CN109486224A - 一种耐海水侵蚀的沥青路面材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下成分：石油沥青、相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、磁性纳米二氧化硅材料、改性分子筛和SBR改性沥青。在海水浸泡的过程中，将海水中的各种盐分吸附在纳米二氧化硅材料和甘蔗渣分子筛中，并使其水分从纳米管内部自由流动，排水性良好；由于海水从沥青内部下渗，故沥青受到水的剥离的影响比较严重，故采用对骨料粘结性能非常好的胶结料，提高路面的抗水性；甘蔗渣分子筛具有良好的磁性，与二氧化硅纳米管之间的相互吸附性能好，对海水中的盐分的吸附效果非常好。本发明的耐海水侵蚀的沥青路面材料对海水中的盐分有非常好的吸附性能，对沥青下的路基有非常好的保护作用。

Description

一种耐海水侵蚀的沥青路面材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面技术领域，尤其涉及一种耐海水侵蚀的沥青路面材料及其制备方法。
背景技术
海水是一种非常复杂的多组分水溶液。海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。在海水中铜的存在形式较为复杂，大部分是有机络合物形式存在的。在自由离子中仅有一小部分以二价正离子形式存在大部分都是以负离子络合物出现。所以自由铜离子仅占全部溶解铜的一小部分。海水中有含量极为丰富的钠，但其化学行为非常简单，它几乎全部以Na+离子形式存在。
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是一种叫做“海洋腐殖质”的物质，它的性质与土壤中植被分解生成的腐殖酸和富敏酸类似。海洋腐殖质的分子结构还没有完全确定，但是它与金属能形成强络合物。
海水中的成分可以划分为五类：
1.主要成分(大量、常量元素)：指海水中浓度大于1×106mg/kg的成分。属于此类的有阳离子Na+，K+，Ca2+，Mg2+和Sr2+五种，阴离子有Cl-，SO4 2-，Br-，HCO3 -(CO3 2-)，F-五种，还有以分子形式存在的H3BO3，其总和占海水盐分的99.9％。所以称为主要成分。
由于这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动和总盐度变化对其影响都不大，所以称为保守元素。
海水中的Si含量有时也大于1mg/kg，但是由于其浓度受生物活动影响较大，性质不稳定，属于非保守元素，因此讨论主要成分时不包括Si。
2.溶于海水的气体成分，如氧、氮及惰性气体等。
3.营养元素(营养盐、生源要素)：主要是与海洋植物生长有关的要素，通常是指N、P及Si等。这些要素在海水中的含量经常受到植物活动的影响，其含量很低时，会限制植物的正常生长，所以这些要素对生物有重要意义。
4.微量元素：在海水中含量很低，但又不属于营养元素者。
5.海水中的有机物质：如氨基酸、腐殖质、叶绿素等。
海水中溶解有各种盐分，海水盐分的成因是一个复杂的问题，与地球的起源、海洋的形成及演变过程有关。一般认为盐分主要来源于地壳岩石风华产物及火山喷出物。另外，全球的河流每年向海洋输送5.5×1015g溶解盐，这也是海水盐分来源之一。从其来源看，海水中似乎应该含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所限，已经测定的仅有80多种。
码头、海边及海上建筑的沥青路面受到海水侵蚀一段时间后，往往出现开裂等现象，海水中含有大量的盐类，会渗透到路面内部腐蚀路基，严重影响了我国海岸线及海上的路面耐久性，是海工建筑领域的一大难题。
排水性路面可以将降雨时的路面积水渗入下面的不透水层，并通过路肩部位迅速排走，从而减轻了积水对路面结构造成的损害。这种路面结构也可消除雨天车辆高速行驶时的水膜平滑现象，提高行车安全性，此外，还可以降低车辆行驶日趋高速化所带来的日益严重的噪音现象。
中国发明专利CN106116419A公开了一种耐海水腐蚀的沥青路面材料及其制备方法，沥青路面材料，通过各组分的合理搭配，浸泡24个月后，仍然具有较高的强度以及较小的失重，耐海水腐蚀性能好；但是该沥青材料忽视了海水对沥青材料的渗透性能，海水透过沥青材料会对路基造成侵蚀，从而大大降低路面的耐用性能，为了进一步提高沥青路面的耐久性，有必要研究一种耐海水侵蚀的沥青路面材料及其制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐海水侵蚀的沥青路面材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下成分：石油沥青、相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、磁性纳米二氧化硅材料、改性分子筛和SBR改性沥青。
