本发明属于冷再生沥青
技术领域：
，特别涉及一种冷再生乳化沥青用乳化剂和一种磷酸活化冷再生乳化沥青及其制备方法。
背景技术：
：冷再生乳化沥青作为一种新型高性能道路建筑材料，具有液态粘度低、流动性好，易于储存、运输，常温下可与冷、潮湿的石料拌和使用，且无毒无污染等优点，被广泛应用在道路建设或修复工程中。冷再生乳化沥青中一般含有可促进乳化剂溶解、提高乳化沥青裹附碱性石料能力的添加剂，其中盐酸就是较为常用的一种添加剂。虽然盐酸能够促进乳化剂溶解，提高乳化沥青对碱性石料的裹附能力，但以盐酸为ph调节剂形成的皂液，用于制备冷再生乳化沥青时，所得冷再生乳化沥青的可工作时间较短，给储存和使用带来极大的不便。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种冷再生乳化沥青用乳化剂和一种磷酸活化冷再生乳化沥青，利用本发明提供的冷再生乳化沥青用乳化剂和磷酸制备的冷再生乳化沥青及混合料具有较长的可工作时间和优异的工作性能。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冷再生乳化沥青用乳化剂，以质量百分含量计，包括木质素胺40～60％、哌嗪30～50％、羟丙基甲基纤维素5～10％和有机硅1～5％。优选的，还包括稳定剂，所述稳定剂包括氯化钙或氯化镁。优选的，所述稳定剂为0.08～0.1％。本发明还提供了一种冷再生乳化沥青用皂液，包括上述技术方案所述冷再生乳化沥青用乳化剂、磷酸和水。优选的，所述冷再生乳化沥青用皂液的ph值为2～4。优选的，以质量份计，所述冷再生乳化沥青用乳化剂为2～4份，所述水为33～36份，所述磷酸的用量以能得到ph值为2～4的冷再生乳化沥青用皂液为准。本发明另提供了一种磷酸活化冷再生乳化沥青，包括沥青和上述技术方案所述冷再生乳化沥青用皂液，所述沥青和冷再生乳化沥青用皂液的质量比为(62～65):(35～40)。本发明提供了上述技术方案所述磷酸活化冷再生乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述冷再生乳化沥青用皂液与沥青混合，剪切后得到磷酸活化冷再生乳化沥青；所述冷再生乳化沥青用皂液的温度为55～60℃；所述沥青的温度为135～140℃。优选的，冷再生乳化沥青用皂液与沥青混合的方式包括：将所述沥青添加至冷再生乳化沥青用皂液中，所述沥青的添加速度为350～600g/min。优选的，所述剪切的速度为2800～2900rpm，剪切的时间为40～100s。本发明提供了一种冷再生乳化沥青用乳化剂，以质量百分含量计，包括木质素胺40～60％、哌嗪30～50％、羟丙基甲基纤维素5～10％和有机硅1～5％。本发明以上述组分为原料形成的乳化剂，能够与磷酸配合作用，提高冷再生乳化沥青对集料的裹覆效果，延长混合料的可工作时间。实施例的结果表明，利用本发明提供的冷再生乳化沥青用乳化剂制备的磷酸活化冷再生沥青的可工作时间达到3～4h。具体实施方式本发明提供了一种冷再生乳化沥青用乳化剂，以质量百分含量计，包括木质素胺40～60％、哌嗪30～50％、羟丙基甲基纤维素5～10％和有机硅1～5％。本发明所述冷再生乳化沥青用乳化剂中各组分均以质量百分含量计。在本发明中，所述冷再生乳化沥青用乳化剂包括木质素胺40～60％，优选为42～58％，更优选为45～55％；所述冷再生乳化沥青用乳化剂包括哌嗪30～50％，优选为32～48％，更优选为35～45％；所述冷再生乳化沥青用乳化剂包括羟丙基甲基纤维素5～10％，优选为6～9％，更优选为7～8％；所述有机硅优选为1～5％，更优选为2～4％，再优选为2.5～4％。在本发明中，所述冷再生乳化沥青用乳化剂优选还包括稳定剂，所述稳定剂优选包括氯化钙或氯化镁；所述稳定剂优选为0.08～0.1％，更优选为0.08～0.09％。本发明对所述稳定剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明对所述木质素胺、哌嗪、羟丙基纤维素、有机硅和稳定剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明对所述冷再生乳化沥青用乳化剂的制备方法没有特殊要求，优选将各组分混合后，搅拌均匀即可。本发明提供了一种冷再生乳化沥青用皂液，包括冷再生乳化沥青用乳化剂、磷酸和水；所述冷再生乳化沥青用乳化剂为上述技术方案所述冷再生乳化沥青用乳化剂。