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CN102816448B - 一种温拌重交沥青及其制备方法 - Google Patents

一种温拌重交沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种温拌沥青及其制备方法，具体涉及一种温拌重交沥青及其制备方法。本发明在基质沥青中添加温拌剂，在不改变重交沥青关键技术指标、沥青粘弹性能及流变性能的前提下，能够实现拌合与摊铺温度降低20-40℃，达到节能减排、减少碳排放的目的；且其温拌沥青具有良好的化学稳定性和热稳定性，应用其制得的沥青混合料机械性能较好。

Description

一种温拌重交沥青及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种温拌沥青及其制备方法，具体涉及一种温拌重交沥青及其制备方法。
背景技术
目前用于沥青路面建设、养护的沥青混合料主要有两类：热拌沥青混合料(HMA)和冷拌(常温)沥青混合料(CMA)。热拌沥青混合料中沥青与矿料拌和温度在150℃～185℃；冷拌(常温)沥青混合料以乳化沥青或稀释沥青为胶结料，其与矿料在常温(10℃～40℃)状态下拌和、铺筑。HMA以其优良的路用性能成为主流的路面铺装技术，但其高温拌和、运输及摊铺所造成的沥青热老化、废气和粉尘排放、能耗加大及生产成本增加等问题困扰着道路工作者；而冷拌沥青混合料虽具有环保、节能的优势但其路用性能较差，只能用于沥青路面的养护、低交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层。鉴于此，温拌沥青混合料技术应运而生，旨在实现沥青混合料的清洁化生产，寻求低碳、绿色的发展之路。
 温拌技术在节能减排方面优势明显。据统计，采用热铺，每吨沥青混合料约消耗16公斤标准煤，相当于排放约48公斤二氧化碳。如果降低40℃拌和与摊铺，每吨沥青混合料可节省约2.5公斤标准煤，可以减少二氧化碳排放量约7.5公斤。至2011年，我国沥青使用量为1700万吨，如果60%采用降温拌和与摊铺，则可节省约51万吨标准煤，可以减少二氧化碳排放量约153万吨，数量相当可观。因此，目前国内的温拌技术也迅猛发展。
 目前，虽然有众多的温拌技术能成功生产温拌改性沥青，但是，这些技术对改性沥青的适应性较好，而对重交沥青适应性较差，往往导致沥青三大指标发生改变而无法实现温拌重交沥青。此外，由于价格原因，多数路面沥青混合料采用重交沥青作为胶结料，改性沥青做为胶结料的使用量仍远小于重交沥青，因此，实现重交沥青的温拌在节能减排方面具有更大的优势，在不改变沥青关键技术指标的前提下，生产成品温拌重交沥青成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种温拌重交沥青及其制备方法。本发明所涉及的温拌重交沥青不改变基质沥青的关键技术指标及使用温度范围内的流变特性，温拌沥青具有良好的化学稳定性和热稳定性，能实现重交沥青混合料拌和及压实温度降低20-40℃，且保证其沥青混合料的路用性能及机械性能不衰减。
本发明所述的温拌沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.3-0.6%，余量为基质沥青。
其中，按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃8-10份，塔尔油羧酸多胺50-60份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺15-20份，烯丙醇聚氧烷基醚10-15份，其他基质0-5份。
重芳烃作为基质溶剂，可以很好的将不同的表面活性剂溶解，使不同表面活性剂完全互溶，但其用量不应过多，过多将影响温拌剂的品质，因此本发明中重芳烃占8-10份，优选10份。由于减四线抽出油是润滑油生产时的非理想组分，相对其他类重芳烃油而言价格比较便宜，芳烃含量大于75%，来源也比较广，因此本发明所述的重芳烃为减四线抽出油。
本发明未采用温拌剂制备过程中通常使用的传统的阳离子表面活性剂而是采用了阳离子表面活性剂塔尔油多酸胺。这是因为塔尔油羧酸多胺是一种工业中间体，由造纸工业的废弃物塔尔油制备得到，利用这个工业中间体来做复配沥青温拌剂不但可以降低成本，而且具有一定的环保优势。其与适当非离子表面活性剂复配，具有增效作用，提高表面活性剂降低界面张力的能力，使沥青在较低的温度下与集料裹覆并且改善沥青粘温特性，此外，复配后的温拌剂兼具油溶性和水溶性，存储性能稳定，且对沥青技术性质不造成影响。本发明中所采用的塔尔油羧酸多胺是从市场购置。
发明人在沥青温拌剂研究中发现：高氯酸碱值过低，只起到抗剥落剂的作用，增加沥青与集料间的粘附作用，温拌效果不明显，降温幅度较低，且损伤沥青混合料的高温性能；高氯酸碱值过高，温拌剂和沥青中酸性组分发生缩合反应，导致沥青低温性能降低；而高氯酸碱值适中时温拌剂对沥青的技术性质影响较小，且沥青混合料的温拌效果较好。因此，对温拌剂的高氯酸碱值有一定要求，一方面确保温拌剂对沥青流变特性及路用性能不造成影响，而降低沥青与集料的界面张力，降低两者之间的界面能，使沥青混合料可以在较低温度下实现拌和与压实；另一方面温拌剂具有较高的碱值，可以起到类似抗剥落剂的作用，增加沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性。