优选的，所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下重量百分比的成分：石油沥青45-55％、相容剂7-12％、SBS 12-18％、石墨0.5-1％、抗氧化剂0.5-1％、萘磺酸盐甲醛缩合物0.2-0.5％、磁性纳米二氧化硅材料0.01-0.03％、改性分子筛1.2-2％和SBR改性沥青余量。
所述的相容剂为高芳烯烃；抗氧化剂为抗氧剂AT168。
优选的，所述的磁性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤；
A、参考中国发明专利CN102874820A的方法制备蜂窝状二氧化硅纳米管；
B、将步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管溶于乙二醇中，加入FeCl3·6H2O和Na2CO3，搅拌溶解后加入PEG-400，混合均匀；将溶液密封于高压反应釜中，放入150-180℃鼓风干燥箱中加热12-16h；
C、待反应液冷却之后，采用磁铁分离方法除去没有磁性的杂质；用乙醇溶液清洗残留的有机物，干燥，研磨后即可得到磁性纳米二氧化硅材料。
优选的，所述的步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管的长度为2-5μm，粗为150-400nm。
优选的，所述的改性分子筛为磁性改性分子筛。
优选的，所述的磁性改性分子筛的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用甘蔗渣制备得到分子筛，并对碳分子筛进行孔径调整，得到甘蔗渣分子筛；
步骤二：将甘蔗渣分子筛放入预先配置好的氧化铁和氧化亚铁混合溶液中，加热60-100℃浸泡10-30min；
步骤三：将浸泡后的甘蔗渣分子筛，沥干后放入强磁场中磁化20-30min；然后进行600-800℃高温焙烧，反复粉碎，过325目筛，即可得到磁性改性分子筛。
优选的，所述的步骤二中，氧化铁和氧化亚铁的摩尔比为1：1。
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将磁性纳米二氧化硅材料和改性分子筛混合后，加入8-10％的相容剂，湿法研磨，混合均匀；
B、在高剪切搅拌机中，调节搅拌速度为2000-3500r/min，将石油沥青和SBR改性沥青加热至180-220℃，加入剩下的相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物，保持温度并搅拌30-45min；
C、加入步骤A中的混合物，继续搅拌20-30min；形成均相体系，即可。
本发明在中国发明专利CN106185916A制备的甘蔗渣分子筛的基础上，利用分子筛的吸附性能对分子筛进行进一步改性，通过在氧化铁和氧化亚铁混合溶液中加热浸泡，再磁化，可以将氧化铁和氧化亚铁有序排列，然后再高温焙烧将氧化亚铁氧化为氧化铁；最后粉碎得到微米级改性磁性分子筛。
本发明的磁性纳米二氧化硅材料的主要作用为，与改性分子筛相互结合分散在沥青中，形成一种复合材料，该材料既可以让水流从纳米管中通过，顺利渗入路基面，又可以拦截海水中的各种盐分吸附，使这些盐分吸附在分子筛上，有效保护路基面不受海水的侵蚀。
本发明的有益之处在于：1、本发明在现有的沥青的基础上加入磁性二氧化硅材料和甘蔗渣分子筛，由于二氧化硅纳米管的特殊结构，可以在海水浸泡的过程中，将海水中的各种盐分吸附在纳米二氧化硅材料和甘蔗渣分子筛中，并使其水分从纳米管内部自由流动，排水性良好；2、由于海水从沥青内部下渗，故沥青受到水的剥离的影响比较严重，故采用石油沥青、SBS和SBR改性沥青组成对骨料粘结性能非常好的胶结料，提高路面的抗水性；3、对甘蔗渣分子筛的改性过程中，先将铁离子和亚铁离子吸附进入分子筛内部，然后通过磁场有序排列，在将亚铁离子氧化，分子筛具有良好的磁性，提升了与二氧化硅纳米管之间的相互吸附性能，对海水中的盐分的吸附效果非常好。综上所述，本发明的耐海水侵蚀的沥青路面材料对海水中的盐分有非常好的吸附性能，对沥青下的路基有非常好的保护作用。
具体实施方式
