一種高模量冷拌瀝青及其制備方法、以及其混合料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高模量冷拌瀝青及其制備方法、以及其混合料，所述瀝青組合物按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成包括，石油瀝青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容劑、乳化劑1.0-2.5份、界面修復(fù)劑0.3-1.2份，所述乳化劑為極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的雙子結(jié)構(gòu)。本技術(shù)提高了乳化瀝青冷拌混合料和冷再生混合料的模量,該混合料可作為新建道路及改擴(kuò)建道路的基層、下面層、中面層的材料或用于高等級公路的結(jié)構(gòu)修補(bǔ)；為高等級公路的結(jié)構(gòu)修補(bǔ)找到一種方便、可采用100%再生料的節(jié)能、環(huán)保的解決方案；快速凝結(jié)的方案縮短工期，節(jié)約成本。
【專利說明】一種高模量冷拌瀝青及其制備方法、以及其混合料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路路面材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性的高模量冷拌冷鋪浙青、含有此浙青的混合料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國公路網(wǎng)總里程已達(dá)到450萬公里，大部分公路將逐漸進(jìn)入大修、中修期，這將產(chǎn)生大量的廢舊混合料。按照5%的維修、改建率計(jì)算，每年廢舊浙青混合料將產(chǎn)生2億多噸，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值據(jù)粗略估算可達(dá)20億元以上，但是由于我國舊路面的再生利用技術(shù)還不成熟，利用率僅為10%~20%。
[0003]從我國的“十二五”規(guī)劃中，對道路養(yǎng)護(hù)做了詳細(xì)的規(guī)劃綱要:
[0004]-2010 年養(yǎng)護(hù)總投資 5227 億，2015 年 7738 億，2020 年 11053 億；
[0005]—每年對不少于3.5萬公里的國省干線進(jìn)行綜合改造；
[0006]——高速公 路平均路面使用性能指數(shù)POI大于95 ；
[0007]—高速公路養(yǎng)護(hù)廢舊路面材料循環(huán)利用率達(dá)到40%，國省干線達(dá)到70%。
[0008]在未來十年，我國2000年前后修建的高速公路將相繼進(jìn)入大修期，同時(shí)加上部分新建高速公路，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2020年用于新建、養(yǎng)護(hù)的浙青混合料每年將超過5億噸，廢舊路面材料每年達(dá)到I億噸。材料資源消耗嚴(yán)重、循環(huán)利用率低(目前我國循環(huán)利用率僅10%~20%，而發(fā)達(dá)國家已達(dá)到80%以上)，需要更加重視“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的技術(shù)理念。但是，結(jié)合當(dāng)前我國社會(huì)發(fā)展和高速公路技術(shù)水平現(xiàn)狀來看，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
[0009]由此可以看出，政府已經(jīng)將道路養(yǎng)護(hù)地具體目標(biāo)放入政府工作報(bào)告中，從政策和資金共同進(jìn)行了確定，養(yǎng)護(hù)將是快速增長的需求和市場。更為重要的是如何實(shí)現(xiàn)“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的技術(shù)理念，則需要更多和更有效的養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料來保證養(yǎng)護(hù)的高效、節(jié)約和環(huán)保。
[0010]隨著高速公路里程的不斷增加，交通量的不斷增大，早期高速公路的結(jié)構(gòu)病害逐漸顯現(xiàn)，高速公路的養(yǎng)護(hù)循環(huán)也開始形成；同時(shí)，政府對節(jié)能環(huán)保政策的逐步實(shí)施，原材料成本的不斷升高，冷拌混合料的使用將迅速增加，特別是使用冷拌合和冷再生混合料進(jìn)行結(jié)構(gòu)修補(bǔ)、基層改擴(kuò)建的應(yīng)用量將越來越大。而目前的材料無法滿足高等級公路一特別是重載交通的要求，只能將其作為基層使用，使冷拌技術(shù)的應(yīng)用受到極大的限制。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)中冷拌浙青技術(shù)主要分為兩種，泡沫浙青冷拌及冷再生技術(shù)、乳化浙青冷拌及冷再生技術(shù)。