CN105461259B - 一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.0～9.0份，钙铁辉石粉0.4～2.4份，绿泥石粉0.2～2.0份，霞石粉0.01～0.05份，对苯二甲酸二辛酯0.15～1.0份，叔丁基‑邻乙酰基柠檬酸酯0.04～0.2份，表面活性剂0.075～0.5份，分散剂0.01～0.06份。本发明的改性沥青混凝土，由于叔丁基‑邻乙酰基柠檬酸酯具有良好的耐寒和水稳定性能，霞石粉表面有一层致密的金属氧化物具有良好的耐腐蚀性。同时兼具分散性，可与表面活性剂脂肪酸聚氧乙烯甲醚共同发挥分散活化作用，能有效提升改性粉末与沥青的粘结程度，复合改性粉末加入沥青混凝土中有效提高了其低温抗裂性、抗水损害和抗腐蚀性能。

Description

一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土

技术领域

本发明属于道路工程材料领域，涉及沥青混凝土，具体涉及一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土。

背景技术

随着我国道路建设的发展，沥青路面因施工期短、无接缝、行车舒适、噪声低、养护维修简单方便等优点，在我国应用越来越广泛，逐渐成为我国道路建设的主流形式。但目前沥青路面在使用过程中受到车辆荷载及环境因素的复杂作用，仍极易发生车辙、开裂等破坏现象，耐久性也普遍较差，故高性能改性沥青混凝土的研发依然是道路领域亟需解决的难题。

此外，我国作为二氧化碳排放大国，面临着二氧化碳减排的巨大压力。若能利用我国高密度、大量的道路网络将低碳减排技术应用于道路领域，实现道路对二氧化碳的吸收固定，则将大大降低我国的碳排放总量。因此，研发一种改性沥青混凝土，在有效改善路用性能的同时，兼具固碳减排功能，将具有十分重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，解决在保证沥青混凝土的路用性能的同时有效吸收并固定空气中的二氧化碳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，包括矿料和沥青，还包括钙铁辉石粉、绿泥石粉、霞石粉、对苯二甲酸二辛酯和叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯。

本发明还具有如下区别技术特征：

具体的，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.0～9.0份，钙铁辉石粉0.4～2.4份，绿泥石粉0.2～2.0份，霞石粉0.01～0.05份，对苯二甲酸二辛酯0.15～1.0份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.04～0.2份，表面活性剂0.075～0.5份，分散剂0.01～0.06份。

优选的，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青5.0～8.0份，钙铁辉石粉1.0～2.0份，绿泥石粉0.4～1.6份，霞石粉0.02～0.04份，对苯二甲酸二辛酯0.2～0.8份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.08～0.18份，表面活性剂0.1～0.4份，分散剂0.02～0.05份。

最优选的，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石粉1.5份，绿泥石粉1.0份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，表面活性剂0.2份，分散剂0.03份。

具体的，所述的表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯甲醚，优选的，脂肪酸聚氧乙烯甲醚的数均分子量在10000～50000范围内。

具体的，所述的分散剂为N,N'-乙撑双硬脂酰胺。

具体的，所述钙铁辉石粉、绿泥石粉和霞石粉的粒径均小于0.075mm。

具体的，所述的沥青为道路石油沥青、煤沥青、SBS改性沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或纤维类改性沥青。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的改性沥青混凝土，以霞石粉、钙铁辉石粉、脂肪酸聚氧乙烯甲醚和叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯复合制备的改性粉末部分替代矿粉，由于叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯具有良好的耐寒和水稳定性能，霞石粉表面有一层致密的金属氧化物具有良好的耐腐蚀性。同时兼具分散性，可与表面活性剂脂肪酸聚氧乙烯甲醚共同发挥分散活化作用，能有效提升改性粉末与沥青的粘结程度，复合改性粉末加入沥青混凝土中有效提高了其低温抗裂性、抗水损害和抗腐蚀性能。

(Ⅱ)本发明的改性沥青混凝土，以对苯二甲酸二辛酯、绿泥石粉和N,N'-乙撑双硬脂酰胺对沥青进行改性处理，对苯二甲酸二辛酯具有良好的耐热性、增塑性，绿泥石粉能在沥青中形成插层结构，使得沥青分子、对苯二甲酸二辛酯插入绿泥石片层中，并发生物理化学交联，降低沥青混合料的温度敏感性，同时具有阻隔水分渗入的功能，通过改性的沥青其高温抗变形、温度敏感性和水稳定性能均有明显提高。

