节能型乳化沥青混合料及其制备方法与流程

本发明涉及道路工程材料领域，具体提供一种节能型乳化沥青混合料及其制备方法。

背景技术：

1、沥青路面因行车舒适，适应荷载能力强，安全性高，被广泛应用在高等级道路和城市道路中。目前，沥青路面采用的材料主要是热拌沥青混合料，需要将集料加热至160℃以上，沥青加热至150℃，混合料出料温度在150℃以上。

2、目前，降低混合料拌和温度是实现节能减排的最有效途径。乳化沥青由于施工方便，节能环保，可大幅度降低混合料的施工温度，在道路建设和养护中得到广泛应用。然而，传统的乳化沥青沥青含量低，一般为50-60％，含水量高，常在40％以上，用其制备的混合料水分挥发较慢，这导致沥青混合料强度形成时间慢，养生时间长，一般一周以上；另外，乳化沥青混合料的空隙率大，在一定程度上会影响混合料的路用性能。

技术实现思路

1、本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种可实现低温拌合、路用性能优异的节能型乳化沥青混合料。

2、本发明进一步的技术任务是提供上述乳化沥青混合料的制备方法。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：节能型乳化沥青混合料，由以下重量配比的原料制得：

4、

5、其中，按照质量百分比计，所述高固含量乳化沥青由以下原料制得：

6、

7、所述多聚稠环芳烃酰胺由多聚稠环芳烃-12酰胺和多聚稠环芳烃-16酰胺组成。

8、作为优选，本发明节能型乳化沥青混合料各原料的重量配比为：

9、

10、作为优选，所述高固含量乳化沥青的原料组成为：

11、

12、所述多聚稠环芳烃酰胺由多聚稠环芳烃-12酰胺和多聚稠环芳烃-16酰胺组成。

13、作为优选，所述石油沥青为ah-70沥青和/或ah-90沥青。石油沥青是高固含量乳化沥青的主体部分，占比高达80wt％以上，沥青的性能优势更能够充分发挥出来，并且乳化过程对沥青性能的影响也更小。

14、作为优选，多聚稠环芳烃-12酰胺和多聚稠环芳烃-16酰胺的质量比为(0.25-1.5)：(0.25-1.5)，特别优选为(0.5-1)：(0.5-1)。多聚稠环芳烃-12酰胺和多聚稠环芳烃-16酰胺分别溶于酸性水中和沥青中，共同发挥降低界面张力的作用，由于制备酰胺的多聚稠环芳烃羧酸由石油沥青经过强酸氧化后得到，该类酰胺有着与石油沥青相似的分子结构，能够在沥青中更好的溶解分散，两者更好的发挥降低界面张力的作用。此外，由沥青氧化得到的多聚稠环芳烃羧酸，由于分子结构是以多聚稠环芳烃为核心，周围连接多个羧酸基团，因此制备得到的酰胺为以多聚稠环芳烃为核心连接多个酰胺链的多头酰胺结构，一方面展现出超强的降低表界面张力的能力，另一方面在酸性条件下质子化后带有相同的正电荷，分子间具有很强的排斥力，使得沥青微滴不易聚并，从而能够稳定的以乳液形式存在。

15、作为优选，所述多聚稠环芳烃-12酰胺由多聚稠环芳烃羧酸与十二胺经过酰胺化反应生成，所述多聚稠环芳烃羧酸由沥青经强酸氧化得到。

16、作为优选，所述多聚稠环芳烃-16酰胺由多聚稠环芳烃羧酸与十六胺经过酰胺化反应生成，所述多聚稠环芳烃羧酸由沥青经强酸氧化得到。

17、作为优选，多聚稠环芳烃-12酰胺或多聚稠环芳烃-16酰胺的制备方法包括：

18、(1)采用强酸对沥青进行化学氧化，经分离提纯后，得到多聚稠环芳烃羧酸；

19、(2)多聚稠环芳烃羧酸、十二胺或十六胺、催化剂、溶剂加入反应釜后，将反应釜密封，通n2置换釜内气体；

20、(3)釜内升温至160-180℃时开启搅拌装置，继续加热至210-230℃，保持该温度和压力反应1-2h，然后放汽2-3h，抽真空继续反应3-5h，反应结束后将温度降至室温，得到反应粗产物；

