沥青抗剥落剂的优化及其性能 (1)

高速公路的沥青路面要求使用质地较硬 、耐磨 的砂岩或花岗岩等酸性石料 ,但酸性石料与沥青的 粘附性不好 ,易发生水损害 。水损害已成为我国高 等级公路早期破坏的最重要原因之一 ,目前解决水 损害问题的主要方法是加入抗剥落剂 。国内外文献 报道的一些抗剥落剂的主要成分为胺类化合物 ,典 型的有叔胺类化合物[1 ] 、季铵盐[2 ] 、多胺[3 ] 、醇胺[4 ] 、 烷基氧化烯胺[5 ] 、咪唑啉[6 ] 、醛胺缩合化合物[7 ] 等 。 这类抗剥落剂有两大缺陷 :一是热稳定性差 ,在沥青 路面施工工艺中 (150 ℃左右) 容易分解 ,不仅失去 抗剥落效果 ,而且会在贮存和使用过程中放出刺鼻
2 结果与讨论
2. 1 抗剥落剂主成分的确定 各种候选物质添加到沥青中后对砂岩的粘附等
级及热稳定性见表 1 。
表 1 各种候选物质对砂岩的粘附等级及热稳定性 Table 1 Adhesion grade to sandstone and heat2stability of
various candidate substances
4+
2
w (LOP) = 20 % , w (CP) = 5 %
4+
3
w (LOP) = 20 % , w (SP) = 5 %
5
4
w (LOP) = 15 % , w (SP) = 5 %
5
5
w (LOP) = 10 % , w (SP) = 5 %
4+
6
w (LOP) = 5 % , w (SP) = 5 %
Optimization of Asphalt Antistripping Agent and Its Performance
ZHU Da2zhang1 ,SUN Xiao2yu2 ,LI Wen2zhe2 ,L Β Wei2min3 ,NI Ya2ming1
(1. Departement of Chemistry , Tongji University , Shanghai 200092 , China ; 2. Analysis & Research Center , Tongji University , Shanghai 200092 , China ;3. Department of Road & Airport Engineering , Tongji University , Shanghai 200092 , China)
摘要 :在沥青中添加抗剥落剂是防止高等级公路水损害的有效方法 。以 4 # 燃料油为溶剂 ,制备了一种不含胺类 物质的抗剥落剂 ,并对其配方进行了优化 ,用水煮法 、热老化实验和热重分析研究了其性能 。结果表明 ,较优的 配方是 : 磷羟基有机物 w (LOP) = 15 % , w (SP) = 5 % 。这种抗剥落剂加入沥青后可大大提高沥青与酸性石料的 粘附性 ,可使沥青与酸性石料的粘附性由 1～3 级提高至 5 级 ,且在热老化后仍能保持良好的效果 。 关键词 :沥青 ;抗剥落剂 ;水煮法 ;酸性石料 ;热重分析 中图分类号 : TQ522. 63 文献标识码 :A 文章编号 :1003 - 5214 (2004) 09 - 0708 - 03
候选物质
季铵盐 1631 季铵盐 7326 季铵盐 1827 有机胺 SN 有机胺 SH - 105 多乙烯多胺 单咪唑啉 双咪唑啉 季铵盐 SSL 醇胺 磷羟基有机物 LOP 磷羟基有机物 LP 磷羟基有机物 CP 磷羟基有机物 SP
对砂岩的粘附等级
343+
4 3-
3 44344+ 4+
4 4+
分解温度/ ℃
Abstract :Adding antistripping agent to asphalt is an effective method to prevent water2induced damage of high2grade road. An antistripping agent without amine was prepared and optimized and its performance was evaluated by poaching , heat ageing and thermogravimetry. The optimal formula of antistripping agent is organo2phosphorus hydroxyl compounds 〔w (LOP) = 15 % , w ( SP) = 5 %〕dissolved in 4 # fuel oil . The antistripping agent could greatly improve the adhesion between asphalt and acidic stones added to asphalt . It can increase the adhesion grade from 1～3 to 5 and keep the adhesion effect well even after heat ageing. Key words :asphalt ;antistripping agent ;poaching method ;acidic stone ;thermogravimetry Foundation item :Shanghai municipal science & technology developing foundation (022112197)
的氨气 ,污染环境 ;二是由于在机理上是与石料表面 仅形成物理吸附[8] ,对于酸性较强的石料吸附力非 常有限 ,使用后仍会发生水损害 ,达不到高速公路建 设的要求 。所以有必要研制一种热稳定的 、能明显 增强沥青与石料粘附性的新型抗剥落剂 。
1 实验
1. 1 有效成分的筛选与确定 从对酸性石料的粘附性和热稳定性两个角度对
3
7
w (LOP) = 15 % , w (SP) = 4 %
5
8
w (LOP) = 15 % , w (SP) = 3 %
4+
9