实施例1：
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下重量百分比的成分：石油沥青52％、相容剂8％、SBS 15％、石墨0.8％、抗氧化剂0.7％、萘磺酸盐甲醛缩合物0.3％、磁性纳米二氧化硅材料0.015％、改性分子筛1.8％和SBR改性沥青余量。
所述的相容剂为高芳烯烃；抗氧化剂为抗氧剂AT168。
所述的磁性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤；
A、参考中国发明专利CN102874820A的方法制备蜂窝状二氧化硅纳米管；
B、将步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管溶于乙二醇中，加入FeCl3·6H2O和Na2CO3，搅拌溶解后加入PEG-400，混合均匀；将溶液密封于高压反应釜中，放入160℃鼓风干燥箱中加热15h；
C、待反应液冷却之后，采用磁铁分离方法除去没有磁性的杂质；用乙醇溶液清洗残留的有机物，干燥，研磨后即可得到磁性纳米二氧化硅材料。
所述的步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管的长度为2-5μm，粗为150-400nm。
所述步骤B的溶液中，CO3 2-与Fe3+的摩尔比为4：1，PEG-400加入量为溶液总体积的1/15。
所述的改性分子筛为磁性改性分子筛。
所述的磁性改性分子筛的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用甘蔗渣制备得到分子筛，并对碳分子筛进行孔径调整，得到甘蔗渣分子筛；
步骤二：将甘蔗渣分子筛放入预先配置好的氧化铁和氧化亚铁混合溶液中，加热80℃浸泡25min；
步骤三：将浸泡后的甘蔗渣分子筛，沥干后放入强磁场中磁化25min；然后进行750℃高温焙烧，反复粉碎，过325目筛，即可得到磁性改性分子筛。
所述的步骤二中，氧化铁和氧化亚铁的摩尔比为1：1。
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将磁性纳米二氧化硅材料和改性分子筛混合后，加入8.5％的相容剂，湿法研磨，混合均匀；
B、在高剪切搅拌机中，调节搅拌速度为2500r/min，将石油沥青和SBR改性沥青加热至205℃，加入剩下的相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物，保持温度并搅拌35min；
C、加入步骤A中的混合物，继续搅拌25min；形成均相体系，即可。
实施例2：
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下重量百分比的成分：石油沥青55％、相容剂7％、SBS 18％、石墨0.5％、抗氧化剂1％、萘磺酸盐甲醛缩合物0.2％、磁性纳米二氧化硅材料0.03％、改性分子筛1.2％和SBR改性沥青余量。
所述的相容剂为高芳烯烃；抗氧化剂为抗氧剂AT168。
所述的磁性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤；
A、参考中国发明专利CN102874820A的方法制备蜂窝状二氧化硅纳米管；
B、将步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管溶于乙二醇中，加入FeCl3·6H2O和Na2CO3，搅拌溶解后加入PEG-400，混合均匀；将溶液密封于高压反应釜中，放入180℃鼓风干燥箱中加热12h；
C、待反应液冷却之后，采用磁铁分离方法除去没有磁性的杂质；用乙醇溶液清洗残留的有机物，干燥，研磨后即可得到磁性纳米二氧化硅材料。
所述的步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管的长度为2-5μm，粗为150-400nm。
所述步骤B的溶液中，CO3 2-与Fe3+的摩尔比为8：3，PEG-400加入量为溶液总体积的1/12。
所述的改性分子筛为磁性改性分子筛。
所述的磁性改性分子筛的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用甘蔗渣制备得到分子筛，并对碳分子筛进行孔径调整，得到甘蔗渣分子筛；
步骤二：将甘蔗渣分子筛放入预先配置好的氧化铁和氧化亚铁混合溶液中，加热100℃浸泡10min；
