农业用的抗旱保水材料作为保水型温拌添加剂的应用

摘要

农业用的抗旱保水材料作为保水型温拌添加剂的应用，属于温拌添加剂技术领域。业用的抗旱保水材料为农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料，要求粒径在40目以上，粒径较大的需进行研磨处理，并且使用前需使其处于干燥状态；将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料放入水中，充分搅拌均匀，密封静置，直到水分被完全吸收为止，即得保水型温拌添加剂；其中农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料1质量份，水20-30质量份。本发明节约了矿料、沥青加热及混合料拌合与压实过程中的能量损耗，也相应减小了燃料燃烧时产生的碳排放量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程材料，尤其是将农业用的抗旱保水材料作为保 水型温拌添加剂及使用方法，属于温拌添加剂技术领域。

背景技术

沥青混凝土路面以其行车振动小、噪音低、开放交通快、养护维修简便等 优良特性在我国道路路面结构中占据着主导地位，尤其是高等级公路中沥青面 层公路所占比重很大，我国已建成的高等级公路路面，据不完全统计约有80% 的为沥青混凝土路面。

我国道路建设中的沥青混凝土路面基本上都采用传统的热拌沥青混凝土 HMA(Hot Mixture Asphalt)。它是将沥青从常温加热到150℃左右，矿料加热到 160～180℃，然后再将沥青和矿料于160℃的高温下进行拌和，拌和后的HMA温 度不低于150℃。摊铺和碾压时的温度不低于120℃。将沥青和矿料加热到如此 高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大 量的废气和粉尘，严重影响周围的环境质量和施工人员的身体健康。所以说， 使用HMA的后果就是环境的破坏、能源的浪费和人类生存圈的缩小，这与我国 发展绿色的、可持续的道路，以及节能减排的宗旨是背道而驰的。因此，十分 有必要研究一种绿色的、环保的沥青混合料来取代HMA，使其既能保持和HMA一 样的使用品质，又能充分地节约能源和保护环境。

因此，一种环保型的温拌沥青混凝土WMA(Warm Mix Asphalt)开始被研制并 用来替代传统的热拌沥青混凝土。所谓WMA就是使沥青混合料能在相对较低的 温度下进行拌和及施工。就目前的技术水平而言，WMA的拌和温度一般保持在 125～145℃，摊铺和压实路面的温度为80～100℃，相对于HMA，温度降低了20～ 40℃之间，温度的降低带来了诸多优点。它不但降低了能源消耗，减少了生产 设备的损耗，减小沥青胶结料在生产过程中的老化，以及减轻了大量烟气和其 他有害物质的排放，保障了施工环境，维护了施工人员的身体健康，而且还能 够较快的开放交通和延长施工季节。所以说，温拌沥青绿色施工技术的研究开 发已经成为当前节能减排大主题下的发展趋势。

在国际上，关于温拌技术的研究主要有三大技术派别：一是有机降粘型温拌 技术，这种技术主要是往沥青中添加一种熔点较低的有机化学产品，主要是硬 蜡，它可以提高沥青在60℃时的粘度，降低沥青在135℃时的粘度，主要代表 为Sasobit技术；二是发泡沥青温拌技术，这是一种通过往沥青中引入气体， 使沥青发泡，提高拌合和易性的方法，主要代表有WAM-Foam技术和Aspha-Min 技术；最后一种是乳化分散沥青温拌技术，这种技术主要基于表面活性技术， 通过降低分子的表面张力来提高拌合的和易性，主要代表有美国益路的 Evotherm温拌技术。

我国温拌技术起步较晚，相关研究应用以借鉴或引用上述温拌技术为主，以 室内研究和实验性工程为主，温拌技术还未在大规模道路工程当中应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景，将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱 保水材料作为一种新型的温拌添加剂材料使用，即保水型温拌添加剂。

农业用的抗旱保水材料作为保水型温拌添加剂的应用，其特征在于，农业 用的抗旱保水材料为农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料，要求粒 径在40目以上，粒径较大的需进行研磨处理，并且使用前需使其处于干燥状态； 将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料放入水中，充分搅拌均匀， 密封静置，直到水分被完全吸收为止，即得保水型温拌添加剂；其中农业用的 固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料1质量份，水20-30质量份。使用的水为 普通饮用自来水即可。

进一步，农业用的抗旱保水材料作为保水型温拌添加剂在沥青混凝土温拌 过程中的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料作为保水型温拌添 加剂，要求粒径在40目以上，粒径较大的需进行研磨处理，并且使用前需使其 处于干燥状态；将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料放入水中， 充分搅拌均匀，密封静置，直到水分被完全吸收为止，即得保水型温拌添加剂； 其中农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料1质量份，水20-30质量份， 发明中使用的水为普通饮用自来水即可。

（2）先将热矿料放入预热好的沥青混凝土拌合锅内，随后在拌合锅内加入 步骤（1）制备完成的温拌添加剂和热沥青，充分拌合后再向拌合锅内加入热矿 粉，最后再充分拌合，其中，上述矿料的温度、拌和锅预热温度、充分拌合时 的拌合温度、沥青温度、矿粉温度分别相对于热拌沥青过程中所对应的矿料的 温度、拌和锅预热温度、充分拌合时的拌合温度、沥青温度、矿粉温度低15-25 ℃；其中温拌添加剂与沥青的质量配比为沥青100份，温拌添加剂1-7份。

