一种冷拌冷铺阴离子乳化沥青及其制备方法、应用与流程

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种冷拌冷铺阴离子乳化沥青及其制备方法、应用。

背景技术：

冷拌冷铺沥青路面技术相对于热拌热铺沥青路面以及温拌温铺沥青路面是一项最为节能环保的技术，基于冷拌冷铺沥青材料本身的特性，其可在常温下生产、施工，相对于传统的沥青混合料，减少了集料及沥青加热过程中的能耗，从而实现道路建设中的低能耗、排放小、污染轻。

但是目前常见的各类乳化沥青存在很多缺点，如储存时不稳定，导致乳化沥青产生提前破乳、分层等现象，从而不能发挥乳化沥青特有的性质；或者由于与矿料之间的粘结不足，致使沥青过早从矿料上剥落，因而达不到使用年限。因此相对于现有热拌沥青路面技术还有一定的差距，无法适应我国的交通水平，导致目前传统冷拌沥青路面技术只可应用在低等级道路上，因此研究高性能的冷拌冷铺沥青材料迫在眉睫。针对目前的道路建设需要，开发一种新型冷拌冷铺改性乳化沥青，对改性乳化沥青混合料的改性乳化沥青材料和添加剂的技术要求、制备工艺、混合料配合比设计、性能评价、生产与施工工艺等进行研究，为新型冷拌冷铺沥青混合料在我国的应用提供理论支持和技术保障，以实现新型冷拌冷铺改性乳化沥青混合料的节能减排、延长施工季节、降低成本、施工便捷的目标，全面实现道路施工的常温化，引领行业重大技术变革，促进行业技术进步。专利201711183293.1公开了一种冷拌冷铺沥青混凝土及其制备方法，所述冷拌冷铺沥青混凝土包括乳化沥青25～35wt％和集料65～75wt％；所述乳化沥青包括以下重量份数的原料：sbs改性沥青50～60份、水35～40份、乳化剂1.2～4.3份、反应型树脂5～10份、固化剂0.005～0.1份。所述制备方法，包括如下步骤：(1)将乳化剂加入55～65℃的水中分散均匀，调节ph值至1.5～3.0备用；(2)将sbs改性沥青加入到乳化剂水溶液中，经过胶体磨研磨；(3)将反应型树脂加入到步骤(2)中的混合料中，经过胶体磨研磨；(4)将步骤(3)中的混合料以6000～7000r/min的速度剪切30～60分钟；(5)将集料和固化剂加入到步骤(4)中的混合料中，混合均匀。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种冷拌冷铺阴离子乳化沥青及其制备方法、应用。

本发明提供了如下的技术方案：

一种冷拌冷铺阴离子乳化沥青，包括基质沥青，原料包括矿料、水泥、外掺水和改性乳化沥青，其中乳化沥青混合料的最佳油石比为4-5％，外掺水用量为矿料和水泥质量的1-2.5％，所述水泥的用量为矿料和水泥总质量的1-2％，

其中，制备所述改性乳化沥青的原料包括乳化沥青和改性剂水性环氧树脂，所述改性剂水性环氧树脂的用量为乳化沥青质量的10-15％，

制备所述改性剂水性环氧树脂的原料包括质量比为1：1-1：1.5的水性环氧树脂和固化剂；

制备所述乳化沥青的原料包括乳化剂、水、稳定剂溶液和基质沥青，乳化剂的用量占所要制备乳化沥青的1.2-4.0％，稳定剂溶液的用量为皂液质量的0.1-0.2％，所述乳化沥青的油水比(基质沥青与乳化剂溶液的比值)为60-70:40-30。

在上述方案中优选的是，所述的冷拌冷铺的阴离子乳化沥青，原料包括矿料、水泥、外掺水和改性乳化沥青，其中所述乳化沥青混合料的最佳油石比为4.4％，外掺水用量为矿料和水泥质量的1.5％，所述水泥的用量为矿料质量的1.5％，

其中，制备所述改性乳化沥青的原料包括乳化沥青和改性剂水性环氧树脂，所述改性剂水性环氧树脂的用量为乳化沥青质量的12％，

制备所述改性剂水性环氧树脂的原料包括质量比为1：1的水性环氧树脂和固化剂；

制备所述乳化沥青的原料包括乳化剂、水、稳定剂溶液和基质沥青，乳化剂的用量占所要制备乳化沥青的3.5％，稳定剂溶液的用量为皂液质量的0.1％，所述乳化沥青的油水比为62:38。