步骤三：将浸泡后的甘蔗渣分子筛，沥干后放入强磁场中磁化30min；然后进行600℃高温焙烧，反复粉碎，过325目筛，即可得到磁性改性分子筛。
所述的步骤二中，氧化铁和氧化亚铁的摩尔比为1：1。
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将磁性纳米二氧化硅材料和改性分子筛混合后，加入8％的相容剂，湿法研磨，混合均匀；
B、在高剪切搅拌机中，调节搅拌速度为3500r/min，将石油沥青和SBR改性沥青加热至180℃，加入剩下的相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物，保持温度并搅拌45min；
C、加入步骤A中的混合物，继续搅拌20min；形成均相体系，即可。
实施例3：
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，包括以下重量百分比的成分：石油沥青45％、相容剂12％、SBS 12％、石墨1％、抗氧化剂0.5％、萘磺酸盐甲醛缩合物0.5％、磁性纳米二氧化硅材料0.01％、改性分子筛2％和SBR改性沥青余量。
所述的相容剂为高芳烯烃；抗氧化剂为抗氧剂AT168。
所述的磁性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤；
A、参考中国发明专利CN102874820A的方法制备蜂窝状二氧化硅纳米管；
B、将步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管溶于乙二醇中，加入FeCl3·6H2O和Na2CO3，搅拌溶解后加入PEG-400，混合均匀；将溶液密封于高压反应釜中，放入150℃鼓风干燥箱中加热16h；
C、待反应液冷却之后，采用磁铁分离方法除去没有磁性的杂质；用乙醇溶液清洗残留的有机物，干燥，研磨后即可得到磁性纳米二氧化硅材料。
所述的步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管的长度为2-5μm，粗为150-400nm。
所述步骤B的溶液中，CO3 2-与Fe3+的摩尔比为3：1，PEG-400加入量为溶液总体积的1/18。
所述的改性分子筛为磁性改性分子筛。
所述的磁性改性分子筛的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用甘蔗渣制备得到分子筛，并对碳分子筛进行孔径调整，得到甘蔗渣分子筛；
步骤二：将甘蔗渣分子筛放入预先配置好的氧化铁和氧化亚铁混合溶液中，加热60℃浸泡30min；
步骤三：将浸泡后的甘蔗渣分子筛，沥干后放入强磁场中磁化20min；然后进行800℃高温焙烧，反复粉碎，过325目筛，即可得到磁性改性分子筛。
所述的步骤二中，氧化铁和氧化亚铁的摩尔比为1：1。
一种耐海水侵蚀的沥青路面材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将磁性纳米二氧化硅材料和改性分子筛混合后，加入10％的相容剂，湿法研磨，混合均匀；
B、在高剪切搅拌机中，调节搅拌速度为2000r/min，将石油沥青和SBR改性沥青加热至220℃，加入剩下的相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物，保持温度并搅拌30min；
C、加入步骤A中的混合物，继续搅拌30min；形成均相体系，即可。
对比例1
将实施例1中的磁性纳米二氧化硅材料去除，其余配比和制备方法不变。
对比例2
将实施例1中的磁性改性分子筛去除，其余配比和制备方法不变。
对比例3
将实施例1中的磁性纳米二氧化硅材料替换为非磁性的纳米二氧化硅材料，其余配比和制备方法不变。
对比例4
将实施例1中的磁性改性分子筛替换为非磁性的改性分子筛，其余配比和制备方法不变。
对比例5
将实施例1中的磁性纳米二氧化硅材料替换为磁性纳米二氧化硅颗粒材料，其余配比和制备方法不变。
对照例
中国发明专利CN106116419A实施例5公开的耐海水腐蚀的沥青路面材料。
采用以下分析测试方法考察实施例1-3以及对比例1-5和对照例的路面材料耐海水腐蚀的性能：
测试1：将各实施例的路面材料，制备成200mm×200mm×5mm试块，将试块置于海水(真实海水，取自天津)中，每1个月更换一次新鲜海水，24个月后取出。对试块的抗压强度、抗折强度、失重、表面平整度(目测法)进行考察。试验结果如表1。
表1：沥青路面材料的耐海水试验数据
