一种彩铺胶结料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种路面彩色铺筑用的胶结料及其制备方法和应用。特别是涉及一种彩色路面的混合料摊铺施工、喷涂施工、涂布施工使用的浅色胶结料及其制备和应用。


背景技术：

2.彩色路面铺筑施工，早在上世纪50年代欧美便已有所应用，1960年代后的日本通过彩色路面、彩色地面形成的公交车道、自行车道、商业街区，以及大型博览会场地，使城市建设丰富多彩，道路交通的彩色标识更加科学实用，使世界各国通过日本的花园式城市建设模式逐步对彩色路面铺筑技术应用有了更全面的认识。1972年的慕尼黑奥运会场地的彩色化配套建设，使彩色地面应用技术在停车场、体育场馆、公共娱乐场所、旅游观光景点的应用得到进一步发挥，彩色路面、彩色地面的应用在世界范围被广泛接受。
3.彩色路面铺筑用的胶结料，在早期主要是将铺路用的黑色道路石油沥青进行着色处理，来实现彩色化路面、地面的铺筑施工，这种沥青被称为“彩色沥青”，这类技术产品如特開平10-176112、cn94118271.1所介绍的石油沥青基彩色沥青材料，由于造价较低、资源易得，一直延用至今。但是由于黑色石油沥青的固有色较重，难以着色成鲜艳的色彩，所以这种彩色沥青的色彩主要以铁红色为主，对应的彩色地面色彩单调、暗淡，难以满足人们对彩色路面、彩色地面的色彩鲜艳性的需求。由此，人们努力尝试利用树脂、橡胶等合成材料为主体进行固有色较浅的彩铺胶结料的制备和应用，这种材料有时仍然被习惯地称为彩色沥青。
4.随着现代石油化工合成技术的进步，利用各类合成材料、并配合一定辅助材料制备的石油树脂类、环氧树脂类、丙烯酸树脂类的彩铺胶结料（或称彩色沥青）纷纷问世，例如cn93107531.9、cn201911353215.0所公开的技术产品，并得到一定程度的社会化应用。
5.由于这些利用合成材料制备的胶结料与石油沥青相比，固有色较浅（一般为浅黄色至黑褐色），比较容易制备成色彩较为鲜艳的各种色相的彩色路面铺筑材料，使彩色路面、彩色地面工程的色彩效果得到改善。但是由于这类合成材料制备的彩铺胶结料在自然环境使用条件下，耐老化性能存在一定不足，用其铺成的彩色路面、彩色地面很快出现剥离、脱落等路面病害，使用寿命较短，有的彩色面使用后不足两年即出现病害。
6.因此，如何提高彩铺胶结料的性质，在保证较好的发色效果的同时，提高其路用性能，特别是耐老化性能，成为彩铺胶结料制备过程中一个长期的课题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种彩铺胶结料及其制备方法，在保证其发色效果的同时，进一步提高其路用性能，特别是耐老化性能。同时，本发明另一目的在于提供该彩色胶结料的应用方法。
8.本发明提供一种彩铺胶结料，该彩铺胶结料为石油基彩铺胶结料，以石油渣油为原料经萃取制得。所述石油渣油为原油经常压或减压蒸馏所得的残余物，通常是馏程大于
350℃重馏份油。石油渣油的25℃针入度不高于80（1/10mm），优选为30-70（1/10mm）。
9.本发明同时提供一种混合彩铺胶结料，以混合彩铺胶结料的质量计，其中含有：如前所述彩铺胶结料10%-90%；热塑性树脂类彩铺胶结料10-90%。
10.所述热塑性树脂类彩铺胶结料可以是石油树脂类的彩铺胶结料。
11.本发明另一方面在于提供了一种彩色混合料，以彩色混合料质量计，包括：如前所述彩铺胶结料或混合彩铺胶结料4%-10%；级配矿料或彩色集料83%-96%；着色剂0%-10%。
12.所述级配矿料是符合道路施工规范的石材材料，彩色集料可以是任何天然或人工制造的彩色固体颗粒，如：天然彩色石材，陶粒（陶瓷颗粒）等。着色剂可以是相应色相的颜料，如铁红（氧化铁红）、红丹（四氧化三铅），铬绿（氧化铬绿）、铅铬绿，铅铬黄、锌铬黄，铁蓝等。
13.本发明再一方面在于提供一种彩铺胶结料乳化液，以彩铺胶结料乳化液的质量计，其中包含：石油基彩色胶结料或混合彩铺胶结料40%-65%；乳化剂0.5%-4%；水余量。
