CN109735122A - 一种增强型沥青再生剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种增强型沥青再生剂及其制备方法，该沥青再生剂包括以下质量份数的组分：再生组分10～60份，所述再生组分包括将轻质油和重油按适量比例混合而成的混合油；超细粉体1～30份，所述超细粉体为经过低温等离子体改性得到的多孔结构超细粉体，粉体的平均粒径小于100μm。本发明能够得到分散效果好、相容性高的超细粉体增强沥青再生剂，其制备方法耗能低、操作简便、处理效率高，且利用该沥青再生剂生成的再生沥青混合料的性能提升较大，特别是其抗二次老化性能获得大幅提升，进而延长再生沥青混合料铺筑路面的服役寿命，工程上有望降低铺筑路面的后期维护成本。

Description

一种增强型沥青再生剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种增强型沥青再生剂及其制备方法。

背景技术

随着我国沥青路面使用年限的增长，近几年大量公路已经达到了设计寿命。因此能够避免大量废旧沥青混合料浪费的废旧沥青再生新技术成为了新一轮的研究重点，其中沥青再生剂作为这一技术的核心受到了广泛的关注。

虽然现有的沥青再生剂可以一定程度恢复老化沥青的基本性能，但在实际工程应用时其综合力学性能却很难完全满足施工要求。

虽然可以在沥青再生剂体系中引入超细粉体对再生混合料进行强化改性，然而超细粉体表面能高，很容易发生团聚，使得它在有机相基体中分散性差，降低了其增强、增韧效果。当前常用的办法是化学改性，参见公开号为CN106479203B，名称为一种碳纳米管增强环氧沥青复合材料及其制备方法的专利申请，但是这种改性流程多、成本高且增加了环境负荷。

沥青再生剂的研究目前主要以添加一些工业废油或石化油份补充沥青胶结料由于老化而失去的芳香分和胶质组分，恢复老化沥青化学组分平衡为主。美国专利151US7357594介绍了一种由极性树脂、芳香分和饱和烷烃溶剂组成的再生组分。然而轻质油分挥发性大，与旧沥青相容性差，容易流失。在热拌过程中和再生混合料铺筑使用过程中，受到高温环境影响，轻质油容易挥发而失去作用。此外，根据反应式芳香分→胶质→沥青质，油分的过量加入，会加快这种不可逆反应的进程，加速了沥青的老化。因此油分的保持和油分比例的有效控制对于再生混合料的抗老化能力尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种增强型沥青再生剂及其制备方法，得到分散效果好、相容性高的超细粉体增强沥青再生剂，其制备方法耗能低、操作简便、处理效率高，且利用该沥青再生剂生成的再生沥青混合料的性能提升较大，特别是其抗二次老化性能获得大幅提升，进而延长再生沥青混合料铺筑路面的服役寿命，工程上有望降低铺筑路面的后期维护成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种增强型沥青再生剂，包括以下质量份数的组分：

再生组分10～60份，所述再生组分包括将轻质油和重油按适量比例混合而成的混合油；

超细粉体1～30份，所述超细粉体为经过低温等离子体改性得到的多孔结构超细粉体，粉体的平均粒径小于100μm。

进一步地：

所述轻质油包含环氧大豆油和机油添加剂，所述机油添加剂与所述环氧大豆油按1：5～20的质量比混合。

所述重油为环保芳烃油。

所述重油和所述轻质油是按1∶1～8的质量比混合。

所述超细粉体的粒径为粒径小于10μm的粉体。

所述超细粉体选自碳纳米管、石墨烯、活性碳纤维、凹凸棒、蒙脱土、氧化铝、硅藻土中的一种或多种。

所述低温等离子体改性使用的气体为空气、氧气、氮气、氨气、氢气中的一种或者多种的混合。

一种制备所述的增强型沥青再生剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、对超细粉体进行低温等离子体射流的喷射处理，得到改性后的所述多孔结构超细粉体；

S2、将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合，得到所述增强型沥青再生剂。

进一步地：

步骤S1中，在大气压低温等离子体设备中按照10cc/min～150cc/min的气流量通入气体，将干燥处理后的超细粉体送入所述等离子体设备中，使粉体处于低温等离子体射流出口5～10cm处，控制所述等离子体设备的喷射出口的移动速度在0～30mm/s，处理0.5～30min后，得到改性后的所述多孔结构超细粉体。

步骤S2中，将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合在一起搅拌5～15min，得到所述增强型沥青再生剂。

