用于溫拌橡膠瀝青混合料的添加劑及該混合料的拌和方法

專利名稱：：用于溫拌橡膠瀝青混合料的添加劑及該混合料的拌和方法
技術領域：
：本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種路面材料的制備方法，尤其涉及溫拌橡膠浙青混合料。
背景技術：
：目前已知的用于浙青路面建設、養護的浙青混合料主要有兩類熱拌浙青混合料和冷拌(常溫)浙青混合料，其中熱拌浙青混合料為主流技術。熱拌浙青混合料在拌和、運輸以及攤鋪過程中出現的有害氣體排放、過多能耗以及熱老化等問題，已越來越受到關注。而冷拌浙青混合料，盡管在環保、能耗等方面有很大優勢，但由于總體上其路用性能與熱拌浙青混合料相比還有較大差距，因此只能用于浙青路面的修補、低交通量路面、中重交通量路面的下面層和基層。鑒于此，如何保留熱拌浙青混合料性能良好的特點并克服其存在的問題，或從另外一個角度說，如何保留冷拌浙青混合料在環保、節能等方面優勢的同時克服其性能尚有差距的不足，這便成為近年來科研人員研究的重要課題。鑒于此，人們提出一種新型的浙青混合料——溫拌浙青混合料。所謂溫拌浙青混合料是一類拌和溫度介于熱拌浙青混合料(150°C180°C)和冷拌(常溫)(10°C40°C)浙青混合料之間，性能達到熱拌浙青混合料的新型浙青混合料。目前，實現浙青混合料溫拌的技術主要有以下四類(1)浙青-礦物法(Aspha-Min)。Aspha-Min沸石為白色粉末，是德國EuroviaServicesGmbH的產品，是一種含有18%結合水的硅酸鋁礦物。當加入浙青混合料中大約0.3%(重量比)的該種沸石時，水分會隨著時間的延長而慢慢釋放出來，從而產生連續的發泡反應。液相結合料中的發泡反應起到潤滑劑的作用從而使混合料在低溫下具有可工作性。拌和溫度可顯著降低至130°C145°C。(2)泡沫浙青法(WAM-Foam)。殼牌國際石油公司和挪威Kolo-Veidekke公司共同開發的產品WAM-Foam，是將軟質結合料和硬質泡沫結合料在拌和的不同階段加入到混合料中。第一階段是將溫度為100°C120°C的軟質結合料加入到基料中進行拌和以達到良好裹附。在第二階段，將極硬的結合料泡沫化后加入到預裹附的基料中。這樣，軟質結合料和泡沫化的硬質結合料都起到降低結合料粘度的作用從而實現良好的工作性，得到最終滿足需要的浙青混合料。(3)有機添加劑法。該方法是將低熔點的有機添加劑添加到混合料中，從化學角度來改變粘溫曲線。目前成功應用的化學添加劑有兩類合成蠟和低分子量酯類化合物，有代表性的是Sasobit蠟。Sasobit是SasolWax公司的產品，其性能接近于改性劑。Sasobit的熔點接近100°C，并且會在116°C的時候完全為液態，融入后會降低浙青混合料的粘度，這樣就會使得浙青混合料的生產溫度降低10-30°C。Sasobit在熔點以下時會在浙青結合料中形成一種格狀結構，從而一定程度提高浙青混合料的抗車轍性能。(4)表面活性劑法。這種溫拌方式目前主要的工藝模式是直接用添加劑配制一定濃度的水溶液，在浙青和基料拌和過程中噴入該溶液，經充分攪拌后生產溫拌混合料。其基本原理都是在混合料拌和過程中，在表面活性劑和水的共同作用下，浙青內部形成水微粒潤滑結構。該水微粒能夠顯著增加混合料的工作性。在壓實前，水膜的存在將避免混合料的團聚，增加混合料的攤鋪工作性；在壓實過程中，在振動和輪碾的揉搓作用下，水膜潤滑作用得到最大的體現，更加容易調整粗基料位置和形成骨架結構。表面活性溫拌技術的混合料操作溫度比同類熱拌浙青混合料可下降30°C以上。另一方面，在鋪路材料領域愈來愈多地應用由廢舊輪胎加工而來的廢橡膠粉，以緩解環境壓力、節約資源消耗。在已知的應用中，將廢舊橡膠粉加入浙青中，對浙青進行改性，獲得改性浙青。但是，這種方法目前皆需要采用熱拌工藝，施工(鋪路)溫度在180°C以上。如果溫度低于此溫度，則橡膠粉不能有效熔融而難以與浙青、石料拌和。如此高的溫度，對于采用廢橡膠非常不利，在施工時會產生大量的煙氣，這些煙氣通常對人體是有害的，因而威脅著作業人員的人身安全。利用廢輪胎橡膠粉生產改性浙青代替傳統改性浙青用于道路建設，可以降低工程造價，降低行車噪聲，延長道路使用壽命。
