稀释沥青粘层用外加剂、稀释沥青粘层材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及路面铺装材料领域，具体涉及稀释沥青粘层用外加剂、稀释沥青粘层材料及其制备方法。


背景技术：

2.沥青混合料铺装路面，是一种广泛使用的路面结构形式，其组成结构一般分为沥青混凝土磨耗层、沥青混凝土联结层、沥青混凝土基层等结构。按照设计规定，各沥青混凝土层之间为连续状态，需要采用粘层材料把上下沥青混凝土层粘结为一体，形成连续状态。
3.常用的粘层材料一般分为普通稀释沥青、普通乳化沥青两类。其中普通稀释沥青采用有机溶剂稀释，普通乳化沥青采用乳化剂以及水与沥青配合，通过专用设备加工为水包油型液体沥青。为提升粘层材料的粘结能力，以满足设计要求，也采用改性乳化沥青。在一些经济欠发达的国别和地区，缺乏改性乳化设备，因此不适宜用普通乳化沥青。而常用的稀释沥青粘层材料通常采用煤油、汽油作为稀释剂稀释沥青得到，这种稀释沥青粘层材料在施工过程中施工工艺简单，但是也存在一些问题，主要有：采用汽油作为稀释剂时，施工操作风险性大，容易失火；采用煤油稀释剂作为稀释剂时，溶剂挥发慢，粘度提升慢；采用汽油、煤油两种稀释剂配制的稀释沥青粘层材料撒布后形成的粘层结构，粘结强度较低。一些路段的沥青路面结构层间粘结需要较高的强度，如大纵坡段，沥青路面需要结构能够抵抗纵向剪应力，小半径平曲线段，沥青路面结构需要抵抗较大的横向剪切力。
4.因此，需要开发一种稀释沥青粘层材料，使得大纵坡、小半径曲线段沥青路面结构层间粘结强度满足路面铺装需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供稀释沥青粘层用外加剂、稀释沥青粘层材料及其制备方法。采用本发明的稀释沥青粘层用外加剂制备的稀释沥青粘层材料，沥青路面层间粘结强度较普通稀释沥青提升30％以上，沥青路面层间抗剪能力明显提升，使得大纵坡、小半径曲线段沥青路面结构层间粘结强度满足路面铺装需求。
6.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
7.本发明第一方面提供了一种稀释沥青粘层用外加剂，所述外加剂以质量百分比计包括：高温降粘剂20-30％，低温增粘剂40-50％，固化剂10-20％，固化催化剂5-10％。
8.优选地，所述高温降粘剂的质量百分比可为21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
9.优选地，所述低温增粘剂的质量百分比可为41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
10.优选地，所述固化剂10-20％的质量百分比可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
11.优选地，所述固化剂催化剂的质量百分比可为5％、6％、7％、8％、9％、10％中的任
意一种或者满足上述范围值的任意数值。
12.优选地，所述外加剂以质量百分比计包括：高温降粘剂25-30％，低温增粘剂45-50％，固化剂15-20％，固化催化剂5-8％。
13.优选地，所述外加剂呈粉末状，粒度为150-200目。例如可为150目、160目、170目、180目、190目、200目。
14.优选地，所述外加剂的灰分含量小于5％。
15.在本发明的一些实施例中，所述降粘剂为石蜡、ft wax蜡(亚甲基聚合物，是天然气合成的烷烃)中的至少一种。
16.在本发明的一些实施例中，所述增粘剂为热塑性树脂，优选为乙烯-醋酸乙烯酯树脂。
17.在本发明的一些实施例中，所述固化剂为环烷酸铝皂。
18.在本发明的一些实施例中，所述固化催化剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
19.本发明提供的固化催化剂可以更好地促进固化剂的固化效果。
20.本发明第二方面提供了一种稀释沥青粘层材料，所述沥青粘层材料以质量百分比计包括：基质沥青70-90％，稀释剂5-25％，本发明第一方面提供的外加剂5-10％。
21.优选地，稀释剂为煤油或煤油与汽油的混合物。
