CN102010603B - 一种胶粉改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种胶粉改性乳化沥青，由乳化沥青、胶粉及复合处理液组成，其特征在于：所述胶粉改性乳化沥青中有肉眼可见的橡胶粉颗粒，其中，乳化沥青蒸发残留物与胶粉的质量比为5∶2～10∶1，胶粉与复合处理液的质量比为1∶1～2∶1，其制备方法为首先对橡胶粉进行表面处理，使其基本形成具有橡胶核心的团状纤维，再经复合处理液处理使其与乳化沥青具有良好的相容性，从而使胶粉改性乳化沥青可常温使用，其蒸发残留物的性能具有橡胶沥青相同的性能，具有工艺简便，价格低廉、节能、减排、环保、资源可得到循环利用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种筑路材料，特别提供了一种胶粉改性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
橡胶沥青以其良好路用性能，现已在沥青路面建设与养护工程中得到广泛的应用，但橡胶沥青在制作和使用过程中，均须在高温条件下进行，由此产生了能源消耗较大，性能易衰减，施工不方便，二次环境污染等问题。
乳化沥青以其环保、节能、施工方便等特点也在沥青路面中广泛应用。但是，普通乳化沥青存在着高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害性等方面不能完全满足道路使用要求的问题，尤其在交通量较大的路段或温差较大的地区，易造成路面脱落、裂缝和坑槽等病害。为减少这些病害，目前在特殊地区或路段均使用乳化改性沥青，乳化改性沥青所用的改性材料多是SBS、SBR，但是，这些乳化改性沥青的低温性能仍不能完全满足低温地区的路用要求。另外，这些改性剂都存在着价格昂贵、制作工艺比较复杂的问题。
因此，人们一直在寻找一种既能保持橡胶沥青的优良性能又具有乳化沥青可常温使用等优点的、无环境污染并价格低廉的理想筑路材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶粉改性乳化沥青及其制备方法，在保留了橡胶沥青路用性能的同时，解决了橡胶沥青常温下无法贮存和使用的问题，克服了橡胶沥青较高能源消耗、施工不便、性能衰减等缺点，同时添补了胶粉改性乳化沥青的技术空白。
我们经过大量的研究发现，橡胶沥青中的橡胶颗粒并没有形成网状结构，而是相对独立的团状结构。也就是说橡胶沥青之所以有良好路用性能主要是由于橡胶颗粒在沥青中形成具有橡胶核心的团状纤维体，橡胶颗粒表面纤维吸附大量沥青，与沥青形成很好的联接，在高温状态时，橡胶颗粒的表面纤维抑制了沥青的流动性，使橡胶沥青具有较高的高温稳定性；在低温状态时，沥青已接近玻璃体，而与其紧密结合的橡胶颗粒、橡胶核心却提供了较大的变形能力，使橡胶沥青具有较好的低温稳定性。因此，橡胶沥青的性能好坏取决于橡胶颗粒在沥青中是否形成了具有橡胶核心的团状纤维。
乳化沥青是石油沥青与水在反洗涤性表面活性剂(乳化剂)、稳定剂等作用下，经乳化加工而成的沥青乳液。其中沥青颗粒均匀分散于水介质中，形成“油包水”或“水包油”的颗粒结构形式，常温条件下呈乳液状态。当这种颗粒结构破裂就会形成油水分离，水分丧失后，剩余部分为乳化沥青的蒸发后残留物，具有了原有沥青的性能。因此，乳化沥青的蒸发后残留物的性能决定了乳化沥青的路用性能。并且，在使用前保持不破乳，使用后能在规定的时间内破乳是乳化沥青生产技术的关键。
本发明提供的胶粉改性乳化沥青就是根据橡胶沥青和乳化沥青的强度形成机理，首先对橡胶粉进行表面处理，使其基本形成具有橡胶核心的团状纤维，再经复合处理液处理使其与乳化沥青具有良好的相容性，使其粘度、稳定性、破乳速度等方面与乳化沥青相同，破乳后，其蒸发后残留物中分散了有橡胶核心的团状纤维，使其具有了与橡胶沥青相同的性能。从而达到了胶粉改性乳化沥青可常温使用，其蒸发后残留物的性能具有与橡胶沥青相同性能的目的。由于胶粉改性乳化沥青所使用的主要改性材料是废旧轮胎胶粉，并且可在常温下生产和使用。因此，降低了产品成本，又变废为宝，减少了污染，降低能源、减少碳排放量，同时其又具有橡胶沥青的良好性能，满足了道路的使用要求。因此，胶粉改性乳化沥青路用性能好、施工简便、造价低廉、节能、无二次污染的。是一种节能、减排、环保、资源循环利用的性能优良的筑路材料。
本发明提供的胶粉改性乳化沥青，由乳化沥青、胶粉及复合处理液组成，其特征在于：所述胶粉改性乳化沥青中有肉眼可见的橡胶粉颗粒，其中，乳化沥青蒸发残留物与胶粉的质量比为5∶2～10∶1，胶粉与复合处理液的质量比为1∶1～2∶1
在常温下，胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为2-30，稳定性5d小于5％，与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，破乳速度为快裂、中裂或慢裂中的一种；
破乳后，蒸发后残留物的相关参数如下：5℃延度＞10cm，软化点＞50℃，弹性恢复＞50％，180℃旋转粘度＞0.5Pa.s；
其中，所述乳化沥青应为满足《公路沥青路面施工技术规范》要求的乳化沥青，其蒸发后残留物在25℃时的针入度为5mm～30mm；15℃时的延度＞40cm；溶解度大于97.5％；残留分量含量大于50％。
所述复合处理液为SBS乳液、SBR乳液、再生胶乳液、皂液中的一种或几种复合而成；
