CN103146209A

CN103146209A - 一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN103146209A
Application number: CN 201310104538
Authority: CN
Inventors: 张宇; 杨阳; 左士祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青及其制备方法，该改性基质沥青由渣泥、蓝石棉、偶联剂和基质沥青组成，其含量分别为：渣泥质量分数占5~15%、蓝石棉质量分数占5~15%、偶联剂质量分数占1~9%、基质沥青质量分数占65~79%。本发明与现有技术相比，本发明制得的改性基质沥青原料易得、成本低廉、制备工艺简单且具有良好的感温性能和耐高、低温性能。

Description

一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合改性基质沥青及其制备方法，具体涉及一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青及其制备方法。

背景技术

沥青做为一种粘弹性材料，由于其相对分子量较低且分布范围较宽，对温度敏感性强，高温变软发粘，低温变脆易裂，在高温和紫外线照射下会产生老化现象，并且耐疲劳性能差，因而在一定程度上限制了其使用性能。虽然沥青生产厂家不断探索新的沥青生产工艺来改善沥青性能，道路设计部门也竭力采用优质重交通道路沥青，但许多道路的使用效果仍不尽人意。因此，需对沥青材料进行改性，在基质沥青或基质沥青混合料中加入一种或数种改性材料，通过适当的加工工艺，使改性材料熔融或分散在基质沥青或基质沥青混合料中，形成均质混合物，从而改善或提高沥青混合料的路用性能，提高其抗车辙、抗低温开裂、抗疲劳及抗老化等性能。

目前，对改性沥青的研究，大多都是利用高分子聚合物作为改性剂，如方长青等（专利公开号：CN 102020861 A）公开了以聚合物PE和纳米蒙脱土为改性剂，通过高速剪切机将聚合物PE和纳米蒙脱土均匀剪切分散在熔化的基质沥青中；夏咸明等（专利公开号：CN 102181163 A）公开了以废胶粉和苯乙烯类嵌段共聚物SBS为改性剂，通过往熔融基质沥青中加入活化剂、渗透剂、废胶粉、SBS和芳烃油使基质沥青溶胀，然后采用高速剪切机剪切制得。以上专利存在着聚合物改性剂成本高，同时采用高速剪切机等高能耗设备也增加了生产成本，另外采用聚合物改性剂改性基质沥青还存在着对温度敏感性和耐高低温性能改善效果有限等缺点。

发明内容

针对现有技术中采用高聚物材料改性基质沥青具有生产成本高、加工过程复杂且大都存在温度敏感性和耐高低温性能改善效果不佳的不足，本发明提供一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青及其制备方法，以获得具有生产成本低、工艺过程简单、温度敏感性低和具有耐高低温的改性基质沥青材料。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：

一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，所述的改性基质沥青由渣泥、蓝石棉、偶联剂和基质沥青组成，其含量分别为：渣泥质量分数占5~15%、蓝石棉质量分数占5~15%、偶联剂质量分数占1~9%、基质沥青质量分数占65~79%。

所述的渣泥为硼渣泥、电解液渣泥、泡花碱渣泥、有机酸石膏渣、钡渣、锶渣、赤红泥渣中的一种或多种，且渣泥有颗粒状和纤维束状两种形态，其中颗粒粒径为10~100nm，纤维束状长度为80~100nm，直径为15~40nm。

所述的蓝石棉是指蓝色的角闪石石棉，包括纤铁蓝闪石石棉、镁质钠铁闪石石棉和钠闪闪石石棉，其主要成分为(Na,K,Ca)_3-4Mg₆Fe⁽Ⅱ⁾(Fe⁽Ⅱ⁾,Al)_3-4[(OH)₄/Si₁₆O₄₄]，颗粒粒径大小为15~50nm。

所述的偶联剂为硅烷类偶联剂，为KH550或者DL602。

所述的基质沥青为满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）》和《公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）》的沥青，其针入度范围为20~150/0.1mm，软化点为40~100°C。

一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：在带加热的金属搅拌罐中将基质沥青加热至130~160°C，使沥青全部熔化；

步骤2：设置搅拌罐的加热温度，维持温度在130~160°C之间，然后启动搅拌罐，在5000~10000r/min转速下往搅拌罐中依次加入偶联剂、渣泥和蓝石棉；

步骤3：搅拌混合2~3h，使纳米级渣泥复合蓝石棉在基质沥青中分散均匀；

步骤4：将搅拌罐混合料冷却至室温，即制得纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青。

进一步地，在所述制备方法的步骤2中，设置搅拌罐的加热温度，必须维持整个加工过程恒温，恒温温度在130~160°C之间，这有利于提高沥青的乳化性能，大大增强沥青的稳定性。

本发明与现有技术相比，其显著特征是：

1、蓝石棉材料耐高温、耐酸耐碱、稳定性高、机械性能良好且具有净化污染空气等重要特性，将其应用于沥青材料领域，可提高基质沥青的应用性能，具有重要的应用前景；

2、硅烷偶联剂具有在纳米粉体和有机高聚物分子之间建立特殊“分子桥”的偶联功能，提高了渣泥和蓝石棉在基质沥青中的分散性和相容性；

3、渣泥材料绿色环保，性能稳定，价格低廉，资源丰富，且该改性基质沥青生产工艺无需使用高速剪切乳化机或研磨机等复杂高耗能的特别设备，制备过程简单，表明采用纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青具有降低生产成本的优势；

