专利名称：一种煤沥青混合料及其制备方法
技术领域：
本发明属于道路工程技术领域，尤其是涉及适用于道路工程建设的ー种可低温施エ、节能的煤浙青混合料。本发明还涉及上述煤浙青混合料的制备方法。
背景技术：
随着我国交通量及荷载的日益加重，对道路等级及浙青路面使用质量的要求越来越高。与此同时随着国际原油价格的不断攀升，石油及相关产品供需矛盾日益突出，而我国又是煤炭资源大国，利用煤炭资源代替相关石油产品将是我国未来发展主要趋势。我国目前煤浙青的产量已达200万吨，占煤焦油总量的50%以上。而且煤浙青资源价格低廉，还没有较好的高附加值利用。 目前，绝大多数浙青路面是通过热拌浙青混合料来实现的，其拌合和施工温度很高，一般来说基质浙青需要加热至160°C，如果采用改性浙青，拌合温度还要提高20°C以上。从另外的角度来看，浙青在高温及有氧的情况下，老化不可避免；浙青和集料加热到160-180°C的高温，必然消耗大量的能源燃料。煤浙青是ー种含有多环芳烃的复杂组分化合物，其中所含的多环芳烃(如蒽、菲、芘、苯并芘)等有毒物质在热拌浙青混合料施工过程中排放，易于造成环境污染和人员健康的影响，特别是其中的浙青和浙青烟中所含的3，4苯并芘又是引起皮肤癌、肺癌和食道癌的主要原因之一。由于热拌浙青混合料的拌合温度高，在拌合及摊铺时并不适合于含有煤浙青的加エ。而且，浙青混合料的性能对于道路工程的耐久型及其长期性能有重要影响。综上所述，如何既能利用价格低廉的煤浙青资源，又能满足浙青混合料的制备加工エ艺，并保证道路的长期使用性能，是目前科研机构集中研究的ー个方向。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种可低温施工、节能的煤浙青混合料。本发明的又一目的在于提供一种制备上述煤浙青混合料的方法。为实现上述目的，本发明提供的煤浙青混合料，包括道路煤浙青与矿料，道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97;其中，道路煤浙青的组成按质量比为煤浙青10-80%;石油浙青15-76%;烷基酸或者烷基酸盐3-8% ;低分子量聚こ烯2-6%。所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的石油浙青为满足《公路浙青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级浙青。所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的煤浙青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的煤浙青，软化点75-120°C，甲苯不溶物含量小于15%。所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的煤浙青为粉碎后过筛的煤浙青粉末，为60-200目。所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的烷基酸或者烷基酸盐的结构式为 CxHyOzMn, x = 12-20，y = 30-80，z = 2-10, n = 1-2, M 为钠、镁、钙、锌或钡。所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的低分子量聚こ烯是指分子量为1000-4000的聚こ烯。本发明提供的制备上述煤浙青混合料的方法，主要步骤为I)先将质量比为10-80%煤浙青加热至软化流动，再加入质量比为15-76%的石油浙青，在100-120°C下,加入质量比为3-8%的烧基酸或者烧基酸盐,质量比为2-6%低分子量聚こ烯，用高速剪切机在剪切速率为2000-3000r/min，剪切20-30分钟下剪切得到道
路煤浙青；2)将道路煤浙青加热至120_130°C，矿料加热至140_145°C，道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97搅拌均匀后得到煤浙青混合料。所述的制备方法，其中，烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn，x = 12-20，y=30-80，z = 2-10，n = 1-2, M 为钠、镁、钙、锌或钡。所述的制备方法，其中，低分子量聚こ烯是指分子量为1000-4000的聚こ烯。所述的制备方法，其中，道路煤浙青与矿料的拌合时间为20-90秒。本发明通过煤浙青、石油浙青、烷基酸盐和低分子聚こ烯共混调配制备得到道路煤浙青，再将道路煤浙青与矿料混合制备成煤浙青混合料。与现有技术相比，本发明的煤浙青混合料不但提高了道路煤浙青的高温性能及对石料粘附性，而且有效的降低施工温度，减少浙青烟的排放，并获得了储存稳定的浙青制品，适合道路低温施工工程的开展。
图I是70#基质浙青粘温曲线；图2是实施例3粘温曲线；图3是实施例7粘温曲线。
