一种沥青抗剥落剂、其制备方法及应用与流程

1.本发明属于道路沥青添加剂领域，具体涉及一种沥青抗剥落剂、其制备方法及应用。


背景技术：

2.道路铺设的石料分为酸性石料和碱性石料。通常情况下，石灰岩等碱性石料耐磨性差，不能满足沥青路面对抗滑及耐磨性的要求，而花岗岩、砂岩及石英岩等酸性集料石质坚硬、耐磨性好，能满足沥青路面耐磨及承载的要求。但酸性石料与显酸性的沥青之间粘结力较差，会出现以下问题：1.不能形成足够的强度，2.水易渗入路面，使沥青与集料分离，导致剥落、松散、坑洞等破坏，加速路面的损害。目前解决这一问题的主要方法是在沥青中加入抗剥落剂，来改善沥青与集料间的粘附性，使在多雨或冻融季节，水分不能侵入到沥青与集料之间的界面，减少路面的破坏，延长使用寿命。
3.沥青抗剥落剂的使用始于20世纪40年代，其发展历程主要是从无机类到有机类，从低分子化合物到高分子化合物。石灰是最早使用的抗剥落剂之一，主要用来处理酸性集料，成本较低，但由于石灰粉颗粒很细，很难在混合料中分散均匀，在一定程度上制约了其推广应用。目前使用较多的为表面活性剂类，其中最具代表性的为胺类抗剥落剂，多以季胺盐、脂肪族胺、酰胺基多胺和咪唑啉为主要成分，该类抗剥落剂虽能有效提高沥青与集料的粘附性，但其耐热性较差且成本较高，在实际应用时，拌合和运输沥青混合料过程中均需要长时间高温储存，在这一过程中胺类抗剥落剂会分解失效，影响其抗剥落性能。在此基础上，研究者开发了一系列非胺类的沥青抗剥落剂。如cn200410093217.8公开了一种由磺酸类化合物制备的沥青抗剥落剂，虽然抗剥落剂不会受热分解且与酸性石料粘附性好。但是该方法采用的是水煮法进行粘附性实验判定，评价方法并不能真实表征与沥青的粘附性及混合料抗水损性能。cn201510644067.3公开了一种沥青抗剥落剂、其制备方法及其应用，主要由磺酸类化合物等材料制备而成，该发明采用水浸法进行粘附性等级测试，更能真实表征抗剥落剂的性能优劣。但是该发明仅研究了短期老化后沥青粘附等级及抗水损性能，并未研究抗剥落剂对长期老化后的混合料抗水损性能的影响。实际上沥青路面的水损害问题除了受沥青短期老化影响外，在长期服役过程中受长期老化影响更大，目前关于抗剥落剂对沥青长期抗老化性能研究并不多。鉴于此，探索一种热稳定性好、抗剥落性能优异、制备简单、可提高沥青长期老化性能的抗剥落剂至关重要。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中沥青抗剥落剂热稳定性差、制备复杂、沥青长期老化后抗水损性有待提高等问题，本发明提供了一种制备简单、抗剥落性能优异、热稳定性好、可提高沥青长期老化性能的沥青抗剥落剂、其制备方法及应用。
5.为解决以上问题，本发明技术方案如下：
6.本发明提供了一种沥青抗剥落剂，包括以下比例的组分及各组分质量百分比如
下：
7.磺酸类化合物
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15
‑
25wt％，
8.壬基酚聚氧乙烯醚
ꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
15wt％，
9.橡胶油
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
65
‑
75wt％；
10.上述各组分的质量百分比为100％。
11.优选地，所述磺酸类化合物为十二烷基苯磺酸和十二醇甘油醚磺酸钠的混合物，两者质量比例为4：6～6：4。
12.优选地，所述壬基酚聚氧乙烯醚选自np
‑
20、np
‑
30和np
‑
40中的任意一种或几种混合。
13.优选地，所述橡胶油在25℃粘度低于1000cp，凝点低于5℃；所述橡胶油为芳烃油或糠醛抽出油。
14.本发明所述一种沥青抗剥落剂的制备方法包括：将磺酸类化合物、壬基酚聚氧乙烯醚和橡胶油按比例加入反应釜中在60
‑
80℃下混合搅拌0.5
‑
1h即可。
15.本发明所述一种沥青抗剥落剂的应用方法包括：将沥青加热至135～145℃，加入沥青质量0.2～0.3wt％的上述沥青抗剥落剂，混合搅拌均匀即可。
16.本发明的技术原理为：
17.本发明中十二烷基苯磺酸含有磺酸基，可以与集料表面的硅羟基发生化学吸附提高沥青与集料的粘附性。其中单独使用十二烷基苯磺酸，其抗剥落能力较好但沥青经过长期老化后混合料抗水损性能较差；十二醇甘油醚磺酸钠含有羟基和磺酸基，可以与集料的硅羟基形成氢键等作用力、与集料的粘附性好，此外其热稳定性优异可以提升沥青长期老化性能后的抗水损性能；将十二烷基苯磺酸和十二醇甘油醚磺酸钠复合使用，可以发挥协同作用，兼顾成本、老化前后的抗水损性能。
