CN104559264A

CN104559264A - 一种scas改性沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN104559264A
Application number: CN201510027785.6A
Authority: CN
Inventors: 郭学东; 孙明志; 陈爽; 曹健; 李�赫; 朱凯旋; 王振勇
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2015-01-17
Filing date: 2015-01-17
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种SCAS改性沥青，它是由基质沥青和硅烷改性白炭黑混和配制而成，所述的硅烷改性白炭黑与基质沥青的重量比为1∶3％；其制备方法是：先将沥青用烘箱烘至熔融状态，再将不同质量比的硅烷白炭黑加入到熔融的基质沥青中，利用高速剪切搅拌机，恒温至160℃，转速为4000r/min条件下搅拌一个小时，制得SCAS改性沥青。本发明可以提高沥青路面的高低温稳定性、温度敏感性、耐老化性及水稳定性。

Description

一种SCAS改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种硅烷白炭黑改性沥青(Silanecoupling agent silica modified asphalt，以下简称SCAS改性沥青)及其制备方法。

背景技术

公路已成为目前主要的交通基础设施。有21个省区市高速公路里程超过1000公里，其中，河南、山东两省突破4000公里，江苏、广东两省突破3000公里。至2005年，美国全国约有260万英里的沥青和混凝土道路，其中大约91％为沥青路面。随着交通量和交通荷载的增加，更多的沥青道路需要建设，但更重要的问题是沥青路面必须保持良好的性能，以保证行车的舒适性和安全性。以往沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂和以坑洞、剥离、松散为代表的水损害现象。从20世纪60年代以来，绝大多数与沥青路面有关的研究课题也集中在这几种破坏形式上。所以，发明一种同时提高高、低温稳定性、耐老化性和水稳定性的改性沥青具有重大的社会效益和经济效益。

目前改性沥青种类很多，通过对目前学术论文及专利的的研究，大致有以下几种：纤维改性沥青，添加材料主要有木纤维、玄武岩纤维、钢纤维、聚酯纤维、矿物棉纤维，纤维的添加可改善沥青的高温性能，明显提高沥青的低温抗裂性，也能大幅度提高沥青的疲劳性能；橡胶粉及废橡胶粉改性沥青，可以改善沥青的高低温性能，降低温度敏感性，提高抗疲劳性能，降低噪声，增加摩擦，但橡胶沥青要求较高的施工工艺，气味很大，造价较高；无机矿物改性沥青，添加材料主要有硅藻土、白炭黑、炭黑等，此类材料一般具有较大的比表面积，其多孔结构可以更好的吸附沥青，提高沥青的高低温性能及感温性能，但无机矿物与沥青的相容性较差，大量填充会使沥青粘度过大。

为提高沥青与集料的粘附性，研究人员已研究开发了四代产品，第一代为石灰质改性，改性对象为石料；第二代是利用碱性皂角，改性对象为沥青，其作用也是创造一个碱性环境；第三代为季胺盐类阳离子型表面活性剂；第四代为胺基高分子聚合物，属于阳离子型表面活性剂，利用其极性可使沥青对酸性石料表面相结合，而该剂的亲油基又可使它与沥青粘结，增强了油石间的粘附性。上述方法，使用一代产品增加了施工工作量，第二代金属皂化物由于与沥青密度差异大易产生离析而影响效果，三、四代产品热稳定性不佳，容易在沥青混合料拌合的过程中发生分解，长期效果不好。同时这几类产品的作用机理都是增强沥青与集料之间的物理吸附作用，虽然在一定程度上能够起到增强集料与沥青粘附性的效果，但并不能从根本上解决水对沥青膜的脱附作用。

发明内容

本发明目的是提供一种SCAS改性沥青及其制备方法，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

一种SCAS改性沥青，它是由基质沥青和硅烷改性白炭黑混和配制而成，所述的硅烷改性白炭黑与基质沥青的重量比为1∶3％。

一种SCAS改性沥青的制备方法，先将沥青用烘箱烘至熔融状态，再将不同质量比的硅烷白炭黑加入到熔融的基质沥青中，利用高速剪切搅拌机，恒温至160℃，转速为4000r/min条件下搅拌一个小时，制得SCAS改性沥青。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：此改性沥青可以提高沥青路面的高低温稳定性、温度敏感性、耐老化性及水稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明具体实施方式实施例中软化点和当量软化点与掺量的关系图；

图2是本发明具体实施方式实施例中当量脆点与掺量的关系图；

图3是本发明具体实施方式实施例中PI与掺量的关系图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种SCAS改性沥青，它是由基质沥青和硅烷改性白炭黑混和配制而成，所述的硅烷改性白炭黑首先是以硅烷偶联剂(KH550)、溶剂、水和催化剂为原料，进行水解反应，制得偶联剂的溶胶溶液，然后将白炭黑加入到该溶胶溶液中，利用高速剪切的方法充分搅拌分散，最后使偶联剂的溶胶溶液与白炭黑两者进行脱水缩合反应，得到硅烷偶联剂改性的白炭黑，其疏水接触角可达70-150°。

所述的硅烷改性白炭黑与基质沥青的重量比为1∶3％。

下表为通过本实施例中技术方案制作出来的沥青的参数表：

表1 沥青参数表

实施例2

通过对比基质沥青与添加不同用量硅烷白炭黑对软化点的影响，T₈₀₀的影响，分析硅烷白炭黑对沥青高温性能的影响，参看表2：

表2 沥青软化点与当量软化点

掺量	软化点	当量软化点T₈₀₀
			0％	44.2	48.7
0.5％	45.1	46.7
			1.00％	46	52.49
1.50％	44.5	48.3
			2％	48.75	47.7
3.0％	50.45	53.1
			4％	54.05	51.6
5％	51.2	51.4

