CN104496242A

CN104496242A - 一种沥青混凝土改性剂及其应用

Info

Publication number: CN104496242A
Application number: CN201410675480.1A
Authority: CN
Inventors: 王朝辉; 孙晓龙; 冯炜; 王新岐; 侯明业; 葛娟; 陈姣; 范巧娟; 狄升贯
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: CN104496242B

Abstract

本发明涉及一种沥青混凝土改性剂及其应用，该改性剂包括硅锌矿，所述的沥青混凝土改性剂还包括红锌矿和黝锡矿；所述的硅锌矿为纳米级硅锌矿粉，所述的红锌矿为纳米级红锌矿粉，所述的黝锡矿为纳米级黝锡矿粉。本发明通过研究表明，硅锌矿可以作为一种改性剂，该改性剂能提高沥青混合料铺筑时的路面性能；进一步的研究表明，红锌矿和黝锡矿能够明显提高沥青混合料的吸附功能，能吸附汽车尾气中的有害气体；同时，在沥青混凝土的表面改性剂中加入JL-G02FX型端胺基多元醇酯后，可提高红锌矿、硅锌矿和黝锡矿与沥青混凝土之间的相容性，无机微粉改性沥青具有良好的存储稳定性。

Description

一种沥青混凝土改性剂及其应用

技术领域

本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种沥青混凝土改性剂及其应用。

背景技术

随着公路交通事业的发展，交通量日益增长、大型化车辆，重载、超载车辆比例逐步增加，对路面的要求越来越高。我国地域广阔，气候差异性较大，普通沥青已经难以满足道路的使用要求，炎热季节沥青路面在车辆荷载作用下形成的车辙、推移的永久性变形，冬季低温开裂和半刚性基层开裂的反射性裂缝，在雨季及春融季节形成的坑槽、松散等水损害破坏在新建道路时有发生。为进一步提高沥青路面路用性能，需要对普通道路石油沥青进行，目前沥青改性剂主要有SBS、SBR、PE、EVA等聚合物改性剂。聚合物改性剂虽然在一定程度上提高了沥青路面路用性能，但改性工艺复杂，改性过程中需要将沥青加热到较高温度，导致部分沥青老化，并且工程造价较高。

近年来，无机沥青改性剂以其自身的无污染，重复利用率较高，耐久性强等一系列优点，在沥青路面改性材料领域得到越来越广泛的应用。以无机矿物类为研究方向，开发一种环保型无机改性沥青混凝土对改善道路使用性能具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明解决了现有技术中聚合物改性剂虽然在一定程度上提高了沥青路面路用性能，但改性工艺复杂，改性过程中需要将沥青加热到较高温度，导致部分沥青老化，并且工程造价较高的问题。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种沥青混凝土改性剂，该沥青混凝土改性剂包括硅锌矿。

进一步的，所述的沥青混凝土改性剂还包括红锌矿和黝锡矿。

更进一步的，所述的硅锌矿为纳米级硅锌矿粉，所述的红锌矿为纳米级红锌矿粉，所述的黝锡矿为纳米级黝锡矿粉。

具体的，按待改性的沥青混凝土质量百分比计，所述的硅锌矿粉占沥青混凝土总量的0.1％～2％，红锌矿粉占沥青混凝土总量的0.1～3％，黝锡矿粉占沥青混凝土总量的0.1％～2％。

所述的沥青混凝土改性剂用于改性沥青混凝土的应用。

进一步的，所述的改性沥青混凝土包括沥青混凝土和硅锌矿粉。

更进一步的，所述的改性沥青混凝土还包括红锌矿粉和黝锡矿粉。

具体的，所述的沥青混凝土包括集料、沥青和表面改性剂，按质量百分比计，集料占沥青混凝土含量的90％～95％，沥青占沥青混凝土含量的3％～6％，表面改性剂占沥青混凝土含量的0.12％～0.22％。

更具体的，所述的表面改性剂包括聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯和十六烷基三甲基氯化铵，聚丙烯酸钠占沥青混凝土含量的0.01％～0.06％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯占沥青混凝土含量的0.005％～0.04％，十六烷基三甲基氯化铵占沥青混凝土含量的0.005％～0.04％。

还有，将所述的表面改性剂配制成表面改性剂溶液，所述的表面改性剂溶液包括按质量比0.5～4：1：1：5～7混合的聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵和乙醇。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过研究表明，硅锌矿可以作为一种沥青混凝土改性剂，该改性剂能提高沥青混合料铺筑时的路面性能。

(2)进一步的研究表明，红锌矿和黝锡矿能够明显提高沥青混合料的吸附功能，能吸附汽车尾气中的有害气体，可作为一种新型环保净化空气沥青混凝土用于改善沥青路面使用环境问题；

(3)同时，在沥青混凝土的表面改性剂中加入JL-G02FX型端胺基多元醇酯后，可提高红锌矿、硅锌矿和黝锡矿与沥青混凝土之间的相容性，无机微粉改性沥青具有良好的存储稳定性。