(Ⅲ)本发明改性沥青混凝土具有优良的固碳功能，添加的钙铁辉石粉是富含钙、铁的硅酸盐矿物，绿泥石粉是富含镁、铁的硅酸盐矿物，其中含钙、镁的硅酸盐矿物与二氧化碳发生反应生成稳定的碳酸盐，有效吸收并固定了空气中的二氧化碳，从而达到了固碳效果。

(Ⅳ)本发明改性沥青混凝土制备简单、施工方便，适于大规模推广应用。

(Ⅴ)本发明改性沥青混凝土所使用的材料来源广泛，价格低廉，且无毒无污染，能够显著提高其路用性能，同时又具有优良的固碳功能，具有广阔的发展前景和应用意义。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1:

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青4.0份，钙铁辉石0.4份，绿泥石粉0.2份，霞石粉0.01份，对苯二甲酸二辛酯0.15份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.04份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.075份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.01份。所述矿料级配类型为AC-13型。所述的沥青为道路石油沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为20％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在300r/min剪切速率下搅拌15min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌1h～3h，并加热至30℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持100℃恒温4h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至70℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至140℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在1000r/min剪切速率下搅拌30min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至180℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和90s，得到改性沥青混凝土。

实施例2：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青9.0份，钙铁辉石2.4份，绿泥石粉2.0份，霞石粉0.05份，对苯二甲酸二辛酯1.0份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.2份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.5份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.06份。所述矿料级配类型为AC-13型。所述的沥青为煤沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在500r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至80℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在2000r/min剪切速率下搅拌40min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

实施例3：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石1.5份，绿泥石粉1.0份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.2份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.03份。所述矿料级配类型为AC-13型。所述的沥青为SBS改性沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在500r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至90℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在3000r/min剪切速率下搅拌60min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

实施例4：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青4.0份，钙铁辉石0.4份，绿泥石粉0.2份，霞石粉0.01份，对苯二甲酸二辛酯0.15份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.04份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.075份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.01份。所述矿料级配类型为AM-13型。所述的沥青为PE改性沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为20％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在300r/min剪切速率下搅拌15min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至30℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持100℃恒温4h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至70℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至140℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在1000r/min剪切速率下搅拌40min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至180℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和90s，得到改性沥青混凝土。

实施例5：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青8.0份，钙铁辉石2.4份，绿泥石粉2.0份，霞石粉0.05份，对苯二甲酸二辛酯1.0份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.2份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.5份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.06份。所述矿料级配类型为AM-13型。所述的沥青为SBR改性沥青。

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、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至80℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在1500r/min剪切速率下搅拌50min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

实施例6：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石1.5份，绿泥石粉1.0份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.2份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.03份。所述矿料级配类型为AM-13型。所述的沥青为纤维类改性沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在500r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至90℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在3000r/min剪切速率下搅拌60min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

实施例7：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石1.5份，绿泥石粉1份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.2份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.03份。所述矿料级配类型为OGFC-13型。所述的沥青为道路石油沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在500r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至90℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在3000r/min剪切速率下搅拌60min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

实施例8：

本实施例给出一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石1.5份，绿泥石粉1.0份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，脂肪酸聚氧乙烯甲醚0.2份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.03份。所述矿料级配类型为SM-13型。所述的沥青为道路石油沥青。

本实施例改性沥青混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将霞石粉、钙铁辉石粉混合均匀，加入到质量百分比浓度为30％的乙醇溶液中，手动搅拌15min后加入脂肪酸聚氧乙烯甲醚，并用高速剪切机在400r/min剪切速率下搅拌20min，然后加入叔丁基-邻乙酰基柠檬酸，再次使用高速剪切机在500r/min剪切速率下搅拌3h，并加热至35℃，保持2h以蒸除乙醇，将所得混合物放置于烘箱中烘干，保持110℃恒温6h，得到改性粉末；

