CN105111753B - 一种沥青改性材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沥青改性材料及其应用。所涉及的沥青改性材料的制备方法包括：将纳米ZnO与白炭黑混合溶液干燥后得到ZnO/SiO2复合材料，其中SiO2与ZnO质量比为(1％～3％)：1；再将ZnO/SiO2复合材料与硬脂酸溶于甲苯溶液中，混匀后干燥得沥青改性材料，硬脂酸与ZnO/SiO2复合材料质量比按照(0.5％～2％)：1配制。本发明还涉及上述沥青改性材料在沥青改性中的应用。本发明借助SiO2对ZnO具有较好分散性，提高纳米ZnO在沥青中分散均匀性，利用SiO2对ZnO的包覆遮蔽性，降低纳米ZnO对沥青的光催化效应。
Description
技术领域
本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种沥青改性材料及其应用。
背景技术
近年来，我国沥青路面建设得到不断发展，但沥青在光照、水、温度等环境下易发生老化现象，为提高沥青的耐久性问题，国内外学者进行了许多相关性研究。其中，以无机纳米材料改性沥青则是其中之一，例如纳米TiO2、纳米CaCO3、纳米ZnO和纳米CeO2等，但现在如何使这些纳米材料在沥青中更好的分散并更好的发挥其性能是当今改性沥青技术的一大难点。
纳米ZnO具有一般纳米材料的特性，并且其对紫外光有优异的吸收和屏蔽作用。目前，以纳米ZnO对沥青进行改性，对沥青的抗老化性能、路用性能的提高有很大贡献，且纳米ZnO在沥青颗粒中分散得越细越均匀，改性沥青性能越好，但纳米ZnO粒径小、比表面积大、表面能高的特点极易团聚，而不能发挥其特性，同时，纳米ZnO颗粒表面的羟基等亲水性基团限制了其添加到油性的沥青中，以及光催化降解有机物等问题一直影响其在沥青中的应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明一方面提供了一种沥青改性材料。
本发明所提供的沥青改性材料的制备方法包括：
将纳米ZnO与白炭黑混合溶液干燥后得到ZnO/SiO2复合材料，其中SiO2与ZnO质量比为(1％～3％)：1配制；
再将ZnO/SiO2复合材料与硬脂酸溶于甲苯溶液中，混匀后干燥得沥青改性材料，硬脂酸与ZnO/SiO2复合材料质量比为(0.5％～2％)：1配制。
可选的，在60～80℃条件下将纳米ZnO浆液与白炭黑溶液混合均匀。
可选的，在60～80℃条件下将ZnO/SiO2复合材料与硬脂酸溶于甲苯溶液中，混匀。
所述沥青改性材料的粒度为20～40nm。
本发明另一方面提供了上述沥青改性材料在沥青改性中的应用。
所述应用包括将上述沥青改性材料添加入熔融沥青中，搅拌均匀。
改性材料与沥青质量比是(1％～5％)：1。
与现有的方法相比，本发明具有如下的特点：
(1)本发明借助SiO2对ZnO具有较好分散性，提高纳米ZnO在沥青中分散均匀性，利用SiO2对ZnO的包覆遮蔽性，降低纳米ZnO对沥青的光催化效应。
(2)本发明引入亲油性较强的硬脂酸对ZnO/SiO2复合材料进行亲油性改性，使ZnO与沥青相容性更好，分散到沥青中更均匀。
(3)本发明对纳米ZnO在沥青中分散均匀性提高明显，纳米ZnO在沥青的团聚现象明显减少，沥青性能明显提高。
附图说明
以下结合附图说明与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为实施例2中软化点差值随纳米ZnO掺量变化趋势图；
图2为实施例3中纳米ZnO、本发明的沥青改性材料为改性剂对改性沥青UV老化40h前后三大性能指标变化图；(a)、(b)、(c)图分别表示残留针入度比(25℃)、软化点增量、残留延度比(5℃)。
具体实施方式
实施例1：
第1步：首先，将纳米ZnO加入去离子中搅拌成浆液状(其中ZnO的质量分数大约为15～25％)；将白碳黑(SiO2·nH2O)溶解于苛性碱中,调节pH＝8～10,将两者混溶，温度控制在60～80℃,再静止、过滤、适宜温度(125～150℃)烘干得ZnO/SiO2复合材料，其中SiO2与ZnO质量比为2％：1；
