本發(fā)明屬于道路材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫拌泡沫瀝青的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，世界各國(guó)的道路工程建設(shè)主要以瀝青路面作為主流模式，我國(guó)也是如此。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)改擴(kuò)建或大中修的高速公路及城市道路中，90％以上采用了由瀝青混合料鋪筑的瀝青路面。瀝青混合料按照制造工藝可以分為熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料兩種類(lèi)型。熱拌瀝青混合料具有良好的路用性能，但是其在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)消耗大量燃料，排放出大量的有害氣體和粉塵，嚴(yán)重影響環(huán)境并對(duì)施工人員健康造成危害。有研究數(shù)據(jù)表明：每生產(chǎn)1噸熱拌瀝青混合料需消耗燃料8升；每生產(chǎn)1m3的熱拌瀝青混合料就會(huì)排放出2.6mg的CO2、104mg的CO、151mg的NOX以及5.6mg的煙塵。而冷拌瀝青混合料由于不許加熱而具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但是其路用性能不高，很難與熱拌瀝青混合料相比。因此，急需研發(fā)一種新型路面鋪筑材料—溫拌瀝青混合料，使其在保持良好路用性能的同時(shí)，又具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)有的制備溫拌瀝青混合料通常有化學(xué)添加劑法、瀝青發(fā)泡法以及有機(jī)添加劑法等幾種途徑，原理都是降低瀝青的粘度。其中泡沫瀝青溫拌法是利用高溫瀝青遇水后瞬間發(fā)泡這一物理形態(tài)的變化，來(lái)降低瀝青的粘度，從而降低瀝青混合料的拌和溫度。該技術(shù)只需極少量的水使瀝青發(fā)泡即可，不需要任何添加劑，因此還能夠有效降低生產(chǎn)成本，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，所得的溫拌泡沫瀝青具有較高的膨脹率和較長(zhǎng)的半衰期，發(fā)泡狀態(tài)穩(wěn)定。
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青40-50份、表面活性劑2-5份、二甲基甲酰胺2-4份、膨潤(rùn)土1-3份、羥丙甲纖維素2-3份和水30-40份于50-60℃條件下攪拌混合30-40min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至30-40℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.3-0.5份、碳酸氫鈣2-5份和無(wú)水乙醇3-6份，攪拌20-30min，靜置5-8h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青80-100份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3-6份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1-2份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持5-10min，然后降溫至80-90℃，加入丙三醇4-8份，攪拌混合5-10min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至110-120℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持30-40min，得到溫拌泡沫瀝青。
進(jìn)一步地，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨或十二烷基三甲基溴化銨。
進(jìn)一步地，步驟1中膨潤(rùn)土的粒徑為100-120目。
進(jìn)一步地，步驟2中靜置過(guò)程中保持溫度為30-40℃。
進(jìn)一步地，步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為110-120℃。
進(jìn)一步地，步驟3中攪拌混合的攪拌速度為80-100rpm。
進(jìn)一步地，步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:8-10。
進(jìn)一步地，步驟4中攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為130-150rpm。
本發(fā)明先通過(guò)表面活性劑、二甲基甲酰胺、膨潤(rùn)土、羥丙甲纖維素、聚乙烯醇、碳酸氫鈣以及乙醇制備改性乳化瀝青，然后將該改性乳化瀝青作為發(fā)泡活化劑加入到混合瀝青二中進(jìn)行發(fā)泡。在加入改性乳化瀝青后，混合瀝青二中的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在高溫條件下遇到改性乳化瀝青中的水會(huì)發(fā)生聚合，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青的耐候性和強(qiáng)度；改性乳化瀝青中的乙醇和水在加入到混合瀝青二中后由于瞬間遇到高溫會(huì)產(chǎn)生劇烈沸騰，同時(shí)在二甲基甲酰胺存在的條件下進(jìn)一步提升了發(fā)泡效果，羥丙甲纖維素起到增加黏性的作用，能夠很好地調(diào)節(jié)發(fā)泡狀態(tài)，碳酸氫鈣在高溫下能夠快速分解釋放二氧化碳，進(jìn)一步提高了發(fā)泡效果，同時(shí)能使得發(fā)泡更均勻；改性乳化瀝青在加入混合瀝青二中后，由于溫度急劇升高以及整個(gè)體系的沸騰作用，改性乳化瀝青產(chǎn)生破乳，破乳后的瀝青顆粒發(fā)泡過(guò)程中反而與混合瀝青二混溶形成了穩(wěn)定的發(fā)泡體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了發(fā)泡瀝青的耐受性，增加了泡沫瀝青在鋪設(shè)過(guò)程中的延展性，提高了路面耐壓性。
本發(fā)明通過(guò)制備改性乳化瀝青，并將其巧妙地作為發(fā)泡復(fù)合劑加入到混合瀝青二中進(jìn)行發(fā)泡，一方面降低了發(fā)泡溫度，同時(shí)利用改性乳化瀝青與混合瀝青二中的各組分之間的協(xié)同作用，很好的達(dá)到了在溫拌條件下發(fā)泡，并且提高發(fā)泡瀝青性能的效果。本發(fā)明提供的泡沫瀝青制備的混合料能夠達(dá)到同類(lèi)熱拌瀝青混合料各項(xiàng)有益性能，并且動(dòng)穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比更好。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
