一种高模量冷拌沥青及其制备方法、以及其混合料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高模量冷拌沥青及其制备方法、以及其混合料，所述沥青组合物按质量百分数组成包括，石油沥青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容剂、乳化剂1.0-2.5份、界面修复剂0.3-1.2份，所述乳化剂为极性基团和非极性基团的双子结构。本技术提高了乳化沥青冷拌混合料和冷再生混合料的模量,该混合料可作为新建道路及改扩建道路的基层、下面层、中面层的材料或用于高等级公路的结构修补；为高等级公路的结构修补找到一种方便、可采用100%再生料的节能、环保的解决方案；快速凝结的方案缩短工期，节约成本。
【专利说明】一种高模量冷拌沥青及其制备方法、以及其混合料
【技术领域】
[0001]本发明属于道路路面材料领域，具体涉及一种改性的高模量冷拌冷铺浙青、含有此浙青的混合料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国公路网总里程已达到450万公里，大部分公路将逐渐进入大修、中修期，这将产生大量的废旧混合料。按照5%的维修、改建率计算，每年废旧浙青混合料将产生2亿多吨，其经济价值据粗略估算可达20亿元以上，但是由于我国旧路面的再生利用技术还不成熟，利用率仅为10%~20%。
[0003]从我国的“十二五”规划中，对道路养护做了详细的规划纲要:
[0004]-2010 年养护总投资 5227 亿，2015 年 7738 亿，2020 年 11053 亿；
[0005]—每年对不少于3.5万公里的国省干线进行综合改造；
[0006]——高速公 路平均路面使用性能指数POI大于95 ；
[0007]—高速公路养护废旧路面材料循环利用率达到40%，国省干线达到70%。
[0008]在未来十年，我国2000年前后修建的高速公路将相继进入大修期，同时加上部分新建高速公路，根据相关统计，预计到2020年用于新建、养护的浙青混合料每年将超过5亿吨，废旧路面材料每年达到I亿吨。材料资源消耗严重、循环利用率低(目前我国循环利用率仅10%~20%，而发达国家已达到80%以上)，需要更加重视“资源节约、环境友好”的技术理念。但是，结合当前我国社会发展和高速公路技术水平现状来看，仍面临巨大挑战。
[0009]由此可以看出，政府已经将道路养护地具体目标放入政府工作报告中，从政策和资金共同进行了确定，养护将是快速增长的需求和市场。更为重要的是如何实现“资源节约、环境友好”的技术理念，则需要更多和更有效的养护技术、材料来保证养护的高效、节约和环保。
[0010]随着高速公路里程的不断增加，交通量的不断增大，早期高速公路的结构病害逐渐显现，高速公路的养护循环也开始形成；同时，政府对节能环保政策的逐步实施，原材料成本的不断升高，冷拌混合料的使用将迅速增加，特别是使用冷拌合和冷再生混合料进行结构修补、基层改扩建的应用量将越来越大。而目前的材料无法满足高等级公路一特别是重载交通的要求，只能将其作为基层使用，使冷拌技术的应用受到极大的限制。
[0011]现有技术中冷拌浙青技术主要分为两种，泡沫浙青冷拌及冷再生技术、乳化浙青冷拌及冷再生技术。其中泡沫浙青冷拌及冷再生技术，1928年德国注册了第一个制造浙青泡沫的专利，1956年美国1wa州立大学的Csanyi教授首次将泡沫浙青用作道路稳定土基层的稳定剂注册专利，1968年澳大利亚MobilOil公司以冷水代替热蒸汽改进了原有生产工艺并于1971年注册专利。目前，国内主要由德国Wirtgen公司进行技术推广，其主要应用为泡沫冷再生。其连续级配，现场空隙率8-11%，冷拌的静态模量900-1200;再生的静态模量800-1100。此技术方案的不足在于，混合料模量低、泡沫浙青混合料抗水性能较差(冻融劈裂强度比很难大于75%)、浙青发泡技术需要专用设备，且对浙青选择比较严格、泡沫浙青生产后必须马上使用，不能储存。
[0012]另一种技术为乳化浙青冷拌及冷再生技术，其多采用开级配或半开级配，现场空隙率9-12%，冷拌的静态模量1100-1800 ;再生的静态模量1000-1500。目前，冷拌混凝土技术应用量极小，特别是在高等级公路中没有应用，乳化浙青冷再生技术在美国和欧洲从上世纪70年代开始大面积应用，中国从上世纪90年代末开始研究，2005年江西昌九高速公路第一次正式使用该技术。此技术的不足之处在于:混合料模量低、混合料现场空隙率较大，抗水性能较差(冻融劈裂强度比很难大于75%)、混合料破乳凝结速度较慢，强度上升慢，工期长和等待交通开放的时间长。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题是，现有乳化浙青冷拌混合料和冷再生混合料的模量低，抗水性能差，无法应用于高等级公路的下面层的问题。
[0014]为解决上述问题本发明采取如下的技术方案:
[0015]一种高模量冷拌浙青，所述浙青组合物按质量百分数组成包括，石油浙青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容剂、乳化剂1.0_2.5份、界面修复剂0.3-1.2份，所述乳化剂为极性基团和非极性基团的双子结构。