其实现温拌的原理是：这种保水型温拌添加剂分子之间呈三维网状结构， 在网状结构上有许多亲水性官能团如羧基(-COO-)、羟基(-OH)等，当它与水接触 时，其分子表面的亲水性官能团电离并与水分子结合成氢键，通过这种方式吸 持大量的水分。在这一过程中，网链上电解质使得聚合物中的电解质溶液与外 部水分之间产生渗透势差，从而使外部水分不断进入分子内部。同时，由于聚 合物上的离子遇水电解，正离子呈游离状态，而负离子基团仍固定在网链上， 相邻负离子产生斥力，引起高分子网络结构的膨胀，在分子网状结构的网眼内 进入大量的水分。通过这三个过程使添加剂吸附结合一定比例的水，实现当沥 青温度达到120℃左右时，少量的添加剂借助拌合的强大分散能力均布于热沥青 当中，由于高温使添加剂内的水以气体的形式释放出来，从而产生大量的气泡， 使沥青体积扩大数倍，由此降低沥青粘度，增加拌合和易性，以达到实现温拌 的目的。

本发明的保水型温拌添加剂能够降低沥青混合料拌合与压实温度15-25℃。 以70#沥青、AC-13C沥青混合料为例，按马歇尔方法击实后的试件空隙率在6% 以下，马歇尔稳定度大于8KN，残留稳定度大于80%，动稳定度大于1000次/mm， 劈裂强度在2.0MPa以上，温拌沥青混合料的各路用性能指标都能满足我国《公 路沥青路面施工技术规范》要求，适用于道路沥青路面建设工程。

本发明具有如下优点：

1.通过降低沥青混合料拌合与压实温度，从而节约了矿料、沥青加热及混 合料拌合与压实过程中的能量损耗，也相应减小了燃料燃烧时产生的碳排放量。

2.减少了沥青混合料拌合、摊铺碾压过程中的沥青烟及有害气体的排放， 有害气体包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)、氧化氮类(NO_x) 等，改善了施工环境，维护了施工人员的身体健康，并且由于降低了烟尘对环 境的污染，使其特别适用于长隧道沥青铺面的施工作业。

3.使用本发明制成的温拌沥青混合料路用性能能够达到相应热拌沥青混合 料的水平。

4.由于降低了拌合与施工温度，温拌沥青混合料可以在更低的温度下施工， 能够加快开放交通，并平均延长施工季节1个月的时间，减少了相关企业的设 备闲置。

5.由于沥青加热温度越高，沥青老化越严重，与热拌沥青混合料相比，施 工温度的降低减小沥青的老化。

6.本发明的原材料全部为市售产品，原材料易得，成本较低，易于推广。

附图说明

图1AC-13C沥青混合料的矿料合成级配曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明并不限于以下 实施例。

实施例和对比例所使用的原材料来源见表1所示。

表1原材料来源

比较例1：基质沥青加热融化，不添加本发明的温拌剂。

实施例1-7

将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料作为保水型温拌添加 剂，要求粒径在40目以上，粒径较大的需进行研磨处理，并且使用前需使其处 于干燥状态；将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料放入水中，充 分搅拌均匀，密封静置，直到水分被完全吸收为止，即得保水型温拌添加剂； 其中农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料1质量份，水20-30质量份， 发明中使用的水为普通饮用自来水即可，然后将基质沥青加热融化与上述温拌 剂混合。其中温拌添加剂与沥青的质量配比为沥青100份，温拌添加剂1-7份。 上述实施例1-7的具体物料用量及结果测试见表2；

表2实施例和比较例的物料用量比例和沥青粘度

比较例2为常规的热拌沥青不添加本发明的温拌剂，进行热拌过程，即先 将热的粗、细矿料放入预热好的沥青混凝土拌合锅内，随后在拌合锅内加入热 沥青，拌合90秒后再向拌合锅内加入热矿粉，最后拌合90秒，上述温度均为 常规的热拌温度，见表3。

比较例3为常规的热拌沥青材料不添加本发明的温拌剂，按照本发明温拌 温度进行拌合，即先将热的粗、细矿料放入预热好的沥青混凝土拌合锅内，随 后在拌合锅内加入热沥青，拌合90秒后再向拌合锅内加入热矿粉，最后拌合90 秒，上述温度均采用本发明的温拌温度，见表3。

实施例8-10

（1）将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料作为保水型温拌添 加剂，要求粒径在40目以上，粒径较大的需进行研磨处理，并且使用前需使其 处于干燥状态；将农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料放入水中， 充分搅拌均匀，密封静置，直到水分被完全吸收为止，即得保水型温拌添加剂； 其中农业用的固体粉末状的聚丙烯酸类抗旱保水材料1质量份，水20质量份， 发明中使用的水为普通饮用自来水即可。

（2）先将热的粗、细矿料放入预热好的沥青混凝土拌合锅内，随后在拌合 锅内加入步骤（1）制备完成的温拌添加剂，再放入热沥青，拌合90秒后再向 拌合锅内加入热矿粉，最后拌合90秒。

其中，拌和锅预热温度、拌合温度、沥青加热温度、矿料及矿粉加热温度 如表3所示；其中温拌添加剂与沥青的质量配比为沥青100份，温拌添加剂3-7 份。

实施例8-10及比较例2-3所采用的沥青混合料级配为AC-13C，如图1所示， 沥青选用70#基质沥青，最佳油石比由实验选定，同为4.8%。

实施例8-9及比较例2为根据等体积原则，应用空隙率-温度曲线，并以控制 指标空隙率5%所对应的拌合与压实温度作为温拌沥青混合料的拌合与压实温 度。

线性公式：VV=at+b

式中：VV为空隙率，%；T为摄氏温度，℃；a、b为回归系数。

实施例8-10的具体物料用量见表3，结果测试见表3和4。

表3实施例和比较例的空隙率及推算的拌合与压实温度

由表3综合分析最终本发明制备的温拌添加剂能够降低拌合与压实温度20 ℃左右。

实施例8-10及比较例2-3的沥青混合料路用性能指标实验结果如表4所示。

表4实施例和比较例的路用性能指标实验结果