可降低施工温度的温拌沥青混合料及其制备方法与流程

1.本技术涉及沥青混合料技术的领域，尤其是涉及可降低施工温度的温拌沥青混合料及其制备方法。


背景技术：

2.沥青路面，是指在矿质材料中掺入路用沥青混合料铺筑的各种类型的路面。现阶段应用最为广泛的沥青路面，其铺筑材料主要为普通热拌沥青混合料(hma)，但hma的生产过程中，需要将沥青(或改性沥青)和集料加热到160-180℃，拌和、摊铺和碾压的温度不低于140℃，这一过程中需要消耗大量燃油，并且在施工过程中会释放出大量有害气体。
3.温拌沥青是一种拌和温度较热拌沥青拌合温度降低20-30℃，性能达到或接近热拌沥青的沥青混合料。温拌沥青技术降低了沥青混料生产温度，节约了能耗，降低了有害气体排放。
4.在北方地区的冬季施工时，因最高气温低于10℃，温拌沥青在摊铺和碾压时流动性降低，导致沥青路面内出现空隙，进而导致沥青路面强度降低，为保障沥青路面的质量，需要加快施工过程，温拌沥青路面施工难度提高。


技术实现要素：

5.为了降低温拌沥青在低温环境下的施工难度，本技术提供一种可降低施工温度的温拌沥青混合料及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供的一种可降低施工温度的温拌沥青混合料采用如下的技术方案：可降低施工温度的温拌沥青混合料包括以下重量份的原料：基质沥青60-120份；基质沥青80-120份；粗集料1200-2050份；细集料380-820份；矿粉80-160份；复合温拌剂1.8-7.2份；所述复合温拌剂的制备原料包括裂解产物、改性剂和储热粉，所述裂解产物的制备原料包括废橡塑和裂解催化剂，所述废橡塑和裂解催化剂的重量比为(60-100)：3；所述裂解产物、改性剂与储热粉的重量比为(10-20)：2：(1-2)。
7.通过采用上述技术方案，废橡塑热裂解形成热解气、热解油、裂解蜡和重质裂解液等裂解产物，在温拌沥青混合料制备过程中，融化的裂解蜡与热解油与基质沥青配合，热解油提高了沥青中油分含量，融化的裂解蜡吸附在沥青质表面，形成一层润滑膜，降低了沥青的粘度，低温施工时，温拌沥青混合料流动性损失的速度减缓，降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度。温拌沥青混合料施工完成后，基质沥青开始固化，部分裂解液、裂解油和裂解蜡等填充温拌沥青混合料之间的空隙，提高了温拌沥青路面的强度，降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度。
8.可选的，所述改性剂的制备步骤包括：将聚丙烯酰胺与部分丙醇混合均匀后添加接枝催化剂，油浴搅拌升温至60℃，得到备用液；亲油性卤代烷与剩余丙醇混合均匀后滴加至备用液中，将油浴的温度升温至90℃，回流反应6h，冷却后得到混合液；对混合液进行离
心，将上清液去除丙醇，得到改性剂。
9.通过采用上述技术方案，亲油性卤代烷与聚丙烯酰胺反应接枝生成双亲性改性剂，改性剂亲油性特性由亲油性卤代烷提供，与裂解产物中的热解油相容性好。改性剂与裂解产物配合，裂解产物中的裂解油携带改性剂与基质沥青的油分互溶，融化后的裂解蜡吸附在基质沥青的沥青质表面，改性剂中的亲水部分围绕基质沥青，最终形成由外至内依次为结构性水膜、改性剂亲水部分与裂解蜡互混、改性剂亲油部分与基质沥青以及裂解产物互混的胶束结构，温拌沥青混合料低温环境下施工时，结构性水膜、裂解蜡和裂解油协同作用，降低了基质沥青的粘度，温拌沥青混合料的流动性损失速度减缓，降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度。
10.可选的，所述亲油性卤代烷为4-甲基苄溴。
11.通过采用上述技术方案，4-甲基苄溴熔点在34-36℃，4-甲基苄溴接枝聚丙烯酰胺得到的改性剂熔点降低，在温拌沥青混合料压实过程中，改性剂改性的裂解产物残留的流动性填充温拌沥青混合料的空隙，提高了温拌沥青混合料的密度，从而提高了温拌沥青混合料的强度。
12.可选的，所述4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺的重量比为(4-20)：1。