在本發(fā)明中，所述瀝青優(yōu)選包括石油瀝青、SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青中的一種或多種，更優(yōu)選為SBS改性瀝青或橡膠改性瀝青。本發(fā)明對(duì)所述瀝青的來(lái)源沒(méi)有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述石油瀝青、SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青的市售商品即可。
實(shí)施例1
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青40份、表面活性劑2份、二甲基甲酰胺2份、膨潤(rùn)土1份、羥丙甲纖維素2份和水30份于50℃條件下攪拌混合40min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至30℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.3份、碳酸氫鈣2份和無(wú)水乙醇3份，攪拌20min，靜置5h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青80份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持5min，然后降溫至80℃，加入丙三醇4份，攪拌混合5min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至110℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持30min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為100目；步驟2中靜置5h過(guò)程中保持溫度為40℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為110℃，攪拌混合的攪拌速度為100rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:8，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為150rpm。
實(shí)施例2
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青43份、表面活性劑4份、二甲基甲酰胺3份、膨潤(rùn)土2份、羥丙甲纖維素2.4份和水33份于55℃條件下攪拌混合35min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至35℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.4份、碳酸氫鈣4份和無(wú)水乙醇4份，攪拌25min，靜置6h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持8min，然后降溫至85℃，加入丙三醇6份，攪拌混合8min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至115℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持35min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置6h過(guò)程中保持溫度為35℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為105℃，攪拌混合的攪拌速度為90rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:9，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為140rpm。
實(shí)施例3
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青47份、表面活性劑4份、二甲基甲酰胺3份、膨潤(rùn)土2份、羥丙甲纖維素2.8份和水38份于57℃條件下攪拌混合32min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至37℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.4份、碳酸氫鈣4份和無(wú)水乙醇5份，攪拌27min，靜置7h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青95份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.8份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持8min，然后降溫至85℃，加入丙三醇7份，攪拌混合8min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至115℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持35min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置7h過(guò)程中保持溫度為35℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為115℃，攪拌混合的攪拌速度為90rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:9，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為140rpm。
實(shí)施例4
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青50份、表面活性劑5份、二甲基甲酰胺4份、膨潤(rùn)土3份、羥丙甲纖維素3份和水40份于60℃條件下攪拌混合30min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至40℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.5份、碳酸氫鈣5份和無(wú)水乙醇6份，攪拌30min，靜置8h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青100份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6份和二甲基丙烯酸乙二醇酯2份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持10min，然后降溫至90℃，加入丙三醇8份，攪拌混合10min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至120℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持40min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置8h過(guò)程中保持溫度為30℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為120℃，攪拌混合的攪拌速度為80rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:10，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為130rpm。