具体实施方式

本发明的研究表明，硅锌矿表面具有微小孔隙，可吸附沥青中的小分子(轻质油类)物质，导致沥青质在沥青中的相对含量增高，沥青原有的组分发生改变，从而使沥青的粘度增大，提高沥青混合料的高温稳定性能。

同时，胶体结构学说认为，胶体的流变学性质随分散相沥青质在胶体中的浓度而变化，当沥青的化学性质固定时，随着沥青质在胶体中的含量增加，沥青的胶体结构逐渐由溶胶转变为凝胶结构；红锌矿、硅锌矿与黝锡矿在沥青中以分散相存在，改变了沥青中沥青质成分比例，导致沥青胶体结构发生转变。

本发明中所述的红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉属纳米级材料，可选的红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉的粒径均为为1～100nm，其具有较高的比表面积，增加了沥青混合料中结构沥青含量，提高沥青混合料的水稳定性能。同时红锌矿具有压电效应，黝锡矿粉具有热电效应，在车辆荷载和外界温差作用下产生电荷，吸附汽车产生的尾气。

另外，本发明中的表面改性剂包括聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯和十六烷基三甲基氯化铵，实验测定结果表明L-G02FX型端胺基多元醇酯的加入能有效的改善沥青混凝土中沥青的相容性，从而得到存储稳定性更加优良的改性沥青混凝土。

以下通过实施例对本发明进行具体说明。

实施例一：

本实施例改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：集料94.5％，沥青4.43％，红锌矿0.55％，硅锌矿0.25％，黝锡矿0.22％，聚丙烯酸钠0.01％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.02％、十六烷基三甲基氯化铵0.02％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比0.5︰1︰1︰5混合制成；

本实施例的改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到60～80nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

步骤二、将步骤一的红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉加入表面改性溶液中搅拌，后置于干燥箱对红锌矿粉、黝锡矿粉和硅锌矿粉进行干燥；

步骤三、将沥青加热至140℃后加入到180℃的集料中拌和90秒，然后同时加入步骤二处理后的红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉，再次拌和90秒，再经成型工序即可制得改性沥青混凝土。

实施例二：

本实施例的改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：集料93.7％，沥青4.6％，红锌矿0.89％，硅锌矿0.43％，黝锡矿0.31％，聚丙烯酸钠0.03％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.02％、十六烷基三甲基氯化铵0.02％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比1.5︰1︰1︰5混合制成；

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

与实施例一不同的是，步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到60～100nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

实施例三：

本实施例的改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：集料94.1％，沥青4.2％，红锌矿1.07％，硅锌矿0.36％，黝锡矿0.1％，聚丙烯酸钠0.06％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.05％，十六烷基三甲基氯化铵0.06％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比1.2︰1︰1︰6混合制成；

本实施例的改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

与实施例一不同的是，步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到10～50nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

实施例四：

本实施例的改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：矿料94％，沥青4.31％，红锌矿1.12％，硅锌矿0.37％，黝锡矿0.17％，聚丙烯酸钠0.02％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.005％、十六烷基三甲基氯化铵0.005％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比4︰1︰1︰7混合制成；

本实施例的改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

与实施例一不同的是，步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到1～20nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

实施例五：

本实施例改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：集料93.43％，沥青4.1％，红锌矿0.82％，硅锌矿0.27％，黝锡矿1.25％，聚丙烯酸钠0.05％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.04％、十六烷基三甲基氯化铵0.04％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比1.25︰1︰1︰7混合制成；

本实施例的改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

与实施例一不同的是，步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到50～60nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

实施例六：

本实施例改性沥青混凝土由以下原料按质量百分比制成：集料 92.21％，沥青4.1％，硅锌矿3.56％，聚丙烯酸钠0.05％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.04％、十六烷基三甲基氯化铵0.04％；

本实施例的改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

与实施例一不同的是，步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到40～100nm的红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉。

将本发明实施例1至6制备的改性沥青混凝土试件(车辙板试件)均进行马歇尔试验、高温车辙试验、低温弯曲破坏试验以及冻融劈裂试验等路用性能检测，对照组为普通沥青混凝土。本发明实施例1至6制备的改性沥青混凝土的路用性能测试数据如表1所示。

表1 不同实施例的沥青混合料路用性能

从表1中的结果可以看出，改性沥青混合料的路用性能优于普通沥青混合料的路用性能。

采用实施例1至实施例6的改性沥青混凝土成型车辙板，分别将6组车辙板放置于密闭的尾气分析设备中，通入汽车尾气，经过一段时间后，采用尾气分析仪测试设备中气体含量的变化，并与不加红锌矿、硅锌矿的普通沥青混凝土进行性能对比，分析本发明的改性沥青混凝土净化汽车尾气功效，试验结果如表2所示。