测试2：将各实施例的路面材料，铺设在200mm×200mm的混凝土试块表面，厚度为5mm；将试块放入200mm×200mm的测试盒中，倒入海水(真实海水，取自天津)中，每1个月更换一次新鲜海水，24个月后取出(请注意，测试中，海水无法直接接触混凝土试块)。对混凝土试块的抗压强度、抗折强度、2-2.5厘米渗透深度处水溶性氯离子平均质量分数；进行考察。试验结果如表2。
表2：混凝土试块的耐海水试验数据
抗压强度(MPa) 抗折强度(Mpa) 氯离子平均质量分数％
试验前 55.2 7 未检测到
实施例1 52.8 7 0.085
实施例2 52.1 7 0.093
实施例3 52.2 7 0.097
对比例1 31.8 5 0.168
对比例2 21.5 3 0.375
对比例3 45.2 6 0.117
对比例4 43.4 6 0.122
对比例5 38.7 5 0.138
对照例 19.6 3 0.398
由以上测试数据可以知道，本发明的耐海水腐蚀的沥青路面材料对海水中的盐分有非常好的吸附性能，对沥青下的路基有非常好的保护作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，包括以下成分：石油沥青、相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、磁性纳米二氧化硅材料、改性分子筛和SBR改性沥青。
2.如权利要求1所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：石油沥青45-55％、相容剂7-12％、SBS 12-18％、石墨0.5-1％、抗氧化剂0.5-1％、萘磺酸盐甲醛缩合物0.2-0.5％、磁性纳米二氧化硅材料0.01-0.03％、改性分子筛1.2-2％和SBR改性沥青余量。
3.如权利要求1所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，所述的磁性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤；
A、参考中国发明专利CN102874820A的方法制备蜂窝状二氧化硅纳米管；
B、将步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管溶于乙二醇中，加入FeCl3·6H2O和Na2CO3，搅拌溶解后加入PEG-400，混合均匀；将溶液密封于高压反应釜中，放入150-180℃鼓风干燥箱中加热12-16h；
C、待反应液冷却之后，采用磁铁分离方法除去没有磁性的杂质；用乙醇溶液清洗残留的有机物，干燥，研磨后即可得到磁性纳米二氧化硅材料。
4.如权利要求3所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，所述的步骤A中的蜂窝状二氧化硅纳米管的长度为2-5μm，粗为150-400nm。
5.如权利要求1所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，所述的改性分子筛为磁性改性分子筛。
6.如权利要求5所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，所述的磁性改性分子筛的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用甘蔗渣制备得到分子筛，并对碳分子筛进行孔径调整，得到甘蔗渣分子筛；
步骤二：将甘蔗渣分子筛放入预先配置好的氧化铁和氧化亚铁混合溶液中，加热60-100℃浸泡10-30min；
步骤三：将浸泡后的甘蔗渣分子筛，沥干后放入强磁场中磁化20-30min；然后进行600-800℃高温焙烧，反复粉碎，过325目筛，即可得到磁性改性分子筛。
7.如权利要求6所述的耐海水侵蚀的沥青路面材料，其特征在于，所述的步骤二中，氧化铁和氧化亚铁的摩尔比为1：1。
8.一种耐海水侵蚀的沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将磁性纳米二氧化硅材料和改性分子筛混合后，加入8-10％的相容剂，湿法研磨，混合均匀；
B、在高剪切搅拌机中，调节搅拌速度为2000-3500r/min，将石油沥青和SBR改性沥青加热至180-220℃，加入剩下的相容剂、SBS、石墨、抗氧化剂、萘磺酸盐甲醛缩合物，保持温度并搅拌30-45min；
C、加入步骤A中的混合物，继续搅拌20-30min；形成均相体系，即可。
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