13.通过采用上述技术方案，采用上述重量比时，4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺制备的改性剂的界面活性较高，降低了改性剂与油剂之间的表面张力，便于改性剂与裂解油，以及改性剂与基质沥青的油组分互溶，从而提高了胶束的稳定性，进而对基质沥青降粘效果提高，便于温拌沥青混合料在低温环境下施工。
14.可选的，所述接枝催化剂为碳酸钾。
15.通过采用上述技术方案，碳酸钾作为催化剂提高了4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺的接枝效率，且碳酸钾的吸水性，降低了接枝反应过程中，聚丙烯酰胺的团聚，提高了改性剂的合成效率。
16.可选的，所述裂解催化剂为fe基黏土催化剂。
17.通过采用上述技术方案，fe基黏土催化剂比表面积高，活性中心fe2o3在载体上的分散较好，对废橡塑的催化活性高。
18.可选的，所述储热粉为粉状硬质聚氨酯。
19.通过采用上述技术方案，粉状的硬质聚氨酯均匀分散在裂解产物中，硬质聚氨酯的耐油性使其不易在裂解产物中分解。粉状的硬质聚氨酯与裂解蜡、基质沥青混合，其低导热系数，降低了温拌沥青混合料温度的损失速度，降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度。
20.可选的，所述废橡塑制备步骤包括：废旧橡胶与废旧塑料混合后剪切制得废橡塑。
21.通过采用上述技术方案，废旧橡胶和废旧塑料的使用，符合环保理念。废旧橡胶和废旧塑料混合得到的废橡塑，裂解过程中产生的热解油和裂解蜡配合使用，降低了基质沥青的粘度，从而降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度。
22.第二方面，本技术提供的可降低施工温度的温拌沥青混合料的制备方法采用如下的技术方案：可降低施工温度的温拌沥青混合料的制备方法包括以下步骤：s1、加热基质沥青，添加复合温拌剂，恒温搅拌均匀得到包覆沥青；
s2、将粗集料、细集料、矿粉、包覆沥青混合，150℃恒温拌合得到温拌沥青混合料。
23.通过采用上述技术方案，复合温拌剂与基质沥青充分接触后得到包覆沥青，包覆沥青较基质沥青粘度降低，温拌沥青混合料在低温环境下施工时不易固化。150℃拌合温拌沥青混合料，节省了能源，降低了有害物质排放。
24.可选的，s1中，基质沥青加热至90-100℃，搅拌速度为800-1000rpm。
25.通过采用上述技术方案，低速搅拌使基质沥青与复合温拌剂均匀混合；基质沥青与复合温拌沥青混合时的温度为90-100℃，减小了包覆沥青温度过高而泛油的概率。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.复合温拌剂与基质沥青混合后，形成由外至内依次为结构性水膜、改性剂亲水部分与裂解蜡互混、改性剂亲油部分与基质沥青以及裂解产物互混的胶束结构，温拌沥青混合料低温环境下施工时，结构性水膜、裂解蜡和裂解油协同作用，降低了基质沥青的粘度，温拌沥青混合料的流动性损失速度减缓，降低了温拌沥青在低温环境下的施工难度；2.废旧橡胶和废旧塑料均属于高分子聚合物，可以热裂解为小分子。废旧橡胶可以热裂解成热解气、热解油和重质裂解液，塑料可以热裂解蜡和裂解油，废旧橡胶和废旧塑料混合之后裂解产物裂解油、裂解蜡、重质裂解液与基质沥青配合使用，降低了基质沥青的粘度，从而提高了沥青的流动性，在低温环境中施工时，温拌沥青不易凝固，从而降低了低温环境下温拌沥青的施工难度；3.4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺制备的改性剂的界面活性较高，降低了改性剂与油剂之间的表面张力，便于改性剂与裂解油，以及改性剂与基质沥青的油组分互溶，从而提高了胶束的稳定性，进而对基质沥青降粘效果提高，便于温拌沥青混合料在低温环境下施工。
具体实施方式
27.以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。