其中泡沫浙青冷拌及冷再生技術(shù)，1928年德國注冊了第一個(gè)制造浙青泡沫的專利，1956年美國1wa州立大學(xué)的Csanyi教授首次將泡沫浙青用作道路穩(wěn)定土基層的穩(wěn)定劑注冊專利，1968年澳大利亞MobilOil公司以冷水代替熱蒸汽改進(jìn)了原有生產(chǎn)工藝并于1971年注冊專利。目前，國內(nèi)主要由德國Wirtgen公司進(jìn)行技術(shù)推廣，其主要應(yīng)用為泡沫冷再生。其連續(xù)級配，現(xiàn)場空隙率8-11%，冷拌的靜態(tài)模量900-1200;再生的靜態(tài)模量800-1100。此技術(shù)方案的不足在于，混合料模量低、泡沫浙青混合料抗水性能較差(凍融劈裂強(qiáng)度比很難大于75%)、浙青發(fā)泡技術(shù)需要專用設(shè)備，且對浙青選擇比較嚴(yán)格、泡沫浙青生產(chǎn)后必須馬上使用，不能儲(chǔ)存。
[0012]另一種技術(shù)為乳化浙青冷拌及冷再生技術(shù)，其多采用開級配或半開級配，現(xiàn)場空隙率9-12%，冷拌的靜態(tài)模量1100-1800 ;再生的靜態(tài)模量1000-1500。目前，冷拌混凝土技術(shù)應(yīng)用量極小，特別是在高等級公路中沒有應(yīng)用，乳化浙青冷再生技術(shù)在美國和歐洲從上世紀(jì)70年代開始大面積應(yīng)用，中國從上世紀(jì)90年代末開始研究，2005年江西昌九高速公路第一次正式使用該技術(shù)。此技術(shù)的不足之處在于:混合料模量低、混合料現(xiàn)場空隙率較大，抗水性能較差(凍融劈裂強(qiáng)度比很難大于75%)、混合料破乳凝結(jié)速度較慢，強(qiáng)度上升慢，工期長和等待交通開放的時(shí)間長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)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，無法應(yīng)用于高等級公路的下面層的問題。
[0014]為解決上述問題本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案:
[0015]一種高模量冷拌浙青，所述浙青組合物按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成包括，石油浙青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容劑、乳化劑1.0_2.5份、界面修復(fù)劑0.3-1.2份，所述乳化劑為極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的雙子結(jié)構(gòu)。
[0016]所述一種高模量冷拌浙青的優(yōu)選方案為，所述浙青包括質(zhì)量百分比為0.2-0.3份的主動(dòng)型抗剝落劑。
[0017]所述一種高模量冷拌浙青的優(yōu)選方案為，所述浙青包括質(zhì)量百分比為0.02-0.06份的乳液穩(wěn)定劑、浙青穩(wěn)定劑0.04-0.08份。
[0018]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述界面修復(fù)劑是指脂肪酸，樹脂酸機(jī)及其衍生物，烷基胺，烷基酰胺，烷基季銨鹽，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜堿，木質(zhì)酰胺，木質(zhì)咪唑啉，木質(zhì)喹啉中，環(huán)烷酸的一種或兩種以上。其中脂肪酸可以為月桂酸，棕櫚酸，油酸，亞油酸，硬脂酸等C12到C22有機(jī)脂肪酸；樹脂酸及其衍生物是指塔爾油脂肪酸或其胺類反應(yīng)物；烷基胺，烷基酰胺，烷基季銨鹽，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜堿是指碳8到碳22的有機(jī)胺類物質(zhì)。
[0019]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述主動(dòng)型抗剝落劑是指烷基胺，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，塔爾油脂肪胺，塔爾油咪唑，塔爾油吡咯，塔爾油噻唑中的一種或兩種以上。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為碳12到碳22的飽和烷烴或不飽和烷烴。
