CN107936595A - 一种改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性沥青材料及其制备方法，改性沥青材料包括以下重量份数的组分：基质沥青75‑80份、二氧化钛2‑5份、碳酸钙4‑8份、硅藻土3‑10份、聚合物纤维5‑8份，交联剂0.5～1份，改性沥青材料的制备方法包括（1）制备改性粉体，（2）制备纤维改性基料，（3）制备可浇筑的改性沥青材料；该方案的沥青材料抗老化性能好、机械性能优且与集料或施工基面结合力强，同时该方案的沥青材料制备工艺合理、流程简单且易于实现。

Description

一种改性沥青材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青材料领域，具体的涉及一种改性沥青材料及其制备方法。
背景技术
沥青材料是道路工程的常用材料之一，改性沥青是通过掺加改性剂的方式，改善沥青材料及沥青混合料的路用性能，道路用沥青材料普遍存在抗老化性能差、机械强度低、与集料或基面的粘结力差等缺陷，进而限制了道路用沥青混凝土技术的发展，现有技术中，多采用选择优质集料、改善施工工艺的方法提高道路沥青材料的抗老化性能，但其无法改善沥青材料本身的性能，因此效果有限，另外，现有技术中多通过掺加玻璃纤维的方式提高其机械强度，进而提高其抗剪切性能，但由于玻璃纤维弹性模量较高，导致其与沥青材料的结合力较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种改性沥青材料及其制备方法，该方案的沥青材料抗老化性能好、机械性能优且与集料或施工基面结合力强，同时该方案的沥青材料制备工艺合理、流程简单且易于实现。
为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：
一种改性沥青材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基质沥青75-80份、二氧化钛2-5份、碳酸钙4-8份、硅藻土3-10份、聚合物纤维5-8份，交联剂0.5～1份。
作为优选，本发明的技术方案中，改性沥青材料包括以下重量份数的组分：基质沥青80份、二氧化钛3份、碳酸钙5份、硅藻土5份、聚合物纤维6份，交联剂0.5份。
作为优选，所述二氧化钛为纳米二氧化钛，碳酸钙为纳米碳酸钙，硅藻土为纳米硅藻土。
二氧化钛有很强的紫外线吸收能力，具有优越的热稳定性及耐候能力，加入沥青材料中可显著降低光照对沥青材料的影响，提高沥青材料的抗老化性能。硅藻土表面多孔隙、比表面积较高、化学性质稳定且具有优越的抗热抗高温性能，加入沥青材料中，有利于增强沥青中各组分之间的交联力及沥青材料整体的耐热性能。碳酸钙具有优异的分散性，有利于提高沥青材料混合过程中的分散均匀性，同时，碳酸钙作为填料，具有优越的力学性能，有利于增强沥青材料的机械强度。
作为优选，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维的一种或其组合。
聚合物纤维质地柔软，与沥青中各组分相容性好，能有效提高沥青材料的抗裂性能及抗压强度。
本发明的技术方案还包括，所述交联剂为正硅酸甲酯、异丙醇铝、乙酰丙酮钛中的一种或其组合。交联剂能使沥青材料中线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构，以此提高沥青材料各组分之间结合的强度、耐热性、耐磨性及耐溶剂性等性能。
本发明的目的之二是提供一种改性沥青材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下的比例称取各原料组分：二氧化钛2-5份、碳酸钙4-8份、硅藻土3-10份、交联剂0.5～1份；将上述各原料组分混合均匀，得到改性粉料；
(2)称取基质沥青75-80份、聚合物纤维5-8份，将步骤(1)称取的基质沥青在160℃-170℃下熔融，加入聚合物纤维，用高速剪切机以500-800r/min的转速剪切20-30min的到纤维改性基料；由于纤维易抱团不易分散，因此需提前将纤维分散均匀后再加入其他改性材料。
(3)将步骤(2)的纤维改性基料保持160℃-170℃恒温，加入改性粉料，用高速剪切机以100-200r/min的转速搅拌5min，之后以5000-6000r/min的转速剪切30-50min，得到可浇筑的改性沥青材料A。
作为优选，步骤(3)得到的改性沥青材料静置并冷却18h-20h，之后将改性沥青材料A在160℃-170℃下熔融，用高速剪切机以650-700r/min的转速连续搅拌25-30min，得到可浇筑的改性沥青材料B。静置过程有利于改善沥青材料各原料组分之间的相容性及交联性，提高沥青材料的力学性能。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本方案的沥青材料抗老化性能好、机械性能优且与集料或施工基面结合力强，同时该方案的沥青材料制备工艺合理、流程简单且易于实现，为实现上述技术效果，本发明通过二氧化钛、碳酸钙、硅藻土、聚合物纤维及交联剂对基质沥青进行改性，首先，二氧化钛具有很强的紫外线吸收能力，同时具有优越的热稳定性，可显著降低光照对沥青材料的影响，提高沥青材料的抗老化性能，碳酸钙不仅具有优异的分散效果，提高沥青材料的均匀性，还具有较高的抗压强度，可显著提高沥青材料的抗碾压性能及机械强度；其次，由于硅藻土具有较多孔隙，加入沥青材料中可明显提高其抗热抗高温性能，同时沥青材料侵入至硅藻土孔隙内，可增加沥青材料各组分之间的交联力，聚合物纤维质地柔软，与沥青中各组分相容性好，能有效提高沥青材料的抗裂性能及抗剪切性能，进而提高沥青材料的机械性能；再次，本方案的改性沥青材料，改性工艺合理、步骤简单、易于工业大规模使用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