所述胶粉为颗粒小于20目，并经过表面处理，其处理方法为脱硫、活化、硅化中的一种或多种方法综合处理。经研究发现胶粉颗粒过大于会影响胶粉改性乳化沥青的稳定性，还会对胶粉改性乳化沥青的使用效果带来不良的影响。因此，胶粉颗粒的最大粒径不宜大于20目。胶粉应采用废轮胎胶粉，因为废轮胎胶粉具有杂质较少、天然胶含量较高、质量稳定、料源充足等特点，并被用于橡胶沥青生产。所以，利用废轮胎胶粉作为改性剂，可使胶粉改性乳化沥青的路用性能与橡胶沥青的路用性能基本一致。同时降低了胶粉改性乳化沥青成本的。
本发明提供的胶粉改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：胶粉改性乳化沥青的具体制备步骤如下：
——将沥青制备成乳化沥青；
——将胶粉进行表面处理，采用脱硫、活化、硅化方法中的一种或几种方法综合处理，使胶粉基本形成具有橡胶核心的团状纤维；
——制备复合处理液，所述复合处理液由SBS乳液、SBR乳液、再生胶乳液、皂液中的一种或几种复合而成；
——将表面处理后的胶粉与复合处理液，按照相应质量比为1∶1～2∶1的比例混合并充分搅拌均匀，得到复合处理后的胶粉，让胶粉与乳化沥青具有良好的相容性；
——将复合处理后的胶粉与已制备成的乳化沥青混合后搅拌均匀或高速剪切过磨1～3遍后，即得到胶粉改性乳化沥青。
所述胶粉改性乳化沥青的储存温度不大于50℃。
本发明提供的胶粉改性乳化沥青可广泛应用于公路建设和养护中，主要应用于常温沥青混合料，半柔性路面混合料，应力吸收层、桥面防水层、碎石封层，稀浆封层、微表处等工程。具有较好的高温稳定性，低温抗裂性，有能够延缓反射裂缝上升的能力；能起到防水、抗滑，抑制裂纹的作用。
本发明提供的胶粉改性乳化沥青及其制备方法，具有工艺简便，价格低廉、节能、减排、环保、资源可得到循环利用等优点。
具体实施方式
以下结合具体的实施例来进一步说明本发明：
实施例1
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.3t，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，制成表面活化胶粉；冷却后加入胶粉质量的50％复合处理液，复合处理液由2质量份SBR乳液和5质量份皂液溶液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨1遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标为：
破乳速度：中裂；
恩格拉粘度25：
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3；
破乳后(蒸发后残留物)性能为：
针入度：86(0.1mm)
5℃延度：14cm，
软化点：56℃，
弹性恢复：66％，
180℃旋转粘度：1.5Pa.s。
实施例2
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.15t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入与胶粉质量相同的复合处理液，其中复合处理液由2质量份SBS乳液和2质量份再生胶溶液及6质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨2遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标为：
恩格拉粘度为30，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为，
针入度：80(0.1mm)；
5℃延度：20cm，
软化点：60℃，
弹性恢复：68％，
180℃旋转粘度：3.5Pa.s。
实施例3
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.2t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的60％复合处理液，复合处理液由2质量份SBR乳液、2质量份SBS乳液和6质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨3遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为30，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度：慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度78(0.1mm)，
5℃延度：20cm，
软化点：60℃，
弹性恢复：65％，
180℃旋转粘度＞2.5Pa.s。
实施例4
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.5t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的70％复合处理液，复合处理液为2质量份SBS乳液和5质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，搅拌均匀，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为25，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为中裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为，