[0020]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述聚合物是按質(zhì)量百分比為:包含30~50%通式為(AB) nX的星型嵌段共聚物、50~70%通式為ABA的線型嵌段共聚物、O~10%的合成橡膠中的一種或幾種任意比例的組合；其中星型嵌段共聚物重均分子量為20~30萬，線型嵌段共聚物重均分子量為10~15萬，合成橡膠重均分子量為10~15萬；在通式(AB) nX和ABA中，A是由苯乙烯、α -甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯或乙烯基吡啶聚合得到的鏈段，B是由丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯或2，3- 二甲基丁二烯聚合得到的鏈段；在通式(ΑΒ)ηΧ中η為3或4，X為帶有3或4個(gè)官能基的偶聯(lián)劑殘基；在通式(AB) nX和ABA中A組分所占質(zhì)量百分比為20 - 40% ;所述合成橡膠是乙丙橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠、或順式異戊橡膠中的一種或兩種以上的組合。[0021]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述穩(wěn)定劑是有機(jī)過氧化合物、有機(jī)偶氮化合物、硫磺粉、有機(jī)多硫化物、有機(jī)磺酸化合物或金屬氧化物中的一種或兩種以上的組合。
[0022]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述相容劑是指反序工藝精制潤滑油時(shí)的副產(chǎn)物溶劑抽出油或石油催化裂化回裂油的溶劑抽出油中的一種或兩種的組合，其中溶劑指N-甲基吡咯烷酮、糠醛或酚類溶劑，抽出油芳香分含量大于90%。
[0023]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述乳液穩(wěn)定劑是指羧甲基纖維素醚類增稠劑(數(shù)均分子量為250000)，羥乙基纖維素醚類增稠劑(數(shù)均分子量為250000)，羧甲基纖維素鈉(數(shù)均分子量為6400±1000)，聚乙烯醇類增稠劑(數(shù)據(jù)分子量為80000左右)，聚氨酯類增稠劑(數(shù)均分子量為2000-20000)，聚乙二醇(數(shù)均分子量為1000-10000)，氣合二氧化硅(平均一次粒子直徑7-20nm)，膨潤土，聚丙烯酰胺類增稠劑(數(shù)均分子量為600萬-2000萬)，殼聚糖，漢生膠，葡聚糖，氯化鈣中的一種或兩種以上組合。所述膨潤土具體可為鈉基膨潤土或鈣劑膨潤土。
[0024]所述浙青的優(yōu)選方案為，所述乳化劑是指含有烷基胺，烷基酰胺，烷基季銨鹽，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜堿,塔爾油脂肪胺,木質(zhì)胺,木質(zhì)酰胺,木質(zhì)素季銨鹽,木質(zhì)咪唑啉，木質(zhì)喹啉，木質(zhì)甜菜堿中一種或一種以上的陽離子表面活性劑和一種或兩種以上的非離子表面活性劑。所述烷基陽離子表面活性劑的碳鏈可為8-22個(gè)碳原子;所述非離子表面活性劑可為烷基酚聚氧乙烯醚(烷基碳鏈長度為6-20個(gè)碳，PEO數(shù)為10-60)，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸脂(數(shù)均分子量可為430左右)，失水山梨醇脂肪酸脂和脂肪醇聚氧乙烯醚(碳鏈長度為8-18個(gè)，其中脂肪醇可為碳原子數(shù)12-18的醇)。其中聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸脂具體可為聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸脂，聚氧乙烯失水山梨醇單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為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]本發(fā)明還涉及浙青的制備方法，包括以下的制備步驟，其中所述含量為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，I)將58-60份的石油浙青加熱到175~185°C至流動(dòng)狀態(tài)，在攪拌狀態(tài)下一次加入1.5-2.5份相容劑，1.5-3.0份的聚合物，再通過轉(zhuǎn)速為2000~4000RPM的膠體磨研磨，接著在攪拌狀態(tài)下溶脹2~10小時(shí)，然后加入0.04-0.08份的浙青穩(wěn)定劑，反應(yīng)I~5小時(shí)，得到生產(chǎn)乳化浙青的改性浙青；2)使用0.02-0.06份的乳液穩(wěn)定劑、1-2.5份乳化劑和0.3-1.2份界面修復(fù)劑配置乳化浙青生產(chǎn)用皂液，最終皂液溫度控制在45~60°C之間，皂液pH值控制在1.8~3.5之間，將步驟I)制得的改性浙青與皂液通過轉(zhuǎn)速為2000~4000RPM的膠體磨研磨，得到最終乳化浙青產(chǎn)品。
[0026]所述浙青制備方法的優(yōu)選方案為，在步驟2)后添加0.2-0.3質(zhì)量份數(shù)的主動(dòng)抗剝落劑，攪拌30-60分鐘得到最終乳化浙青產(chǎn)品。