28.以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
29.沥青为70#道路石油沥青；粗集料为碎石，粒径为6-12cm，表观相对密度2.7-2.9g/cm3；细集料砂砾，粒度为20目，表观相对密度2.889g/cm3；矿粉粒度为400目，含水量小于等于1.0。
30.制备例制备例1s1、将废旧橡胶和废旧塑料按照1:1重量比混合，将混合物剪切为粒径小于5cm的块状废橡塑，取100kg废橡塑和3kg的fe黏土催化剂投入裂解反应釜中，用氮气吹扫约5min，排尽反应釜内空气，然后封闭裂解反应釜；s2、打开搅拌装置，调整电机转速为100-120r/min，在惰性气体n2保护条件下升温至260℃，并在该温度下持续裂解30min；s3、釜内温度降至常温后，打开放气阀，排出裂解过程中产生的废气，最后取出裂解产物；s4、将6kg的4-甲基苄溴与8l的丙醇磁力搅拌30min，使4-甲基苄溴充分分散，得到
4-甲基苄溴的丙醇溶液；s5、将0.3kg聚丙烯酰胺与8l丙醇混合，并使用磁力搅拌30min，使聚丙烯酰胺充分分散，添加0.4kg的碳酸钾，油浴搅拌升温至60℃，得到备用液；s6、使用蠕动泵将s4制备的4-甲基苄溴的丙醇溶液滴加至备用液中，滴加速度为5ml/min，待溶液全部滴加完后，将油浴的温度升温至90℃，回流反应6h，关闭油浴加热，待油浴锅温度冷却至室温，得到混合液；s7、对混合液进行离心，转速9500r/min，将上清液60℃旋转蒸发6h，完全蒸发出溶剂丙醇，得到改性剂；s8、取90kgs3制备的裂解产物与9kg的s7制备的改性剂混合，并在70℃保温搅拌30min，得到复合温拌剂。
31.制备例2-制备例15与制备例1的区别在于：各物料添加量不同，详见表1：表1制备例的原料表实施例
32.实施例1s1、将80kg基质沥青加热至90℃，添加1.8kg制备例1制备的复合温拌剂，恒温搅拌25-30min，搅拌速度为1000rpm得到包覆沥青；s2、将1200kg粗集料和380kg细集料混合后预加热至110℃，之后与80kg矿粉放入包覆沥青中，加热至150℃，恒温拌合得到温拌沥青混合料。
33.实施例2-实施例13与实施例1的区别在于：各物料添加量不同，详见表2：表2实施例1-实施例13的原料表(kg)实施例14-实施例15与实施例2的区别在于：s1中搅拌速度和沥青加热温度不同，详见表4：表4实施例2以及对比例7-对比例10反应条件 搅拌速度/rpm沥青加热温度/℃实施例2100090实施例141000100实施例1580090对比例对比例1-对比例6与实施例2的区别在于：各物料添加量不同，其中对比例2中添加普通市售sasobit
温拌剂，以取代复合温拌剂，详见表3：表3实施例2以及对比例1-对比例6的原料表(kg)对比例7-对比例10与实施例2的区别在于：s1中搅拌速度和沥青加热温度不同，详见表4：表4实施例2以及对比例7-对比例10反应条件 搅拌速度/rpm沥青加热温度/℃实施例2100090对比例7100080对比例81000150对比例960090对比例10200090性能检测试验试验方法1.采用《jtg e20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中t0715-2011沥青混合料弯曲试验中的方法对温拌沥青混合料的试件破坏时的最大弯拉应变(με)进行测定，其中，温拌沥青混合料加热至110℃后，开始制作试样，试样制作时环境温度为5℃，试验温度为5℃；试验结果详见表5。
34.2.采用《jtg e20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中t0705-2011压实沥青混合料密度试验(表干法)中的方法对沥青混合料的空隙率(％)进行测定，从而计算空隙变化率(％)，空隙变化率(％)计算方法如下：空隙变化率(％)＝(vv
1-vv2)/vv2×
