CN105315684A - 一种纳米碳纤维改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米碳纤维改性乳化沥青及其制备方法。利用纳米碳纤维的纳米材料特性和纳米碳材料的特性，对乳化沥青进行改性，可以改善乳化沥青的高温性能、低温性能，得到固化时间短、固化强度高的路面材料，在沥青道路坑槽快速挖补、市政道路观察井盖修补施工中可以现场冷拌冷铺，施工时间短，具有良好的应用效果，应用前景可观。

Description

一种纳米碳纤维改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别是一种沥青道路使用的冷拌冷铺型改性乳化沥青。

背景技术

随着国内城镇化速度加快、市政建设要求提高和国内城市交通压力的增大，城市道路中常见的各种观察井经常出现塌陷、松动等故障，严重影响了城市交通安全和通行能力，对观察井的快速修补、更换就成为日益突出的问题，为了尽量少影响交通，希望施工能够全天候快速进行，这无疑对施工技术，特别是路面材料提出了很高的要求。

乳化沥青是沥青融化后经过机械剪切作用，以细小的微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中，形成水包油型的沥青乳液，乳化沥青的优越性主要有可冷态施工、节约能源、减少环境污染，常温下具有较好的流动性，可提高路面修筑质量，扩展了沥青路面的类型，延长施工季节，受低温多雨季节影响较少。但是乳化沥青作为拌合沥青混合料使用时，因为其固化时间长、路面固化强度不够等原因限制了其使用性能。

聚合物对沥青的改性能够改善沥青路面材料的使用性能而得到了大量使用，热塑性树脂、热固性树脂、橡胶、胶乳等聚合物用于沥青改性已经广泛使用，在提高高温抗变形能力、抗车辙性能、提高沥青弹性、抗低温和疲劳开裂性能等方面，都有一定改善，但是改性沥青的冷拌冷铺性能还达不到使用要求，不能实现快速施工通车要求。

综上，目前还没有一种沥青路面材料能够满足冷拌冷铺快速施工的要求，以解决城市道路中对沥青道路坑槽及检查井周围破损路面快速修补问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种纳米碳纤维改性乳化沥清及其制备方法，具体来讲，该材料含有沥青、乳化剂、稳定剂和水，特别是还含有纳米碳纤维。

所述纳米碳纤维改性沥青，按质量计，其中沥青、乳化剂、稳定剂、水和纳米碳纤维的含量依次是50～80份、1.8～5份、0.1～0.5份、18～43份和1～1.5份。

所述的纳米碳纤维改性乳化沥青含量中，所述沥青是SBS改性沥青。

所述的纳米碳纤维改性乳化沥青中，所述乳化剂是快裂型乳化剂十六烷基二甲基羟乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化胺。

所述的纳米碳纤维改性乳化沥青中，所述乳化剂是阳离子型乳化剂十六烷基三甲基溴化胺、烷基羟基酰胺基多胺。

所述的纳米碳纤维改性乳化沥青中，所述稳定剂是有机稳定剂聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺。

所述纳米碳纤维改性乳化沥青中，所述纳米碳纤维是中间相沥青纳米碳纤维、碳纳米管。

所述纳米碳纤维改性乳化沥青的一种制备方法，包括以下步骤：

步骤一：乳化剂水溶液的调制：加热水至60～80℃，按照比例依次在水中加入乳化剂和稳定剂，充分溶解；

步骤二：沥青改性；沥青加热至120～150℃，加入纳米碳纤维进行剪切搅拌；

步骤三：乳化：控制改性沥青与乳化剂水溶液比例和温度，将二者分别注入胶体磨，剪切一定时间后得到纳米碳纤维改性乳化沥青。

所述方法制备的纳米碳纤维改性乳化沥青，可以用于沥青道路坑槽修补、市政观察井修补的冷拌冷铺路面材料，现场施工时，仅需要将纳米碳纤维改性乳化沥青与集料和助剂根据施工需求现场拌合、施工，填补后只需要养生1～2小时即可实现通车。

纳米碳纤维作为一种新型纳米碳材料，具有纤维密度低、比模量高、比强度高、热稳定性好、导热导电性能优良等特性，而且具有纳米材料的小尺寸效应、表面效应等，与沥青充分剪切搅拌之后，均匀分布在沥青中，与极性沥青质相互作用，改变了沥青微观结构性能，从而改善了其作为路面材料的使用性能。

与现有技术相比，本发明的优点是：利用纳米碳纤维材料的高导热高导电性能，改善了乳化沥青的固化时间，利用纳米碳纤维的纳米材料特性，如小尺寸效应和表面效应，对乳化沥青微观结构进行调整改性，增强其高温变形性能、低温性能；利用纤维材料的纤维增强特性，对乳化沥青结构进行增强，从而缩短了乳化沥清固化时间，增强了冷拌料的固化强度和抗车辙水平，确保乳化沥清在短时间内固化后达到路面所需强度，延长路面材料使用寿命。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明纳米碳纤维改性乳化沥青及其制备方法进行说明。