具体实施例方式本发明的目的是改善煤浙青和石油浙青混合时的不相客，稳定性差及热拌过程中浙青烟及其有毒组分的释放，提供ー种低温施工，降低混合料摊铺过程中浙青烟释放的煤浙青混合料及其备方法。本发明的技术方案是提供ー种道路煤浙青，并将本发明的道路煤浙青与矿料混合制备成煤浙青混合料。具体地说，本发明的煤浙青混合料是由道路煤浙青与矿料组成，其中道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97 ;道路煤浙青的组成按质量比为煤浙青10-80%，石油浙青15-76 %，烷基酸或者烷基酸盐3-8 %，以及低分子量聚こ烯2-6 %。本发明的道路煤浙青的制备方法，其具体实施步骤如下先将质量份数为10-80%煤浙青加热至软化流动，再加入质量份数为15-76%的石油浙青，在100-120°C下，加入3-8 %的烷基酸或者烷基酸盐，2-6 %低分子量聚乙烯,用高速剪切机在剪切速率为2000-3000r/min，剪切20-30分钟下剪切得到道路煤浙青。以下实施例为本发明制备道路煤浙青的具体实施例。实施例I将质量比77%的70#基质石油浙青加热至150°C，加入质量比15%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入3%的烷基酸镁，5%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切20min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例2 将质量比82%的70#基质石油浙青加热至130°C，加入质量比10%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入4%的烷基酸锌，4%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例3将质量比75%的70#基质石油浙青加热至130°C，加入质量比15%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入6 %的烷基酸钠，4%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切25min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例4将质量比75%的70#基质石油浙青加热至130°C，加入质量比15%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入8 %的烷基酸钠，2%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例5将质量比75%的70#基质石油浙青加热至150°C，加入质量比15%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入5%的烷基酸镁，5%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例6将质量比70%的70#基质石油浙青加热至130°C，加入质量比20%的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入2%的烷基酸钠，3%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。实施例I将质量比70%的70#基质石油浙青加热至150°C，加入质量比20 %的破碎过筛后煤浙青粉末，搅拌待煤浙青溶于石油浙青，加入4%的烷基酸钠，6%低分子量聚こ烯，以4000r/min的速度剪切20min，溶解均匀即制得道路煤浙青产品。性能测试试验方法按照交通部行业标准《公路工程浙青及浙青混合料试验规程(JTGE20-2011)》，分别对原石油浙青、以及上述实施例1-7制备得到的产品1-7进行软化点、25°C针入度和135°C布氏粘度的测试。测试结果见表I。从表I可以看出，改性浙青的软化点较基质浙青有所升高，同时针入度略有降低，说明浙青的高温性能得到提高。同时135°C布氏粘度较基质浙青有较明显降低，说明施工时能够有效降低拌合温度，利于施工。煤浙青混合料的制备
I)将实施例1-7中任何ー种道路煤浙青加热至125°C，矿料加热至135°C。需要说明的是，本发明的重点是提供道路煤浙青，在制备煤浙青混合料中所采用的矿料为满足交通行业相应标准的砂石材料，矿料级配也按道路等级的公知技术进行。2)将加热的道路煤浙青投入拌和机中开始拌合，当浙青喷洒完成后添加粉状的矿料，道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97，最终拌合成浙青混合料。按照《公路工程浙青及浙青混合料试验规程(JTG E20-2011)))对实施例3、7及70号基质石油浙青浙青的混合料采用AC-20级配进行常规马歇尔性能、水稳定性能、高温稳定性能对比测试。其中，高温稳定性通过车辙动稳定度指标来体现。从表2、表3、表4的测试结果可以看出，本发明的煤浙青混合料的马歇尔稳定度值较70号石油浙青有所提高；道路煤浙青混合料的水稳定性能得到改善，其中实施例3煤浙青混合料残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比相比70号石油浙青提高2. 