4、渣泥材料中含有大量的纳米颗粒、比表面积大、吸附力强、活性高、分散性好且颗粒表面不饱和电荷多，与基质沥青化学结合能力强，可改善基质沥青的结构性能，提高基质沥青的感温性能和抗高温性能。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步描述本发明的特征，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例1：

在带加热的金属搅拌罐中将500g AH-70基质沥青加热至160°C，使其全部熔化。待沥青全部熔化后设置搅拌器的控温装置，使温度维持在160°C，然后启动搅拌器，在5000r/min转速下往搅拌罐中依次加入38g KH550偶联剂、115g柠檬酸石膏渣和115g纤铁蓝闪石石棉，搅拌混合2h，搅拌完成后将已分散均匀的混合料冷却至室温，即制得改性基质沥青。

实施例2：

在带加热的金属搅拌罐中将500g AH-70基质沥青加热至130°C，使其全部熔化。待沥青全部熔化后设置搅拌器的控温装置，使温度维持在130°C，然后启动搅拌器，在10000r/min转速下往搅拌罐中依次加入6g KH550偶联剂、63g乳酸石膏渣和63g纤铁蓝闪石石棉，搅拌混合3h，搅拌完成后将已分散均匀的混合料冷却至室温，即制得改性基质沥青。

实施例3：

在带加热的金属搅拌罐中将500g AH-70基质沥青加热至145°C，使其全部熔化。待沥青全部熔化后设置搅拌器的控温装置，使温度维持在145°C，然后启动搅拌器，在5000r/min转速下往搅拌罐中依次加入60g DL602偶联剂、104g柠檬酸石膏渣和34g纤铁蓝闪石石棉，搅拌混合2h，搅拌完成后将已分散均匀的混合料冷却至室温，即制得改性基质沥青。

实施例4

纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青性能评价：

针入度指数按GB/T0604-2000进行测试；

软化点按GB/T0606-2000进行测试；

延度按GB/T0605-2000进行测试；

测试结果如表1所示：

表1

性能指标	AH-70基质沥青	实施例1	实施例2	实施例3
					针入度指数PI	-1.68	-0.03	0.01	0.12
软化点/°C	50	76	80	84
					5°C延度/cm	41	69	75	78

沥青的温度敏感性，简称感温性，是指沥青性质受温度变化的影响程度。通常采用针入度指数PI来表示，针入度指数越大，沥青的温度敏感性越低，即感温性能越好。

软化点是指沥青在一特定实验条件下达到一定粘度时的条件温度。软化点越高，则沥青的高温稳定性越好。

延度通常是指将沥青做成8字型标准试件，根据要求通常采用温度为25°C、15°C、10°C、5°C，以5cm每分钟（当低温采用1cm每分钟）速度拉伸至断裂时的长度（cm）。延度越大，塑性越大，越有利于抵抗低温变形能力。

从表1数据可以看出，当采用纳米级渣泥复合蓝石棉对基质沥青进行改性后，其针入度指数、软化点和5°C延度三项性能指标均比未改性前显著提高，表明本发明采用纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青具有较好的感温性能和耐高、低温性能。

Claims

1.一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，其特征在于：所述的改性基质沥青由渣泥、蓝石棉、偶联剂和基质沥青组成，其含量分别为：渣泥质量分数占5~15%、蓝石棉质量分数占5~15%、偶联剂质量分数占1~9%、基质沥青质量分数占65~79%。

2.根据权利要求1所述的一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，其特征在于：所述的渣泥为硼渣泥、电解液渣泥、泡花碱渣泥、有机酸石膏渣、钡渣、锶渣、赤红泥渣中的一种或多种，且渣泥有颗粒状和纤维束状两种形态，其中颗粒粒径为10~100nm，纤维束状长度为80~100nm，直径为15~40nm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，其特征在于：所述的蓝石棉为蓝色的角闪石石棉，包括纤铁蓝闪石石棉、镁质钠铁闪石石棉和钠闪闪石石棉，其主要成分为(Na,K,Ca)_3-4Mg₆Fe(Ⅱ)(Fe(Ⅱ),Al)_3-4[(OH)₄/Si₁₆O₄₄]，颗粒粒径大小为15~50nm。

4.根据权利要求1所述的一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷类偶联剂，为KH550或者DL602。

5.根据权利要求1所述的一种纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青，其特征在于：所述的基质沥青针入度范围为20~150/0.1mm，软化点为40~100°C。

6.一种如权利要求1所述的纳米级渣泥复合蓝石棉改性基质沥青的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤1：在带加热的搅拌罐中将基质沥青加热至130~160°C，使沥青全部熔化；

步骤2：设置搅拌罐的加热温度，然后启动搅拌罐，在一定转速下往搅拌罐中依次加入偶联剂、纳米级渣泥和蓝石棉；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中，设置搅拌罐的加热温度，必须维持整个加工过程恒温，恒温温度在130~160°C之间。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中，搅拌器的转速为5000~10000r/min。