CN108912708B - 一种抗剥落复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗剥落复合改性沥青及其制备方法，该抗剥落复合改性沥青由木质纤维素、埃洛土、石油沥青、乙基‑4‑甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾、交联剂组成，其制备方法主要包括以下步骤：将木质纤维素与埃洛土搅拌均匀，得到木质纤维素‑埃洛土复合物，加入石油沥青，搅拌反应，随后加入2‑乙基‑4‑甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾和交联剂，经剪切、搅拌，即得。本发明的制备方法获得的抗剥落复合改性沥青能够在保持良好高温性能的同时，提高抗剥落性能与粘附性。
Description
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种抗剥落复合改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国道路工程的建设的不断发展，以及道路使用时间的增长，各种各样的路面损害也不断产生。对于沥青路面来说，水损害的产生会严重影响其结构性能，路基路面的结构性能的下降最终将会导致路面的功能特性的衰减。沥青路面的水损害产生的过程一般如下：在高速行车的作用下，路表会产生强大的动水压力，导致路表水进入路面。而雨水一旦进入路面，便会存积于面层各层底部的空隙中。路面上重型车辙荷载的作用会使空隙中的水产生空隙水压力。车辆荷载的重复作用将产生重复的空隙水压力。而此时，由于水或水汽的作用，水分侵入混合料中的沥青薄膜与集料之间，阻断了沥青与集料的相互粘结。由于集料表面对水的吸附力比沥青强，导致沥青与集料的接触面积逐渐变小，沥青-集料的粘附作用逐渐难以抵抗这种重复水压力的作用，会在集料的尖角等一些粘附力较薄弱的部位首先发生剥落。剥落一旦发生，水分会更容易沿着沥青-集料的剥落面渗入，最终促使沥青从集料颗粒表面大面积剥离。而在行车荷载的作用下，松散的集料颗粒便会被滚动的车轮带走，在路表形成麻面、坑槽、内部松散等局部的结构性破坏。在上文可看出，引发沥青路面混合料剥落的原因中，本质便是沥青与集料之间粘结作用的不足。
由于交通轴载的不断增加，传统基质沥青已难以满足目前道路交通对路面质量的要求，由此，近些年来市场上出现了各方面性能优于传统基质沥青的改性沥青。根据《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTJ036-98)，改性沥青是指通过往沥青中掺加“橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂(改性剂)”或采取“对沥青轻度氧化加工”等措施，“使沥青或沥青混合料的性能得到改善”而制成的沥青结合料。在满足路面施工及使用的前提下，沥青改性剂一般还需满足环保、价廉的条件。
木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，无毒、无味、无污染、无放射性，环保性较高，此外，还能够提高沥青生产的稳定性和施工的合易性、增加其强度，同时，对沥青对表面的粘附能力有良好的改善效果。而埃洛土是一种粘土矿物质，在本发明的研究过程中发现，埃洛土能够提高沥青的模量并改善其粘结性能。
对于木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青，改性剂难以完全溶解在沥青中，而是有一部分悬浮在其中，在搅拌完成后的运输和使用过程中会发生一定的离析。在反复重载的作用下，可能会影响道路的使用。通过向木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青中添加改性剂，得到粘附能力强、抗剥落性能好的木质素-埃洛土复合物改性沥青，能够很好改善沥青与集料间的粘附力，满足实际工程中对于沥青路面抗剥落性能的需求
此外，还需要考虑改性剂在沥青中的稳定性与相容性问题。大量研究表明，改性剂均匀地分散于沥青中，但并没有与之发生化学反应，仅仅是物理意义上的共存共融。由于改性剂与沥青、不同改性剂之间在分子量、化学结构上的差异，属于热力学不相容体系，因此，这种混合物体系并不完全稳定，在运输、储存过程中容易出现改性剂从沥青中析出的问题，要解决这种问题，需要向混合物中添加合适的稳定剂来增强其热稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗剥落复合改性沥青及其制备方法，以解决现有道路用沥青存在的粘附力不足的问题以及所用改性剂在沥青中的相容性问题。
具体方案如下：
本发明提供一种抗剥落复合改性沥青，主要由以下重量份数的原料制成：
木质纤维素1-10份、埃洛土10-20份、石油沥青60-80份、乙基-4-甲基咪唑1-10份、乙烯基三氟硼酸钾1-10份、交联剂0.1-1.0份。
优选地，本发明所述的抗剥落复合改性沥青主要由以下重量份数的原料制成：
木质纤维素4份、埃洛土15份、石油沥青70份、乙基-4-甲基咪唑4份、乙烯基三氟硼酸钾4份、交联剂0.4份。
进一步地，本发明所述交联剂为三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)。
进一步地，本发明所述木质纤维素的纤维长度为300μm。