本发明具有如下有益效果：

本发明弥补了现有技术的不足，在沥青再生剂体系中引入超细粉体作为强化相，提高再生沥青混合料的力学性能。使用低温等离子体对超细粉体进行改性，有效减少粉体在混合料中的团聚。这种有别于粉体传统表面改性的方法，能够在改变粉体表面形貌的同时在粉体中引入活性官能团。极性的含氧官能团能够与沥青中极性较强的沥青质分子发生相互作用，因此，低温等离子体改性后的超细粉体能作为一种两亲物质使老化沥青和被吸附到超细粉体中的沥青再生剂中的油分更好地结合。得到分散效果好、相容性高的超细粉体增强沥青再生剂。这种方法耗能低、操作简便、处理效率高，且性能提升较大，无污染物排放，绿色环保利于可持续发展。

采用本发明的增强型沥青再生剂，利用多孔结构超细粉体吸附再生剂中的油相，并在再生混合料使用过程中缓释油相，对再生混合料中的油相进保护，有效地解决油相稳定性问题，达到对再生沥青混合料中油相的有效调控，同时也能很好地避免油相过多导致加速沥青老化的问题。低温等离子体对多孔结构超细粉体的改性，能够进一步提高超细粉体孔结构内部与油相的结合力，减慢油相受热或是铺筑路面服役期间从超细粉体中释放的速度，延长再生沥青混合料铺筑路面的服役寿命。

本发明提出一种增强型废旧沥青再生剂制备方法，以低温等离子体改性后的超细粉体为强化相制备沥青再生剂。该方法能提高再生沥青混合料的力学性能，并利用超细粉体增强沥青再生剂与沥青混合料的相容性，延缓再生沥青混合料老化，延长其使用寿命，特别是其抗二次老化性能获得大幅提升。通过表面改性，可在超细粉体表面根据需要引入多种活性官能团，进而改善超细粉体与有机再生剂基体的相容性，利于超细粉体在混合料中的均匀分散。

本发明与现有技术对比的优点有：

(1)本发明中使用的超细粉体通过纳米强化的机理，能够作为增强相改善再生混合料的流变性能，进而有效提升其力学性能。

(2)本发明中使用等离子体处理超细粉体。通过低温等离子体处理过程中释放的加速电子、离子轰击粉体表面，改变了超细粉体的表面形貌，提高油相与沥青界面之间的相容性。另一方面，等离子体改性在超细粉体表面引入活性官能团。官能团与沥青基质分子的强相互作用，进一步提高了再生剂与混合料之间的结合力。低温等离子处理使超细粉体在混合料中的分散效果更好，因此再生混合料的性能更加均匀稳定。

该方法通过低温等离子体改性的方式对超细粉体进行改性，耗能低、操作简便、对实验条件要求低，在常温常压下即可完成；处理效率高，可在较短时间内完成改性，且性能提升较大；无污染物排放，利于可持续发展。

(3)本发明使用的超细粉体大多数具有多孔结构、片层或中空结构，其吸附作用能够有效的对再生剂中的油相进行吸收。这种超细粉体增强沥青再生剂具有一定缓释作用，通过再生混合料中油相与沥青之间的平衡作用，油相可以在热拌或再生混合料铺筑及使用过程中随着混合料中油相的挥发缓慢从超细粉体中释放出来。避免油相挥发使再生混合料路用性能下降，同时避免油相过多加速再生混合料老化，提高再生混合料的抗老化性能。低温等离子体处理后粉体孔隙内部引入活性基团，增强粉体与油相的结合，使油相能够更长时间的贮存在沥青中，进一步延长再生混合料铺装路面的服役寿命。

附图说明

图1至图3为本发明实施例1中再生基质沥青混合料和再生混合料二次老化后的针入度、15℃延迟以及软化点三大指标。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

