CN109735120A - 一种改性生物沥青材料及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于沥青技术领域，公开一种改性生物沥青材料及其制备方法与用途，所述改性生物沥青材料，包括如下重量份的原料：生物沥青30‑78份、改性剂10‑15份、矿物纤维0.2‑0.6份、稳定剂1‑3份、溶剂10‑25份。本发明选用特定的改性剂，提高了生物沥青的软化点和黏度，提高了生物沥青的高温稳定性，所述矿物纤维具有强度高及耐腐蚀、耐高温等优异性能，其提高了生物沥青的抗形变能力。本发明提供的改性生物沥青材料，通过添加改性剂、矿物纤维及稳定剂对生物沥青进行改性，提高了生物沥青的高温稳定性、低温稳定性及抗形变能力，使得到的改性生物沥青材料具有较好的承载能力、变形恢复能力和高温抗车辙能力。
Description
技术领域
本发明属于沥青技术领域，具体涉及一种改性生物沥青材料及其制备方法与用途。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，对公路交通运输的需求越来越大，这也使得我国的高速公路建设在一个较长时间内都能保持较大的规模，而这些高速公路中大约有90％以上是沥青路面，同时，公路养护等后期工作也需消耗大量的沥青。传统的石油沥青多由进口原油炼制而成，而原油属于不可再生资源，随着原油的严重开采，原油储量的迅速减少，石油沥青的价格逐渐上升，这将严重影响和妨碍我国沥青路面的建设养护等持续发展。此外，从环保等方面考虑，原油炼制过程中会产生大量的粉尘和温室气体污染物，造成城市雾霾、环境污染，影响人体健康。因此，寻求一种可以取代传统沥青材料的可再生资源或可反复利用的资源迫在眉睫。
生物沥青是以农林业产品及废弃物、生活有机废弃物、能源作物等生物质材料为原料，经过热裂解、调合等工艺制备而成的类似于石油沥青的胶结料，其具有可再生、清洁、经济环保等性能。用生物沥青替代传统的石油沥青，可降低对石油资源的依赖性，大大减少沥青的生产成本，这对节约资源和环境保护意义重大。然而，生物沥青软化点低、黏度小，生物沥青路面承载力一般，高温抗车辙能力有限，难以得到广泛应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的生物沥青材料存在承载力一般及高温抗车辙能力有限的缺陷，从而提供一种改性生物沥青材料；同时，本发明还提供了所述改性生物沥青材料的制备方法及其用途。
为此，本发明提供了一种改性生物沥青材料，包括如下重量份的原料：生物沥青30-78份、改性剂10-15份、矿物纤维0.2-0.6份、稳定剂1-3份、溶剂10-25份。
进一步地，所述的改性生物沥青材料，包括如下重量份的原料：生物沥青58份、改性剂12份、矿物纤维0.4份、稳定剂2份、溶剂18份。
进一步地，所述的改性生物沥青材料，所述矿物纤维为短切矿物纤维或矿物棉纤维中的至少一种。
进一步地，所述的改性生物沥青材料，所述改性剂为橡胶、树脂、热塑性弹性体中的至少一种。
更进一步地，所述的改性生物沥青材料，所述改性剂的粒度为40-100目。
进一步地，所述的改性生物沥青材料，所述稳定剂为硫磺或聚乙烯醇中的至少一种。
进一步地，所述的改性生物沥青材料，所述溶剂为甘油、橡胶油、松油、芳烃油中的至少一种。
本发明还提供了上述改性生物沥青材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述生物沥青与改性剂混合，得到生物沥青与改性剂的混合料；
(2)向上述混合料中加入所述稳定剂及溶剂，充分搅拌，再加入所述矿物纤维，充分搅拌即得所述改性生物沥青材料。
进一步地，所述步骤(1)还包括对混合后的生物沥青与改性剂在100-120℃下研磨10-20分钟的步骤。
进一步地，所述步骤(2)还包括对混合料、稳定剂及溶剂的混合物加热至140-180℃的步骤。
本发明还提供了上述的改性生物沥青材料或根据上述的改性生物沥青材料的制备方法制得的改性生物沥青材料在道路铺装上的用途。
本发明中，所述生物沥青是通过生物重油和基质沥青采用调合法制备得到，所述生物重油是以生物质为原料，经过高温快速热解制得的油状液体产物，使用的生物质原料可以为农林业副产物中的木屑、小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆以及城市生活垃圾等。需要说明的是，生物重油的制备还可以通过如酸解、醇解、高压液化等已知方式得到。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的改性生物沥青材料，包括如下重量份的原料：生物沥青30-78份、改性剂10-15份、矿物纤维0.2-0.6份、稳定剂1-3份、溶剂10-25份。本发明选用特定的改性剂，提高了生物沥青的软化点和黏度，提高了生物沥青的高温稳定性，所述矿物纤维具有强度高及耐腐蚀、耐高温等优异性能，其提高了生物沥青的抗形变能力。本发明提供的改性生物沥青材料，通过添加改性剂、矿物纤维及稳定剂对生物沥青进行改性，提高了生物沥青的高温稳定性、低温稳定性及抗形变能力，使得到的改性生物沥青材料具有较好的承载能力、变形恢复能力和高温抗车辙能力。