8%和14%;实施例3和实施例7的煤浙青混合料动稳定度相比70号石油浙青分别提高了 41. 7%和80. 7% ;说明道路煤浙青高温稳定性能大幅提高，抗车辙能力显著增強。采用本发明的道路煤浙青混合料在较低温度下成型的浙青混合料高温稳定性、水稳定性显著优于同条件下热拌基质浙青混合料，说明采用本发明可以降低道路煤浙青的拌合温度，而不会消弱混合料的性能指标，具有良好的“温拌”效果。粘温曲线及经济效果分析通过粘温曲线(图I、图2、图3)和表5中温度-粘度数据对比，实施例3和实施例7的拌合温度降低10°C左右，但粘温曲线的数据反映的是70号基质石油浙青的推荐拌合及压实温度。混合道路煤浙青的推荐拌合温度根据粘温曲线及实践经验确定，经试验确定实施例3和实施例7的拌合温度约降低20-30°C。总之，采用降低拌合温度的温拌煤浙青混合料各项性能指标不低于热拌石油浙青混合料，在高温稳定性方面还得到了较显著改善；由于降低了施工温度，施工难度降低，施エ质量更容易保证。研究表明，采用此技术可明显降低热浙青的燃油消耗，根据实际工程测量(表6)，煤浙青混合料拌和温度从150°C降低到120°C，加热用燃油消耗可从6. 4kg/t降低到5. 3kg/t，实际降耗17%。表I :各实施例浙青的性能
权利要求
1.一种煤浙青混合料，包括道路煤浙青与矿料，道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97;其中，道路煤浙青的组成按质量比为 煤浙青10-80% ； 石油浙青15-76% ； 烷基酸或者烷基酸盐3-8% ； 低分子量聚こ烯2_6 %。
2.根据权利要求I所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的石油浙青为满足《公路浙青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级浙青。
3.根据权利要求I所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的煤浙青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的煤浙青，软化点75-120°C，甲苯不溶物含量小于15%。
4.根据权利要求I或3所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的煤浙青为粉碎后过筛的煤浙青粉末，为60-200目。
5.根据权利要求I所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的烷基酸或者烷基酸盐的结构式为 CxHyOzMn，X = 12-20，y = 30-80，z = 2-10, η = 1-2，M 为钠、镁、钙、锌或钡。
6.根据权利要求I所述的煤浙青混合料，其中，所述道路煤浙青中的低分子量聚こ烯是指分子量为1000-4000的聚こ烯。
7.制备权利要求I所述煤浙青混合料的方法，主要步骤为 1)先将质量比为10-80%煤浙青加热至软化流动，再加入质量比为15-76%的石油浙青,在100-120°C下,加入质量比为3-8%的烧基酸或者烧基酸盐,质量比为2-6%低分子量聚こ烯，用高速剪切机在剪切速率为2000-3000r/min，剪切20-30分钟下剪切得到道路煤浙青； 2)将道路煤浙青加热至120-130°C，矿料加热至140-145°C，道路煤浙青与矿料的重量比为6-3 94-97搅拌均匀后得到煤浙青混合料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn,X = 12-20，y = 30-80，z = 2-10, η = 1-2, M 为钠、镁、钙、锌或钡。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，低分子量聚こ烯是指分子量为1000-4000的聚こ烯。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其中，道路煤浙青与矿料的拌合时间为20-90秒。
全文摘要
一种煤沥青混合料，包括道路煤沥青与矿料，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97；其中，道路煤沥青的组成按质量比为煤沥青10-80％，石油沥青15-76％，烷基酸或者烷基酸盐3-8％，低分子量聚乙烯2-6％。本发明还公开了上述煤沥青混合料的制备方法。本发明的煤沥青混合料在拌合、施工时温度比热拌沥青混合料降低20-30℃；可以明显减少沥青烟气的排放，达到了抑制煤沥青毒性效果；减少了沥青的热氧老化，达到了节能减排的目的。所得到的煤沥青混合料更容易压实，铺筑的路面密实度、水稳定性、高温性能、低温性能等指标不低于相同级配的热拌沥青混合料。
文档编号C08L95/00GK102649632SQ20121011061
公开日2012年8月29日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者何敏, 唐国奇, 张海燕, 曹东伟, 杨志峰, 范勇军 申请人:交通运输部公路科学研究所, 北京科路泰技术有限公司