步骤二、将沥青加热至90℃，加入预先混合均匀的对苯二甲酸二辛酯、N,N'-乙撑双硬脂酰胺和绿泥石粉混合物，然后加热至160℃，加热过程中需不断地进行手动搅拌，待混合物在沥青中大体分布均匀时，使用高速剪切机在3000r/min剪切速率下搅拌60min，制得改性沥青；

步骤三、将矿料中的集料加热至200℃，然后将加热后的改性沥青加入到加热后的集料中拌和90s，最后加入经步骤一制得的改性粉末，继续拌和100s，得到改性沥青混凝土。

对比例1：

本对比例改性沥青混凝土与实施例3的不同之处仅在于：未添加钙铁辉石粉和绿泥石粉。

对比例2：

本对比例改性沥青混凝土与实施例3的不同之处仅在于：未添加钙铁辉石粉。

对比例3：

本对比例改性沥青混凝土与实施例3的不同之处仅在于：未添加绿泥石粉。

对比例4：

本对比例改性沥青混凝土与实施例6的不同之处仅在于：未添加钙铁辉石粉和绿泥石粉。

对比例5：

本对比例改性沥青混凝土与实施例7的不同之处仅在于：未添加钙铁辉石粉和绿泥石粉。

对比例6：

本对比例改性沥青混凝土与实施例8的不同之处仅在于：未添加钙铁辉石粉和绿泥石粉。

本发明的能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土的性能通过以下试验进行验证。

一、路用性能试验：

对本发明实施例1至8改性沥青混凝土均进行车辙试验、低温小梁弯曲试验(-10℃)、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验，用以测试改性沥青混凝土的路用性能，并与对比例1至6沥青混凝土进行对比分析，试验结果见表1。

表1本发明改性沥青混凝土路用性能实验数据

从表1可以看出，本发明改性沥青混凝土，本发明改性沥青混凝土满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)相关要求，其高温性能、低温性能、水稳定性能等指标明显高于普通沥青混凝土，表明本发明沥青混凝土的路用性能优越。

二、二氧化碳吸收率试验：

对本发明实施例1至8改性沥青混凝土均进行二氧化碳吸收率试验。具体测试过程如下：

将改性沥青混凝土试件放入试验箱中，并充入一定量二氧化碳，测定初始二氧化碳浓度，一段时间后，测定最终二氧化碳浓度，以初始浓度值和最终浓度值的差值与初始浓度值比值作为本发明具有固碳功能的改性沥青混凝土对二氧化碳气体的吸收率。并与对比例1至6沥青混凝土进行对比分析，试验结果见表2。

表2本发明改性沥青混凝土二氧化碳吸收率实验数据

从表2可以看出，本发明改性沥青混凝土，通过对实施例1至8和对比例1至6的二氧化碳吸收率的试验，说明本发明的改性沥青混凝土具有较好的固碳功能，能够有效吸收二氧化碳。

Claims (5)

1.一种能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青4.0～9.0份，钙铁辉石粉0.4～2.4份，绿泥石粉0.2～2.0份，霞石粉0.01～0.05份，对苯二甲酸二辛酯0.15～1.0份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.04～0.2份，表面活性剂0.075～0.5份，分散剂0.01～0.06份；

所述的表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯甲醚；

所述的分散剂为N,N'-乙撑双硬脂酰胺。

2.如权利要求1所述的能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青5.0～8.0份，钙铁辉石粉1.0～2.0份，绿泥石粉0.4～1.6份，霞石粉0.02～0.04份，对苯二甲酸二辛酯0.2～0.8份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.08～0.18份，表面活性剂0.1～0.4份，分散剂0.02～0.05份。

3.如权利要求1所述的能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青6.0份，钙铁辉石粉1.5份，绿泥石粉1.0份，霞石粉0.03份，对苯二甲酸二辛酯0.5份，叔丁基-邻乙酰基柠檬酸酯0.15份，表面活性剂0.2份，分散剂0.03份。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，所述钙铁辉石粉、绿泥石粉和霞石粉的粒径均小于0.075mm。

5.如权利要求1至3任一权利要求所述的能够吸附二氧化碳的改性沥青混凝土，所述的沥青为道路石油沥青、煤沥青、SBS改性沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或纤维类改性沥青。