2、本发明提供的改性生物沥青材料，可替代传统的沥青材料，减少不可再生的石油的使用，降低对石油资源的依赖性，并具有较好的承载能力、变形恢复能力和高温抗车辙能力。
3.本发明提供改性生物沥青材料的制备方法，先将生物沥青与改性剂进行混合，加入稳定剂和溶剂，待混合均匀、性质稳定后，再加入矿物纤维，一方面避免了长时间搅拌破坏矿物纤维的纤维结构，另一方面，所述矿物纤维也能更好地分散于混合料中，提高了生物沥青的抗形变能力。通过本发明的方法制备得到的改性生物沥青材料，各项性能都得到提高，性质稳定，材质均匀，且本发明的制备方法简单易行、成本低廉、便于工业化批量生产。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
以下实施例中，所述短切矿物纤维及矿物棉纤维均由中材科技股份有限公司提供；所述基质沥青及改性剂由北京嘉格伟业筑路科技有限公司提供。
以下实施例中，生物沥青的制备过程具体为：将长度为0.5～1.5cm的玉米秸秆置于快速热裂解反应器中，在热解温度为400～550℃，气体停留时间小于2s的条件下，使玉米秸秆快速热裂解，在反应器中冷却至室温，得到生物油、生物炭和不可凝气体，对生物油进行蒸馏分离，得到生物重油；加热基质沥青至120℃，加热生物重油至大约90～100℃，将生物重油与基质沥青按质量比为4:1混合后送入高速剪切设备进行高速搅拌，转速约为5000转/时，在110℃下搅拌约15分钟，使二者充分均匀混合即可得到生物沥青。
实施例1
本实施例提供了一种改性沥青材料，包括：生物沥青58g、70目的橡胶12g、硫磺2g、甘油18g、短切矿物纤维0.4g。采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青58g和70目的橡胶12g在110℃下，研磨搅拌15分钟，得到混合物A1；
(2)将混合物A1与硫磺2g和甘油18g，在160℃下搅拌混合15分钟，再加入短切矿物纤维0.4g搅拌8分钟得到混合物B1；
(3)将混合物B1在160℃下，以500r/min的搅拌速度搅拌70分钟，即得。
本实施例所用的短切矿物纤维为玄武岩纤维，长度为6mm。
实施例2
本实施例提供了一种改性沥青材料，包括：生物沥青30g、100目的树脂10g、聚乙烯醇3g、橡胶油25g、矿物棉纤维0.6g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青30g和100目的树脂10g在120℃下，研磨搅拌10分钟，得到混合物A2；
(2)将混合物A2与聚乙烯醇3g和橡胶油25g，在180℃下搅拌混合10分钟，再加入矿物棉纤维0.6g搅拌10分钟得到混合物B2；
(3)将混合物B2在140℃下，以600r/min的搅拌速度搅拌80分钟，即得。
本实施例所用的矿物棉纤维为玄武岩纤维，长度为4-8mm。
实施例3
本实施例提供了一种改性沥青材料，包括：生物沥青78g、40目的热塑性弹性体15g、聚乙烯醇1g、松油10g、短切矿物纤维0.2g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青78g和40目的热塑性弹性体15g在100℃下，研磨搅拌20分钟，得到混合物A3；
(2)将混合物A3与聚乙烯醇1g和松油10g，在140℃下搅拌混合20分钟，再加入短切矿物纤维0.2g搅拌5分钟得到混合物B3；
(3)将混合物B3在180℃下，以400r/min的搅拌速度搅拌60分钟，即得。
本实施例所用的短切矿物纤维为碳纤维，长度为3mm。
实施例4
本实施例提供了一种改性沥青材料，包括：生物沥青40g、80目的橡胶7g、50目的树脂7g、硫磺2g、芳烃油22g、短切矿物纤维0.2g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青40g和80目的橡胶7g、50目的树脂7g在105℃下，研磨搅拌18分钟，得到混合物A4；
(2)将混合物A4与硫磺2g和芳烃油22g，在150℃下搅拌混合18分钟，再加入矿物棉纤维0.3g搅拌9分钟得到混合物B4；
(3)将混合物B4在170℃下，以450r/min的搅拌速度搅拌75分钟，即得。
本实施例所用的矿物棉纤维为玄武岩纤维，长度为5-10mm。
实施例5
本实施例提供了一种改性沥青材料，包括：生物沥青62g、60目的树脂8g、90目的热塑性弹性体4g、硫磺1g、聚乙烯醇1g、甘油9g、橡胶油7g、短切矿物纤维0.5g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青62g和60目的树脂8g、90目的热塑性弹性体4g在115℃下，研磨搅拌14分钟，得到混合物A5；
(2)将混合物A5与硫磺1g、聚乙烯醇1g和甘油9g、橡胶油7g，在170℃下搅拌混合13分钟，再加入短切矿物纤维0.5g搅拌7分钟得到混合物B5；