在本本发明中，所述冷再生乳化沥青用皂液的ph值优选为2～4，更优选为2.3～3.5，再优选为2.5～3.0。以质量份计，本发明所述冷再生乳化沥青用皂液中优选包括冷再生乳化沥青用乳化剂2～4份，更优选为2.1～2.8份，再优选为2.3～2.7份。本发明所述冷再生乳化沥青用皂液还包括磷酸，所述磷酸中h3po4的质量含量优选≥85％，更优选为86～90％。本发明对所述磷酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的工业磷酸即可。本发明对所述磷酸的用量没有特殊要求，能够得到上述技术方案所述ph值范围的冷再生乳化沥青用皂液即可。本发明用磷酸替代盐酸，可避免盐酸的强酸性对设备和工作人员的危害，提高磷酸活化冷再生乳化沥青运输、存放和使用的安全性；另外，磷酸为三元中强酸，氢离子按照如下方式进行电离：第一步：h3po4→h++h2po4-；第二步：h2po4-1→h++hpo42-；第三步：h1po4-2→h++po43-；而盐酸为一元强酸，电离式为：hcl→h++cl-；相对于盐酸而言，磷酸电离的速度较慢，且磷酸中含有三个h+，分步电离可以延缓h+与碱性石料oh-的反应速率，进而延长混合料的可工作时间，同时也相对减少了磷酸用量。以所述冷再生乳化沥青用乳化剂的质量份为基准，本发明所述冷再生乳化沥青用皂液优选还包括水33～36份，更优选为34～36份，再优选为34～35份。本发明对所述水没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的生活用水即可。本发明对所述冷再生乳化沥青用皂液的制备方法没有特殊要求，将各组分混合后，用磷酸调整ph值即可。本发明对所述混合的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明实施例中，所述冷再生乳化沥青用皂液优选在搅拌条件下混合，以得到分散均匀的冷再生乳化沥青用皂液。本发明还提供了一种磷酸活化冷再生乳化沥青，包括沥青和上述技术方案所述冷再生乳化沥青用皂液。在本发明中，所述沥青优选为70#基质沥青。本发明对所述沥青的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品。在本发明中，所述沥青和冷再生乳化沥青用皂液的质量比优选为(62～65):(35～40)，更优选为(62～65):(36～39)，再优选为(62～65):(37～38)。本发明还提供了上述技术方案所述磷酸活化冷再生乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述冷再生乳化沥青用皂液与沥青混合，剪切后得到磷酸活化冷再生乳化沥青；所述冷再生乳化沥青用乳化剂的温度为55～60℃；所述沥青的温度为135～140℃。本发明将上述技术方案所述冷再生乳化沥青用皂液与沥青混合，剪切后得到磷酸活化冷再生乳化沥青。在本发明中，所述冷再生乳化沥青用乳化剂的温度为55～60℃，优选为56～60℃，更优选为56～58℃；所述沥青的温度为135～140℃，更优选为136～139℃。在本发明中，所述冷再生乳化沥青用皂液与沥青的混合方式优选包括：将所述沥青添加至冷再生乳化沥青用皂液中，所述沥青的添加速度优选为350～600g/min，更优选为400～550g/min，更优选为420～530g/min。在本发明中，所述冷再生乳化沥青用皂液与沥青的混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的具体方式没有特殊要求，以能使冷再生乳化沥青用皂液和沥青均匀混合即可。混合后，本发明对混合后的物料进行剪切，得到磷酸活化冷再生乳化沥青。在本发明中，所述剪切优选为循环剪切，所述剪切的速率优选为2800～2900rpm，更优选为2820～2880rpm，再优选为2840～2860rpm；所述剪切的时间优选为40～100s，更优选为50～80s，再优选为55～70s。在本发明实施例中，所述剪切优选通过嘉兴米德德国原装进口实验室乳化沥青胶体磨实现。本发明优选在上述条件下进行剪切，能够促进沥青在冷再生乳化沥青用皂液中的分散，防止沥青集聚，影响活化效果，进而得到活化效果较好的磷酸活化冷再生沥青。