在上述任一方案中优选的是，所述皂液为乳化剂和水混合后混得。

在上述任一方案中优选的是，所述矿料包括集料和矿粉，所述混合料为悬浮密实型。

在上述任一方案中优选的是，矿料混合料优选ac-16型级配，级配情况如下表1。

表1沥青混合料配合比设计

在上述任一方案中优选的是，所述乳化剂为a3t1阴离子慢裂型乳化剂。

在上述任一方案中优选的是，所述稳定剂溶液中稳定剂与水的质量比为1:280-320、优选为1:300。

稳定剂常温状态下是粒状白色固体颗粒，用水稀释后可以充分溶解，以均匀的在皂液中分布，更好的发挥其作用。

本发明还提供所述冷拌冷铺阴离子乳化沥青的制备方法，包括以下各步骤：

步骤一：将乳化剂、水按比例配制，充分搅拌均匀，调节ph至11～13，并加入稳定剂溶液，得皂液；

步骤二：将配好的皂液加热至60-80℃，同时开动剪切仪进行剪切，剪切仪的转速控制为1800-2050r/min，剪切时间为10～15min；

步骤三：将基质沥青缓缓加入到皂液中，保持温度控制在60℃～80℃，剪切30～40min，剪切仪的转速调整为3950-4500r/min，在缓缓倒入基质沥青时不断搅拌，基质沥青加入时的温度为120-140℃。

步骤四：将制备好的乳化沥青冷却至室温后，加入改性剂水性环氧树脂，得水性环氧树脂改性乳化沥青；

步骤五：将集料、水泥、水加入到拌合锅中拌合25-40s，然后加入水性环氧树脂改性乳化沥青拌合30-50s，最后加入矿粉拌合30-50s，得水性环氧树脂改性乳化沥青混合料；

步骤六：对水性环氧树脂改性乳化沥青混合料进行第一次击实，时间为120-140min，第二次击实时间控制在第一次击实时间后的22-26h，第一次和第二次击实之间的养生方式采用的是常温下养生。

在上述方案中优选的是，步骤一中，加入氢氧化钠溶液调ph值至11～13。

在上述方案中优选的是，步骤二中，将配好的乳液加热至60℃，剪切仪的转速控制为2000r/min，剪切时间为10～15min。

剪切仪的转速控制为2000r/min，如果剪切速率过大，由于转定子和物料间高速摩擦，故易产生较大的热量，热量会使乳液的温度升高，影响其改性效果。

在上述任一方案中优选的是，步骤三中，保持温度控制在60℃～80℃，剪切30～40min，剪切仪的转速调整为4000r/min，在缓缓倒入基质沥青时不断搅拌，基质沥青加入时的温度为135℃。

适用于道路用乳化沥青的石油沥青含蜡量不宜过高，否则生产出的乳化沥青稳定性差。将高温液体加入到低温液体中，此时由于剪切仪已经开动，液体开始流动，很快将沥青温度降低并开始乳化。剪切仪的转速调整为4000r/min，若剪切速度过低，乳液的流动循环较慢，由于沥青与乳液黏度相差较大，转速较低，两者很难混到一起并形成稳定体系。通过提高转速，经过高速旋转剪切作用，可以将沥青分散为微小颗粒，均匀的分布于乳液中，最终达到整个系统的平衡。仔细观察乳液状态，待乳液变为褐色及稳定后即表示乳化完成。

在上述任一方案中优选的是，步骤五：将集料、水泥、水加入到拌合锅中拌合30s，然后加入水性环氧树脂改性乳化沥青拌合45s，最后加入矿粉拌合45s，得水性环氧树脂改性乳化沥青混合料。

在上述任一方案中优选的是，步骤一中，所用乳化剂为a3t1阴离子慢裂型乳化剂，其掺量为3.5％，所用稳定剂掺量为0.1％。

在上述任一方案中优选的是，步骤二中，将配好的乳液加热至60℃，剪切仪的转速控制为2000r/min，剪切时间为10～15min。

在上述任一方案中优选的是，步骤三中，确定出的油水比(基质沥青与乳化剂溶液的比值)为62:38。

在上述任一方案中优选的是，步骤三中，剪切仪的转速调整为4000r/min，在缓缓倒入沥青时并不断搅拌。

在上述任一方案中优选的是，步骤四中，水性环氧树脂掺量为乳化沥青用量的12％，其中树脂和固化剂两者的掺配比例为1:1。

在上述任一方案中优选的是，步骤五中，混合料选用的是ac-16型级配，最佳油石比为4.4％，外掺水用量为1.5％。

在上述任一方案中优选的是，步骤五中，沥青混合料的最佳加料顺序为先将集料、水泥、水加入到拌合锅中，拌合30s，然后加入乳化沥青，拌合45s，最后加入矿粉，拌合45s。