虽然本领域现有技术中常用的阳离子表面活性剂有其他胺盐型的，也具有一定的高氯酸碱值，但是发明人经过长期摸索发现这些阳离子表面活性剂在降低表面张力以及对沥青的指标影响有局限性，复配后温拌剂的降温幅度不明显，且有的和沥青中分子发生反应，从而对沥青的技术性质造成一定影响，损伤其温拌沥青混合料的路用性能。
发明人发现，本发明中，塔尔油多胺与椰油脂肪酸二乙醇酰胺复配可以有效提高表面活性剂在降低界面张力方面的能力，而且塔尔油羧酸多胺复合椰油脂肪酸二乙醇酰胺，可共同提高温拌剂的高氯酸碱值，因此本发明中塔尔油羧酸多胺用量为50-60份，基于椰油脂肪酸二乙醇酰胺价格相对较高，其用量限制在15-20份范围内，控制温拌剂的高氯酸碱值在1.0-3.0，优选2.5，进而达到不改变沥青关键技术指标，但改善沥青胶结料在沥青混合料拌和过程中的润滑及粘附特性，起到一定的抗剥落剂作用，而且具有一定的价格优势。
另外，椰油脂肪酸二乙醇酰胺属于非离子表面活性剂，极易溶于水，在一定浓度作用下可完全溶解于不同种类的表面活性剂中，与塔尔油羧酸多胺和烯丙醇聚氧烷基醚配伍时，可增加温拌剂与石料的吸附性能，增加沥青的粘附特性。塔尔油羧酸多胺复合椰油脂肪酸二乙醇酰胺，可共同提高温拌剂的高氯酸碱值，但基于椰油脂肪酸二乙醇酰胺价格相对较高，因此其用量限制在15-20份范围内，优选20份。
烯丙醇聚氧烷基醚作为有效的润湿剂，可改善温拌沥青在集料表面的润湿状况，提高沥青在集料表面的裹覆，增加沥青在集料表面的吸附，进而改善集料的界面性质，提高沥青与集料的粘附特性。此外，其对沥青的粘温特性、热氧化稳定性、低温性能均有一定改善效果，发明人经过长期试验发现当其用量为10-15份，优选15份时，获得的效果最好。
本发明所述的温拌重交沥青的具体步骤为：
（1）于245-255℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3-4h；
（2）将上述混合物搅拌降温至120-125℃，停止搅拌，冷却至60-65℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在160-170℃搅拌30-40min，得温拌重交沥青。
本发明中，发明人针对温拌剂和基质沥青的配比进行了摸索，具体结果见表1，表1中的百分数均指温拌重交沥青中温拌剂的质量百分数。
表1  不同温拌剂用量对比
项目 0.2% 0.3% 0.4% 0.5% 0.6% 0.7% 基质沥青
针入度(25℃，100g，5s) /0.1mm 67.85 67.1 66.63 69.53 70.12 71.15 67.10
延度(5cm/min，10℃)/ cm 57.48 55.48 49.52 42.90 39.15 35.10 59.07
软化点(环球法)/ ℃ 47.10 47.12 46.84 46.91 47.1 47.5 47.4
动力粘度(60℃)/ Pa·S 260.2 262.1 265.6 280.6 295.6 301.3 265.6
由表1可以看出：当温拌剂的质量百分含量为0.3-0.6%时，温拌重交沥青的三大指标不发生明显变化，但60℃粘度明显提高，这说明温拌剂掺量控制在这个范围内，沥青的高温性能有所增加，而延度变化不大说明沥青本身的低温性能也不会受到影响；温拌剂用量过大，延度指标有降低趋势；温拌剂用量过低，温拌沥青混合料的降温幅度较小，温拌效果不明显；因此，温拌剂最佳的质量百分含量为0.3-0.6%。
本发明对所制得的温拌重交沥青的稳定性进行考察，其中温拌剂的质量百分比为0.4%。分别检测温拌沥青制备4h、10天、20天关键指标的变化，具体结果见表2，其中，温拌沥青存储温度为140-150℃。
表2  温拌沥青热存储稳定性检测
项目 单位 技术要求 原样沥青 4h 10天 20天
针入度(25℃，100g，5s) 0.1mm 60-80 70 69 71 70.5
延度(5cm/min，10℃) cm ≥20 49 38 40 39.8
软化点(环球法) ℃ ≥45 47.5 47 46.9 46.5
动力粘度(60℃) Pa·S ≥180 258 256 255 260
由表2可以看出，温拌沥青关键指标基本不变化，因此具有良好的热存储效应。
以本发明所述的温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，温拌沥青混合料的制备遵照我国《公路沥青路面施工技术规范》 F40-2004的要求。为了突出温拌沥青混合料的技术优势，热拌沥青混合料与温拌沥青混合料采用相同的级配组成及沥青用量，温拌沥青混合料仅降低集料加热温度及沥青加热温度。沥青混合料的类型选择连续密级配沥青混合料AC-20，原样沥青为国产70#A石油沥青。
表3  温拌与热拌AC-20沥青混合料对比
项目 单位 技术要求 热拌AC-20 温拌AC-20
沥青加热温度 ℃ 160 130
集料加热温度 ℃ 160 130
拌和温度 ℃ 155 125
成型温度 ℃ 150-155 125-130
沥青含量 % 4.4 4.4
空隙率 % 4-6 3.55 3.80
马歇尔稳定度 KN >8 12.12 12.49
流值 mm 2-4 1.88 2.14
车辙动稳定度(60℃，0.7MPa) 次/min ≥800 1473 1403
冻融劈裂强度比 % ≥70 72 73
低温弯曲破坏应变(-10℃，5cm/min) με ≥2000 2013 2101