针入度：89(0.1mm)
5℃延度：15cm，
软化点：55℃，
弹性恢复：62％，
180℃旋转粘度：1.5Pa.s。
实施例5
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.6t，加入占胶粉质量分数为1.5％的偶联剂，采用恒温烘箱升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的80％复合处理液，复合处理液为2质量份SBS乳液和5质量份皂液，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，搅拌均匀，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为28，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：86(0.1mm)
5℃延度：18cm，
软化点：55℃，
弹性恢复：63％，
180℃旋转粘度：1.8Pa.s。
实施例6
取辽河90号沥青1.5t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.4t，占胶粉质量分数为1.5％的偶联剂，采用恒温烘箱升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的90％复合处理液，复合处理液为2质量份再生胶乳液和5质量份皂液，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨3遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为23，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度可为快裂、中裂及慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：84(0.1mm)
5℃延度：13cm，
软化点：52℃，
弹性恢复：60％，
180℃旋转粘度：1.2Pa.s。
实施例7
取辽河90号沥青2t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.2t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的55％复合处理液，复合处理液为皂液，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨2遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为20，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度：慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能为：
针入度：89(0.1mm)
5℃延度：12cm，
软化点：53℃，
弹性恢复：55％，
180℃旋转粘度：1.1Pa.s。
实施例8
取辽河90号沥青2t，采用阳离子乳化剂，乳化成伴和型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.8t，加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，加入占胶粉质量分数为1.5％的偶联剂，采用恒温烘箱升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的65％复合处理液，复合处理液由2质量份SBR乳液、2质量份再生胶乳液及6质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨1遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为26，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为慢裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：89(0.1mm)
5℃延度：15cm，
软化点：60℃，
弹性恢复：61％，
180℃旋转粘度：1.6Pa.s。
实施例9
取辽河90号沥青2t，采用阳离子乳化剂，乳化成喷洒型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.6t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的75％复合处理液，复合处理液由2质量份SBR乳液、2质量份再生胶乳液及6质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，再用高速剪切机过磨2遍，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为16，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为快裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：87(0.1mm)
