用于温拌橡胶沥青混合料的添加剂及该混合料的拌和方法

摘要

本发明涉及一种用于铺路用橡胶沥青混合料的式I化合物，其中，R1和R2至少一个为N，其余为C。本发明还涉及一种铺路用橡胶沥青混合料以及拌和方法，该混合料包含式I化合物、橡胶沥青、石料以及水泥和/或矿粉。利用本发明的化合物和方法，可以在较低的温度下拌和路面材料，实现减排、节能的目的。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种路面材料的制备方法，尤其涉及温拌橡胶沥青混合料。

背景技术

目前已知的用于沥青路面建设、养护的沥青混合料主要有两类：热拌沥青混合料和冷拌(常温)沥青混合料，其中热拌沥青混合料为主流技术。热拌沥青混合料在拌和、运输以及摊铺过程中出现的有害气体排放、过多能耗以及热老化等问题，已越来越受到关注。而冷拌沥青混合料，尽管在环保、能耗等方面有很大优势，但由于总体上其路用性能与热拌沥青混合料相比还有较大差距，因此只能用于沥青路面的修补、低交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层。鉴于此，如何保留热拌沥青混合料性能良好的特点并克服其存在的问题，或从另外一个角度说，如何保留冷拌沥青混合料在环保、节能等方面优势的同时克服其性能尚有差距的不足，这便成为近年来科研人员研究的重要课题。

鉴于此，人们提出一种新型的沥青混合料——温拌沥青混合料。所谓温拌沥青混合料是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常温)(10℃～40℃)沥青混合料之间，性能达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料。

目前，实现沥青混合料温拌的技术主要有以下四类：

(1)沥青-矿物法(Aspha-Min)。Aspha-Min沸石为白色粉末，是德国Eurovia Services GmbH的产品，是一种含有18％结合水的硅酸铝矿物。当加入沥青混合料中大约0.3％(重量比)的该种沸石时，水分会随着时间的延长而慢慢释放出来，从而产生连续的发泡反应。液相结合料中的发泡反应起到润滑剂的作用从而使混合料在低温下具有可工作性。拌和温度可显著降低至130℃～145℃。

(2)泡沫沥青法(WAM-Foam)。壳牌国际石油公司和挪威Kolo-Veidekke公司共同开发的产品WAM-Foam，是将软质结合料和硬质泡沫结合料在拌和的不同阶段加入到混合料中。第一阶段是将温度为100℃～120℃的软质结合料加入到基料中进行拌和以达到良好裹附。在第二阶段，将极硬的结合料泡沫化后加入到预裹附的基料中。这样，软质结合料和泡沫化的硬质结合料都起到降低结合料粘度的作用从而实现良好的工作性，得到最终满足需要的沥青混合料。

(3)有机添加剂法。该方法是将低熔点的有机添加剂添加到混合料中，从化学角度来改变粘温曲线。目前成功应用的化学添加剂有两类：合成蜡和低分子量酯类化合物，有代表性的是Sasobit蜡。Sasobit是Sasol Wax公司的产品，其性能接近于改性剂。Sasobit的熔点接近100℃，并且会在116℃的时候完全为液态，融入后会降低沥青混合料的粘度，这样就会使得沥青混合料的生产温度降低10-30℃。Sasobit在熔点以下时会在沥青结合料中形成一种格状结构，从而一定程度提高沥青混合料的抗车辙性能。

(4)表面活性剂法。这种温拌方式目前主要的工艺模式是直接用添加剂配制一定浓度的水溶液，在沥青和基料拌和过程中喷入该溶液，经充分搅拌后生产温拌混合料。其基本原理都是在混合料拌和过程中，在表面活性剂和水的共同作用下，沥青内部形成水微粒润滑结构。该水微粒能够显著增加混合料的工作性。在压实前，水膜的存在将避免混合料的团聚，增加混合料的摊铺工作性；在压实过程中，在振动和轮碾的揉搓作用下，水膜润滑作用得到最大的体现，更加容易调整粗基料位置和形成骨架结构。表面活性温拌技术的混合料操作温度比同类热拌沥青混合料可下降30℃以上。

另一方面，在铺路材料领域愈来愈多地应用由废旧轮胎加工而来的废橡胶粉，以缓解环境压力、节约资源消耗。在已知的应用中，将废旧橡胶粉加入沥青中，对沥青进行改性，获得改性沥青。

但是，这种方法目前皆需要采用热拌工艺，施工(铺路)温度在180℃以上。如果温度低于此温度，则橡胶粉不能有效熔融而难以与沥青、石料拌和。如此高的温度，对于采用废橡胶非常不利，在施工时会产生大量的烟气，这些烟气通常对人体是有害的，因而威胁着作业人员的人身安全。利用废轮胎橡胶粉生产改性沥青代替传统改性沥青用于道路建设，可以降低工程造价，降低行车噪声，延长道路使用寿命。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提出一种可用于废橡胶改性沥青的温拌技术。