实施例1

按如下步骤制备纳米碳纤维改性乳化沥清，按质量计，其组成是沥青50份、纳米碳纤维1份、水18份、乳化剂1.8分和稳定剂0.1份：

首先，按质量称取18份水，放置于加热罐中，加热至60℃，然后分别称取1.8份乳化剂烷基酰胺多胺(代号为JSA-2)和0.1份稳定剂盐酸，依次将烷基酰胺多胺和盐酸加入60℃水中，搅拌至充分溶解，溶液呈透明状态。

然后，按质量称取50份胜利100号沥青，将沥青在加热罐中加热至120℃，之后加入1份中间相沥青纳米碳纤维，利用剪切搅拌机充分搅拌30分钟。

最后，将制得的60℃水溶液和120℃沥青注入胶体磨，充分剪切研磨30分钟，得到纳米碳纤维改性乳化沥青。

中间相沥青纳米碳纤维与沥青具有良好的互溶性，经过剪切搅拌后能够得到完全互溶的改性沥青。经过乳化处理后，得到性能改善的纳米碳纤维改性乳化沥青。

利用本发明得到的纳米碳纤维改性乳化沥青，对市政道路观察井盖进行修补施工，只需在施工现场根据需要，将本发明改性乳化沥青与集料、助剂一起拌合，就可以施工，施工结束后只需养生1～2小时，比传统施工方式缩短了一半以上的时间，实现了现场冷拌冷铺、快速通车的效果。

实施例2

按照实施例1质量比制备纳米碳纤维改性乳化沥青，所述沥青为SBS改性沥青。

实施例3

按照实施例1质量比制备纳米碳纤维改性乳化沥青，所述的乳化剂是快裂型乳化剂，如十六烷基二甲基羟乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化胺。

实施例4

按照实施例1质量比制备纳米碳纤维改性乳化沥青，所述乳化剂是阳离子乳化剂，如十六烷基三甲基溴化胺、烷基羟基酰胺基多胺。

实施例5

按照实施例1质量比制备纳米碳纤维改性乳化沥青，所述的稳定剂是有机稳定剂聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺。

实施例5

按照实施例1质量比制备纳米碳纤维改性乳化沥青，所述纳米碳纤维是碳纳米管。

实施例6

按照实施例1方法制备纳米碳纤维改性乳化沥青，其组成质量分数为：沥青60分、纳米碳纤维1.2份、水35份、乳化剂3份和稳定剂0.3份。

实施例7

按照实施例1方法制备纳米碳纤维改性乳化沥青，其组成质量分数为：沥青80分、纳米碳纤维1.5份、水43份、乳化剂5份和稳定剂0.5份。

Claims (9)

1.一种纳米碳纤维改性乳化沥青，含有沥青、乳化剂、稳定剂和水，其特征是：还含有纳米碳纤维。

2.如权利要求书所述纳米碳纤维改性沥青，其特征是：按质量比计，沥青、乳化剂、稳定剂、水和纳米碳纤维的含量依次是41～71％、0.8～5％、0.1～0.5％、28～48％和0.1～1％。

3.如权利要求1所述的纳米碳纤维改性乳化沥青，其特征是：所述沥青是SBS改性沥青。

4.如权利要求1所述的纳米碳纤维改性乳化沥青，其特征是：所述乳化剂是快裂型乳化剂烷基二甲基羟基氯化铵、十六烷基三甲基溴化胺。

5.如权利要求1所述的纳米碳纤维改性乳化沥青，其特征是：所述乳化剂是阳离子型乳化剂十六烷基三甲基溴化胺、烷基羟基酰胺基多胺。

6.如权利要求1所述的纳米碳纤维改性乳化沥青，其特征是：所述稳定剂是有机稳定剂聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺。

7.如权利要求1所述纳米碳纤维改性乳化沥青，其特征是：所述纳米碳纤维是中间相沥青纳米碳纤维、碳纳米管。

8.一种权利要求1所述纳米碳纤维改性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：乳化剂水溶液的调制：加热水至60-80℃，按比例在水中依次加入乳化剂和稳定剂，充分溶解；

步骤二：沥青改性：沥青加热至120-150℃，加入纳米碳纤维进行剪切搅拌；

步骤三：乳化：控制改性沥青与乳化剂水溶液比例和温度，将二者分别注入胶体磨，剪切一定时间后得到纳米碳纤维改性乳化沥青。

9.一种权利要求1所述纳米碳纤维改性乳化沥青的用途，其特征是：用于沥青道路坑槽及检查井周围破损路面快速修补的冷拌冷铺材料。