[0016]所述一种高模量冷拌浙青的优选方案为，所述浙青包括质量百分比为0.2-0.3份的主动型抗剥落剂。
[0017]所述一种高模量冷拌浙青的优选方案为，所述浙青包括质量百分比为0.02-0.06份的乳液稳定剂、浙青稳定剂0.04-0.08份。
[0018]所述浙青的优选方案为，所述界面修复剂是指脂肪酸，树脂酸机及其衍生物，烷基胺，烷基酰胺，烷基季铵盐，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜碱，木质酰胺，木质咪唑啉，木质喹啉中，环烷酸的一种或两种以上。其中脂肪酸可以为月桂酸，棕榈酸，油酸，亚油酸，硬脂酸等C12到C22有机脂肪酸；树脂酸及其衍生物是指塔尔油脂肪酸或其胺类反应物；烷基胺，烷基酰胺，烷基季铵盐，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜碱是指碳8到碳22的有机胺类物质。
[0019]所述浙青的优选方案为，所述主动型抗剥落剂是指烷基胺，烷基酰胺，烷基吡咯，烷基咪唑，烷基噻唑，烷基咪唑啉烷基喹啉，塔尔油脂肪胺，塔尔油咪唑，塔尔油吡咯，塔尔油噻唑中的一种或两种以上。其中烷基胺，烷基酰胺，烷基吡咯，烷基咪唑，烷基咪唑啉，烷基噻唑，烷基喹啉中的烷基所指为碳12到碳22的饱和烷烃或不饱和烷烃。
[0020]所述浙青的优选方案为，所述聚合物是按质量百分比为:包含30~50%通式为(AB) nX的星型嵌段共聚物、50~70%通式为ABA的线型嵌段共聚物、O~10%的合成橡胶中的一种或几种任意比例的组合；其中星型嵌段共聚物重均分子量为20~30万，线型嵌段共聚物重均分子量为10~15万，合成橡胶重均分子量为10~15万；在通式(AB) nX和ABA中，A是由苯乙烯、α -甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯或乙烯基吡啶聚合得到的链段，B是由丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯或2，3- 二甲基丁二烯聚合得到的链段；在通式(ΑΒ)ηΧ中η为3或4，X为带有3或4个官能基的偶联剂残基；在通式(AB) nX和ABA中A组分所占质量百分比为20 - 40% ;所述合成橡胶是乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、或顺式异戊橡胶中的一种或两种以上的组合。[0021]所述浙青的优选方案为，所述稳定剂是有机过氧化合物、有机偶氮化合物、硫磺粉、有机多硫化物、有机磺酸化合物或金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
[0022]所述浙青的优选方案为，所述相容剂是指反序工艺精制润滑油时的副产物溶剂抽出油或石油催化裂化回裂油的溶剂抽出油中的一种或两种的组合，其中溶剂指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚类溶剂，抽出油芳香分含量大于90%。
[0023]所述浙青的优选方案为，所述乳液稳定剂是指羧甲基纤维素醚类增稠剂(数均分子量为250000)，羟乙基纤维素醚类增稠剂(数均分子量为250000)，羧甲基纤维素钠(数均分子量为6400±1000)，聚乙烯醇类增稠剂(数据分子量为80000左右)，聚氨酯类增稠剂(数均分子量为2000-20000)，聚乙二醇(数均分子量为1000-10000)，气合二氧化硅(平均一次粒子直径7-20nm)，膨润土，聚丙烯酰胺类增稠剂(数均分子量为600万-2000万)，壳聚糖，汉生胶，葡聚糖，氯化钙中的一种或两种以上组合。所述膨润土具体可为钠基膨润土或钙剂膨润土。
[0024]所述浙青的优选方案为，所述乳化剂是指含有烷基胺，烷基酰胺，烷基季铵盐，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜碱,塔尔油脂肪胺,木质胺,木质酰胺,木质素季铵盐,木质咪唑啉，木质喹啉，木质甜菜碱中一种或一种以上的阳离子表面活性剂和一种或两种以上的非离子表面活性剂。所述烷基阳离子表面活性剂的碳链可为8-22个碳原子;所述非离子表面活性剂可为烷基酚聚氧乙烯醚(烷基碳链长度为6-20个碳，PEO数为10-60)，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸脂(数均分子量可为430左右)，失水山梨醇脂肪酸脂和脂肪醇聚氧乙烯醚(碳链长度为8-18个，其中脂肪醇可为碳原子数12-18的醇)。其中聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸脂具体可为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸脂，聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸脂或聚氧乙烯失水山梨醇油酸脂；所述失水山梨醇脂肪酸脂可为失水山梨醇月桂酸脂，失水山梨醇硬脂酸脂或失水山梨醇油酸脂。