14.其中乳化剂分为阴离子型乳化剂，包括12碳至18碳的烷基羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸脂盐类、磷酸脂盐类乳化剂中的至少一种，例如十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子乳化剂中的至少一种；阳离子乳化剂包括12至20碳的烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、季铵盐类乳化剂中的至少一种，例如十八烷基胺、十六烷基三甲基氯化铵等阳离子乳化剂中的至少一种；非离子乳化剂包括12至18碳的脂肪醇和 8至10碳的烷基酚的环氧乙烷反应物中的至少一种。着色剂为相应色相的颜料，如铁红（氧化铁红）、红丹（四氧化三铅）、铬绿（氧化铬绿）、铅铬绿、铅铬黄、锌铬黄、铁蓝等。
15.彩铺胶结料乳化液在使用过程中优选加入着色剂，着色剂加入量是彩铺胶结料固形物质量的0.1-0.3倍。所述彩铺胶结料固形物为彩铺胶结料乳化液蒸发掉水份后所得的固态物质。
16.本发明另一方面在于提供一种彩铺胶结料的制备方法，采用石油渣油为原料，利用烷烃溶剂作为萃取剂对石油渣油进行萃取，获得萃取液及萃余物，其中萃取液经过脱除烷烃溶剂后得到彩铺胶结料。
17.所述石油渣油为原油经常压或减压蒸馏所得的残余物，通常是馏程大于350℃重馏份油。石油渣油的25℃针入度不高于80（1/10mm），优选为30—70（1/10mm）。
18.进一步，所述石油渣油在进行萃取前，优选向其中添加萃取助剂，所述萃取助剂为能够与石油渣油中的胶质产生氢键、范德华键作用的物质。所述萃取助剂优选为聚丙烯酰胺，脂肪醇丙烯酸脂共聚物，烷基苯磺酸盐、磺酸盐，烷基酚聚氧乙烯醚，高碳醇聚氧乙烯醚磺酸盐，六氟环氧丙烷二聚体酰胺等中的至少一种，更优选为八碳至十四碳的烷基酚聚氧乙烯醚，十碳至十六碳烷基苯磺酸盐等中的至少一种。
19.本发明萃取助剂可促进渣油中以沥青质为主要成分的重组分高效地脱除，实现固
有色较浅的石油基彩铺胶结料生产。本发明的萃取助剂能够在烷烃溶剂对渣油进行选择性溶解的同时，在以沥青质为核心的胶团的最外层饱和分、次外层芳香分、甚至部分轻胶质被溶解掉的情况下，萃取助剂通过自身极性基团对胶团裸露的胶质成分进行吸引、进一步瓦解胶团，使得胶团解离，使密度最大、同质间吸附能力最强的渣油重组分边沉降、边吸附团聚，提高了重组分沉降效率。
20.本发明所述的烷烃溶剂，是三碳至六碳的烷烃溶剂中的至少一种。
21.所述萃取过程优选在萃取塔中进行。所述萃取塔优选采用连续逆流操作方式，操作过程具体如下：萃取剂从萃取塔下部进入塔内后向上流动，选择性加有萃取助剂的石油渣油从萃取塔中部进入塔内后向下流动，石油渣油和萃取剂在塔内逆向对流接触，萃余物的重组分残渣从塔底排出，从塔上部流出的萃取液进入溶剂回收装置，经脱除溶剂后得到彩铺胶结料。
22.萃取塔的操作条件为：烷烃溶剂与渣油质量比（剂油比）4:1-5:1，萃取助剂占渣油质量的0-8%，优选为1%-6%，萃取塔操作压力为3.0mpa-6.0mpa，萃取塔各处温度范围分别是为塔顶100℃-190℃、塔中95℃-180℃、塔底90℃-170℃。
23.本发明再一方面在于提供一种彩铺胶结料在彩色路面铺筑中的应用。所述应用可以是将石油基彩铺胶结料直接与级配矿料或彩色集料、着色剂制成彩色混合料用于彩色路面的薄层铺筑，或者将其乳化后与着色剂、小粒径的矿料等配合制成彩色稀浆进行彩色路面的喷涂或涂布施工。这种石油基彩铺胶结料也可与树脂类彩铺胶结料进行混合调制成混合型彩铺胶结料，再进行前述的彩色路面的薄层铺筑、彩色路面的喷涂或涂布施工。
24.相对而言，道路石油沥青是从自然界长时间衍化物中分离得到的材料，其耐老化性能相对较好，用其铺成的彩色路面、彩色地面的使用寿命明显长于合成材料的彩铺胶结料路面。
25.本发明的石油基彩铺胶结料是从石油沥青中分离得到，成本低，其材料成本大约仅为树脂类胶结料的1/4至1/3。
