CN106280506B - 一种具有抗剥落性能的改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗剥落性能的改性沥青及其制备方法，属于道路建筑材料技术领域。本发明的技术方案要点为：该具有抗剥落性能的改性沥青通过改性剂氮硫共掺杂石墨烯改性基质沥青制备而得，其中氮硫共掺杂石墨烯的用量为基质沥青质量的6%～13%。本发明选用氮硫共掺杂石墨烯作为改性剂，使得石墨烯结构上的掺杂硫原子与沥青活性位点发生交联反应，结合石墨烯结构性质对沥青的改性作用，使得沥青粘聚力得到有效提高，同时石墨烯与沥青具有良好的相容性，并且石墨烯结构上的掺杂氮原子能够与石料表面产生强烈的吸附，因此可以提高改性沥青与石料的界面粘附力，在这种沥青粘聚力和粘附力综合改善的作用下，沥青的抗水损害性能显著提高。

Description

一种具有抗剥落性能的改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种具有抗剥落性能的改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面作为高等级路面使用的形式之一，体现出了优越的路面服务性能，然而在雨水天气下，水损害等路面病害频繁出现，使得路面的使用性能受到很大影响。雨水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后，在冻融作用以及车辆轮胎动荷载产生的动水压力和真空抽吸冲刷的反复作用下，水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部，使沥青与矿料之间的粘附性降低，并且使得沥青的粘聚力衰减，从而使沥青逐渐从矿料表面剥离，造成沥青路面水损害病害的发生。
目前，遏制沥青路面水损害病害的材料技术主要是向沥青中加入抗剥落剂，抗剥落剂加入的目的是改善沥青与石料的粘附性。胺类抗剥落剂是比较典型的抗剥落剂，其分子结构一端是亲水性的胺基，与石料有较强的亲和力，另一端是可以溶解在沥青中的亲油性烷基，这种两亲的结构能够提高沥青与石料的界面粘附性。然而沥青抗水损害性能是由沥青自身粘聚力与沥青和石料之间的粘附性共同决定的，而这类传统的抗剥落剂只是提高了沥青和石料之间的粘附性，对提高沥青的自身粘聚力没有贡献，因此对沥青的抗水损害性能改善程度有限，并且抗剥落剂通过外加作用进入沥青混合料，是以物理吸附形式吸附在沥青和石料的界面上，在沥青加热、储存和使用过程中容易失稳，导致其性能的失效。
近来来，石墨烯由于其诸多优异性能引起广泛的关注和研究，石墨烯结构中每个碳原子通过很强的σ键与其它3个碳原子相连接，这些碳-碳σ键致使石墨烯片层具有极其优异的力学性能。然而由于石墨烯呈化学惰性，为了提高石墨烯的电子性能和化学活性，一些对石墨烯进行掺杂修饰的产物也逐渐得到研究应用。氮硫共掺杂石墨烯就是氮原子和硫原子同时存在于石墨烯晶格结构中的一种材料，其中氮原子和硫原子各自具有一定的化学性质，因此氮硫掺杂石墨烯既保留了石墨烯的力学性能，又具有特殊多元的化学活性，有望在诸多领域中得到应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种具有抗剥落性能的改性沥青及其制备方法，本发明选用氮硫共掺杂石墨烯作为改性剂，使得石墨烯结构上的掺杂硫原子与沥青活性位点发生交联反应，结合石墨烯结构性质对沥青的改性作用，使得沥青粘聚力得到有效提高，同时石墨烯与沥青具有良好的相容性，并且石墨烯结构上的掺杂氮原子能够与石料表面产生强烈的吸附，因此可以提高改性沥青与石料的界面粘附力，在这种沥青粘聚力和粘附力综合改善的作用下，沥青的抗水损害性能显著提高。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种具有抗剥落性能的改性沥青，其特征在于该具有抗剥落性能的改性沥青通过改性剂氮硫共掺杂石墨烯改性基质沥青制备而得，其中氮硫共掺杂石墨烯的用量为基质沥青质量的6％～13％。