[0025]本发明还涉及浙青的制备方法，包括以下的制备步骤，其中所述含量为质量百分数，I)将58-60份的石油浙青加热到175~185°C至流动状态，在搅拌状态下一次加入1.5-2.5份相容剂，1.5-3.0份的聚合物，再通过转速为2000~4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2~10小时，然后加入0.04-0.08份的浙青稳定剂，反应I~5小时，得到生产乳化浙青的改性浙青；2)使用0.02-0.06份的乳液稳定剂、1-2.5份乳化剂和0.3-1.2份界面修复剂配置乳化浙青生产用皂液，最终皂液温度控制在45~60°C之间，皂液pH值控制在1.8~3.5之间，将步骤I)制得的改性浙青与皂液通过转速为2000~4000RPM的胶体磨研磨，得到最终乳化浙青产品。
[0026]所述浙青制备方法的优选方案为，在步骤2)后添加0.2-0.3质量份数的主动抗剥落剂，搅拌30-60分钟得到最终乳化浙青产品。
[0027]本发明还涉及一种浙青的混合料，此混合料中各成分及其质量份数为:90-98份的集料，为新鲜石料与再生料中的一种或两种的混合、水泥4-8份、预拌水2-5份、权利要求1所述的乳化浙青5-7.5份。
[0028]所述浙青混合料的优选方案为，所述混合料为连续密实级配。
[0029]所述浙青混合料的优选方案为，所述冷拌混合料的动态模量(15°C，IOHz)大于8000MPa ;其设计空隙率为3-8%，现场空隙率4_10%。
[0030]上述浙青的制备方法中，步骤I)后得到的改性浙青，其技术指标见表1。[0031]表1原料浙青指标要求
【权利要求】
1.一种高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青组合物按质量百分数组成包括，石油浙青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容剂、乳化剂1.0-2.5份、界面修复剂0.3-1.2份，所述乳化剂为极性基团和非极性基团的双子结构。
2.根据权利要求1所述的一种高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青包括质量百分比为0.2-0.3份的主动型抗剥落剂。
3.根据权利要求1所述的一种高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青包括质量百分比为0.02-0.06份的乳液稳定剂、浙青稳定剂0.04-0.08份。
4.根据权利要求1所述的一种高模量冷拌浙青，其特征在于:所述界面修复剂是指脂肪酸，树脂酸机及其衍生物，烷基胺，烷基酰胺，烷基季铵盐，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜碱，木质酰胺，木质咪唑啉，木质喹啉中，环烷酸的一种或几种任意比例的组合。
5.根据权利要求2所述的一种高模量冷拌浙青，其特征在于:所述主动型抗剥落剂是指烷基胺，烷基酰胺，烷基吡咯，烷基咪唑，烷基噻唑，烷基咪唑啉，烷基喹啉，塔尔油脂肪胺，塔尔油咪唑，塔尔油吡咯，塔尔油噻唑中的一种或两种以上。
6.权I所述浙青的制备方法，其特征在于:包括以下的制备步骤，其中所述含量为质量百分数，I)将58-60份的石油浙青加热到175~185°C至流动状态，在搅拌状态下一次加入1.5-2.5份相容剂，1.5-3.0份的聚合物，再通过转速为200(T4000RPM的胶体磨研磨，接着在搅拌状态下溶胀2~10小时，然后加入0.04-0.08份的浙青稳定剂，反应f 5小时，得到生产乳化浙青的改性浙青；2)使用0.02-0.06份的乳液稳定剂、1-2.5份乳化剂和0.3-1.2份界面修复剂配置乳化浙青生产用皂液，最终皂液温度控制在45飞0° C之间，皂液pH值控制在1.8^3.5之间，将步骤I)制得的改性浙青与皂液通过转速为200(T4000RPM的胶体磨研磨，得到最终乳化浙青产品。
7.根据权利要求6所述的浙青制备方法，其特征在于:在步骤2)后添加0.2-0.3质量份数的主动抗剥落剂，搅拌30-60分钟得到最终乳化浙青产品。
8.权I所述浙青的混合料，其特征在于:此混合料中各成分及其质量份数为:90-98份的集料，为新鲜石料与再生料中的一种或两种的混合、水泥4-8份、预拌水2-5份、权利要求1所述的乳化浙青5-7.5份。
9.根据权利要求8所述的浙青混合料，其特征在于:所述混合料为连续密实级配。
10.根据权利要求8所述的浙青混合料，其特征在于:所述冷拌混合料的动态模量(15°C，IOHz)大于8000MPa ;其设计空隙率为3_8%，现场空隙率4_10%。
【文档编号】C04B26/26GK103525108SQ201310505238
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】刘炤宇, 李江海, 石红星, 李晓波, 袁志平, 杜延昭, 董月振, 焦朋朋 申请人:北京同华道路养护有限责任公司