發明內容本發明旨在解決上述技術問題，提出一種可用于廢橡膠改性浙青的溫拌技術。本發明的第一方面涉及一種用于鋪路用橡膠浙青混合料的化合物，具有下述化學式OHH3Cι3\人一NH0NHR21式I其中，Rl和R2至少一個為N，其余為C。本發明的第二方面涉及一種鋪路用溫拌橡膠浙青混合料，包含橡膠浙青、石料以及水泥和/礦粉，其中含有本發明第一方面所述的化合物。本發明第三方面涉及一種溫拌鋪路用橡膠浙青混合料的工藝，包括將石料在拌和滾筒內加熱到125°C-160°C，轉送到拌和鍋中；將橡膠浙青加熱到170°C_210°C之間，通過計量系統噴灑到拌和鍋中，通過拌和系統與石料進行拌和；在添加橡膠浙青的同時，也將溫拌添加劑水溶液噴入到拌和鍋中，溫拌添加劑溶液噴灑時先與所述橡膠浙青接觸，然后再進一步和所述石料接觸；以及向拌和鍋中加入無機粉末填料，與拌和鍋中的石料、橡膠浙青和溫拌添加劑一起拌和，其中，所述添加劑為上述式I化合物。本發明所提出的溫拌橡膠浙青混合料生產技術方法是解決上述問題的有效途徑一一即在保證混合料路用性能的前提下，采用溫拌混合料技術降低橡膠浙青混合料的拌和溫度和攤鋪溫度，實現減排、節能的目的。在保證混合料性能的前提下，采用溫拌技術降低橡膠浙青混合料的施工溫度，達到減少排放、降低能耗和改善施工人員工作環境的效果。具體實施例方式本發明中采用具有式I的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中，Rl和R2至少一個為N。在一個具體實施方式中，Rl為N，R2為C；在另一優選實施方式中，R1、R2皆為N。在有機合成領域，合成式I的化合物是容易做到的例如，對于Rl為N、R2為C的情況，可以以可商購的1-甲氨基-5-氯甲基吡啶(式II)為起始原料，經歷下述路線進行合成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>例如，對于Rl、R2均為N的情況，可以使1_氨基乙酰甲基胺與1，4_二氨基_4羥基-戊-2酮在三乙胺的存在下反應，反應溫度可以控制在50-70°C之間，反應式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>在使用式I化合物時，可以先將其溶于水中，配成3-10%的溶液，再與其他物料混合，溶液的溫度可以在5°C-90°C之間。在混合時，優選使該水溶液首先與橡膠浙青接觸，然后再混合到石料中。如果與高溫的石料直接接觸，可能會增加添加劑的消耗。添加劑的用量基于橡膠浙青計算，可以占橡膠浙青重量的0.51.5%，優選0.71.0%。所使用的廢橡膠改性浙青，廢橡膠粉的含量可以占橡膠浙青重量的1628%，優選在2022%之間，其可以通過商購獲得。適用于本發明的鋪路混合物除上述添加劑和橡膠浙青之外，還包含石料、水泥和/或礦粉。礦粉一般為由石灰石研磨生產而成，可以通過商購獲得。橡膠浙青的用量以及其他無機物質的用量是本領域常規的。在本發明的典型實施例中，橡膠浙青的用量可以為混合料總重量的3.5-8.5%，優選在5.57%之間。實施例1:2-甲氨基_5-(2’-氨基-3’-羥基丁基)吡嗪的合成將9g(0.lmol)三乙胺與146g(lmol)1，4_二氨基_4羥基-戊_2酮裝在配有溫度計、攪拌棒、冷凝管的滴液漏斗的四口瓶中，以400ml二氯甲烷溶解，通過滴液漏斗向瓶中滴加96.7g(l.lmol)的1_氨基乙酰甲基胺，在60_70°C之間反應10小時。