21、(4)采用丙酮对粗产物进行洗涤和过滤，真空干燥后得到多聚稠环芳烃-12酰胺或多聚稠环芳烃-16酰胺终产物。

22、作为优选，步骤(1)中所述强酸为浓硝酸。

23、作为优选，步骤(1)中所述沥青优选为硬质沥青。硬质沥青与普通基质沥青相比，胶质和沥青质含量比较高，多聚稠环芳烃含量高，以此为原料进行强酸氧化制备可以得到更多的多聚稠环芳烃羧酸。

24、进行氧化反应时，沥青与浓硝酸按照质量比1:(5-15)混合，在搅拌下升温至80-95℃，回流反应3-5h；反应结束后，冷却至室温并加入蒸馏水稀释，然后采用0.2微米的微孔滤膜抽滤，通过减压蒸馏将滤液中剩余的硝酸除去即可得到多聚稠环芳烃羧酸。进一步的，沥青与浓硝酸的质量比优选为1:(8-12)；氧化反应温度优选为85-95℃。

25、作为优选，步骤(2)中所述催化剂为次亚磷酸钠，溶剂为环丁砜。

26、多聚稠环芳烃羧酸与十二胺(或十六胺)的质量比为1:(2-5)；催化剂的加入量为多聚稠环芳烃羧酸与十二胺(或十六胺)总质量的0.5-2％。

27、作为优选，步骤(3)中搅拌速度为50-70r/min，特别优选为55-65r/min。

28、作为优选，步骤(4)中真空干燥温度为60-80℃，特别优选为65-75℃。

29、作为优选，盐酸溶液的ph值为1-4，特别优选为1-2。

30、作为优选，所述高固含量乳化沥青的制备方法包括以下步骤：

31、a1.将多聚稠环芳烃-12酰胺、柠檬酸脂肪酸甘油酯、丙烯酸(酯)类/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物加入到热盐酸溶液中，搅拌均匀，冷却后得到皂液，备用；

32、a2.多聚稠环芳烃-16酰胺加入到热沥青中，搅拌均匀，得到活化沥青混合物，备用；

33、a3.将步骤a1得到的皂液一次性快速加入到步骤a2得到的活化沥青混合物中，继续搅拌一定时间，得到高固含量乳化沥青。

34、作为优选，步骤a1中热盐酸溶液的温度为70-80℃，皂液温度为50-60℃，搅拌速率优选为300-500r/min。具体方法为：

35、将水加热到70-80℃，加入盐酸，将水的ph值调至1-4左右，然后加入多聚稠环芳烃-12酰胺、柠檬酸脂肪酸甘油酯、丙烯酸(酯)类/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物，搅拌均匀，然后在自然状态下冷却至50-60℃得到皂液。

36、作为优选，步骤a2中热沥青的温度为110-130℃，搅拌速率为1000-2000r/min。具体方法为：

37、将沥青加热到110-130℃，然后加入多聚稠环芳烃-16酰胺，在1000-2000r/min的速度下进行搅拌5-10min得到，活化沥青混合物，保持该温度。搅拌速率特别优选为1000-1500r/min。

38、作为优选，步骤a3中皂液与活化沥青混合物在110-130℃，800-1500r/min的速率下继续搅拌10-20min，得到高固含量乳化沥青。搅拌速率特别优选为800-1200r/min。

39、作为优选，所述固化改性剂为湿固化单组分聚氨酯。

40、作为优选，所述填料为矿粉。

41、作为优选，所述外掺剂为生石灰、无水硫酸钠和/或水泥。

42、本发明节能型乳化沥青混合料的制备方法，其特点是在搅拌状态下，依次将粗细集料、固化改性剂、高固含量乳化沥青、填料和外掺剂加入拌合锅中，搅拌至均匀，粗细集料的温度为100-120℃，高固含量乳化沥青的温度为60-80℃，搅拌速度为1000-2000r/min。