[0027]本發(fā)明還涉及一種浙青的混合料，此混合料中各成分及其質(zhì)量份數(shù)為:90-98份的集料，為新鮮石料與再生料中的一種或兩種的混合、水泥4-8份、預(yù)拌水2-5份、權(quán)利要求1所述的乳化浙青5-7.5份。
[0028]所述浙青混合料的優(yōu)選方案為，所述混合料為連續(xù)密實(shí)級配。
[0029]所述浙青混合料的優(yōu)選方案為，所述冷拌混合料的動(dòng)態(tài)模量(15°C，IOHz)大于8000MPa ;其設(shè)計(jì)空隙率為3-8%，現(xiàn)場空隙率4_10%。
[0030]上述浙青的制備方法中，步驟I)后得到的改性浙青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。[0031]表1原料浙青指標(biāo)要求
【權(quán)利要求】
1.一種高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青組合物按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成包括，石油浙青58-60份、聚合物1.5-3.0份、1.5-2.5份的相容劑、乳化劑1.0-2.5份、界面修復(fù)劑0.3-1.2份，所述乳化劑為極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的雙子結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青包括質(zhì)量百分比為0.2-0.3份的主動(dòng)型抗剝落劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高模量冷拌浙青，其特征在于:所述浙青包括質(zhì)量百分比為0.02-0.06份的乳液穩(wěn)定劑、浙青穩(wěn)定劑0.04-0.08份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高模量冷拌浙青，其特征在于:所述界面修復(fù)劑是指脂肪酸，樹脂酸機(jī)及其衍生物，烷基胺，烷基酰胺，烷基季銨鹽，烷基咪唑啉，烷基喹啉，烷基甜菜堿，木質(zhì)酰胺，木質(zhì)咪唑啉，木質(zhì)喹啉中，環(huán)烷酸的一種或幾種任意比例的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高模量冷拌浙青，其特征在于:所述主動(dòng)型抗剝落劑是指烷基胺，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，塔爾油脂肪胺，塔爾油咪唑，塔爾油吡咯，塔爾油噻唑中的一種或兩種以上。
6.權(quán)I所述浙青的制備方法，其特征在于:包括以下的制備步驟，其中所述含量為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，I)將58-60份的石油浙青加熱到175~185°C至流動(dòng)狀態(tài)，在攪拌狀態(tài)下一次加入1.5-2.5份相容劑，1.5-3.0份的聚合物，再通過轉(zhuǎn)速為200(T4000RPM的膠體磨研磨，接著在攪拌狀態(tài)下溶脹2~10小時(shí)，然后加入0.04-0.08份的浙青穩(wěn)定劑，反應(yīng)f 5小時(shí)，得到生產(chǎn)乳化浙青的改性浙青；2)使用0.02-0.06份的乳液穩(wěn)定劑、1-2.5份乳化劑和0.3-1.2份界面修復(fù)劑配置乳化浙青生產(chǎn)用皂液，最終皂液溫度控制在45飛0° C之間，皂液pH值控制在1.8^3.5之間，將步驟I)制得的改性浙青與皂液通過轉(zhuǎn)速為200(T4000RPM的膠體磨研磨，得到最終乳化浙青產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浙青制備方法，其特征在于:在步驟2)后添加0.2-0.3質(zhì)量份數(shù)的主動(dòng)抗剝落劑，攪拌30-60分鐘得到最終乳化浙青產(chǎn)品。
8.權(quán)I所述浙青的混合料，其特征在于:此混合料中各成分及其質(zhì)量份數(shù)為:90-98份的集料，為新鮮石料與再生料中的一種或兩種的混合、水泥4-8份、預(yù)拌水2-5份、權(quán)利要求1所述的乳化浙青5-7.5份。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浙青混合料，其特征在于:所述混合料為連續(xù)密實(shí)級配。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浙青混合料，其特征在于:所述冷拌混合料的動(dòng)態(tài)模量(15°C，IOHz)大于8000MPa ;其設(shè)計(jì)空隙率為3_8%，現(xiàn)場空隙率4_10%。
【文檔編號】C04B26/26GK103525108SQ201310505238
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉炤宇, 李江海, 石紅星, 李曉波, 袁志平, 杜延昭, 董月振, 焦朋朋 申請人:北京同華道路養(yǎng)護(hù)有限責(zé)任公司