一种新的石油沥青抗剥落剂

摘要

石油沥青抗剥剂之改进，将其添加于路用石油沥青中，能显著提高沥青与各种石料的粘附性能，防止因水损害造成的沥青剥落，改善沥青的抗老化性，提高沥青混凝土的抗水损害能力，延长沥青路面的使用寿命。本品呈中性、无毒、浅红至浅棕色、粉状。适用于高等级公路之沥青路面，复合式路面的沥青面层，旧沥青路面的之大、中、小修等。

说明书

本发明属于石油沥青抗剥落剂之改进。

国内外在路用沥青中，添加聚有机胺酰胺类抗剥落剂。该类抗剥落剂是由脂肪酸或含氮的杂环酸与多胺缩聚而成，呈碱性，易与酸作用而变质，故在沥青中的长期有效性差，经老化和高温贮存，基本失去增粘效果，且毒性较大，污染大气环境。

本发明的目的就在于，研制出在沥青中长期有效的、中性、无毒的高效抗剥落剂，将其添加于路用石油沥青中，提高沥青与石料特别是酸性石料的粘附性，提高沥青混合料的抗水损害能力，改善沥青的抗老性，延长沥青路面的使用寿命。为达此目的，抗剥落剂必须能提高沥青对石料表面水膜的穿透或移开能力，使沥青直接与石料粘合；抗剥落剂与石料吸附后，使石料表面显示出较强的电正性，而沥青带有弱负电荷，由于电荷的相互吸引作用，使粘合更加牢固。这样的抗剥落剂才是所需要的。

沥青与石料的粘合是由于，一沥青对石料表面水膜的穿透或移开能力，二沥青与石料表面电荷的相互吸引作用。所有石料对水都有一种自然亲合力，因此，石料表面总有一层水膜，即使通过干燥手段，这层水膜仍然存在，仅是薄些而已。另外，沥青是憎水物质，不溶解于水。但石料对水的亲合力大于对沥青的亲合力，因此，沥青不能穿透石料表面的水膜，使沥青与石料的粘合不牢固，其次，沥青略带酸性，带有弱负电荷，易于与表面带正电荷的碱性石料粘合，酸性石料表面带负电荷，因此与沥青的粘合很差，基于以上沥青与石料的粘合-剥落机理，我们研制了新型抗剥落剂-脂肪酸铁(RCOO)₃Fe(R＝H或烃基)(R为C17H35时称为AR-68)，其脂肪酸根(RCOO)与沥青有很好的共溶性与互混性，它携带的铁离子均匀地进入沥青中。铁离子带有较强的正电荷，能与石料紧密粘合，铁离子与石料的亲合力大于水对石料的亲合力，铁离子与石料亲合后，使石料表面带更强的电正性，与带负电荷的沥青相互吸引，达到牢固的粘合。由于铁离子的存在，使水很难进入石料与沥青之间，有效地抵抗了水的损害。

为了说明以上各点，我们进行了一系列试验，均以掺入抗剥剂AR-68为例。

1、沥青掺入抗剥剂老化前后粘附性等级试验。按JTJ052-93中的T0616-93方法进行，对沥青的老化按JTJ052-93中的T0609-93方法进行。目的是抗剥挤掺入沥青后，经沥青薄膜烘箱老化163℃，5小时后，观其水煮粘附性等级的变化，比较AR-68抗剥剂与市售有机胺酰胺类抗剥剂在沥青中，经老化后对水煮粘附性改进效果的比较：表1茂名50号沥青掺入抗剥剂老化前后水煮粘附性等级对比

石料沥    青抗剥剂及掺重水煮粘附等级老化前老化后花岗岩茂名50号不掺抗剥挤 1～2 1～2花岗岩茂名50号AR-68 0.5％ 4～5    5花岗岩茂名50号市售胺类0.5％ 4～5 2～3红砂岩茂名50号不掺抗剥剂    2    2红砂岩茂名50号AR-68 0.5％ 4～5    5红砂岩茂名50号市售胺类0.5％ 3～4    2砂岩茂名50号不掺抗剥剂    2    2砂岩茂名50号AR-68 0.5％    5    5砂岩茂名50号市售胺类0.5％ 4～5    3石英岩茂名50号不掺抗剥剂    1    2石英岩茂名50号AR-68 0.5％    4    5石英岩茂名50号市售胺类0.5％    3    2

                  续表1

石料沥    青抗剥剂及掺重水煮粘附等级老化前老化后花岗岩茂名60号不掺抗剥挤    1    2花岗岩茂名60号AR-68 0.5％ 4～5    5花岗岩茂名60号市售胺类 0.5％    4    3红砂岩茂名60号不掺抗剥剂    2    2红砂岩茂名60号AR-68  0.5％ 4～5    5红砂岩茂名60号市售胺类0.5％    4    3～4砂岩茂名60号不掺抗剥剂    2    2砂岩茂名60号AR-68 0.5％    5    5砂岩茂名60号市售胺类 0.5％    5    4石英岩茂名60号不掺抗剥剂    1    2石英岩茂名60号AR-68  0.5％    5    5石英岩茂名60号市售胺类 0.5％    3    3

从表中看出，AR-68掺入沥青后，在老化前，使沥青与各种石料的水煮粘附等级显著提高，由1～2级提高至4～5级，老化后有继续提高之势。这说明AR-68抗剥剂，在沥青中的抗水损害持久性好，而胺类抗剥剂就得不到这样的结果。