100vv1(％)-温拌沥青混合料加热至110℃后，开始制作试样，试样制作时环境温度为5℃，试样在5℃环境中静置2h后开始测试，得到的空隙率；vv2(％)-温拌沥青混合料加热至110℃后，开始制作试样，试样制作时环境温度为25℃，
试样在25℃环境中静置2h后开始测试，得到的空隙率；注：空隙率计算保留两位小数，试验结果详见表5。
35.表5各实施例和对比例试验结果数据表制样过程中，温拌沥青混合料逐渐固化，在此过程中施加压力使试样成型，未固化的原料向试样空隙处流动，从而填充试样空隙直至温拌沥青在该压力下不再流动，因此，测试试样的空隙率，可推断温拌沥青混合料在该实验环境下流动性损失速度。综上，25℃施工环境与5℃施工环境下测量的空隙变化率，可评判复合温拌剂在低温环境下延缓温拌沥青混合料流动性损失的效果。
36.结合实施例1、实施例2和实施例3并结合表5，通过调整基质沥青、粗集料、细集料、矿粉和复合温拌剂的添加量和类型，降低温拌沥青在低温环境下的流动性损失，提高了温拌沥青混合料在低温下施工后的力学性能，降低温拌沥青混合料在低温环境下的施工难度。
37.结合实施例2和对比例1并结合表5可以看出，复合温拌剂的添加，有效地降低了温拌沥青混合料的空隙变化率，提高了破坏时的最大弯拉应变。
38.结合实施例2、对比例1和对比例2并集合表5可以看出，相较于使用常规的sasobit温拌剂，复合温拌剂的使用，降低了温拌沥青混合料的空隙变化率，提高了破坏时的最大弯拉应变。
39.结合实施例2、实施例4-实施例11并结合表5，通过更换不同类型的复合温拌剂，降低温拌沥青在低温环境下的流动性损失，提高了温拌沥青混合料在低温下施工后的力学性能，降低温拌沥青混合料在低温环境下的施工难度。
40.结合实施例2、实施例6和实施例7并结合表5可以看出，随着废橡塑和fe基黏土催化剂比值的减小，温拌沥青混合料的空隙变化率先减小后增加，破坏时的最大弯拉应变先增大后减小。随着fe基黏土催化剂添加量的增加，废橡塑裂解效率提高，裂解蜡和裂解油在裂解产物中含量提高，复合温拌剂对基质沥青包覆效果提高，温拌沥青混合料流动性损失速度降低，空隙变化率减小，破坏时的最大弯拉应变增大。随着fe基黏土催化剂的持续增加，未参与裂解反应的fe基黏土催化剂为复合温拌剂提供碱性环境，改性剂效果减弱，复合温拌剂对基质沥青效果减弱，温拌沥青混合料的空隙变化率增加，破坏时的最大弯拉应变减小。
41.结合实施例2和对比例3并结合表5可以看出，改性剂的添加，有效地降低了温拌沥青混合料的空隙变化率，提高了破坏时的最大弯拉应变。
42.结合实施例2、对比例3、对比例4和对比例5并结合表5可以看出，改性剂中单独添加4-甲基苄溴，或单独添加聚丙烯酰胺，对温拌沥青的空隙变化率和破坏时的最大弯拉应影响不大。4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺接枝配合具备协同作用。
43.结合实施例2、实施例8和实施例9并结合表5可以看出，随着改性剂中4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺比值的增加，温拌沥青混合料的空隙变化率先减小后增加，破坏时的最大弯拉应变先增大后减小。
44.结合实施例2、实施例10和实施例11并结合表5可以看出，随着复合温拌剂中改性剂占比的增加，温拌沥青混合料的空隙变化率先减小后增加，破坏时的最大弯拉应变先增大后减小，改性剂占比增加，温拌沥青混合料制备时，部分裂解蜡被阻隔，不能与基质沥青接触，降低了复合温拌剂对基质沥青的效果。
45.结合实施例2和对比例6并结合表5可以看出，硬质聚氨酯的添加，降低了温拌沥青混合料的空隙变化率，提高了破坏时的最大弯拉应变。
46.结合实施例10-实施例13并结合表5可以看出，硬质聚氨酯占比的提高，减小了温拌沥青混合料的空隙变化率，增大了温拌沥青混合料破坏时的最大弯拉应变。
47.结合实施例2、实施例14、对比例7和对比例8并结合表5可以看出，基质沥青与复合温拌剂混合时，基质沥青加热至90-100℃，基质沥青包覆效果良好，基质沥青加热温度低于90℃(以80℃为例)，温拌沥青混合料的空隙变化率增大，温拌沥青混合料破坏时的最大弯拉应变减小。基质沥青加热温度高于100℃(以150℃为例)，温拌沥青混合料的空隙变化率和破坏时的最大弯拉应变变化不大。