表2 净化空气试验结果

从表2中的结果可以看出：普通沥青混凝土基本不具有净化空气的效果，且实施例6中仅加入硅锌矿的沥青混凝土的净化效果也不明显，可知净化汽车尾气的效用主要来自红锌矿和黝锡矿，可有效净化汽车尾气中NO_X、HC化合物、CO等气体，且净化空气效果显著。

实施例七：

为验证JL-G02FX型端胺基多元醇酯的表面处治效果，本实施例采用硅锌矿、红锌矿、黝锡矿、聚丙烯酸钠和十六烷基三甲基氯化铵制备改性沥青，改性沥青由以下原料按质量百分比制成：沥青88.9％，硅锌矿2.5％，红锌矿5.5％，黝锡矿2.2％,聚丙烯酸钠0.5％，十六烷基三甲基氯化铵0.4％；

表面改性溶液由聚丙烯酸钠、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比1.25︰1︰7混合制成；

制备步骤如下：

步骤三、将红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉加入到熔融态的基础沥青中，采用高速剪切仪以500rpm的转速搅拌5分钟，再以3000rpm的转速搅拌40分钟，将其低温储存。

步骤四、按照我国《沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)采用的是将改性沥青放入盛样管中，在163士5℃条件下放置48h后，从盛样管顶部和底部分别取样，测定其环球法软化点之差来评价改性沥青的离析程度。

实施例八：

本实施例与实施例七不同的是：本实施例的改性沥青由以下原料按质量百分比制成：沥青88.5％，硅锌矿2.5％，红锌矿5.5％，黝锡矿2.2％,聚丙烯酸钠0.5％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯0.4％、十六烷基三甲基氯化铵0.4％；表面改性溶液由聚丙烯酸钠、十六烷基三甲基氯化铵与乙醇按质量比1.25︰1︰7混合制成；

步骤一、将红锌矿、硅锌矿和黝锡矿经干燥、粉碎过筛后得到60～100nm红锌矿粉、硅锌矿粉和黝锡矿粉；

按照我国《沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)采用的是将改性沥青放入盛样管中，在163士5℃条件下放置48h后，从盛样管顶部和底部分别取样，测定其环球法软化点之差来评价改性沥青的离析程度。

表3 改性沥青离析试验结果

检测部位	顶部	底部	软化点之差
				实施例7	50℃	56℃	6℃
实施例8	52℃	54℃	2℃

由表3可以看出，经过JL-G02FX型端胺基多元醇酯表面处理的改性沥青软化点之差比未经过JL-G02FX型端胺基多元醇酯处理的小，表明JL-G02FX型端胺基多元醇酯可提高红锌矿、硅锌矿和黝锡矿与沥青混凝土之间的相容性，得到的改性沥青混凝土具有良好的存储稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种沥青混凝土改性剂，其特征在于，该沥青混凝土改性剂包括硅锌矿。

2.如权利要求1所述的沥青混凝土改性剂，其特征在于，所述的沥青混凝土改性剂还包括红锌矿和黝锡矿。

3.如权利要求2所述的沥青混凝土改性剂，其特征在于，所述的硅锌矿为纳米级硅锌矿粉，所述的红锌矿为纳米级红锌矿粉，所述的黝锡矿为纳米级黝锡矿粉。

4.如权利要求3所述的沥青混凝土改性剂，其特征在于，按待改性的沥青混凝土质量百分比计，所述的硅锌矿粉占沥青混凝土总量的0.1％～2％，红锌矿粉占沥青混凝土总量的0.1～3％，黝锡矿粉占沥青混凝土总量的0.1％～2％。

5.将权利要求1、2、3或4所述的沥青混凝土改性剂用于改性沥青混凝土的应用。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的改性沥青混凝土包括沥青混凝土和硅锌矿粉。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的改性沥青混凝土还包括红锌矿粉和黝锡矿粉。

8.如权利要求5、6或7所述的应用，其特征在于，所述的沥青混凝土包括集料、沥青和表面改性剂，按质量百分比计，集料占沥青混凝土含量的90％～95％，沥青占沥青混凝土含量的3％～6％，表面改性剂占沥青混凝土含量的0.12％～0.22％。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的表面改性剂包括聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯和十六烷基三甲基氯化铵，聚丙烯酸钠占沥青混凝土含量的0.01％～0.06％，JL-G02FX型端胺基多元醇酯占沥青混凝土含量的0.005％～0.04％，十六烷基三甲基氯化铵占沥青混凝土含量的0.005％～0.04％。

10.如权利要求9所述的改性沥青混凝土，其特征在于，将所述的表面改性剂配制成表面改性剂溶液，所述的表面改性剂溶液包括按质量比0.5～4：1：1：5～7混合的聚丙烯酸钠、JL-G02FX型端胺基多元醇酯、十六烷基三甲基氯化铵和乙醇。