混合液；

步骤4：将软质橡塑改性沥青和混合液同时加入胶体磨，在80℃～100℃条件下高速剪切并充分混合；其中胶体磨剪切速度维持在1800r/min～2100r/min，剪切时间为8-12min，得到常温条件下即可使用且呈液体的纳米改性乳化沥青。

2.根据权利要求1所述的一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯3份，废机油13份，脱硫橡胶粉7份，基质沥青32份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳5份，乳化剂3份，水34份。

3.根据权利要求1所述的一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯1份，废机油13份，脱硫橡胶粉5份，基质沥青33份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳6份，乳化剂4份，水35份。

4.根据权利要求1所述的一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，由以下质量份数的原材料配比而成：石墨烯5份，废机油10份，脱硫橡胶粉10份，基质沥青30份，橡塑稳定剂3份，SBR阳离子丁苯胶乳5份，乳化剂3份，水34份。

5.根据权利要求4所述的一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述基质沥青为70号基质沥青。

6.根据权利要求1所述的一种纳米改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述脱硫橡胶粉经过在温度150～220℃、压强2～4Mpa条件下脱硫处理。

7.根据权利要求1所述方法制备得到的纳米改性乳化沥青的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：称取纳米改性乳化沥青，搅拌均匀后备用；

步骤2：称取满足级配要求以及规定用量的废旧RAP料、新集料和矿粉混合，拌和30～45s制备成混合料A；

步骤3：向混合料A中添加规定用量的水泥和水，拌和30～45s制备成混合料B；

步骤4：将步骤1中的纳米改性乳化沥青加入混合料B中，常温下充分搅拌60～75s即可制备成再生沥青混合料，常温条件下即可铺筑使用。