CN107236122B - 一种环保沥青温拌剂、制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保沥青温拌剂及其制备方法。它是将烯丙醇基聚氧乙烯‑丙烯醚与过量饱和二元酸酯化反应，然后和有机胺进行酰胺化反应得到的；所述的烯丙醇基聚氧乙烯‑丙烯醚的结构式如下：
Description
技术领域
本发明属于沥青添加剂制备技术领域，具体涉及一种环保沥青温拌剂、制备及应用。
背景技术
温拌沥青技术是指采用特定方法或者添加剂，以降低沥青混合料在较低温度下的粘滞度，从而达到良好的施工性能和路用性能的一种节能环保新技术。与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料具有节能降耗、减少有害气体和烟尘排放、降低沥青拌合时的老化程度、延长沥青路面的施工季节等优点。
目前，温拌沥青技术的种类很多，其中主要有Aspha-Min(沥青矿物法)、Sasobit蜡、Evotherm(益路)、Rediset WMA和等技术。上述的沥青温拌技术根据工作机理，可以分为三大类：沥青发泡技术、有机降粘型技术和基于表面活性剂平台的Evotherm技术。所有这些技术都是通过在给定的温度条件下增大沥青粘合剂的体积或降低温拌沥青混合物的粘度来完成的。这些技术使石料在低于热拌沥青的温度条件下能充分拌合和压实。
沥青-矿物法是在沥青混合料厂拌过程中添加一种名为Aspha-Min的合成沸石，从而使沥青连续发泡。泡沫起到润滑剂的作用，从而使混合料在较低温度(温拌沥青混合料在120-130℃)下具有较好的可拌和性，但在生产沸石的过程中粉尘污染的问题不可避免；有机降粘型即向沥青中加入流变学改性剂，如向沥青中加入Sasobit蜡，即长碳链的聚乙烯蜡来降低沥青的粘度，提高沥青混合料的高温性能但降低其低温抗裂性；基于表面活性剂平台的Evotherm技术，可以降低拌合和压实的温度，降低沥青的粘度、增加沥青的流动性，降低沥青制备过程的能量消耗，提高沥青的抗水损能力，但存在产品价格高和经济效益低的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于为了克服现有技术的不足，提供了一种环保沥青温拌剂、制备及应用。本发明提供的沥青温拌剂加入沥青中可以降低沥青的表面张力、增加沥青的流动性，降低沥青混合料拌合和施工成型温度，减少能源消耗和有害气体的排放，延缓沥青老化，提高沥青路面的使用寿命。
一种环保沥青温拌剂，它是将烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚与过量饱和二元酸酯化反应，然后将酯化反应产物和有机胺进行酰胺化反应得到的；
所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的结构式如下：
分子量为320≤Mn≤1600。
按上述方案，所述的饱和二元酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸中的一种或多种；
所述的有机胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺和多乙烯多胺中的一种。
按上述方案，环保沥青温拌剂中含水量为30-40wt％。
按上述方案，所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚和饱和二元酸的摩尔比为(1:1)-(1:1.06)。
按上述方案，所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚和有机胺的摩尔比为(1:1)-(1:1.2)。
按上述方案，本发明环保沥青温拌剂用于温拌沥青混合料的制备，温拌沥青混合料的拌合温度和施工温度均下降50-60℃。
按上述方案，所述的环保沥青温拌剂的制备方法为：将饱和二元酸加到烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的甲苯溶液中，升温搅拌进行酯化反应，反应过程中通过滴定酸值来监测反应，当酸值不再变化时，滴加有机胺进行酰胺化反应，通过滴定胺值来监测反应，当胺值不再发生变化，结束反应，减压蒸馏除去甲苯，然后根据需要加入蒸馏水通过高速分散机乳化，制备出质量分数为60-70wt％的环保沥青温拌剂。
按上述方案，所述酯化反应温度为90-110℃，酯化反应时间为8-12小时；酰胺化反应温度为110-120℃，反应时间为4-8小时。
按上述方案，酯化反应和酰胺化反应过程中用分水器除去反应过程中的水。
本发明的沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，其中沥青温拌剂按照沥青用量的2wt％-4wt％加入。
按上述方案，具体应用方法为：当石料加热到设定温度，拌合均匀，按设定比例加入热沥青和沥青温拌剂，立即开始拌和，添加矿粉拌和后出料，石料加热温度100-115℃，沥青加热温度160-170℃，拌和温度为120-130℃，出料温度在110-125℃。