本发明还提供了一种抗剥落复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.将木质纤维素与埃洛土置于反应釜中，机械搅拌50-70分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物；
b.将步骤a中所得的木质纤维素-埃洛土复合物加入到石油沥青中，在200-220℃的条件下，搅拌充分反应30-60分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物和石油沥青的混合物；
c.将2-乙基-4-甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾，以及三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)，加入到步骤b获得的混合物中，在200-220℃的温度下，采用高速剪切机，以2000-4000转/分钟的速度剪切20-40分钟；
d.将步骤c所得混合物，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌170-190分钟，即得抗剥落复合改性沥青。
与现有技术相比，本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青具有以下有益效果：
(1)向基质沥青中加入木质纤维素-埃洛土复合物，在其他改性剂的作用下，当改性沥青与集料接触的时候，裹覆着沥青的木质纤维素能够深入集料的空隙当中，在沥青与集料之间形成更强的机械咬合力，从而提高沥青的粘附性能与抗剥落性。此外，木质素纤维能够与沥青基质形成空间立体网络结构，埃洛土填充其中，从而提高沥青整体的强度，增强其黏性。
(2)向加入了2-乙基-4-甲基咪唑改性剂的木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青中再加入乙烯基三氟硼酸钾，能够提高沥青的浸润性和对自由氧化基的高抵抗性，使得沥青的抗剥落性能与粘附性得到显著提升。
2-乙基-4-甲基咪唑改性剂在常温下是一种结晶固体，易溶于水和乙醇，微溶于乙醚，是一种优良的固化剂，在室温下无挥发物，气味小，毒性低，并有较长的适用期。向木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青中加入2-乙基-4-甲基咪唑改性剂，在拌合及摊铺的过程中，2-乙基-4-甲基咪唑能够促使木质纤维素-埃洛土复合物在基质沥青中进行发育，在较短时间内形成空间网状结构。
(3)加入合适掺量的三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)用于稳定2-乙基-4-甲基咪唑改性剂与乙烯基三氟硼酸钾改性剂。关于三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)，目前尚无其在道路改性沥青中的应用报道，其常用于塑胶、树脂工业当中，是一种良好的分散剂和增塑剂。发明过程中发现在改性沥青发育末期加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)可以大幅度提升2-乙基-4-甲基咪唑改性剂及乙烯基三氟硼酸钾与沥青的相容性，使得分散相在分散介质中更加均匀，从而有效改善改性沥青的稳定性问题。
因此，本发明的制备方法获得的符合木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青，可以在保持其高温性能的前提下，显著提高其抗剥落性能和储存稳定性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1、抗剥落复合改性沥青
抗剥落复合改性沥青由以下重量份数的原料制备而成：
木质纤维素1份、埃洛土10份、石油沥青60份、乙基-4-甲基咪唑1份、乙烯基三氟硼酸钾1份、三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)0.1份。
按下述方法制备抗剥落复合改性沥青：
a.将木质纤维素与埃洛土置于反应釜中，机械搅拌60分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物；
b.将步骤a中所得的木质纤维素-埃洛土复合物加入到石油沥青中，在210℃的条件下，搅拌充分反应45分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物和石油沥青的混合物；
c.将2-乙基-4-甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾，以及三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)，加入到步骤b获得的混合物中，在210℃的温度下，采用高速剪切机，以3000转/分钟的速度剪切30分钟；
d.将步骤c所得混合物，在190℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，即得。
实施例2、抗剥落复合改性沥青
抗剥落复合改性沥青由以下重量份数的原料制成：
木质纤维素4份、埃洛土15份、石油沥青70份、乙基-4-甲基咪唑4份、乙烯基三氟硼酸钾4份、三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)0.4份。
制备方法与实施例1类似。
实施例3、抗剥落复合改性沥青
由以下重量份数的原料制备而成：