將反應液冷卻至室溫，濃縮除去溶劑。以3070的甲苯與乙醇溶液進行兩次重結晶，得到淡黃色固體2-甲氨基-5_(2’-氨基-3’-羥基丁基)吡嗪，熔點，78-79°C，液-質聯用測其分子量為197。實施例22-甲氨基_5-(2’-氨基_3’-羥基丁基)吡啶的合成將68.2g(l.lmol)丙炔鈉和200ml吡啶裝在配有溫度計、攪拌棒、冷凝管和滴液漏斗的IL四口瓶中，攪拌待丙炔鈉溶解后，通過滴液漏斗向瓶中滴加157g(lmol)l-甲氨基-5-氯甲基吡啶，滴加完成后在50°C攪拌反應，當薄層色譜檢測1-甲氨基-5-氯甲基吡啶消耗完全后，濃縮除去溶劑，將剩余物溶于500ml乙酸乙酯中，用50ml的水洗滌三次，硫酸鈉干燥，向溶液中放入現制的5g鈉絲，在干燥器中放置24小時。將混合物中轉入裝有50g林德拉(Lindlar)催化劑的2L高壓釜中，用氫氣吹掃趕出釜中的空氣，將反應釜溫度維持在40°C左右，氫氣壓力維持在1.8個大氣壓。反應進行24個小時。打開高壓釜，向其中加入80g過氧乙酸，繼續在40°C反應8小時。接下來，用氨氣趕出釜中的空氣，在50°C將氨氣壓力維持1.5個大氣壓達到4個小時。將反應液冷卻至室溫，濃縮除去溶劑。以3070的甲苯與乙醇溶液進行兩次重結晶，得到白色固體2-甲氨基_5-(2’-氨基_3’-羥基丁基)吡啶，熔點，69-700C，液-質聯用測其分子量為195。實施例3使用的石料級配見表1。表1溫拌橡膠浙青混合料的級配方孔蹄合成通過率(%)(mm)~16100~137295.439.565.694.7530.002.3623.60~1Λ818.380.614.450.311.42<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>使用的橡膠浙青購自山東大山路橋工程有限公司，其性能指標在表2中列出，符合《北京市廢胎膠粉浙青及混合料設計施工技術指南》的要求。表2橡膠浙青性能指標檢測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>浙青旋轉薄膜烘箱試驗TFOT<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>混合料的拌和操作如下(1)預先將石料在拌和滾筒內加熱到預定溫度范圍內，一般是125°C-160°C，將該石料按配比要求分檔轉送到拌和鍋中，進行初步拌和，將石料混合均勻；此階段所需要時間為5-15秒。(2)將橡膠浙青，加熱到170°C-210°C之間，通過計量系統噴灑到拌和鍋中，通過拌和系統與石料進行拌和。(3)將實施例1(或者2)制得的溫拌添加劑2-甲氨基-5-(2’_氨基_3’_羥基丁基)吡嗪(或2-甲氨基_5-(2’-氨基-3’-羥基丁基)吡啶)配成質量濃度為10%的水溶液，控制溫度在5°C-90°C之間。以計量泵計量后噴入拌和鍋中。在噴灑時應使溫拌添加劑溶液先與橡膠浙青接觸，然后再進一步和石料接觸。溫拌添加劑有效成分的用量約為橡膠浙青的0.7%，橡膠浙青的加入量約為混合料總重的6%。(4)溫拌添加劑添加完畢后，開始向拌和鍋中加入礦粉等填料，與拌和鍋中的石料、橡膠浙青和溫拌添加劑一起拌和，得到混合料。表3列出了該混合料的性能參數。表3溫拌和熱拌橡膠浙青混合料的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[1]參照的是《公路浙青路面施工技術規范》(JTGF40-2004)和《北京市廢胎膠粉浙青及混合料設計施工技術指南》(2007年12月北京市路政局)。