18.本发明中壬基酚聚氧乙烯醚含有苯环和羟基，分别与集料和沥青具有良好的相容性。其作为非离子表面活性剂与十二醇甘油醚磺酸钠阴离子表面活性剂复合，可以提高抗剥落剂的表面活性、增强沥青与集料的相互作用。壬基酚聚氧乙烯醚分子量较大、耐热性好，可以提升整体抗剥落剂的热稳定性和抗老化性能。
19.本发明中橡胶油与沥青的相容性好，其主要起到分散介质的作用，可以降低抗剥落剂成本、保证各抗剥落剂组分分散均匀。此外，对橡胶油的粘度和凝点有所要求，可以保证在冬季低温环境抗剥落剂的流动性较好，不影响正常使用。
20.本发明的有益效果在于：
21.(1)本发明的沥青抗剥落剂属于非胺类，其热稳定性好。此外原材料来源广、制备方法简单，适合大规模生产。
22.(2)本发明的沥青抗剥落剂与沥青的相容性好，易分散于沥青中。此外粘度较低，适合冬季低温环境使用。
23.(3)本发明沥青抗剥落剂掺量低，综合抗剥落性能优异。将其与道路热沥青混合均匀后，可有效提高沥青与酸性集料的粘附性，提升抗剥落能力。采用水浸法经过短期和长期老化，其粘附性等级均为5级。
24.(4)本发明的沥青抗剥落剂可提高长期老化后混合料的抗水损性能。长期老化后混合料的抗水损性能优于传统胺类抗剥落剂，可延长沥青路面的使用寿命，降低维护成本。
具体实施方式
25.以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不仅限于以下的实施例。本发明包含上述技术思想下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
26.实施例1
27.将7.5质量份十二烷基苯磺酸、7.5质量份十二醇甘油醚磺酸钠、15质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
40、70质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
28.将沥青加热至135℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青1。
29.实施例2
30.将10质量份十二烷基苯磺酸、10质量份十二醇甘油醚磺酸钠、15质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
30、65质量份糠醛抽出油同时加入到60℃反应釜中，搅拌0.5h制备得到沥青抗剥落剂。
31.将沥青加热至145℃，加入0.2wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌0.5h即得改性沥青2。
32.实施例3
33.将10质量份十二烷基苯磺酸、15质量份十二醇甘油醚磺酸钠、10质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
20、65质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
34.将沥青加热至140℃，加入0.2wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青3。
35.实施例4
36.将12质量份十二烷基苯磺酸、8质量份十二醇甘油醚磺酸钠、10质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
30、70质量份糠醛抽出油同时加入到70℃反应釜中，搅拌0.5h制备得到沥青抗剥落剂。
37.将沥青加热至130℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，混合均匀即得改性沥青4。
38.实施例5
39.将12.5质量份十二烷基苯磺酸、12.5质量份十二醇甘油醚磺酸钠、5质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
20、5质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
40、65质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
40.将沥青加热至135℃，加入0.25wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青5。
41.实施例6
42.将6质量份十二烷基苯磺酸、9质量份十二醇甘油醚磺酸钠、10质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
20、75份芳烃油同时加入到65℃反应釜中，搅拌0.5h制备得到沥青抗剥落剂。
43.将沥青加热至135℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青6。