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种冷再生乳化沥青用乳化剂和一种磷酸活化冷再生乳化沥青及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1冷再生乳化沥青用乳化剂按照木质素胺50％、哌嗪38％、羟丙基甲基纤维素10％和有机硅2％混合得到。取冷再生乳化沥青用乳化剂9g加入到218g水中，利用磷酸溶液调整ph＝2，制备得到228g冷再生乳化沥青用皂液；将冷再生乳化沥青用皂液温度调至55℃并倒入95℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、137℃的70#基质沥青，循环剪切70s后，制得磷酸活化冷再生乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。将192g新制道路修建用矿料(9.5～19mm)倒入拌合锅，加入12g水和28g磷酸活化冷再生用乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(rap)沥青料(0～8mm、8～15mm和15～25mm按照22：23：40的质量比混合)、24g水和28g磷酸活化冷再生用乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，取出乳化沥青混合料放置在40℃烘箱中，按照0h、1h、2h、3h、4h、5h时间点，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并检测计算空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标。对比例1取实施例1的冷再生乳化沥青用乳化剂9g加入到217.2g水中，利用盐酸调整ph＝2，制备得到228g皂液；将皂液温度调至55℃并倒入95℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、137℃的70#基质沥青，循环剪切1min后，制得冷再生用盐酸乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1。对实施例1和对比例1所得乳化沥青的性能、冷再生乳化沥青混合料的性能及可工作时间进行测试，测试结果见表1-1～1-3。表1-1实施例1与对比例1乳化沥青性能数据表1-2实施例1与对比例1冷再生乳化沥青混合料性能数据表1-3实施例1与对比例1冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据如表1-1至1-3所示，实施例1与对比例1中乳化沥青指标、冷再生混合料指标均满足规范要求，并且实施例1中各项指标均优于对比例1，实施例1的可工作时间长达4小时(满足空隙率≤14％且15℃劈裂强度≥0.5mpa)，而对比例1的可工作时间约为3小时，实施例1可有效延长工作时间、扩大施工运输半径。实施例2取实施例1的冷再生乳化沥青用乳化剂9g加入到218g水中，利用磷酸分别调整至ph＝3、ph＝4、ph＝5，制备得到三组228g冷再生乳化沥青用皂液；将冷再生乳化沥青用皂液温度调至55℃并倒入100℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、140℃的70#基质沥青，循环剪切60s后，制得冷再生用磷酸乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1。对实施例2所得三组乳化沥青的性能、冷再生乳化沥青混合料的性能及可工作时间进行测试，测试结果见表2-1～2-3。表2-1实施例2三组乳化沥青性能数据表2-2实施例2三组冷再生乳化沥青混合料性能数据表2-3实施例2三组冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据如表2-1至2-3所示，实施例2中不同ph值下的乳化沥青指标及冷再生混合料均满足规范要求，但当ph＝3和4时，可工作时间均为3小时，ph＝5时，可工作时间仅为1小时(满足空隙率≤14％且15℃劈裂强度≥0.5mpa)，即酸值ph＝4为可工作时间长短的分界点，下面通过对比例2盐酸调节酸值ph＝4的各项指标与实施例2磷酸调节酸值ph＝4的各项指标进行对比。