第2步：将硬脂酸溶入甲苯溶液中，将ZnO/SiO2复合材料溶于甲苯溶液中60-80℃搅拌30min，再离心、干燥、研磨，形成沥青改性材料，在125～150℃烘干并均匀磨细得到沥青改性材料，其中硬脂酸与ZnO/SiO2复合材料质量比为2％：1配制。
实施例2：
对比以90#沥青，分别以纳米ZnO改性剂、该发明实施例1的沥青改性材料为改性剂对沥青进行改性试验，以纳米ZnO、沥青改性材料中的ZnO质量占沥青质量0％、1％、2％、3％、4％和5％对沥青进行改性处理本实施例以沥青离析实验(即软化点差值)来测试和分析实施例1的沥青改性材料中的ZnO在沥青中的分散均匀性。具体方法如下：
第1步：将合成的沥青改性材料恒温(温度控制在125～150℃)烘干并均匀磨细；
第2步：将高速剪切乳化机配套的不锈钢传热容器放在恒温油浴中加热到170～200℃，称取熔融的基质沥青倒入传热容器中；再接着，开启高速剪切乳化机转速5000～7000r/min；
第3步：沥青改性材料恒温(温度控制在125～150℃)烘干并均匀磨细，采用分散筛均匀加入沥青改性材料，搅拌20～40min。
第4步：分别以纳米ZnO、实施例1的沥青改性材料对沥青进行上述改性操作，然后将改性沥青放入试管中静置48±1h，保温163℃，再冷冻不小于4h之后测试改性沥青上下软化点以及差值。测试结果如表1和表2所示：
表1不同纳米ZnO掺量改性沥青分层离析实验结果
表2不同掺量实施例1的沥青改性材料改性沥青离析实验结果
图1为软化点差值随纳米ZnO掺量变化趋势图，从图中可知，利用本发明的沥青改性剂改性沥青的上、下软化点差值出现明显的减小，尤其是在较高掺量的时候，能够使改性沥青的热储存的稳定性满足要求，减少纳米ZnO在改性沥青中的团聚现象，进一步提高了纳米ZnO在沥青中的分散均匀性和相容性，该发明的沥青改性材料对沥青的改性效果更好。
实施例3：
对比以90#沥青，分别以纳米ZnO、本发明的沥青改性材料改性剂对沥青改性试验，以改性沥青距离光源为40cm，光照强度为15A下UV老化40h后与老化前在25℃下测得的针入度之比，老化后比老化前的软化点增加量，老化后与老化前在5℃下测得的延度比为指标来测试和分析ZnO对沥青抗老化性能改善的效果，即残留针入度比(25℃)、软化点增量、残留延度比(5℃)。改性沥青的抗老化性能越强，则反映纳米ZnO在沥青中分散越均匀。
根据实施例2，以纳米ZnO、本发明沥青改性材料中的ZnO质量分别占沥青质量0％、1％、2％、3％、4％和5％，对90#沥青进行改性处理，分别测试不同掺量下改性沥青老化前后三大性能指标变化，测试结果如表3所示。
表3不同掺量纳米ZnO改性沥青老化前后三大性能指标变化
图2为不同纳米ZnO掺量下，纳米ZnO改性剂、沥青改性材料改性剂对改性沥青UV老化40h前后三大性能指标变化图，其中残留针入度、残留延度比都随掺量的增加而增加，软化点增量随掺量增加而降低，但该发明的沥青改性材料为改性剂时，改性沥青老化后残留针入度比、残留延度比均比ZnO改性剂时高，软化点增量在掺量3％之前比单以纳米ZnO为改性剂低，说明使用该发明的沥青改性材料改性剂对改性沥青的抗老化性能提高贡献大，也反映其中的纳米ZnO在沥青中的分散均匀性较好。
Claims (6)
1.一种沥青改性材料，其特征在于，该材料的制备方法包括：
将纳米ZnO与白炭黑混合溶液干燥后得到ZnO/SiO2复合材料，其中SiO2与ZnO质量比为(1％～3％)：1；
再将ZnO/SiO2复合材料与硬脂酸溶于甲苯溶液中，混匀后干燥得沥青改性材料，硬脂酸与ZnO/SiO2复合材料质量比为(0.5％～2％)：1。
2.如权利要求1所述的沥青改性材料，其特征在于，在60～80℃条件下将纳米ZnO浆液与白炭黑溶液混合均匀。
3.如权利要求1所述的沥青改性材料，其特征在于，在60～80℃条件下将ZnO/SiO2复合材料与硬脂酸溶于甲苯溶液中，混匀。
4.如权利要求1所述的沥青改性材料，其特征在于，所述沥青改性材料的粒度为20～40nm。
5.权利要求1所述沥青改性材料在沥青改性中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用包括将上述沥青改性材料添加入熔融沥青中，搅拌均匀；沥青改性材料与沥青质量比是(1％～5％)：1。
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