44.对比例
45.将沥青加热至145℃，加入0.3wt％市售胺类沥青抗剥落剂(西安公路研究所，pa
‑
1胺类抗剥落剂)，搅拌1h即得改性沥青7。
46.将沥青加热至145℃，加入0.3wt％市售非胺类沥青抗剥落剂(四川科路泰交通科技有限公司，amr型非胺抗剥落剂)，搅拌1h即得改性沥青8。
47.对比例3
48.将15质量份十二烷基苯磺酸、15质量份壬基酚聚氧乙烯醚np
‑
40、70质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
49.将沥青加热至135℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青9。
50.对比例4
51.将7.5质量份十二烷基苯磺酸、7.5质量份十二醇甘油醚磺酸钠、85质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
52.将沥青加热至135℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青10。
53.对比例5
54.将25质量份十二醇甘油醚磺酸钠、75质量份芳烃油同时加入到80℃反应釜中，搅拌1h制备得到沥青抗剥落剂。
55.将沥青加热至135℃，加入0.3wt％上述沥青抗剥落剂，搅拌1h即得改性沥青11。
56.沥青的老化处理及沥青粘附性、混合料抗水损性能测试：
57.采用不同的沥青抗剥落剂，从沥青与矿料的粘附性能及沥青混合料的抗水损性能两个方面进行抗剥落剂性能评价。
58.将该沥青置于薄膜烘箱中模拟短期老化处理，将该沥青置于沥青压力老化装置中模拟长期老化。使用花岗岩，用水浸法分别对老化前后上述实施例和对比例制备的添加了本发明所述抗剥落剂及对比抗剥落剂的沥青进行粘附性测试；使用花岗岩，采用ac20级配、以添加不同抗剥落剂的老化前后的沥青制备沥青混合料，评价马歇尔试件的残留稳定度及冻融劈裂两个沥青混合料抗水损性能指标。
59.表1本发明抗剥落剂制备沥青粘附性测试结果
[0060][0061]
表2对比例抗剥落剂制备沥青粘附性测试结果
[0062][0063]
从表1中测试结果可知，添加本实施例1
‑
6的沥青抗剥落剂后，沥青的粘附性得到明显提高，可由2级提高至5级。此外其耐老化性能明显提升，短期老化后粘附等级从1级提升至5级，长期老化后粘附等级同样从1级提升至5级。从本发明抗剥落剂老化前后粘附等级变化规律也可以表明本发明制备的抗剥落剂具有良好的热稳定性。
[0064]
表2为对比例抗剥落剂粘附性结果，结果表明市售胺类抗剥落剂和非胺类抗剥落剂经过短期老化、长期老化后，粘附等级明显下降。对比例3
‑
5相比市售抗剥落剂，抗老化能力增强，但是与本发明抗剥落剂相比，长期老化后粘附等级仍从5级降低至3
‑
4级。因此本发明抗剥落剂粘附等级明显优于市售胺类抗剥落剂和非胺类抗剥落剂，抗剥落性能优异。此外由对比例3
‑
5可以得知，在本发明的抗剥落剂组分范围内，各组分发挥协同作用，制备的抗剥落剂抗剥落性能最好。
[0065]
根据《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》(jtg e
‑
2011)，对本实施例1
‑
7添加了抗剥落剂的沥青进行沥青混合料马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强对比试验，结果如表3所示。
[0066]
表3沥青混合料测试结果
[0067][0068]
从表3中测试结果可知，添加本实施例1
‑
6抗剥落剂后，沥青老化前、短期老化后、长期老化后制备的混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比指标比未加抗剥落剂均明显增加。与市售胺类抗剥落剂、市售非胺类抗剥落剂、对比实施例结果对比，表明本发明老化前的抗水损性能与之相差不大，但是短期老化后优于市售产品和对比例，长期老化后远远优于市售产品和对比例(本发明冻融劈裂结果仍大于80％)。以上结果表明本发明制备的抗剥落剂具有优良的抗水损性能，且可以提高沥青长期老化后的抗水损性能。
[0069]
综上所述，本发明制备的非胺类沥青抗剥落剂热稳定性好、掺量低，综合抗剥落性能优异。此外其原料易得、制备简单，适合大规模生产。将其与道路热沥青混合均匀后，可有效提高沥青与酸性集料的粘附性，提升抗剥落能力，不管老化前后其粘附等级均为5级。特别是沥青经过长期老化后，本发明相比其他技术能提高沥青路面抗水损害的性能，残留稳定度和冻融劈裂强度比远远大于其他技术。因此本发明制备的抗剥落剂综合性能优异，在路面服役、沥青长期老化后抗水损性能仍较好，可有效延长沥青路面的使用寿命。