在一种实施例中，一种增强型沥青再生剂，包括以下质量份数的组分：

再生组分10～60份，所述再生组分包括将轻质油和重油按适量比例混合而成的混合油；

超细粉体1～30份，所述超细粉体为经过低温等离子体改性得到的多孔结构超细粉体，粉体的平均粒径小于100μm。

在优选的实施例中，所述轻质油包含环氧大豆油和机油添加剂，所述机油添加剂与所述环氧大豆油按1：5～20的质量比混合。

优选的环氧大豆油具有无毒性、不容易挥发、耐热性耐候性优的特点，更适合于作为本发明混合油的组分。而机油添加剂能够显著提高旧沥青粘度。

在优选的实施例中，所述重油为环保芳烃油。

在优选的实施例中，所述重油和所述轻质油是按1∶1～8的质量比混合。

在优选的实施例中，所述超细粉体的粒径为粒径小于10μm的粉体。

在优选的实施例中，所述超细粉体可以选自碳纳米管、石墨烯、活性碳纤维、凹凸棒、蒙脱土、氧化铝、硅藻土中的一种或多种等多孔固体材料，以作为增强相提高混合料力学性能。

在优选的实施例中，所述低温等离子体改性使用的气体为空气、氧气、氮气、氨气、氢气中的一种或者多种的混合。

本发明实施例的沥青再生剂中的油分，可以有效地补偿老化沥青中的芳香分，调节老化沥青中各组分的相对含量，而经过低温等离子体表面改性的多孔结构超细粉体，其作为增强相能够显著提高再生混合料的力学性能，提高粉体分散效果，并使老化沥青和沥青再生剂中的油分具有更好的结合力。低温等离子体表面改性的多孔结构超细粉体还能够起到缓释油相的作用。

在另一种实施例中，一种制备所述的增强型沥青再生剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、对超细粉体进行低温等离子体射流的喷射处理，得到改性后的所述多孔结构超细粉体；

S2、将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合，得到所述增强型沥青再生剂。

在优选的实施例中，步骤S1中，在大气压低温等离子体设备中按照10cc/min～150cc/min的气流量通入气体，将干燥处理后的超细粉体送入所述等离子体设备中，使粉体处于低温等离子体射流出口5～10cm处，控制所述等离子体设备的喷射出口的移动速度在0～30mm/s，处理0.5～30min后，得到改性后的所述多孔结构超细粉体。

在优选的实施例中，步骤S2中，将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合在一起搅拌5～15min，得到所述增强型沥青再生剂。

本发明的优选实施例以经过低温等离子体改性的超细粉体为增强相，利用机械混合方法得到超细粉体、环氧大豆油、机油添加剂、环保芳烃油复合的沥青再生剂，使再生后混合料力学性能优、热稳定性高、抗老化性能强。

实施例1：

一种增强型沥青再生剂，主要由以下质量份数的组分配制而成：

混合油33份，该混合油主要由机油添加剂、环保芳烃油和环氧大豆油按1∶5∶5的质量比例混合而成；碳纳米管1份。

上述本实施例的沥青再生剂的制备方法具体包括以下步骤：

S1、在大气压低温等离子体设备中按照20cc/min的气流量通入空气，将干燥处理后的碳纳米管送入所述等离子体设备中，使碳纳米管处于低温等离子体射流出口5cm处，处理25min后，得到改性后的碳纳米管。

S2、向烧杯中按所述质量份数加入再生组分，搅拌10min；搅拌完成后，得到沥青再生剂。

将本实施例的沥青再生剂进行应用，再生的老化基质沥青经旋转薄膜烘箱165℃老化85min所得，该基质沥青老化前的针入度为2.58mm、软化点为58.2℃、15℃延度为80mm。该老化沥青的再生步骤如下：(1)预热反应釜，加热至130℃，然后加入废老化沥青熔融，加入按废老化沥青质量分数比为7％的本实施例上述制备的沥青再生剂，快速搅拌10min。

将低温等离子体改性碳纳米管复合再生剂、不加入超细粉体的同比例配方油分再生剂以及不经低温等离子体处理的碳纳米管复合再生剂处理后的老化沥青前、后的针入度、15℃延迟以及软化点三大指标进行测试，并对再生混合料进行二次老化，数据见图1至图3所示。从图1至图3中可看出，等离子体处理纳米超细粉体增强沥青再生剂均衡的恢复老化基质沥青的针入度、软化点和延度，符合施工技术标准。在实际沥青铺筑过程中，针入度要求的最优值为6～8，等离子体处理粉体后使针入度下降至8.2更加贴近最优值。

超细粉体的加入在不影响再生混合料初始性能的前提下，对二次老化后基质沥青的针入度和延度有一定的改善，仍然保持在技术要求范围内。延长了再生沥青混合料的寿命。

实施例2：

一种增强型沥青再生剂，主要由以下质量份数的组分配制而成：

混合油33份；该混合油主要由机油添加剂、环保芳烃油和环氧大豆油按1∶5∶5的质量比例混合而成；凹凸棒土1份。

上述本实施例的沥青再生剂的制备方法具体包括以下步骤：

S1、在大气压低温等离子体设备中按照20cc/min的气流量通入氮气，将干燥处理后的凹凸棒土送入所述等离子体设备中，使粉体处于低温等离子体射流出口10cm处，处理25min后，得到改性后的凹凸棒土。