對(duì)比例1
本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于：步驟2中未加入碳酸氫鈣。
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青43份、表面活性劑4份、二甲基甲酰胺3份、膨潤(rùn)土2份、羥丙甲纖維素2.4份和水33份于55℃條件下攪拌混合35min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至35℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.4份和無(wú)水乙醇4份，攪拌25min，靜置6h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持8min，然后降溫至85℃，加入丙三醇6份，攪拌混合8min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至115℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持35min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置6h過(guò)程中保持溫度為35℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為105℃，攪拌混合的攪拌速度為90rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:9，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為140rpm。
對(duì)比例2
本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于：步驟4中升溫溫度為125℃。
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青43份、表面活性劑4份、二甲基甲酰胺3份、膨潤(rùn)土2份、羥丙甲纖維素2.4份和水33份于55℃條件下攪拌混合35min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至35℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.4份、碳酸氫鈣4份和無(wú)水乙醇4份，攪拌25min，靜置6h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持8min，然后降溫至85℃，加入丙三醇6份，攪拌混合8min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至125℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持35min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置6h過(guò)程中保持溫度為35℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為105℃，攪拌混合的攪拌速度為90rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:9，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為140rpm。
對(duì)比例3
本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于：步驟4中升溫溫度為105℃。
一種溫拌泡沫瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，以重量份計(jì)，將瀝青43份、表面活性劑4份、二甲基甲酰胺3份、膨潤(rùn)土2份、羥丙甲纖維素2.4份和水33份于55℃條件下攪拌混合35min，冷卻至室溫，得到混合瀝青一；
步驟2，將混合瀝青一加熱至35℃，加入以重量份計(jì)的聚乙烯醇0.4份、碳酸氫鈣4份和無(wú)水乙醇4份，攪拌25min，靜置6h，得到改性乳化瀝青；
步驟3，以重量份計(jì)，取瀝青90份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份和二甲基丙烯酸乙二醇酯1.5份混合，升溫使混合物呈流體狀態(tài)，保持8min，然后降溫至85℃，加入丙三醇6份，攪拌混合8min，得到混合瀝青二；
步驟4，將混合瀝青二升溫至105℃，在攪拌狀態(tài)下加入改性乳化瀝青，加入完畢后繼續(xù)保持35min，得到溫拌泡沫瀝青。
其中，步驟1中表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨，膨潤(rùn)土的粒徑為120目；步驟2中靜置6h過(guò)程中保持溫度為35℃；步驟3中升溫使混合物呈流體狀態(tài)的溫度為105℃，攪拌混合的攪拌速度為90rpm；步驟4中改性乳化瀝青與混合瀝青二的質(zhì)量比為1:9，攪拌狀態(tài)下的攪拌速度為140rpm。
1.泡沫瀝青的發(fā)泡特性和粘度測(cè)試
將實(shí)施例1-4、對(duì)比例1-3所得溫拌泡沫瀝青進(jìn)行發(fā)泡特性和粘度測(cè)試。
粘度測(cè)試是在125℃條件下靜止0.5h，分別測(cè)定110℃、120℃、130℃、140℃布氏粘度。
結(jié)果如下：
由上表可知，本發(fā)明制備所得的溫拌泡沫瀝青具有較高的膨脹率和較長(zhǎng)的半衰期，發(fā)泡狀態(tài)穩(wěn)定。從對(duì)比例1的結(jié)果可知，未加入碳酸氫鈣的泡沫瀝青膨脹率低、半衰期短，發(fā)泡效果差；從對(duì)比例2和對(duì)比例3可知，在110-120℃范圍內(nèi)，將改性乳化瀝青作為發(fā)泡復(fù)合劑加入到混合瀝青二中進(jìn)行發(fā)泡，所得溫拌泡沫瀝青發(fā)泡效果好。
另外，本發(fā)明制備所得的溫拌泡沫瀝青在100～130℃的溫度區(qū)間內(nèi)具有明顯的降粘效果。隨著溫度的降低，基質(zhì)瀝青與泡沫瀝青粘度差有顯著的增加；而隨溫度升高，粘度差逐漸變小。這表明在低溫狀態(tài)下，泡沫瀝青中的水蒸氣起到降低瀝青粘度的作用；當(dāng)溫度提高后，基質(zhì)瀝青自身粘度很快降低，而泡沫瀝青中的水蒸氣狀態(tài)隨溫度提高沒(méi)有明顯變化，降粘效果基本未變，因此在高溫條件下泡沫瀝青與普通原狀瀝青粘度接近。
2.泡沫瀝青溫拌混合料拌和特性研究
采用70號(hào)普通瀝青的AC-13瀝青混合料，室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行相同配比的AC-13熱拌瀝青混合料和泡沫瀝青溫拌混合料拌和性能的比較試驗(yàn)，礦料級(jí)配如下表所示：
將混合料在120℃～125℃下成型，對(duì)所得瀝青混合料的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下表：
由上表可知，本發(fā)明提供的泡沫瀝青制備的混合料能夠達(dá)到同類(lèi)瀝青混合料各項(xiàng)有益性能，并且動(dòng)穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比更好。