22.在本发明中，稀释沥青粘层材料需要采用撒布设备，撒布到下层沥青结构层上，为了满足结构层的撒布均匀要求，需要稀释沥青粘层材料有一定的粘度，一般要求为c25.5粘度≤20s。当稀释沥青粘层材料刚制备好时，温度较高(130-160℃)，此时稀释沥青粘层材料粘度较大，而撒布温度在60-80℃左右，为满足施工粘度要求，此时需要对稀释沥青粘层材料降粘，因此采用高温降粘剂降低稀释沥青粘层材料的粘度。当稀释沥青粘层材料撒布后，形成粘层，粘层结构需要在使用温度范围内具备满足要求的粘结力，因此需要增加使用温度(低温60-80℃)情况下的粘度，因此采用低温增粘剂增加稀释沥青粘层材料的粘度。本发明的稀释沥青粘层用外加剂同时包含高温降粘剂和低温增粘剂，通过二者的配合作用，使包含稀释沥青粘层用外加剂的稀释沥青粘层材料同时具备在高温下降低粘度满足撒布要求和在低温下增加粘度满足设计要求的粘结力的效果。
23.在本发明中，环烷酸铝皂是由环烷酸钠皂水溶液与硫酸铝水溶液反应制得的。当本发明提供的稀释沥青粘层用外加剂添加到基质沥青中并加入稀释剂(煤油或汽油)制得稀释沥青粘层材料，环烷酸铝皂中的胶凝分子之间的物理交联作用形成三维网络结构，这种网状结构中的胶凝分子与液态的煤油或汽油分子相互作用以及毛细作用使煤油或汽油失去流动性，从而被固定下来，外加剂中的环烷酸铝皂作为固化剂通过凝胶作用将稀释沥青粘层材料中的稀释剂—液态的煤油或汽油固化成凝胶状，从而起到固化稀释剂的作用。
24.优选地，所述基质沥青的质量百分比可为70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
25.优选地，所述稀释剂的质量百分比可为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
26.优选地，所述本发明第一方面提供的外加剂的质量百分比可为5％、6％、7％、8％、
9％、10％、中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
27.优选地，所述基质沥青的沥青针入度为60-100，针入度单位为1/10mm。
28.优选地，所述沥青粘层材料的标准粘度c25.5≤20s。
29.本发明第三方面提供了本发明第二方面提供的粘层材料的制备方法，包括以下步骤：
30.加热基质沥青；
31.将本发明第一方面提供的外加剂添加到加热后的基质沥青中，搅拌得到混合物；
32.向所述混合物中加入稀释剂，搅拌即制得稀释沥青粘层材料。
33.在本发明的一些实施例中，所述加热后的基质沥青的温度为120-180℃，例如可为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
34.在本发明的一些实施例中，所述搅拌得到混合物的搅拌时间为15-25min，例如可为15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
35.在本发明的一些实施例中，所述搅拌即制得稀释沥青粘层材料的搅拌时间为15-25min，例如可为15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min中的任意一种或者满足上述范围值的任意数值。
36.相比现有技术，本发明的有益效果：
37.采用本发明的稀释沥青粘层用外加剂制备的稀释沥青粘层材料，沥青路面层间粘结强度较普通稀释沥青提升30％以上，沥青路面层间抗剪能力明显提升，使得大纵坡、小半径曲线段沥青路面结构层间粘结强度满足路面铺装需求。
38.采用本发明的稀释沥青粘层用外加剂制备的稀释沥青粘层材料，其包含的稀释剂含量减少，降低幅度约20％，在撒布时容易分散，可形成均匀的撒布面；撒布后，稀释沥青粘层材料粘结强度提升速度较普通稀释沥青提升至少50％，可缩短后续工序的施工间隔时间，从12小时减少至6小时，减少约50％。
具体实施方式
39.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品。本文未记载的试剂、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。
40.实施例1
41.1、稀释沥青粘层用外加剂制备：