木质纤维素10份、埃洛土20份、石油沥青80份、乙基-4-甲基咪唑10份、乙烯基三氟硼酸钾10份、三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)1.0份。
制备方法与实施例1类似。
对比例1、改性沥青
石油沥青70份、乙基-4-甲基咪唑4份、乙烯基三氟硼酸钾4份、三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)0.4份。
制备方法如下：
将2-乙基-4-甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾，以及三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)，加入到石油沥青中，在210℃的温度下，采用高速剪切机，以3000转/分钟的速度剪切30分钟；接着在190℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，即得。
对比例2、普通石油沥青
普通石油沥青，CAS号：8052-42-4
试验例一、抗剥落复合改性沥青的性能检测
(一)试验材料：实施例1-3、对比例1-2。
(二)试验方法：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中关于旋转粘度、针入度、软化点、延度、沥青水煮法及沥青混合料的浸水车辙试验。
(三)试验结果如表1所示：
表1实施例1-3和对比例1-2的性能试验结果对比
从表1中实施例1-3与对比例1-2的比较可以看出，采用本发明技术，添加三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)、2-乙基-4-甲基咪唑与乙烯基三氟硼酸钾的木质纤维素-埃洛土复合物改性沥青的性能明显优于无添加木质纤维素-埃洛土复合物的改性沥青和普通石油沥青，具体表现在旋转粘度较高，针入度较低，软化点较高，5℃延度较大，水煮法粘附性等级较高与浸水车辙试验的动稳定度较大。这充分说明木质纤维素-埃洛土复合物改性剂能够显著改善沥青的抗剥落性与粘附性。
综上，采用本发明技术制备的抗剥落复合改性沥青具有优异的抗剥落性与粘附性。
Claims (4)
1.一种抗剥落复合改性沥青，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：
木质纤维素1-10份、埃洛土10-20份、石油沥青60-80份、乙基-4-甲基咪唑1-10份、乙烯基三氟硼酸钾1-10份、交联剂0.1-1.0份；
所述交联剂为三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)。
2.如权利要求1所述的抗剥落复合改性沥青，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：木质纤维素4份、埃洛土15份、石油沥青70份、乙基-4-甲基咪唑4份、乙烯基三氟硼酸钾4份、交联剂0.4份。
3.如权利要求1所述的抗剥落复合改性沥青，其特征在于，所述木质纤维素的纤维长度为300μm。
4.如权利要求1-3任一所述的抗剥落复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a .将木质纤维素与埃洛土置于反应釜中，机械搅拌50-70分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物；
b .将步骤a中所得的木质纤维素-埃洛土复合物加入到石油沥青中，在200-220℃的条件下，搅拌充分反应30-60分钟，得到木质纤维素-埃洛土复合物和石油沥青的混合物；
c .将2-乙基-4-甲基咪唑、乙烯基三氟硼酸钾，以及三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)，加入到步骤b获得的混合物中，在200-220℃的温度下，采用高速剪切机，以2000-4000转/分钟的速度剪切20-40分钟；
d .将步骤c所得混合物，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌170-190分钟，即得抗剥落复合改性沥青。
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| CN103756259A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-30 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种沥青混合料干法改性剂、其制备方法及沥青混合料 |
| CN105038269A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-11 | 蚌埠南自仪表有限公司 | 一种纤维增强沥青防水卷材 |
| CN106497104A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-15 | 孙霞 | 乳化改性沥青及其制备方法 |
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2018
- 2018-08-03 CN CN201810879690.0A patent/CN108912708B/zh active Active
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