[2]按超重交通、上面層確定技術要求從表3可見根據本申請專利所生產出的溫拌橡膠浙青混合料的性能可達到目前國內常用的相應熱拌橡膠浙青混合料的性能；對照現行針對熱拌橡膠浙青混合料而提出的技術要求，該溫拌橡膠浙青混合料也可滿足相應標準。實施例4采用實施例1中的添加劑，按照實施例3中所得的溫拌橡膠浙青混合料，于2008年12月在北京市的采石南路上鋪筑了該溫拌浙青混合料，現將施工要點總結如下。1)混合料溫度控制<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據施工時的氣溫等因素，對于混合料施工過程中的溫度控制可由技術支持單位適當微調。2)混合料的攤鋪攤鋪機熨平板事先預熱，達到100°C以上；攤鋪速度不宜太快。3)混合料碾壓控制。總原則緊跟、慢壓初壓選擇鋼輪壓路機，13t以上，碾壓遍數為2遍；其中，第1遍的前進采用靜壓方式，其它遍數進行振動，只要不擁包即可。復壓選擇膠輪壓路機，噸位為20t以上，碾壓遍數為24遍。開始先將輪胎清理干凈，碾壓過程中及時將輪胎上的粘附顆粒清理掉，并在輪胎上隨時刷植物油，防止粘輪。終壓選擇鋼輪壓路機，噸位為13t以上，碾壓遍數為24遍，采用振、靜結合方式，收光階段采用靜壓。在壓實過程中壓路機緊跟并保證足夠的壓實遍數，是溫拌混合料成功鋪筑的關鍵。5.3應用情況本例所鋪筑的溫拌橡膠浙青混合料路面，至今已經運營1年以上，在此期間經受的1個冬季的低溫和1個夏季的高溫考驗，目前該路段使用狀況良好。從而證明了該發明所涉及的溫拌橡膠浙青混合料制備方法是科學的、有效的。本文中應用了具體實例對本發明的實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。權利要求一種用于鋪路用橡膠瀝青混合料的添加劑，具有下述化學式其中，R1和R2至少一個為N，其余為C。FSA00000111715200011.tif2.權利要求1所述的添加劑，其中，R1、R2皆為N。3.權利要求1所述的添加劑，其中，R1為N、R2為C。4.式I化合物在鋪路用橡膠浙青混合料中的用途。5.一種鋪路用橡膠浙青混合料，包含橡膠浙青、石料以及水泥和/或礦粉，其中含有權利要求1所述的化合物。6.權利要求5所述的混合料，其中，所述添加劑的用量為所述橡膠浙青重量的0.51.5%。7.權利要求6所述的混合料，其中，所述橡膠浙青的用量為所述混合料總重量的3.5-8.5%之間。8.—種溫拌鋪路用橡膠浙青混合料的方法，包括以下步驟將石料在拌和滾筒內加熱到125°C-160°C，轉送到拌和鍋中；將橡膠浙青預先加熱到170°C-210°C之間，通過計量系統噴灑到拌和鍋中，通過拌和系統與石料進行拌和；在添加橡膠浙青的同時，也將溫拌添加劑水溶液噴入到拌和鍋中，溫拌添加劑溶液噴灑時先與所述橡膠浙青接觸，然后再進一步和所述石料接觸；向拌和鍋中加入無機粉末填料，與拌和鍋中的石料、橡膠浙青和溫拌添加劑一起拌和，其中，所述溫拌添加劑為權利要求1所述的化合物。9.權利要求8所述的方法，其中，所述添加劑為權利要求2或3所述的添加劑。10.權利要求9所述的方法，其中，所述橡膠浙青的用量為所述混合料總重量的3.5-8.5%之間。11.權利要求9或10所述的方法，其中，所述添加劑的用量為所述橡膠浙青重量的0.51.5%。全文摘要本發明涉及一種用于鋪路用橡膠瀝青混合料的式I化合物，其中，R1和R2至少一個為N，其余為C。本發明還涉及一種鋪路用橡膠瀝青混合料以及拌和方法，該混合料包含式I化合物、橡膠瀝青、石料以及水泥和/或礦粉。利用本發明的化合物和方法，可以在較低的溫度下拌和路面材料，實現減排、節能的目的。文檔編號C04B26/26GK101830661SQ201010163070公開日2010年9月15日申請日期2010年4月29日優先權日2010年4月29日發明者吳德龍,徐劍,秦永春,黃文元,黃頌昌申請人:交通運輸部公路科學研究所