对比例2取实施例1冷再生用乳化剂9g加入到218g水中，利用盐酸调整ph＝4，制备得到228g冷再生乳化沥青用皂液；将冷再生乳化沥青用皂液温度调至55℃并倒入100℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、140℃的70#基质沥青，循环剪切60s后，制得冷再生用盐酸乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1。测试对比例2的乳化沥青性能、冷再生乳化沥青混合料的性能和冷再生乳化沥青混合料的可工作时间，测试结果见表2-4～2-6。表2-4实施例2(ph＝4)与对比例2乳化沥青性能数据表2-5实施例2(ph＝4)与对比例2冷再生乳化沥青混合料性能数据表2-6实施例2(ph＝4)与对比例2冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据如表2-4至2-6所示，对比例2乳化沥青及冷再生混合料指标仅能满足用于基层、底基层的规范要求，并且可工作时间不足2小时，而实施例2中ph＝4乳化沥青及冷再生混合料指标能够满足用于下面层的规范要求，可工作时间达到3小时，有效的延长了工作时间、扩大了施工运输半径。实施例3冷再生乳化沥青用乳化剂按照木质素胺55％、哌嗪35％、羟丙基甲基纤维素7.5％和有机硅2.5％混合得到。取冷再生乳化沥青用乳化剂9g加入到218g水中，利用磷酸调整ph＝4，制备得到228g冷再生乳化沥青用皂液。与沥青混合时，乳化皂液的温度为55℃，其余同实施例1。实施例4冷再生乳化沥青用乳化剂按照木质素胺50％、哌嗪41％、羟丙基甲基纤维素6％、有机硅3％和氯化镁0.08％混合得到。取冷再生乳化沥青用乳化剂9g加入到218g水中，利用磷酸调整ph＝4，制备得到228g冷再生乳化沥青用皂液。与沥青混合时，乳化皂液的温度为55℃，其余同实施例1。表3-1实施例3与实施例4乳化沥青性能数据表3-2实施例3与实施例4冷再生乳化沥青混合料性能数据表3-3实施例3与实施例4冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据如表3-1至3-3所示，按照实施例1的方法测试实施例3和4冷再生乳化沥青、冷再生乳化沥青混合料指标、冷再生乳化沥青混合料可工作时间，均能满足用于下面层的规范要求，其中实施例3可工作时间为3h，实施例4可工作时间为4h，相对于实施例1、2、3中的乳化剂配方制备的乳化沥青及混合料，优选的实施例4乳化剂配方制备乳化沥青时掺量更少，乳化沥青及混合料效果更好。对比例3取苏博特ea503(简称为sbt)乳化剂15g加入到210g水中，利用磷酸调整ph＝2，制备得到228g皂液；将皂液温度调至55℃并倒入100℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、140℃的70#基质沥青，循环剪切60s后，制得乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标，测试结果见表4-1。将192g新沥青料(9.5～19mm)倒入拌合锅，加入12g水和28g酸活化冷再生用乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(rap)沥青料(0～8mm、8～15mm和15～25mm按照22：23：40的质量比混合)、24g水和28g酸活化冷再生用乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，取出乳化沥青混合料放置在40℃烘箱中，按照0h、1h、2h、3h、4h、5h时间点，依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并检测计算空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标，测试结果见表4-2。对比例4取sbt乳化剂15g加入到207g水中，利用盐酸调整ph＝2，制备得到228g皂液；将皂液温度调至55℃并倒入100℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、140℃的70#基质沥青，循环剪切60s后，制得乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1，测试结果见表4-1和4-2。