26.本发明的石油基彩铺胶结料可以单独用于彩色路面铺筑施工，也可与热塑性树脂类彩铺胶结料，诸如石油树脂基彩铺胶结料进行复合后应用，由此可得到发色性、耐老化性、经济性有所兼顾的优良彩铺胶结料。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例进一步说明本发明的实施方案和效果。本发明实施例中给出的重量数据为质量数，或质量百分数。本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
28.实施例中涉及的针入度指标的测定，采用常规测试方法（即试验条件为25℃、100克荷重、5秒钟）和针入度试验仪，针入度单位是1/10mm。
29.实施例1以正丁烷与异戊烷的1:1重量比混合物作为萃取溶剂，渣油中掺入了2%的十二碳烷基苯磺酸钠作为萃取助剂，与渣油混均后以2.5公斤/小时的进料速度向萃取塔供料（渣油为25℃针入度45（1/10mm）的沙特原油减渣），剂油比为4:1，萃取塔的操作条件见表1所示。从萃取塔顶出来的萃取液蒸除其中的溶剂后，便得到石油基彩铺胶结料。胶结料的固有色呈褐色，相比固有色为黑色的石油沥青有明显改善，主要性质见表2。
30.实施例2以异戊烷作为萃取溶剂，渣油中掺入了3%的壬基酚聚氧乙烯醚（ch3(ch2)8c6h4(oc2h4)
10
oh，即np-10）作为萃取助剂，与渣油混均后以4公斤/小时的进料速度向萃取塔供料，渣油是25℃针入度50（1/10mm）的新疆稠油减渣。剂油比为5:1，萃取塔的操作条件见表1所示。从萃取塔顶出来的萃取液蒸除其中的溶剂后，便得到石油基彩铺胶结料。胶结料固有色呈现褐色，相比固有色为黑色的石油沥青有明显改善，主要的性质见表2。
31.实施例3以正丁烷与异戊烷的1:1重量比混合物作为萃取溶剂，渣油中掺入了4%的十二烷基酚聚氧乙烯醚（ch3(ch2)
11
c6h4(oc2h4)
10
oh）作为萃取助剂，与渣油混均后以5公斤/小时的进料速度向萃取塔供料（渣油为25℃针入度67（1/10mm）的科威特原油减渣），剂油比为5:1，萃取塔的操作条件见表1所示。从萃取塔顶出来的萃取液蒸除其中的溶剂后，便得到石油基彩铺胶结料，其主要性质见表2。胶结料的固有色呈现褐色，相比固有色为黑色的石油沥青有明显改善，但其针入度达到150（1/10mm），较高，与针入度小的胶结料混合后可作为胶结料使用。
32.实施例4以正丁烷与异戊烷的1:1重量比混合物作为萃取溶剂，与渣油混均后以2.5公斤/小时的进料速度向萃取塔供料（渣油为25℃针入度45（1/10mm）的沙特原油减渣），剂油比为4:1，萃取塔的操作条件见表1所示。从萃取塔顶出来的萃取液蒸除其中的溶剂后，便得到石油基彩铺胶结料。与实施例1相比，由于没有加入萃取助剂，收率略低。胶结料的固有色呈褐色，相比固有色为黑色的石油沥青有明显改善，主要性质见表2。
33.对比例1以正丁烷与异戊烷的1:1重量比混合物作为萃取溶剂，渣油中掺入了2%的十二碳烷基苯磺酸钠作为萃取助剂，与渣油混均后以2.5公斤/小时的进料速度向萃取塔供料（渣油为25℃针入度90（1/10mm）的沙特原油减渣），剂油比为4:1，萃取塔的操作条件见表1所示。从萃取塔顶出来的萃取液蒸除其中的溶剂后，便得到石油基彩铺胶结料，其主要性质见表2。胶结料的固有色呈褐色，相比固有色为黑色的石油沥青有明显改善，但其针入度达到200（1/10mm），针入度过大，难以直接做为铺路用胶结料应用。
34.表1 萃取塔操作条件项目实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1渣油进料速率/kg/h2.5452.52.5萃取助剂占渣油/#402剂油比4:15:15:14:14:1萃取塔压力/mpa53.74.555塔顶温度/℃118180140118118塔中温度/℃117170137117117塔底温度/℃112160130112112彩铺胶结料收率/u70756375表2 胶结料的性质