本发明的第一方面涉及一种用于铺路用橡胶沥青混合料的化合物，具有下述化学式：

其中，R1和R2至少一个为N，其余为C。

本发明的第二方面涉及一种铺路用温拌橡胶沥青混合料，包含橡胶沥青、石料以及水泥和/矿粉，其中含有本发明第一方面所述的化合物。

本发明第三方面涉及一种温拌铺路用橡胶沥青混合料的工艺，包括：将石料在拌和滚筒内加热到125℃-160℃，转送到拌和锅中；将橡胶沥青加热到170℃-210℃之间，通过计量系统喷洒到拌和锅中，通过拌和系统与石料进行拌和；在添加橡胶沥青的同时，也将温拌添加剂水溶液喷入到拌和锅中，温拌添加剂溶液喷洒时先与所述橡胶沥青接触，然后再进一步和所述石料接触；以及向拌和锅中加入无机粉末填料，与拌和锅中的石料、橡胶沥青和温拌添加剂一起拌和，其中，所述添加剂为上述式I化合物。

本发明所提出的温拌橡胶沥青混合料生产技术方法是解决上述问题的有效途径——即在保证混合料路用性能的前提下，采用温拌混合料技术降低橡胶沥青混合料的拌和温度和摊铺温度，实现减排、节能的目的。

在保证混合料性能的前提下，采用温拌技术降低橡胶沥青混合料的施工温度，达到减少排放、降低能耗和改善施工人员工作环境的效果。

具体实施方式

本发明中采用具有式I的化合物：

其中，R1和R2至少一个为N。

在一个具体实施方式中，R1为N，R2为C；

在另一优选实施方式中，R1、R2皆为N。

在有机合成领域，合成式I的化合物是容易做到的：例如，对于R1为N、R2为C的情况，可以以可商购的1-甲氨基-5-氯甲基吡啶(式II)为起始原料，经历下述路线进行合成：

例如，对于R1、R2均为N的情况，可以使1-氨基乙酰甲基胺与1，4-二氨基-4羟基-戊-2酮在三乙胺的存在下反应，反应温度可以控制在50-70℃之间，反应式如下：

在使用式I化合物时，可以先将其溶于水中，配成3-10％的溶液，再与其他物料混合，溶液的温度可以在5℃-90℃之间。在混合时，优选使该水溶液首先与橡胶沥青接触，然后再混合到石料中。如果与高温的石料直接接触，可能会增加添加剂的消耗。

添加剂的用量基于橡胶沥青计算，可以占橡胶沥青重量的0.5～1.5％，优选0.7～1.0％。所使用的废橡胶改性沥青，废橡胶粉的含量可以占橡胶沥青重量的16～28％，优选在20～22％之间，其可以通过商购获得。

适用于本发明的铺路混合物除上述添加剂和橡胶沥青之外，还包含石料、水泥和/或矿粉。矿粉一般为由石灰石研磨生产而成，可以通过商购获得。橡胶沥青的用量以及其他无机物质的用量是本领域常规的。在本发明的典型实施例中，橡胶沥青的用量可以为混合料总重量的3.5-8.5％，优选在5.5～7％之间。

实施例1：2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡嗪的合成

将9g(0.1mol)三乙胺与146g(1mol)1，4-二氨基-4羟基-戊-2酮装在配有温度计、搅拌棒、冷凝管的滴液漏斗的四口瓶中，以400ml二氯甲烷溶解，通过滴液漏斗向瓶中滴加96.7g(1.1mol)的1-氨基乙酰甲基胺，在60-70℃之间反应10小时。将反应液冷却至室温，浓缩除去溶剂。以30∶70的甲苯与乙醇溶液进行两次重结晶，得到淡黄色固体2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡嗪，熔点，78-79℃，液-质联用测其分子量为197。

实施例2：2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡啶的合成

将68.2g(1.1mol)丙炔钠和200ml吡啶装在配有温度计、搅拌棒、冷凝管和滴液漏斗的1L四口瓶中，搅拌待丙炔钠溶解后，通过滴液漏斗向瓶中滴加157g(1mol)1-甲氨基-5-氯甲基吡啶，滴加完成后在50℃搅拌反应，当薄层色谱检测1-甲氨基-5-氯甲基吡啶消耗完全后，浓缩除去溶剂，将剩余物溶于500ml乙酸乙酯中，用50ml的水洗涤三次，硫酸钠干燥，向溶液中放入现制的5g钠丝，在干燥器中放置24小时。将混合物中转入装有50g林德拉(Lindlar)催化剂的2L高压釜中，用氢气吹扫赶出釜中的空气，将反应釜温度维持在40℃左右，氢气压力维持在1.8个大气压。反应进行24个小时。打开高压釜，向其中加入80g过氧乙酸，继续在40℃反应8小时。接下来，用氨气赶出釜中的空气，在50℃将氨气压力维持1.5个大气压达到4个小时。将反应液冷却至室温，浓缩除去溶剂。以30∶70的甲苯与乙醇溶液进行两次重结晶，得到白色固体2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡啶，熔点，69-70℃，液-质联用测其分子量为195。