混合料选用的是悬浮密实型混合料，悬浮密实型混合料的代表是ac型混合料，由于其较好的经济型以及良好的施工操作性故发展时间最长，应用最广。并根据冷拌冷铺水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的特点，确定出了工程设计级配范围。通过对不同外掺水用量下的水性环氧树脂冷拌乳化沥青混合料试拌，当用水量为1.5％时，混合料无浆体析出和气泡产生，集料与沥青裹覆性好，粗集料表面的细集料裹覆均匀。步骤五中，不同材料的加入顺序将会出现不同的拌合状态，集料必须经过润湿才能使其更好的与沥青黏结在一起，形成较厚的沥青膜，通过多次试拌确定最佳加料顺序为先将集料、水泥、水加入到拌合锅中，拌合30s，然后加入乳化沥青，拌合45s，最后加入矿粉，拌合45s。

在上述任一方案中优选的是，步骤六中，对水性环氧树脂改性乳化沥青混合料进行第一次击实，时间为130min，第二次击实时间控制在第一次击实时间后的24h，第一次和第二次击实之间的养生方式采用的是常温下养生。

本发明的冷拌冷铺沥青混合料是在常温下进行生产和施工，无需加热，与热拌沥青混合料相比具有节约能源、减少污染的优点。同时，与其他普通乳化沥青混合料性能相比，克服了目前常见的各类乳化沥青混合料存在的如早期强度低、储存稳定性差、与矿料之间的黏附性弱等很多缺点，并且其高温、低温以及水稳定性能均满足规范要求且远远优于普通乳化沥青混合料。

附图说明

图1是本发明一种冷拌冷铺的阴离子乳化沥青及其制备方法、应用的一优选实施例中表5中制备的1号沥青混合料试拌效果照片；

图2是图1所示实施例中表5中制备的2号沥青混合料试拌效果照片；

图3是图1所示实施例中表5中制备的3号沥青混合料试拌效果照片；

图4是图1所示实施例中表5中制备的4号沥青混合料试拌效果照片；

图5是图1所示实施例中表5中制备的5号沥青混合料试拌效果照片；

图6是图1所示实施例中表5中制备的6号沥青混合料试拌效果照片；

图7是图1所示实施例中表5中制备的7号沥青混合料试拌效果照片；

图8是图1所示实施例中表5中制备的8号沥青混合料试拌效果照片；

图9是图1所示实施例中表5中制备的9号沥青混合料试拌效果照片；

图10是图1所示实施例中表5中制备的10号沥青混合料试拌效果照片。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

所述水泥优选为普通32.5#硅酸盐水泥。

实施例1：

所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

一种关于冷拌冷铺阴离子乳化沥青及制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将乳化剂、水按一定比例配制，充分搅拌均匀，调节ph至11～13，并加入适量稳定剂，所用乳化剂为a3t1阴离子慢裂型乳化剂，其掺量为3.5％，所用稳定剂掺量为0.1％；

步骤二：将配好的乳液加热至60℃，同时开动剪切仪进行剪切，剪切仪的转速控制为2000r/min，剪切时间为10～15min；

步骤三：将基质沥青缓缓加入到乳液中，保持温度控制在60℃～80℃，剪切30～40min；剪切仪的转速调整为4000r/min，在缓缓倒入沥青时并不断搅拌，察乳液状态，待乳液变为褐色及稳定后即表示乳化完成，冷却至室温，确定出的油水比(基质沥青与乳化剂溶液的比值)为62:38；

步骤四：将制备好的乳化沥青冷却至室温后，加入调配好的改性剂水性环氧树脂，水性环氧树脂掺量为乳化沥青用量的12％，其中树脂和固化剂两者的掺配比例为1:1；

步骤五：进行水性环氧树脂改性乳化沥青混合料设计，确定改性乳化沥青用量、拌合条件、外加掺水量，混合料选用的是ac-16型级配，最佳油石比为4.4％，外掺水用量为1.5％，沥青混合料的最佳加料顺序为先将集料、水泥、水加入到拌合锅中，拌合30s，然后加入乳化沥青，拌合45s，最后加入矿粉，拌合45s。