本发明所述的具有抗剥落性能的改性沥青的制备方法，其特征在于具体步骤为：加热熔融基质沥青，保持温度为130～160℃，然后加入氮硫共掺杂石墨烯，其中氮硫共掺杂石墨烯的用量为基质沥青质量的6％～13％，机械搅拌1～3h使得氮硫共掺杂石墨烯充分分散于基质沥青中，再升温至170～190℃，在机械搅拌作用下保持2～5h使得完成交联反应，再降温至140～160℃，继续在高速剪切机上剪切2～4h以进一步提高产物的均匀性，最终制得具有抗剥落性能的改性沥青。
本发明的技术优势在于：本发明立足于沥青抗水损害性能的机理，采用氮硫共掺杂石墨烯作为改性剂，由于石墨烯结构与沥青相容性良好，并且石墨烯结构中的掺杂氮原子与石料具有吸附作用，从而使得沥青与石料界面粘附性提高，并且石墨烯结构中的掺杂硫原子能够通过交联反应提高沥青分子的交联度，同时将石墨烯结构接枝到沥青分子上，使得沥青的粘聚力显著提高，在自身粘聚力和界面粘附力综合改善的作用下，沥青的抗剥落性能得到提高。并且这种方法使得沥青自身具有良好的抗剥落性能，避免了外加抗剥落剂容易引起失稳降效的现象，使得沥青的抗水损害性能得到稳定提升。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
加热1000g熔融基质沥青，保持温度为130℃，然后加入60g氮硫共掺杂石墨烯，机械搅拌1h使得氮硫共掺杂石墨烯充分分散于基质沥青中，再升温至170℃，在机械搅拌作用下保持2h使得完成交联反应，再降温至140℃，继续在高速剪切机上剪切2h以进一步提高产物的均匀性，最终制得具有抗剥落性能的改性沥青。
用该沥青制备AC-13沥青混合料，参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTGE20-2011)进行抗水损害性能测试，以评价产品的抗剥落性能，测试结果见表1。
实施例2
加热1000g熔融基质沥青，保持温度为145℃，然后加入90g氮硫共掺杂石墨烯，机械搅拌1.5h使得氮硫共掺杂石墨烯充分分散于基质沥青中，再升温至175℃，在机械搅拌作用下保持3h使得完成交联反应，再降温至145℃，继续在高速剪切机上剪切3h以进一步提高产物的均匀性，最终制得具有抗剥落性能的改性沥青。
用该沥青制备AC-13沥青混合料，参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTGE20-2011)进行抗水损害性能测试，以评价产品的抗剥落性能，测试结果见表1。
实施例3
加热1000g熔融基质沥青，保持温度为160℃，然后加入130g氮硫共掺杂石墨烯，机械搅拌3h使得氮硫共掺杂石墨烯充分分散于基质沥青中，再升温至190℃，在机械搅拌作用下保持5h使得完成交联反应，再降温至160℃，继续在高速剪切机上剪切4h以进一步提高产物的均匀性，最终制得具有抗剥落性能的改性沥青。
用该沥青制备AC-13沥青混合料，参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTGE20-2011)进行抗水损害性能测试，以评价产品的抗剥落性能，测试结果见表1。
表1抗水损害性能试验
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (1)

1.一种具有抗剥落性能的改性沥青，其特征在于该具有抗剥落性能的改性沥青通过改性剂氮硫共掺杂石墨烯改性基质沥青制备而得，其中氮硫共掺杂石墨烯的用量为基质沥青质量的13%，该改性沥青未冻融的劈裂抗拉强度为1.4461MPa，冻融后的劈裂抗拉强度为1.3848MPa，冻融劈裂强度比为95.76%；
具体过程为：加热熔融基质沥青，保持温度为160℃，然后加入氮硫共掺杂石墨烯，其中氮硫共掺杂石墨烯的用量为基质沥青质量的13%，机械搅拌3h使得氮硫共掺杂石墨烯充分分散于基质沥青中，再升温至190℃，在机械搅拌作用下保持5h使得完成交联反应，再降温至160℃，继续在高速剪切机上剪切4h以进一步提高产物的均匀性，最终制得具有抗剥落性能的改性沥青。
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