表3给出制备温拌AC-20与热拌AC-20的室内温度控制范围，沥青降温幅度为30℃，集料降温幅度为30℃，因此温拌沥青混合料的拌和及摊铺温度可实现20-40℃的降温。另外，沥青降温30℃，集料降温30℃，温拌剂掺量为0.4%的温拌沥青混合料AC-20与热拌沥青混合料AC-20的车辙动稳定度、冻融劈裂强度比及低温弯曲破坏应变均不发生明显变化，也就是说温拌沥青的路用性能不因加入温拌剂而发生改变，温拌剂的加入不损伤沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性，反而有改善的趋势。
综上所述，本发明所述的温拌重交沥青在使用温度范围内的流变特性未发生变化，仅通过降低沥青与集料界面张力，实现沥青混合料拌和与摊铺温度降低20-40℃，且其温拌沥青具有良好的化学稳定性和热稳定性，应用其制得的沥青混合料的机械性能较好。
具体实施方式
实施例1
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.3%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃8份，塔尔油羧酸多胺55份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺17份，烯丙醇聚氧烷基醚12份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为2.5。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于245℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3h；
（2）将上述混合物搅拌降温至120℃，停止搅拌，冷却至62℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在165℃搅拌37min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温30℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。
实施例2
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.4%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃10份，塔尔油羧酸多胺50份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺20份，烯丙醇聚氧烷基醚15份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为1.0。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于247℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌4h；
（2）将上述混合物搅拌降温至125℃，停止搅拌，冷却至63℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在170℃搅拌33min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温35℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。
实施例3
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.5%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃9份，塔尔油羧酸多胺60份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺15份，烯丙醇聚氧烷基醚10份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为3.0。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于249℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3.5h；
（2）将上述混合物搅拌降温至121℃，停止搅拌，冷却至61℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在160℃搅拌40min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温37℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。
实施例4
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.6%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃8.5份，塔尔油羧酸多胺52.5份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺16份，烯丙醇聚氧烷基醚11份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为2.2。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于255℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌4h；