48.结合实施例2、实施例15、对比例9和对比例10并结合表5可以看出，基质沥青与复合温拌剂混合时，搅拌速度为800-1000rpm，基质沥青包覆效果良好，搅拌速度小于800rpm(以600rpm为例)或大于1000rpm(以2000rpm为例)，温拌沥青混合料的空隙变化率增大，温拌沥青混合料破坏时的最大弯拉应变减小。
49.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的原料：基质沥青80-120份；粗集料1200-2050份；细集料380-820份；矿粉80-160份；复合温拌剂1.8-7.2份；所述复合温拌剂的制备原料包括裂解产物、改性剂和储热粉，所述裂解产物的制备原料包括废橡塑和裂解催化剂，所述废橡塑和裂解催化剂的重量比为（60-100）：3；所述裂解产物、改性剂与储热粉的重量比为（10-20）：2：（1-2）。2.根据权利要求1所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述改性剂的制备步骤包括：将聚丙烯酰胺与部分丙醇混合均匀后添加接枝催化剂，油浴搅拌升温至60℃，得到备用液；亲油性卤代烷与剩余丙醇混合均匀后滴加至备用液中，将油浴的温度升温至90℃，回流反应6h，冷却后得到混合液；对混合液进行离心，将上清液去除丙醇，得到改性剂。3.根据权利要求2所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述亲油性卤代烷为4-甲基苄溴。4.根据权利要求3所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述4-甲基苄溴与聚丙烯酰胺的重量比为（4-20）：1。5.根据权利要求3所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述接枝催化剂为碳酸钾。6.根据权利要求1所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述裂解催化剂为fe基黏土催化剂。7.根据权利要求1所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述储热粉为粉状硬质聚氨酯。8.根据权利要求1所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料，其特征在于，所述废橡塑制备步骤包括：废旧橡胶与废旧塑料混合后剪切制得废橡塑。9.权利要求1-8任一所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、加热基质沥青，添加复合温拌剂，恒温搅拌均匀得到包覆沥青；s2、将粗集料、细集料、矿粉、包覆沥青混合，150℃恒温拌合得到温拌沥青混合料。10.根据权利要求9所述的可降低施工温度的温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，s1中，基质沥青加热至90-100℃，搅拌速度为800-1000rpm。

技术总结
本申请涉及沥青混合料技术领域，具体公开了一种可降低施工温度的温拌沥青混合料及其制备方法，温拌沥青混合料包括以下重量份的原料：基质沥青80-120份；粗集料1200-2050份；细集料380-820份；矿粉80-160份；复合温拌剂1.8-7.2份；复合温拌剂的制备原料包括裂解产物、改性剂和储热粉；裂解产物、改性剂与储热粉的重量比为（10-20）：2：（1-2）。其制备方法为：S1、基质沥青和复合温拌剂制备包覆沥青；S2、粗集料、细集料、矿粉和包覆沥青拌合得到温拌沥青混合料。本申请具有降低温拌沥青在低温环境下的施工难度的效果。工难度的效果。


技术研发人员：魏东 刘昶 王祥本 韩园园 李二朋 王江涛
受保护的技术使用者：山东高速工程建设集团有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/8/14