按上述方案，沥青混合料拌和中将石料集中在拌锅一侧，并在锅底加入热沥青，将已按比例称量好的沥青温拌剂直接浇洒在热沥青表面(切勿倒在石料表面)然后开始拌合；或将沥青温拌剂与热沥青同步喷洒，沥青温拌剂与热沥青充分接触后加入到石料中，然后开始拌合。
本发明的积极效果在于：
本发明提供的沥青温拌剂用于制备温拌沥青混合料，可以降低沥青的表面张力、增加沥青的流动性，相比于热拌沥青混合料能使沥青混合料的拌和温度和成型温度降低50-60℃，从而减少沥青的老化延长沥青路面使用寿命。每生产一吨沥青混合料可节省约6-8公斤标准煤和减少有害气体排放量约8-10公斤，节能减排效果显著。
附图说明
图1为SMA-13的级配曲线；
图2为室内试验温拌剂添加工艺图；
图3为温拌沥青混合料与热拌沥青混合料出料过程对比；左图为温拌沥青混合料出料图，右图为热拌沥青混合料出料图。
图4为隧道路面温拌沥青混合料与热拌沥青混合料碾压施工过程对比；左图为隧道路面温拌沥青混合料碾压施工过程，右图为热拌沥青混合料碾压施工过程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中，在不背离本发明的技术解决方案前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将归入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
将0.21mol乙二酸加入到0.2mol分子量为1600烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的甲苯溶液中，升温搅拌进行酯化反应，在100℃条件下反应8小时，通过滴定酸值来监测反应。当酸值不再变化时，向烧瓶中滴加0.22mol二乙烯三胺，滴加2小时后，在110℃条件下反应4小时，通过滴定胺值来监测反应。反应过程中用分水器除去反应过程中的水，反应结束后，减压蒸馏除去甲苯。称取上述酰胺化反应产物60份，加入40份蒸馏水通过高速分散机乳化30min后，制备出质量分数为60wt％温拌剂浓缩液。
实施例2
将0.3mol丙二酸加入到0.3mol分子量为800烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的甲苯溶液，升温搅拌进行酯化反应，在90℃条件下反应12小时，通过滴定酸值来监测反应。当酸值不再变化时，向烧瓶中滴加0.36mol丁二胺，滴加2小时后，在120℃条件下反应6小时，通过滴定胺值来监测反应。反应过程中用分水器除去反应过程中的水，反应结束后，减压蒸馏除去甲苯。称取上述酰胺化反应产物65份，加入35份蒸馏水通过高速分散机乳化30min后，制备出质量分数为65wt％温拌剂浓缩液。
实施例3
将0.51mol丁二酸加入到0.5mol分子量为320烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的甲苯溶液，升温搅拌进行酯化反应。在110℃条件下反应10小时，通过滴定酸值来监测反应。当酸值不再变化时，向烧瓶中滴加0.52mol多乙烯多胺，滴加2小时后，在100℃条件下反应8小时，通过滴定胺值来监测反应。反应过程中用分水器除去反应过程中的水，反应结束后，减压蒸馏除去水和甲苯。称取上述酰胺化反应产物70份，加入30份蒸馏水通过高速分散机乳化30min后，制备出质量分数为70wt％温拌剂浓缩液。
环保沥青温拌剂对沥青性能的影响
将SBS改性沥青加热到160-170℃，按照沥青质量的2-4wt％的掺量，分别缓慢加入实施例1-3中的环保沥青温拌剂，保温低速搅拌2h，使环保沥青温拌剂中的水分完全蒸发，再进行性能测试。试验结果如表1所示，测试方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》。
表1改性沥青和温拌沥青的性能指标结果对比
由表1看出，与未添加本发明环保沥青温拌剂的改性沥青相比，添加本发明的环保沥青温拌剂制备出的温拌沥青对改性沥青的三大指标基本上没有影响。
环保沥青温拌剂的降温效果和路用性能验证
温拌沥青混合料的配合比与普通热拌沥青混合料的配合比设计无本质区别，所以环保沥青温拌剂的应用，无需改变原有沥青混合料的目标配合比和生产配合比。沥青混合料的制备按照我国《公路沥青路面施工技术规范》F40-2004的要求。本发明以间断级配沥青混合料SMA-13为例，验证温拌剂沥青混合料的性能。采用马歇尔方法成型温拌沥青混合料，其配合比如表2所示，沥青为SBS改性沥青。其中粗集料选用玄武岩，细集料选用辉绿岩，填料为石灰石矿粉，纤维为聚酯纤维。级配如图1所示。
表2 SMA-13的配合比
由于环保沥青温拌剂含有少量水分，所以其添加工艺对降温效果和路用性能有一定影响。本发明通过大量研究，提出合理的温拌沥青混合料室内拌和工艺及注意事项。具体工艺如下：
①当石料达到设定温度，石料加热温度100-115℃，拌合均匀，将石料集中在拌锅一侧，加入热沥青(沥青加热温度为160-170℃)；如图2所示，将已按比例称量好的温拌剂直接浇洒在热沥青表面(切勿倒在石料表面)，立即开始拌和60s，拌和温度为120-130℃左右；
②添加矿粉拌和60s，出料，出料温度在110-125℃左右。