将对比例3和对比例4所得乳化沥青的可工作时间进行测试，测试结果见表4-3。表4-1对比例3与对比例4所得乳化沥青性能数据由表4-1可知，对比例3磷酸活化冷再生乳化沥青的各项指标满足规范要求，且15℃延度、储存稳定性相对于对比例4而言，有了显著提升。表4-2对比例3与对比例4所得乳化沥青混合料性能数据由表4-2的测试结果可知，对比例3混合料相对于对比例4而言，产品的稳定性和强度性能等各项指标均有明显提升。表4-3对比例3与对比例4冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据由表4-3试验结果可知，对比例3的可工作时间为3h，而对比例4的可工作时间为2h，磷酸活化能有效的延长冷再生混合料的可工作时间。对比例5取圣泉l5(简称sq)乳化剂12g加入到214.8g水中，利用磷酸调整ph＝2，制备得到228g皂液；将皂液温度调至55℃并倒入90℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、135℃的70#基质沥青，循环剪切65s后，制得磷酸活化冷再生乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1。对比例6取sq乳化剂12g加入到213.6g水中，利用盐酸调整ph＝2，制备得到228g皂液；将皂液温度调至55℃并倒入90℃热水过磨后的乳化实验机中，然后缓慢均匀加入372g、135℃的70#基质沥青，循环剪切65s后，制得盐酸冷再生乳化沥青。依据《公路沥青路面再生技术规范》(jtgf41-2008)检测乳化沥青相关指标。混合料试验方法同实施例1。测试对比例5和对比例6所得冷再生乳化沥青的性能及混合料的性能及可工作时间，测试结果见表5-1～5-3。表5-1对比例5与对比例6乳化沥青性能数据表5-2对比例5与对比例6冷再生乳化沥青混合料性能数据表5-3对比例5与对比例6冷再生乳化沥青混合料可工作时间试验数据如表5-1至5-3所示，对比例5乳化沥青及冷再生混合料各项指标满足用于下面层的规范要求，而对比例6仅能满足用于基层、底基层的技术标准，并且对比例5的可工作时间长达3h，而对比例6为2h，磷酸活化能提高冷再生混合料的应用层位，还能延长可工作时间，增大施工运输半径。由实施例1～4以及对比例1～6的测试结果可知，本发明提供的冷再生乳化沥青用乳化剂可以与磷酸配合形成冷再生乳化沥青用皂液，将该冷再生乳化沥青用皂液用于沥青乳化，能够使乳化沥青和冷再生混合料的性能均能达到下面层的规范要求，扩大了冷再生混合料的应用范围，并且各项指标优于盐酸乳化沥青，且能够延长沥青混合料的可工作时间，增大施工运输半径。对比例1测试了本发明提供的乳化剂在盐酸作用下对沥青的改性性能，对比例4和6分别测试现有技术乳化剂在盐酸作用下对沥青的改性性能，测试结果列于表6，表6对比例1、4和6测试条件及测试结果编号乳化剂皂液中乳化剂含量/gph酸可工作时间/h对比例1本发明92hcl3对比例4sbt152hcl2对比例6sq122hcl2由表6数据可知，在相同测试条件下，利用本发明提供的乳化剂得到的冷再生乳化沥青混合料的可工作时间较长，说明本发明提供的乳化剂相对于现有的乳化剂具有更好的乳化性能；而且本发明乳化剂用量较少，有助于减少乳化沥青混合料的整体成本。由此可知，相对于传统的sbt和sq乳化剂而言，本发明提供的木质素胺型乳化剂更具有优势。实施例1和对比例1、对比例3和4、对比例5和6分别在相同乳化剂、相同ph值条件下，测试了混合料的可工作时间，由三组实验结果可知，在其他条件相同时，磷酸相对于盐酸而言，更能改善冷再生乳化沥青用乳化剂的乳化性能，处理后的混合料可工作时间也更长。综合上述对比结果可知，本发明提供的木质素胺型乳化剂和磷酸均能提高混合料的强度和可工作时间，二者配合使用时，混合料的强度超过了1mpa，可工作时间可达到4h，说明木质素胺型乳化剂和磷酸之间产生的协同作用能进一步提高冷再生混合料的工作性能和应用层面，扩大了冷再生混合料的施工运输半径，同时磷酸替代盐酸制备乳化沥青时，避免了使用盐酸时带来的设备、人员以及运输等的安全隐患。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。当前第1页12