一种改性沥青材料，包括以下重量份数的组分：基质沥青80份、二氧化钛2份、碳酸钙5份、硅藻土4份、聚合物纤维5份，交联剂0.5份。
按上述重量份数称取各原料组分后，按照如下步骤制备改性沥青材料：
(1)将上述原料中的二氧化钛、碳酸钙、硅藻土、交联剂混合均匀，得到改性粉料；
(2)将基质沥青在170℃下熔融，加入聚合物纤维，用高速剪切机以600r/min的转速剪切30min的到纤维改性基料；
(3)将步骤(2)的纤维改性基料保持170℃恒温，加入改性粉料，用高速剪切机以150r/min的转速搅拌5min，之后以5500r/min的转速剪切40min，得到可浇筑的改性沥青材料。
实施例2
一种改性沥青材料，包括以下重量份数的组分：基质沥青80份、二氧化钛3份、碳酸钙5份、硅藻土5份、聚合物纤维6份，交联剂0.5份。
按上述重量份数称取各原料组分后，按照如下步骤制备改性沥青材料：
(1)将上述原料中的二氧化钛、碳酸钙、硅藻土、交联剂混合均匀，得到改性粉料；
(2)将基质沥青在170℃下熔融，加入聚合物纤维，用高速剪切机以600r/min的转速剪切30min的到纤维改性基料；
(3)将步骤(2)的纤维改性基料保持170℃恒温，加入改性粉料，用高速剪切机以150r/min的转速搅拌5min，之后以5500r/min的转速剪切40min，得到可浇筑的改性沥青材料A。
(4)将步骤(3)得到的改性沥青材料静置并冷却20h，之后将改性沥青材料A在170℃下熔融，用高速剪切机以650r/min的转速连续搅拌30min，得到可浇筑的改性沥青材料。
实施例3
一种改性沥青材料，包括以下重量份数的组分：基质沥青75份、二氧化钛5份、碳酸钙8份、硅藻土5份、聚合物纤维8份，交联剂1份。
按上述重量份数称取各原料组分后，按照如下步骤制备改性沥青材料：
(1)将上述原料中的二氧化钛、碳酸钙、硅藻土、交联剂混合均匀，得到改性粉料；
(2)将基质沥青在170℃下熔融，加入聚合物纤维，用高速剪切机以600r/min的转速剪切30min的到纤维改性基料；
(3)将步骤(2)的纤维改性基料保持170℃恒温，加入改性粉料，用高速剪切机以150r/min的转速搅拌5min，之后以5500r/min的转速剪切40min，得到可浇筑的改性沥青材料A。
(4)将步骤(3)得到的改性沥青材料静置并冷却20h，之后将改性沥青材料A在170℃下熔融，用高速剪切机以650r/min的转速连续搅拌30min，得到可浇筑的改性沥青材料。
下表1为上述实施例制备的改性沥青材料的各性能测试结果，其中，各指标按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中测试方法进行测试。
表1沥青材料性能测试
由上表1实验数据可知，本方案制备的沥青材料的三组实施例中，软化点均较基质沥青提高了1-2.5℃，表明了改性后的沥青材料的耐高温性能提高，而改性材料的加入对沥青材料针入度的影响不大；延度实验数据显示，改性后的沥青材料的抗拉伸性能明显提高。
本发明的保护范围不仅限于上述实例，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种同原理的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种改性沥青材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基质沥青75-80份、二氧化钛2-5份、碳酸钙4-8份、硅藻土3-10份、聚合物纤维5-8份，交联剂0.5～1份。
2.如权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基质沥青80份、二氧化钛3份、碳酸钙5份、硅藻土5份、聚合物纤维6份，交联剂0.5份。
3.如权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述二氧化钛为纳米二氧化钛，碳酸钙为纳米碳酸钙，硅藻土为纳米硅藻土。
4.如权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维的一种或其组合。
5.如权利要求1所述的改性沥青材料，其特征在于，所述交联剂为正硅酸甲酯、异丙醇铝、乙酰丙酮钛中的一种或其组合。
6.如权利要求1所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按以下的比例称取各原料组分：二氧化钛2-5份、碳酸钙4-8份、硅藻土3-10份、交联剂0.5～1份；将上述各原料组分混合均匀，得到改性粉料；
（2）称取基质沥青75-80份、聚合物纤维5-8份，将基质沥青在160℃-170℃下熔融，加入聚合物纤维，用高速剪切机以500-800r/min的转速剪切20-30min的到纤维改性基料；
（3）将步骤（2）的纤维改性基料保持160℃-170℃恒温，加入改性粉料，用高速剪切机以100-200r/min的转速搅拌5min，之后以5000-6000r/min的转速剪切30-50min，得到可浇筑的改性沥青材料A。
7.如权利要求6所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）得到的改性沥青材料静置并冷却18h-20h，之后将改性沥青材料A在160℃-170℃下熔融，用高速剪切机以650-700r/min的转速连续搅拌25-30min，得到可浇筑的改性沥青材料B。
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