S2、向烧杯中按所述质量份数加入再生组分，搅拌10min；搅拌完成后，得到沥青再生剂。

将本实施例的沥青再生剂进行应用，再生的老化基质沥青经旋转薄膜烘箱165℃老化85min所得，该基质沥青老化前的针入度为2.58mm、软化点为58.2℃、15℃延度为80mm。该老化沥青的再生步骤如下：(1)预热反应釜，加热至130℃，然后加入废老化沥青熔融，加入按废老化沥青质量分数比为7％的本实施例上述制备的沥青再生剂，快速搅拌10min。

将低温等离子体改性凹凸棒土复合再生剂、不加入超细粉体的同比例配方油分的再生剂以及不经低温等离子体处理的凹凸棒土复合再生剂处理后的老化沥青前、后三大指标进行测试，并对再生混合料进行二次老化。

实施例3

一种增强型沥青再生剂，主要由以下质量份数的组分配制而成：

混合油33份；该混合油主要由机油添加剂、环保芳烃油和环氧大豆油按1∶5∶5的质量比例混合而成；碳纳米管1份。

本实施例的沥青再生剂的制备方法具体包括以下步骤：

S1、在大气压低温等离子体设备中按照20cc/min的气流量通入氧气，将干燥处理后的碳纳米管送入所述等离子体设备中，使碳纳米管处于低温等离子体射流出口10cm处，处理25min后，得到改性后的碳纳米管。

S2、向烧杯中按所述质量份数加入再生组分，搅拌10min；搅拌完成后，得到沥青再生剂。

将本实施例的沥青再生剂进行应用，再生的老化改性沥青经旋转薄膜烘箱165℃老化85min所得，该基质沥青老化前的针入度为2.55mm、软化点为86.4℃、15℃延度为209mm。该老化沥青的再生步骤如下：(1)预热反应釜，加热至130℃，然后加入废老化改性沥青熔融，加入按废老化沥青质量分数比为7％的本实施例上述制备的沥青再生剂，快速搅拌10min。将低温等离子体改性碳纳米管复合再生剂、不加入超细粉体的同比例配方油分的再生剂以及不经低温等离子体处理的碳纳米管复合再生剂处理后的老化沥青前、后三大指标进行测试，并对再生混合料进行二次老化。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增强型沥青再生剂，其特征在于,包括以下质量份数的组分：

再生组分10～60份，所述再生组分包括将轻质油和重油按适量比例混合而成的混合油；

超细粉体1～30份，所述超细粉体为经过低温等离子体改性得到的多孔结构超细粉体，粉体的平均粒径小于100μm。

2.如权利要求1所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述轻质油包含环氧大豆油和机油添加剂，所述机油添加剂与所述环氧大豆油按1：5～20的质量比混合。

3.如权利要求1或2所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述重油为环保芳烃油。

4.如权利要求1至3任一项所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述重油和所述轻质油是按1∶1～8的质量比混合。

5.如权利要求1至4任一项所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述超细粉体的粒径为粒径小于10μm的粉体。

6.如权利要求1至5任一项所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述超细粉体选自碳纳米管、石墨烯、活性碳纤维、凹凸棒、蒙脱土、氧化铝、硅藻土中的一种或多种。

7.如权利要求1至6任一项所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,所述低温等离子体改性使用的气体为空气、氧气、氮气、氨气、氢气中的一种或者多种的混合。

8.一种制备如权利要求1至7任一项所述的增强型沥青再生剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、对超细粉体进行低温等离子体射流的喷射处理，得到改性后的所述多孔结构超细粉体；

S2、将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合，得到所述增强型沥青再生剂。

9.如权利要求8所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,步骤S1中，在大气压低温等离子体设备中按照10cc/min～150cc/min的气流量通入气体，将干燥处理后的超细粉体送入所述等离子体设备中，使粉体处于低温等离子体射流出口5～10cm处，控制所述等离子体设备的喷射出口的移动速度在0～30mm/s，处理0.5～30min后，得到改性后的所述多孔结构超细粉体。

10.如权利要求8或9所述的增强型沥青再生剂，其特征在于,步骤S2中，将所述多孔结构超细粉体与所述再生组分混合在一起搅拌5～15min，得到所述增强型沥青再生剂。