(3)将混合物B5在150℃下，以550r/min的搅拌速度搅拌65分钟，即得。
本实施例所用的短切矿物纤维为玄武岩纤维，长度为12mm。
对比例1
本对比例提供了一种沥青材料，包括：生物沥青58g、硫磺2g、甘油18g、短切矿物纤维0.4g。
采用上述原料制备所述沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青58g在110℃下，研磨搅拌15分钟；
(2)将步骤(1)中的生物沥青与硫磺2g和甘油18g，在160℃下搅拌混合15分钟，再加入短切矿物纤维0.4g搅拌8分钟得到混合物；
(3)将步骤(2)制得的混合物在160℃下，以500r/min的搅拌速度搅拌70分钟，即得。
本对比例所用的短切矿物纤维为玄武岩纤维，长度为6mm。
对比例2
本对比例提供了一种沥青材料，包括：生物沥青58g、70目的橡胶12g、硫磺2g、甘油18g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：(1)将生物沥青58g和70目的橡胶12g在110℃下，研磨搅拌15分钟，得到混合物A2’；
(2)将混合物A2’与硫磺2g和甘油18g，在160℃下搅拌混合15分钟，得到混合物B2’；
(3)将混合物B2’在160℃下，以500r/min的搅拌速度搅拌70分钟，即得。
对比例3
本对比例提供了一种沥青材料，包括：生物沥青58g、70目的橡胶12g、硫磺2g、甘油18g、短切矿物纤维0.4g。
采用上述原料制备所述改性沥青材料方法，包括如下步骤：
(1)将生物沥青58g、70目的橡胶12g、硫磺2g和甘油18g，在160℃下搅拌混合15分钟，再加入短切矿物纤维0.4g搅拌8分钟得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混合物在160℃下，以500r/min的搅拌速度搅拌70分钟，即得。
本对比例所用的短切矿物纤维为玄武岩纤维，长度为6mm。
效果例1
本效果例比较了本发明实施例1-5及对比例1-3制备的沥青材料的各项性能，具体如下：
从上表可看出，本发明实施例1-5的改性生物沥青材料的高温性能及低温性能好，稳定性高，具有较好的承载能力、变形恢复能力和高温抗车辙能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种改性生物沥青材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：生物沥青30-78份、改性剂10-15份、矿物纤维0.2-0.6份、稳定剂1-3份、溶剂10-25份。
2.根据权利要求1所述的改性生物沥青材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：生物沥青58份、改性剂12份、矿物纤维0.4份、稳定剂2份、溶剂18份。
3.根据权利要求1或2所述的改性生物沥青材料，其特征在于，所述矿物纤维为短切矿物纤维或矿物棉纤维中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的改性生物沥青材料，其特征在于，所述改性剂为橡胶、树脂、热塑性弹性体中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的改性生物沥青材料，其特征在于，所述改性剂的粒度为40-100目。
6.根据权利要求1-5任一项所述的改性生物沥青材料，其特征在于，所述稳定剂为硫磺或聚乙烯醇中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的改性生物沥青材料，其特征在于，所述溶剂为甘油、橡胶油、松油、芳烃油中的至少一种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的改性生物沥青材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述生物沥青与改性剂混合，得到生物沥青与改性剂的混合料；
(2)向上述混合料中加入所述稳定剂及溶剂，充分搅拌，再加入所述矿物纤维，充分搅拌即得所述改性生物沥青材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括对混合后的生物沥青与改性剂在100-120℃下研磨10-20分钟的步骤。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括对混合料、稳定剂及溶剂的混合物加热至140-180℃的步骤。
11.权利要求1-7任一项所述的改性生物沥青材料或根据权利要求8-10任一项所述的改性生物沥青材料的制备方法制得的改性生物沥青材料在道路铺装上的用途。
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