42.将石蜡21％，乙烯-醋酸乙烯酯树脂49％，环烷酸铝皂20％，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮10％，其中石蜡与乙烯-醋酸乙烯酯树脂的质量比为21：49，混合后，得到稀释沥青粘层用外加剂；
43.经检测，稀释沥青粘层用外加剂的粒度为160目，灰分含量为4％。
44.2、稀释沥青粘层材料制备：
45.稀释沥青粘层材料配方：
46.基质沥青：85％(针入度为70，单位为1/10mm)；煤油：8％；外加剂：7％。
47.1)在沥青撒布车中，添加基质沥青并加热，测量沥青液面，至配制需要的质量；
48.2)基质沥青加热到140℃度后，按配方用量添加步骤1制备的稀释沥青粘层用外加剂，循环搅拌30分钟得到混合物；
49.3)向步骤2)的混合物中按配方用量添加7％，循环搅拌30分钟，制成稀释沥青粘层材料。
50.经检测，制备的沥青粘层材料的标准粘度c25.5为19s。
51.实施例2
52.1、稀释沥青粘层用外加剂制备：
53.将石蜡23％，乙烯-醋酸乙烯酯树脂49％，环烷酸铝皂19％，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮9％，其中石蜡与乙烯-醋酸乙烯酯树脂的质量比为23：49，混合后，得到稀释沥青粘层用外加剂；
54.经检测，稀释沥青粘层用外加剂的粒度为165目，灰分含量为4.5％。
55.2、稀释沥青粘层材料制备：
56.稀释沥青粘层材料配方：
57.基质沥青：85％(针入度为70，单位为1/10mm)；煤油：8％；外加剂：7％。
58.1)在沥青撒布车中，添加基质沥青并加热，测量沥青液面，至配制需要的质量；
59.2)基质沥青加热到140℃度后，按配方用量添加步骤1制备的稀释沥青粘层用外加剂，循环搅拌30分钟得到混合物；
60.3)向步骤2)的混合物中按配方用量添加煤油，循环搅拌30分钟，制成稀释沥青粘层材料。
61.经检测，制备的沥青粘层材料的标准粘度c25.5为18s。
62.实施例3
63.1、稀释沥青粘层用外加剂制备：
64.将石蜡26％，乙烯-醋酸乙烯酯树脂48％，环烷酸铝皂18％，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮8％，其中石蜡与乙烯-醋酸乙烯酯树脂的质量比为26：48，混合后，得到稀释沥青粘层用外加剂；
65.经检测，稀释沥青粘层用外加剂的粒度为166目，灰分含量为4.6％。
66.2、稀释沥青粘层材料制备：
67.稀释沥青粘层材料配方：
68.基质沥青：85％(针入度为70，单位为1/10mm)；煤油：8％；外加剂：7％。
69.1)在沥青撒布车中，添加基质沥青并加热，测量沥青液面，至配制需要的质量；
70.2)基质沥青加热到140℃度后，按配方用量添加步骤1制备的稀释沥青粘层用外加剂，循环搅拌30分钟得到混合物；
71.3)向步骤2)的混合物中按配方用量添加煤油，循环搅拌30分钟，制成稀释沥青粘层材料。
72.经检测，制备的沥青粘层材料的标准粘度c25.5为17s。
73.实施例4
74.1、稀释沥青粘层用外加剂制备：
75.将石蜡29％，乙烯-醋酸乙烯酯树脂47％，环烷酸铝皂17％，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮7％，其中石蜡与乙烯-醋酸乙烯酯树脂的质量比为29：47，混合后，得到稀释沥青粘层用外加剂；
76.经检测，稀释沥青粘层用外加剂的粒度为170目，灰分含量为4.8％。
77.2、稀释沥青粘层材料制备：
78.稀释沥青粘层材料配方：
79.基质沥青：85％(针入度为70，单位为1/10mm)；煤油：8％；外加剂：7％。
80.1)在沥青撒布车中，添加基质沥青并加热，测量沥青液面，至配制需要的质量；
81.2)基质沥青加热到140℃度后，按配方用量添加步骤1制备的稀释沥青粘层用外加剂，循环搅拌30分钟得到混合物；
82.3)向步骤2)的混合物中按配方用量添加煤油，循环搅拌30分钟，制成稀释沥青粘层材料。
83.经检测，制备的沥青粘层材料的标准粘度c25.5为16s。
84.对比例1
85.稀释沥青粘层材料制备：
86.与实施例1不同的是，基质沥青：85％(针入度为70，单位为1/10mm)；煤油：15％。
87.经检测，制备的沥青粘层材料的标准粘度c25.5为30s。
88.实验例