2、高温贮存试验，将掺AR-68，0.5％的胜利沥青，置于140℃烘箱中，贮存3天和5天。

                  表2高温贮存试验结果

石    料    粘附性等级胜利沥青掺AR-68沥青140℃贮存3天掺AR-68沥青140℃贮存5天青岛花岗岩   1级 4～5级 4～5级金盖山砂岩1～2级    5级    5级

从表看出，掺入AR-68对石料与沥青的粘附等级有所提高。

3、沥青混合料老化前后马歇尔稳定度试验

为了进一步验证AR-68抗剥剂，在沥青中抗水损害效果的持久性，在老化水煮试验的基础上，平行做了沥青混合料老化前、后制作的试件之马歇尔稳定度和浸水残留稳定度试验。

沥青混合料标准级配采用LH-15-II，茂名60沥青，用量为4.9％，级配集料中0.3～5mm的用酸性花岗岩、红砂岩、砂岩、石英岩等混合集料，占级配总集料量的30％，其余用碱性石灰岩，测试方法仍按JTJ052-98标准“T0709-93”进行。

表3  混合料老化前后马歇尔稳定度试验结果比较

类型标准稳定度KN浸水48小时后的稳定度KN浸水残留 稳定度老化前老化后老化前老化后老化前老化后不掺抗剥剂7.73 13.39 6.00 11.73 77.6 87.6市售胺类0.5％6.56 13.25 6.56 10.85 100 81.9 AR-68 0.5％8.78 13.13 8.20 12.85 93.4 97.9

此表充分说明了，沥青混合料经140℃20小时老化后，AR-68抗剥剂的抗水损害能力还有所提高，使其浸水残留稳定度从93.4％提高至97.9％，即抗水损害能力持久性好。相反，市售胺类此种作用则较差。

4、劈裂间接抗拉强度比试验

该试验基本按AASHTO1985推荐的标准试验方法，因其适合于评价沥青混合料的抗水剥落能力，当间接抗拉强度大于75％，则认为沥青集料粘附力优良。胶结料为茂名50号沥青，用量为4.9％，酸性和碱性的混合集料，采用LH-15-II型级配。大于5mm的用酸性花岗石等，占级配总集料量的56％，其余用石灰岩。

           表4  劈裂间接抗拉强度比(AASHTO T288)

    试验    项目类别未饱水间接抗拉强度MPa饱水率(％)饱水冻融后间接抗拉强度MPa劈裂间接抗拉强度比％不掺抗剥剂0.8336 87.9 0.43396    52.70    掺AR-681.1231 82.6 0.8706    77.52    市售胺类0.8338 88.9 0.5789    69.43

从此表可清楚看出，抗剥剂AR-68能提高沥青混合料的劈裂间接抗拉强度，对饱水冻融后的劈裂间接抗拉强度的提高更明显，其劈裂间接抗拉强度比达到77.5％，表示经饱水冻融后，对集料的粘合力仍保持优良状态。

抗剥剂AR-68为何有这种作用？

因为抗剥剂AR-68是中性物质，PH＝7，不与酸作用，它对石料的亲合力大于石料对水的亲合力，因而，它能攻破或移开石料表面的水膜，且与石料亲合后，则赋予石料表面更大的电正性，使沥青产生更大的粘合力，随着老化的进行，抗剥剂AR-68中的铁元素能与沥青老化过程中生成的中间产物四氢化萘二酮，形成稳定的络合物，这不仅能延缓沥青老化速度，还能增加抗剥落剂AR-68与沥青的结合，进而达到提高沥青与集料粘结力和抗水损害的双重作用。

通过以上试验，可得出如下几点：

掺入沥青重的0.5％抗剥落剂AR-68于沥青中，则该沥青与酸性和碱性石料的水煮粘附等级都有明显提高；掺入0.5％AR-68和沥青制成的沥青混合料，其马歇尔稳定度和劈裂间接抗拉强度等力学性能，都有提高；抗剥落剂AR-68在沥青中抗水损害能力，长期持久性好，耐热氧老化。

本发明的脂肪酸铁由脂肪酸和铁盐用化学方法制成。脂肪酸包括乙酸，丙酸及以上烃基酸、硬脂酸、软脂酸、妥尔油脂肪酸、环烷酸、油酸及亚硫酸等；铁盐包括盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐及其它无机铁盐。制造工艺是将脂肪酸用苛性碱，如NaOH、KOH，在5℃～100℃皂化，然后用铁盐盐析即可得到脂肪酸铁。所用设备乃化工行业通用之设备，所用工艺也为一般常用之工艺。其实施最佳方案为，将硬脂铁在95℃～100℃用NaOH皂化，然后加三氯化铁盐析，即可得硬脂肪酸铁(抗剥落剂AR-68)。

硬脂酸铁呈浅红至浅棕色粉状固态，中性无毒，溶点90℃。

使用方法是，先将脂肪酸铁缓慢加热融化，添加入热融沥青中，搅拌均匀，然后进行沥青混合料拌合作业。而硬脂酸铁也是先将其缓慢加热融化，温度缓升至140℃，保持10分钟以上，按0.5％的沥青重添加入热融沥青中，搅拌均匀，在135℃条件下，贮存一天以上，再进行沥青混凝土搅拌作业。

本抗剥落剂适用于高等级公路之沥青路面，复合式路面之沥青面层及旧沥青路面之大、中、小修。本品无毒，不污染大气环境，性能优良，能延长沥青路面之使用寿命，价格低于市售胺类抗剥落剂。在我国公路交通事业大发展的今天，推广使用，可获得较大的经济、社会和环境效益。