参看图1，软化点、当量软化点与改性剂掺量的关系图，可以看出，不管是软化点还是当量软化点，随着硅烷白炭黑掺量的增大，两种指标均呈先波动上升，过峰值后下降的趋势，说明硅烷偶联剂的加入对沥青的高温稳定性有积极影响，我国规范中对软化点的要求为A级≥44℃，各掺量均满足要求，3％掺量可使T₈₀₀最优，可认为3％掺量为提高沥青高温性能的最佳值。

实施例3

通过对比基质沥青与添加不同用量硅烷白炭黑对T_1.2的影响，分析硅烷白炭黑对沥青低温性能的影响各掺量沥青粘度及当量脆点测得及计算结果如表3所示：

表3 沥青粘度与当量脆点

掺量	粘度	当量脆点(℃)
			0％	469.3	-19.13
0.5％	585.4	-13.3
			1.00％	695.3	-20.67
1.50％	1211.3	-16
			2％	936.4	-14.06
3.0％	2760.3	-22.58
			4％	7388	-13.2
5％	7608.3	-11.87

参看图2，当量脆点与改性剂掺量的关系图，可以看出，掺量小于3％时，当量脆点波动下降，3％掺量时当量脆点达到最佳，当掺量继续增大，当量脆点则呈上升趋势，可认为3％掺量为提高沥青低温性能的最佳值。

实施例4

通过对比基质沥青与添加不同用量硅烷白炭黑对PI的影响，分析硅烷白炭黑对沥青温度敏感性的影响。各掺量沥青针入度及针入度指数测得及计算结果如表4所示：

表4 沥青针入度与针入度指数

掺量	15°针入度	25°针入度	30°针入度	PI
					0％	31.7	81.3	133.9	-0.26
0.5％	25.1	82.6	124.4	-1.06
					1.00％	29.2	65.1	113.2	0.239
1.50％	27.8	73.3	128	-0.61
					2％	25.5	73.9	123.3	-0.867

3.0％	30	74	107.7	0.467
					4％	20.1	57.2	90	-0.566
5％	19	64.3	87.1	-0.816

参看图3，针入度指数与掺量的关系图，可知3％掺量改性沥青温度敏感性最小。

实施例5

采用车辙试验验证改性沥青对混合料高温稳定性的影响，基质沥青混合料与3％掺量改性沥青混合料车辙试验结果参看表5：

表5 车辙试验结果

混合料类型	动稳定度次数(次/mm)
		基质沥青混合料	2700.16
改性沥青混合料	3391.96

由上表可知，3％掺量改性沥青可将混合料动稳定度提高25.6％，对于改善混合料高温稳定性效果明显。

实施例6

采用浸水马歇尔试验验证改性沥青对混合料水稳定性的影响，结果参看表6：

表6 浸水马歇尔试验结果

通过改性处理，混合料浸水前后稳定度分别提高了24.4％、41.2％，改性沥青混合料浸水残留稳定度也较基质的65.3％提高到了74.05％。

实施例7

采用真空饱水马歇尔试验验证改性沥青对混合料水稳定性的影响，结果参见表7：

表7 真空饱水马歇尔试验结果

通过改性处理，混合料浸水前后稳定度分别提高了24.4％、41.2％，，改性沥青混合料浸水残留稳定度也较基质的60.51％提高到了64.08％。

实施例8

采用冻融劈裂试验验证改性沥青对混合料高低温稳定性的影响，参看表8：

表8 冻融劈裂试验结果

通过改性处理，混合料冻融循环前后稳定度分别提高了22％、26％，改性沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比也较基质的81.47％提高到了84.11％。

实施例9

采用水煮试验验证硅烷白炭黑对沥青与石料粘附性的改性效果，具体试验结果参看表9：

表9 水煮试验结果

试验类型	水煮3min	水煮20min
			未掺加改性剂	2级	1级
改性剂掺量3％	5级	5级

由上面表格可以看出，未添加硅烷白炭黑的沥青与石料的粘附性很差，在水煮试验中发现，1min左右未处理过的集料沥青膜已大幅脱落，3min后集料已经裸露大半，而添加硅烷白炭黑的沥青效果明显，水煮中水煮20min后集料粘附性达到了5级，通过试验可以看出，硅烷白炭黑的加入确实可以大幅度的改善了石料粘附性不佳的状况。

实施例10

采用三种混合料老化试验验证采用冻融劈裂试验验证改性沥青对混合料耐老化性的影响，参看表10：

表10 三种混合料老化试验结果

由试验结果可知，两种混合料经过短期老化后水稳定性均有所下降，改性沥青混合料水稳性能降幅小于基质沥青混合料，说明改性沥青混合料抗老化性能有所提高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种SCAS改性沥青，其特征在于它是由基质沥青和硅烷改性白炭黑混和配制而成，所述的硅烷改性白炭黑与基质沥青的重量比为1∶3％。

2.一种制作如权利要求1中所述SCAS改性沥青的制备方法，其特征在于先将沥青用烘箱烘至熔融状态，再将不同质量比的硅烷白炭黑加入到熔融的基质沥青中，利用高速剪切搅拌机，恒温至160℃，转速为4000r/min条件下搅拌一个小时，制得SCAS改性沥青。