89.采用实施例1-3、对比例1制备的稀释沥青粘层材料铺装路面，分别在大纵坡沥青路面、小半径曲线段沥青路面经行检测，
90.1)抗剪强度(粘结强度)提升速度检验，经检测：对比例1的配制的稀释沥青粘层材料，在界面温度为30℃时，施工6小时后抗剪强度为0.22mpa，施工12小时后抗剪强度为0.3mpa，实施1-4配制的稀释沥青粘层材料在同样条件下，其6小时抗剪强度分别为：0.3mpa，0.33mpa，0.34mpa，0.36mpa，比不含稀释沥青粘层用外加剂的基质沥青配制的粘层材料层间抗剪强度有明显提升，平均提升至1.5倍以上。其12小时抗剪强度分别为：0.45mpa，0.47mpa，0.5mpa，0.52mpa，比不含稀释沥青粘层用外加剂的基质沥青配制的粘层材料层间抗剪强度有明显提升，平均提升至1.6倍以上；
91.2)沥青面层结构施工15天后，路面层间粘结抗剪试验，经检测，对比例1的配制的稀释沥青粘层材料，在界面温度为30℃时,其抗剪强度为0.35mpa，实施1-4配制的稀释沥青粘层材料在同样条件下，其抗剪强度分别为：0.7mpa，0.69mpa，0.68mpa，0.66mpa，比不含稀释沥青粘层用外加剂的基质沥青配制的粘层材料层间抗剪强度有明显提升，平均提升至1.88倍以上。
92.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种稀释沥青粘层用外加剂，其特征在于，所述外加剂以质量百分比计包括：高温降粘剂20-30％，低温增粘剂40-50％，固化剂10-20％，固化催化剂5-10％。2.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述外加剂以质量百分比计包括：高温降粘剂25-30％，低温增粘剂45-50％，固化剂15-20％，固化催化剂5-8％。3.根据权利要求1或2所述的外加剂，其特征在于，所述外加剂呈粉末状，粒度为150-200目。4.根据权利要求1-3任一项所述的外加剂，其特征在于，所述外加剂的灰分含量小于5％。5.根据权利要求1-4任一项所述的外加剂，其特征在于，所述降粘剂为石蜡、ft wax蜡中的至少一种；所述增粘剂为热塑性树脂，优选为乙烯-醋酸乙烯酯树脂；所述固化剂为环烷酸铝皂；所述固化催化剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。6.一种稀释沥青粘层材料，其特征在于，所述沥青粘层材料以质量百分比计包括：基质沥青70-90％，稀释剂5-25％，权利要求1-4任一项所述的外加剂5-10％。7.根据权利要去6所述的粘层材料，其特征在于，所述基质沥青的沥青针入度为60-100，针入度单位为1/10mm；所述沥青粘层材料的标准粘度c25.5≤20s。8.权利要求6-7任一项所述的粘层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：加热基质沥青；将权利要求1-5任一项所述的外加剂添加到加热后的基质沥青中，搅拌得到混合物；向所述混合物中加入稀释剂，搅拌即制得稀释沥青粘层材料。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述加热后的基质沥青的温度为120-180℃。10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌得到混合物的搅拌时间为15-35min；所述搅拌即制得稀释沥青粘层材料的搅拌时间为15-35min。

技术总结
本发明涉一种稀释沥青粘层用外加剂，该外加剂以质量百分比计包括：高温降粘剂20-40％，低温增粘剂20-40％，固化剂10-20％，固化催化剂5-10％。本发明还涉及一种包含前述外加剂的稀释沥青粘层材料及其制备方法。采用该稀释沥青粘层材料，沥青路面层间粘结强度较普通稀释沥青提升30％以上，沥青路面层间抗剪能力明显提升，使得大纵坡、小半径曲线段沥青路面结构层间粘结强度满足路面铺装需求。层间粘结强度满足路面铺装需求。


技术研发人员：周艳东 赵立东 王涵
受保护的技术使用者：中交一公局集团有限公司海外分公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/1