实施例3

使用的石料级配见表1。

表1 温拌橡胶沥青混合料的级配

  方孔筛  (mm)  合成通过率(％)  16  100  13.2  95.43  9.5  65.69  4.75  30.00  2.36  23.60  1.18  18.38  0.6  14.45  0.3  11.42

  方孔筛  (mm)  合成通过率(％)  0.15  8.44  0.075  7.05

使用的橡胶沥青购自山东大山路桥工程有限公司，其性能指标在表2中列出，符合《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》的要求。

表2 橡胶沥青性能指标检测结果

沥青旋转薄膜烘箱试验TFOT

混合料的拌和操作如下：

(1)预先将石料在拌和滚筒内加热到预定温度范围内，一般是125℃-160℃，将该石料按配比要求分档转送到拌和锅中，进行初步拌和，将石料混合均匀；此阶段所需要时间为5-15秒。

(2)将橡胶沥青，加热到170℃-210℃之间，通过计量系统喷洒到拌和锅中，通过拌和系统与石料进行拌和。

(3)将实施例1(或者2)制得的温拌添加剂2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡嗪(或2-甲氨基-5-(2’-氨基-3’-羟基丁基)吡啶)配成质量浓度为10％的水溶液，控制温度在5℃-90℃之间。以计量泵计量后喷入拌和锅中。在喷洒时应使温拌添加剂溶液先与橡胶沥青接触，然后再进一步和石料接触。温拌添加剂有效成分的用量约为橡胶沥青的0.7％，橡胶沥青的加入量约为混合料总重的6％。

(4)温拌添加剂添加完毕后，开始向拌和锅中加入矿粉等填料，与拌和锅中的石料、橡胶沥青和温拌添加剂一起拌和，得到混合料。表3列出了该混合料的性能参数。

表3 温拌和热拌橡胶沥青混合料的性能

[1]：参照的是《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)和《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》(2007年12月北京市路政局)。

[2]：按超重交通、上面层确定技术要求

从表3可见：根据本申请专利所生产出的温拌橡胶沥青混合料的性能可达到目前国内常用的相应热拌橡胶沥青混合料的性能；对照现行针对热拌橡胶沥青混合料而提出的技术要求，该温拌橡胶沥青混合料也可满足相应标准。

实施例4

采用实施例1中的添加剂，按照实施例3中所得的温拌橡胶沥青混合料，于2008年12月在北京市的采石南路上铺筑了该温拌沥青混合料，现将施工要点总结如下。

1)混合料温度控制

  项目  温度控  制  允许波  动  备注  出料温度  140℃  ±5℃  根据气温等因素，适当微  调。  摊铺温度  130℃  ±5℃  根据气温等因素，适当微  调。  初压温度  120℃  ±5℃  紧跟碾压；此温度供参考

  项目  温度控  制  允许波  动  备注  终压温度  60℃  ±5℃  ---

根据施工时的气温等因素，对于混合料施工过程中的温度控制可由技术支持单位适当微调。

2)混合料的摊铺

摊铺机熨平板事先预热，达到100℃以上；摊铺速度不宜太快。

3)混合料碾压控制。

总原则：紧跟、慢压

初压选择钢轮压路机，13t以上，碾压遍数为2遍；其中，第1遍的前进采用静压方式，其它遍数进行振动，只要不拥包即可。

复压选择胶轮压路机，吨位为20t以上，碾压遍数为2～4遍。开始先将轮胎清理干净，碾压过程中及时将轮胎上的粘附颗粒清理掉，并在轮胎上随时刷植物油，防止粘轮。

终压选择钢轮压路机，吨位为13t以上，碾压遍数为2～4遍，采用振、静结合方式，收光阶段采用静压。

在压实过程中压路机紧跟并保证足够的压实遍数，是温拌混合料成功铺筑的关键。

5.3 应用情况

本例所铺筑的温拌橡胶沥青混合料路面，至今已经运营1年以上，在此期间经受的1个冬季的低温和1个夏季的高温考验，目前该路段使用状况良好。从而证明了该发明所涉及的温拌橡胶沥青混合料制备方法是科学的、有效的。

本文中应用了具体实例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。