5℃延度：18cm，
软化点：56℃，
弹性恢复：65％，
180℃旋转粘度：1.5Pa.s。
实施例10
取辽河90号沥青2t，采用阳离子乳化剂，乳化成喷洒型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.4t占胶粉质量分数为1.5％的偶联剂，采用恒温烘箱升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的85％复合处理液，复合处理液由2质量份SBR乳液及5质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，搅拌均匀，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为13，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为快裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：90(0.1mm)
5℃延度：18cm，
软化点：56℃，
弹性恢复：66％，
180℃旋转粘度：1.8Pa.s。
实施例11
取辽河90号沥青2t，采用阳离子乳化剂，乳化成喷洒型乳化沥青；取水分小于5％，金属含量小于0.3％，灰分含量小于8％，目数为小于20目废旧轮胎胶粉0.3t，加入占胶粉质量分数为1.2％的偶联剂，再加入胶粉质量0.3％的活化剂，在混合罐中，低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟，升温至150℃，持温60min，冷却后加入胶粉质量的95％复合处理液，复合处理液由2质量份再生胶乳液及8质量份皂液组成，再低速搅拌(300～1000转/分钟)5分钟；将复合处理后的胶粉加入乳化沥青中，搅拌均匀，制得胶粉改性沥青，其性能指标情况为：
胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为18，
稳定性5d小于5％，
与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，
破乳速度为快裂；
破乳后(蒸发后残留物)性能指标为：
针入度：89(0.1mm)
5℃延度：17cm，
软化点：52℃，
弹性恢复：68％，
180℃旋转粘度：1.8Pa.s。
对比例1：
采用橡胶沥青加工设备，取辽河90号沥青10t，取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为20-30目废轮胎胶粉2t，胶粉掺量为20％，将沥青加温至195℃，加入胶粉充分搅拌后，发育1小时，发育温度为190℃。制得橡胶沥青，保持温度为190℃储存4天，其性能为表1所示。
表1
对比例2
橡胶沥青生产采用橡胶沥青加工设备，取辽河90号沥青10t，取水分小于5％，金属含量小于0.4％，灰分含量小于8％，目数为20-30目废轮胎胶粉15t，胶粉掺量为15％，将沥青加温至195℃，加入胶粉充分搅拌后，发育1小时，发育温度为190℃。制得橡胶沥青，保持温度为190℃储存4天，其性能为表1所示。
Claims (3)
1.一种胶粉改性乳化沥青，主要由乳化沥青、胶粉及复合处理液组成，其特征在于：所述胶粉改性乳化沥青中有肉眼可见的橡胶粉颗粒，其中，乳化沥青蒸发残留物与胶粉的质量比为5:2～10：1，胶粉与复合处理液的质量比为1：1～2：1；所述复合处理液为SBS乳液、SBR乳液、再生胶乳液、皂液中的几种复合而成；
在常温下，胶粉改性乳化沥青的恩格拉粘度为2-30，稳定性5d小于5%，与集料的粘附性为裹附面积大于2/3，破乳速度为快裂、中裂或慢裂中的一种；
破乳后，蒸发后残留物的相关参数如下：5℃延度＞10cm，软化点＞50℃，弹性恢复＞50%，180℃旋转粘度＞0.5 Pa.s。
2.按照权利要求1所述的胶粉改性乳化沥青，其特征在于：所述胶粉为颗粒小于20目的废轮胎胶粉，并经过表面处理，其处理方法为脱硫、活化、硅化中的一种或多种方法综合处理。
3.一种按照权利要求1所述的胶粉改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：胶粉改性乳化沥青的具体制备步骤如下：
——将沥青制备成乳化沥青；
——将胶粉进行表面处理，采用脱硫、活化、硅化方法中的一种或几种综合处理；
——制备复合处理液，所述复合处理液由SBS乳液、SBR乳液、再生胶乳液、皂液中的几种复合而成；
——将表面处理后的胶粉与复合处理液，按照相应质量比为1：1～2：1的比例混合并充分搅拌均匀，得到复合处理后的胶粉；
——将复合处理后的胶粉与已制备成的乳化沥青混合后搅拌均匀或高速剪切机过磨1～3遍后，即得到胶粉改性乳化沥青。
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