43、作为优选，所述混合料制备方法具体为：

44、s1.将加热至100-120℃粗细集料加入拌和锅中，搅拌10-60s；

45、s2.将固化改性剂加入拌和锅中搅拌10-60s；

46、s3.将加热至60-80℃的高固含量乳化沥青加入拌和锅中搅拌60-120s；

47、s4.加入填料和外掺剂，继续搅拌60-120s，得到节能型乳化沥青混合料。

48、本发明的节能型乳化沥青混合料和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：

49、(一)多聚稠环芳烃酰胺由于由沥青经强酸氧化后与长链脂肪胺经酰胺化反应制得，与沥青组分之间具有相似的结构，能够在沥青中更好的分散。且含有多个酰胺基团，一方面能够更好的发挥降低表界面张力的作用，两一方面亲水段经质子化后带有相同的正电荷，防止了沥青颗粒的聚并，保持了乳液的稳定性。

50、(二)多聚稠环芳烃酰胺为油溶性和水溶性两类材料组成。水溶性的多聚稠环芳烃酰胺加入到水中，在酸性条件下溶解和质子化，与柠檬酸脂肪酸甘油酯非离子乳化剂共同作用，在降低表界面张力、形成混合胶束方面达到加和和增效作用；油溶性的多聚稠环芳烃酰胺溶解在沥青中，降低沥青的表面张力，使得沥青活化。在油溶性、水溶性多聚稠环芳烃酰胺协同作用下，沥青和水的界面张力能够显著降低，因此沥青能够在一个相对“低能”的条件下分散到水中。

51、(三)申请人发现丙烯酸(酯)类/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物在高固含量乳化沥青中具有很好的分散性，表现出加强的增稠能力，且能够是乳液具有一定的弹性恢复能力，与乳化剂协同作用起到稳定高固含量乳化沥青的作用。同时，该类物质可以在高内相乳液的表面形成一层薄膜，起到保护和封闭作用，有助于“锁住”水分，防止水分的流失，从而避免了由于高固含量乳化沥青中少量的水分由于挥发等流失导致的破乳和相反转。

52、(四)采用搅拌法制备高固含量乳化沥青，这是因为传统的制备乳化沥青的工艺采用将高速剪切和研磨作用将沥青分散到皂液中形成乳化沥青，但是这种工艺沥青的含量一般不超过70％，超过以后乳化沥青有可能发生相反转，粘度急剧升高乳化设备无法承受这么高的粘度而停止运转。本发明在选用的多聚稠环芳烃酰胺、柠檬酸脂肪酸甘油酯、丙烯酸(酯)类/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物的协同作用下，搅拌下将皂液一次加入到沥青中去，水瞬间气化，油水界面张力被“打破”，沥青发泡，使得体系的粘度降低，沥青在搅拌作用下分散到水中，形成水包油乳液，大幅降低制备成本的情况下得到高品质乳化沥青。

53、(五)固化改性剂在使用过程中，首先加入到集料中，经搅拌后均匀的果腹在集料表面，形成了一层薄膜，由于固化改性剂表面含有的异氰酸酯基团充分“暴露”，与后期加入的高固含量乳化沥青的水，以及沥青表面含有的极性官能团发生交联固化反应后形成了一种具有很强粘结作用的物质，能够改善沥青与集料的粘结性和高温稳定性，另一方面由于反应过程中消耗掉了高固含量乳化沥青中的水分，因此避免了由于水的存在导致的沥青混合料路用性能不足的问题。另外，固化改性剂与水的反应是一个逐渐缓慢的反应过程，充足的反应时间，保障了混合料的施工和易性。

54、(六)与现有热拌沥青混合料相比，本发明的节能型乳化沥青混合料，可减低拌和施工温度40℃以上，节能减排效果良好，施工过程无有毒有害气体排放，环境友好；不仅不降低沥青混合料的路用性能，且高温性能得到提高，车辙动稳定度达到2000次/mm以上。

55、(七)相比传统的乳化沥青混合料，施工完成后即可开放交通，不需要养生。