（2）将上述混合物搅拌降温至122℃，停止搅拌，冷却至65℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在167℃搅拌30min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温27℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。
实施例5
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.5%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃9.5份，塔尔油羧酸多胺57.5份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺18份，烯丙醇聚氧烷基醚13份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为2.7。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于251℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3h；
（2）将上述混合物搅拌降温至123℃，停止搅拌，冷却至60℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在162℃搅拌35min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温33℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。
实施例6
一种温拌重交沥青，以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.5%，余量为基质沥青。
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为重芳烃10份，塔尔油羧酸多胺55份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺20份，烯丙醇聚氧烷基醚15份。
所述的温拌剂的高氯酸碱值为2.5。
所述的重芳烃为减四线抽出油。
该温拌重交沥青的具体制备步骤为：
（1）于251℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3h；
（2）将上述混合物搅拌降温至123℃，停止搅拌，冷却至60℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在162℃搅拌35min，得温拌重交沥青。
本实施例制得的温拌重交沥青的关键技术指标均在相关技术要求范围内；以该温拌重交沥青为胶结料制备温拌沥青混合料，实现降温40℃的拌和及摊铺，其他技术指标均在相关技术要求范围内。

Claims (5)

1.一种温拌重交沥青，其特征在于：以重量百分比计，其原料组成为温拌剂0.3-0.6%，余量为基质沥青；
按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为：重芳烃8-10份，塔尔油羧酸多胺50-60份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺15-20份，烯丙醇聚氧烷基醚10-15份；
所述的温拌剂的高氯酸碱值为1.0-3.0。
2.根据权利要求1所述的温拌重交沥青，其特征在于按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为：重芳烃10份，塔尔油羧酸多胺55份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺20份，烯丙醇聚氧烷基醚15份。
3.根据权利要求1所述的温拌重交沥青，其特征在于：所述的温拌剂的高氯酸碱值为2.5。
4.根据权利要求1所述的温拌重交沥青，其特征在于：所述的重芳烃为减四线抽出油。
5.制备权利要求1所述的温拌重交沥青，其特征在于：其具体步骤为：
（1）于245-255℃，搅拌条件下向重芳烃中依次缓慢加入烯丙醇聚氧烷基醚、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、塔尔油羧酸多胺，加毕，保温搅拌3-4h；
（2）将上述混合物搅拌降温至120-125℃，停止搅拌，冷却至60-65℃得温拌剂，待用；
（3）按比例称取基质沥青加热至流动状态并向其中按比例加入温拌剂；
（4）将上述混合物在160-170℃搅拌30-40min，得温拌重交沥青；
其中，按重量份计，所述的温拌剂的原料组成为：重芳烃8-10份，塔尔油羧酸多胺50-60份，椰油脂肪酸二乙醇酰胺15-20份，烯丙醇聚氧烷基醚10-15份；
所述的温拌剂的高氯酸碱值为1.0-3.0。
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