w (LOP) = 15 % , w (SP) = 2 %
4+
பைடு நூலகம்
10
w (LOP) = 15 % , w (SP) = 1 %
4+
2. 3 沥青抗剥落剂的性能 沥青抗剥落剂对不同石料的粘附性能见表 3。
表 2 各种样品加入沥青后对砂岩的粘附性 Table 2 Adhesion between Taiwan 70 # asphalt with various
antistripping agent samples and sandstone
样品编号
组成
粘附性
1
w (LOP) = 20 % , w (LP) = 5 %
从表 3 可看出 ,在沥青中加入质量分数 014 %的抗剥 落剂后 ,可显著改善沥青与石料特别是酸性石料的 粘附性能 ,而且这种粘附性不因为热老化而降低 。 这是由于作为抗剥落剂主成分的磷羟基有机物 SP、 LOP 热稳定性较好的缘故 。其 TGA 曲线分别如图
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精 细 化 工 FINE CHEMIC AL S 第 21 卷
考虑到与沥青的相溶性 ,本文的抗剥落剂以 4 # 燃料油为溶剂来配制 。由于 LOP 在 4 # 燃料油中的 溶解性能最好 ,而其他几种磷羟基有机物在 4 # 燃料 油中的溶解度不是很大 ,故选用 LOP 为主要成分 , 分别与其他几种磷羟基有机物复合 ,在 70 ℃下充分 搅拌溶解 ,配制抗剥落剂产品 ,按质量分数 014 %加 入台湾 70 # 沥青中 ,按前述方法和标准 ,测定其对砂 岩的粘附性 ,结果如表 2 所示 。可以看出 ,质量分数 20 %的 LOP 分别与质量分数 5 %的 CP、LP 复合后 , 抗剥落性能并没有明显增强 ,而与 SP 复合后 ,抗剥 落性能有明显提高 ,可达到 5 级 。而当 w (SP) = 5 % 时 ,w (LOP) = 15 % ,即可得到良好的抗剥落性能 。 固定 w (LOP) = 15 % ,逐步降低 w (SP) ,可看出 ,当 w (SP) ≤3 %时 ,抗剥落性能就不能达到 5 级 。考虑到 产品性能的可靠性 ,本文采用样品 4 的配方作为最 优产品 ,进行进一步性能研究 。
< 100 170 170 > 250 100 < 100 > 200 > 200 170 > 200 220 200 220 200
从表 1 可看出 ,胺类物质对沥青与石料粘附性 的提高较低 ,不超过 4 级 ,而磷羟基有机物对沥青与 石料的粘附性普遍增加较大 ,达到 4 级以上 。而且 大多数胺类物质分解温度较低 ,在 170 ℃以下 ,而磷 羟基有机物分解温度均在 200 ℃以上 。由此可看 出 ,无论是对砂岩的粘附等级还是热稳定性 ,磷羟基 有机物在总体上均优于胺类化合物 。故选用磷羟基 有机物 LOP 和 SP 为主要成分 。 2. 2 抗剥落剂中各组分含量的确定
1 、2 所示 。
表 3 添加抗剥落剂前后沥青与各种石料的粘附性比较 Table 3 Comparison of the adhesion between asphalt and
various aggregates before and after adding antistripping
抗剥落有效成分进行筛选 。 1. 1. 1 水煮法评定各种候选物质对沥青与石料粘
Ξ 收稿日期 :2003 - 12 - 19 基金项目 :上海市科技发展基金科技攻关项目 (022112197) 作者简介 :朱大章(1975 - ) ,男 ,同济大学化学系讲师 ,在读博士生 ,师从倪亚明教授 ,电话 :021 - 65983695 ,E - mail :zhudz @tongji . edu. cn 。
第9期
朱大章 ,等 :沥青抗剥落剂的优化及其性能
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附性的影响 根据交通部颁布的行业标准《公路工程沥青及沥 青混合料试验规程》(J TJ 052 —2000) 中的要求 ,用水 煮法评价沥青与石料的粘附性。按照规则 ( T 0616 — 1993) ,将粒径 915～1312 mm 石料洗净、烘干 ,然后浸 入预热的添加了各候选物质的热沥青试样中 ,45 s 后 轻轻提出。裹有沥青的集料颗粒在室温下冷却 15 min 。将冷却后的集料颗粒在微沸水中煮 3 min 。观 察集料颗粒表面的沥青薄膜的粘附状况 ,根据受水作 用在石料表面的移动情况及剥落程度 ,评定沥青与石 料的粘附性等级 1～5 级 ,其中 1 级为最低等级 ,5 级 为最高等级。本实验中如无特别说明 ,所用酸性石料 均为产自浙江湖州的砂岩 ,沥青均为台湾 70 # 沥青。 1. 1. 2 热重分析 用 Perkin - Elmer TGA - 7 热重分析仪在高纯 N2 气氛下对各种候选物质进行热失重分析 ,确定它们 的热分解温度 ,评价其热稳定性 。温度 40～250 ℃, 升温速率为 10 ℃/ min ,N2 流速为 60 mL/ min 。 1. 2 抗剥落剂中各组分配比的优化 根据确定的有效成分 ,改变各组分的配比 ,用水 煮法评定它们加入沥青后对酸性石料的粘附性 ,通 过比较确定较优的配比 。 1. 3 薄膜烘箱实验 (热老化实验) 将掺有优化配比的抗剥落剂的沥青制成约 3 mm 的薄膜 ,放入 163 ℃烘箱 5 h (部颁标准J TJ 052 — 2000 ,T 0609 —1993) ,然后再用水煮法检验经加热处 理后的沥青与集料的粘附性 。
第21卷第9期 2004年9月
建筑用化学品
精细化工
FINE CHEMICALS
Vol . 21 ,No . 9 Sept . 2 0 0 4
沥青抗剥落剂的优化及其性能Ξ
朱大章1 ,孙晓宇2 ,李文哲2 ,吕伟民3 ,倪亚明1
(1. 同济大学 化学系 ,上海 200092 ;2 同济大学 测试中心 ,上海 200092 ;3. 同济大学 道路与机场工程系 ,上海 200092)