项目实施例1实施例2实施例3实施例4对比例125℃针入度，1/10mm709515076200
软化点，℃474638473715℃延度，cm》100》100
--
》100
--
胶结料形态褐色，常温固体褐色，常温固体褐色，常温半固体褐色，常温半固体褐色，常温半固体
实施例5将实施例2制备的25℃针入度为95（1/10mm）彩铺胶结料加热到140
±
5℃，与60
±
5℃的十二烷基硫酸钠乳化剂水溶液加入到乳化机中进行乳化加工，以乳化液质量为基准，物料配比为：彩铺胶结料50%，乳化剂水溶液50%，乳化剂水溶液中的乳化剂和水在乳化液中含量分别为2%和48%。制成的石油基彩铺胶结料的乳化液，乳液的颜色呈现为暗黄色，相比黑色的沥青乳液颜色有了明显改善。
35.实施例6将实施例1及实施例2溶剂萃取处理得到的针入度分别为70（1/10mm）和95（1/10mm）的两种彩铺胶结料加热到140
±
5℃，进行1：1比例的混合调兑，制成适宜稠度的彩铺胶结料，该胶结料针入度为82（1/10mm）。按照热拌铺路混合料制备规范和表3所示彩色混合料的配比，制成彩色路铺筑用的彩色混合料，并通过加速老化试验评价彩色混合料的铺筑层稳定抗脱落的路龄预期值，其结果明显好于树脂类胶结料彩色面层较为理想的三年抗脱落时间（结果见表3）。
36.实施例7将实施例3溶剂萃取处理得到的针入度为200（1/10mm）的石油基彩铺胶结料与石油树脂基彩铺胶结料（针入度45（1/10mm））分别加热到140
±
5℃，进行混合调兑，前者与后者调兑质量比为1:4，制成针入度为72（1/10mm）的胶结料。按照热拌铺路混合料制备规范和表3所示彩色混合料的配比，制成彩色路铺筑用的彩色混合料，并通过加速老化试验评价彩色混合料的铺筑层稳定抗脱落的路龄预期值，其结果明显好于树脂类胶结料彩色面层较为理想的三年抗脱落时间（结果见表3）。
37.实施例8将实施例1制得的针入度为70（1/10mm）的石油基彩铺胶结料，按照热拌铺路混合料制备规范和表3所示彩色混合料的配比，制成彩色路铺筑用的彩色混合料，并通过加速老化试验评价彩色混合料的铺筑层稳定抗脱落的路龄预期值，其结果明显好于树脂类胶结料彩色面层较为理想的三年抗脱落时间（结果见表3）。
38.表3 彩色混合料配比和效果评价
胶结料来源主要材质，级配型号石材用量%彩铺胶结料%着色剂%色彩效果彩色层稳定预期实施例6天然红石，ac-13895（铁红）6好于沥青与树脂相当十年实施例6天然红石，ac-10876（铁红）7好于沥青与树脂相当十年实施例7石灰岩，ac-13895（铬绿）6好于沥青与树脂相当七年实施例7绿色陶粒，ac-109460好于沥青与树脂相当七年实施例8黄色陶粒，ac-109460好于沥青与树脂相当八年实施例8蓝色陶粒，ac-109460好于沥青与树脂相当九年
实施例9参照表4配比，将实施例5制备的石油基彩铺胶结料的乳化液（固形物质量为乳化液质量的52%）与着色剂混兑成可用于彩色路面、地面喷涂或涂布施工的彩色稀浆。单位面积的彩色稀浆用量可根据施工基础面情况适当调整，一般为0.8公斤/平米至1.5公斤/平米。稀浆涂层的施工成本明显低于混合料方式的薄层铺筑施工。其色彩效果明显好于以往沥青基的彩色涂层，而且根据实际需要可适度对颜色进行复配，可创造鲜亮、饱满的色调。彩色涂
层稳定的使用寿命主要取决于交通磨耗强度，一般为两至三年。
39.表4 彩色稀浆配比稀浆料色相胶结料乳化液，%主要着色剂，%色彩效果红色92（铁红）8好于沥青与树脂相当绿色91（铬绿）9好于沥青与树脂相当黄色95（锌铬黄）5好于沥青与树脂相当蓝色95（铁蓝）5好于沥青与树脂相当以上实验结果显示，该石油基彩铺胶结料与石油沥青相比，固有色较浅，耐老化性能及路用性能指标与之相近。相比树脂类胶结料，不易老化、降解，同等条件下两年路面试验脱落率不足树脂类的1/10。而且该胶结料的发色效果得到兼顾，综合性能较好。