步骤六：对水性环氧树脂改性乳化沥青混合料进行路用性能的验证。

本发明制备改性乳化沥青所用原材料为70#基质沥青(见表2)、稳定剂、水和氢氧化钠溶液，并且为了更好的对比出本发明的优异性，本实例将选取3种不同种类乳化剂和1种水性环氧树脂与固化剂进行综合比选，并对其进行了性能测试，见表3～表4。

表2沥青性能指标检测结果

表3乳化剂性能

表4水性环氧树脂与固化剂性能

采用这3种不同乳化剂，设计不同乳化剂掺量、油水比、ph值下的10种不同乳化沥青，乳化沥青的制备方法如上所述，

按jtgf40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求对其蒸发残留物进行了性能测试，见表5。

表5不同乳化沥青的性能

从表5可知：

(1)利用jqt1乳化剂所制备的乳化沥青，其延度指标不符合《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)的技术要求。

(2)其余制备的9种乳化沥青的各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)的技术要求。但这9种乳化沥青与水性环氧树脂和固化剂之间存在着一定的配伍性，是否能适用于冷拌冷铺沥青混合料中，还需要通过试拌沥青混合料进一步优选。

按设计出的冷拌冷铺沥青混合料的级配和最佳油石比，外掺水用量控制在1.0％～2.5％之间，配制1.5公斤左右的混合料，通过试拌法筛选与优化乳化沥青类型及最佳外掺水用量。对上述制备的9种乳化沥青类型在不同外掺水用量条件下进行试拌，试拌效果见图1～10。

如图所示，以沥青混合料的拌和状态(混合料的和易性和干湿状态良好、无浆体析出和气泡产生、无花白料的出现、集料与沥青裹附性好、粗集料表面裹附均匀的细集料等)为控制目标，与其他组相比，可以明显看出第10组试拌的混合料无浆体析出和气泡产生，集料与沥青裹附性好，粗集料表面裹附均匀的细集料，说明此组合下的乳化沥青类型和外掺水的用量比较合适。这是由于采用的乳化剂类型为阴离子，可减缓乳化沥青的破乳速度，并且该乳化剂类型与水性环氧树脂之间的配伍性好。因此，为了保证乳化沥青与水性环氧树脂之间的配伍性，达到最佳的乳化沥青混合料拌合状态，最终确定为乳化剂类型为a3t1型阴离子乳化剂，掺水量优选为1.5％。

将水性环氧树脂与固化剂分别按照1:1与1:1.25两种不同比例混合搅拌，并将其按乳化沥青12％的掺量加入乳化沥青中。按照上述沥青混合料最佳加料顺序和拌合时间及方式配制沥青混合料，测试其养生24h、48h、72h、96h的失水率和马歇尔强度，具体试验结果见表6。

表6沥青混合料在不同养生时间下的失水率和马歇尔强度

可以发现对于水性环氧树脂乳液与固化剂比例为1：1时，随养护时间的增加，如从24h增加到96h时，混合料的失水率和马歇尔稳定度的增长幅度分别提高到40％和30％左右，当养生时间为48h时，马歇尔稳定度已经达到7.13kn，可开放交通。因此，在其他条件不变的情况下，可确定出树脂与固化剂的优选比例推荐为1：1。

为了检验其综合路用性能，按照规范要求，按照优选工艺及配方对所配冷拌冷铺水性环氧树脂改性阴离子乳化沥青混合料进行了高温稳定性、低温稳定性及水稳定性检验，并采用与冷拌冷铺沥青混合料相同的70#沥青、乳化剂、集料制备普通乳化沥青混合料作为对比，其结果见表7。

表7沥青混合料路用性能

由表中数据可见，普通乳化沥青混合料的性能除高温性能满足规范要求外，其余的性能均不满足规范要求，而基于冷拌冷铺的水性环氧树脂改性阴离子乳化沥青混合料其动稳定度、残留稳定度、最大弯拉应变均符合《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)及工程相应的技术要求，尤其是其的高温稳定性能是规范要求值的5倍左右，说明所设计的沥青混合料路用性能优异，可以在实际工程中应用。