温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的降温幅度和路用性能如表3所示。
表3热拌沥青混料与温拌沥青混合料的结果对比
以上实验结果表明，相比于热拌沥青混合料，应用本发明环保沥青温拌剂制备的温拌沥青混合料的出料温度和成型温度均下降50-60℃，同时温拌沥青混合料的各项路用性能指标都可达到热拌沥青混合料的要求，说明本发明的温拌剂有很好的降温效果。
环保沥青温拌剂实体工程应用
为促进公路建设的节能减排和低碳环保，我公司在湖北某高速公路长隧道内进行沥青路面温拌技术的实体工程应用，铺筑温拌沥青路面4公里，生产温拌沥青混合料24522吨。
环保沥青温拌剂采用外掺法添加，其应用无需改变原有热拌沥青混合料的生产配合比及沥青用量。在沥青混合料生产时，环保沥青温拌剂掺量为沥青质量的3％，采用智能液体添加系统将其与热沥青同步喷洒，并与沥青充分接触后一起进入拌缸。
结果表明：添加本发明制备的温拌剂既增加沥青混合料施工和易性，保证压实度，又可大大降低施工过程中的拌和施工温度，减少由于混合料温度过高产生的大量有毒性烟雾。试验段温拌沥青混合料和热拌沥青混合料生产施工过程对比，如下图3和图4所示。从上图可以看出，在隧道较为封闭的条件下，空气不易流通，热拌沥青混合料由于温度过高会产生的大量有毒性气体、颗粒滞留，极大影响了现场施工人员的身体健康及施工效率，而温拌沥青路面碾压施工过程基本上无有毒性气体产生，现场施工人员无需采取一般的防毒保护措施，显著改善了施工路段空气质量及作业环境，大大提高了露天施工的安全性及高效性，具有良好的环保效益和社会效益。
Claims (10)
1.一种环保沥青温拌剂，其特征在于：它是将烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚与过量饱和二元酸酯化反应，然后将酯化反应产物和有机胺进行酰胺化反应得到的；
所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的结构式如下：
分子量为320≤Mn≤1600。
2.根据权利要求1所述的环保沥青温拌剂，其特征在于：所述的饱和二元酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸中的一种或多种；所述的有机胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺和多乙烯多胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的环保沥青温拌剂，其特征在于：所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚和饱和二元酸的摩尔比为(1:1)-(1:1.06)。
4.根据权利要求1所述的环保沥青温拌剂，其特征在于：所述的烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚和有机胺的摩尔比为(1:1)-(1:1.2)。
5.根据权利要求1所述的环保沥青温拌剂，其特征在于：所述的环保沥青温拌剂用于温拌沥青混合料的制备，温拌沥青混合料的拌合温度和施工温度均下降50-60℃。
6.权利要求1所述的环保沥青温拌剂的制备方法，其特征在于：将饱和二元酸滴加到烯丙醇基聚氧乙烯-丙烯醚的甲苯溶液中，升温搅拌进行酯化反应，反应过程中通过滴定酸值来监测反应，当酸值不再变化时，滴加有机胺进行酰胺化反应，通过滴定胺值来监测反应，当胺值不再发生变化，结束反应，减压蒸馏除去甲苯，然后根据需要加入蒸馏水通过高速分散机乳化，制备出质量分数为60-70wt％的环保沥青温拌剂。
7.根据权利要求6所述的环保沥青温拌剂的制备方法，其特征在于：所述酯化反应温度为90-110℃，酯化反应时间为8-12小时；酰胺化反应温度为110-120℃，反应时间为4-8小时。
8.权利要求1所述的环保沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，其特征在于：沥青温拌剂按照沥青用量的2wt％-4wt％加入。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，具体应用方法为：当石料加热到设定温度，拌合均匀，按设定比例加入热沥青和沥青温拌剂，立即开始拌和，添加矿粉拌和后出料，石料加热温度100-115℃，沥青加热温度160-170℃，拌和温度为120-130℃，出料温度在110-125℃。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：沥青混合料拌和中将石料集中在拌锅一侧，并在锅底加入热沥青，将已按比例称量好的沥青温拌剂直接浇洒在热沥青表面然后开始拌合；或将沥青温拌剂与热沥青同步喷洒，沥青温拌剂与热沥青充分接触后加入到石料中，然后开始拌合。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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