CN110396300A - 一种纳米复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米复合改性沥青，包括如下重量份数的组分：基质沥青：100份；SBS改性剂：2.7‑3.7份；纳米材料：4.5‑6份，本发明还提供了上述纳米复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：①表面修饰：配制硅烷溶液、混合与搅拌、加热烘干、再次搅拌；②混合搅拌、高速剪切及恒温发育。本发明中所述的纳米ZnO、纳米TiO2、SBS复合沥青最佳掺量分别为4％、0.5％、3.2％；与普通沥青混合料相比，该纳米复合改性沥青混合料在低温环境和强烈紫外光照下具有较低的开裂指数，不仅具有较好抗紫外性能和抗老化性能，而且还具有良好的经济效益，使养护周期大大缩短，在西部地区表现优秀。
Description
技术领域
本发明涉及沥青技术领域，具体为一种纳米复合改性沥青的制备方法。
背景技术
伴着国家经济建设飞速发展，我国对交通运输行业的需求日益增高，公 路在这其中的重要性不言而喻。至2012年，国家高速路网基本已经铺设完成， 我国高速路总里程已经突破了9.6万公里，跃居世界第一。沥青路面作为一 种连续型路面，由于其平整性好、行车平稳舒适、噪音低、养护方便、施工 周期短，易于回收再利用等优点，相比于其它公路路面拥有明显的优势，成 为国内外公路路面的主要结构类型。在我国已经建成的高速公路有90％都是沥 青路面，而且在以后的公路建设中，沥青路面仍会是主流地位。
西部地区由于其海拔高、年平均气温较低，昼夜温差大，紫外光辐射量 大，其严酷的气候环境特征使得沥青路面更容易出现病害，尤其是低温和强 烈紫外光辐照引起的病害问题，路用性能得不到保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米复合改性沥青及其制备方法以解决上述 背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米复合改性沥青， 包括如下重量份数的组分：
基质沥青：100份；
SBS改性剂：2.7-3.7份；
纳米材料：4.5-6份。
具体地，所述硅烷溶液是由硅烷偶联剂、乙醇和水组成，且硅烷偶联剂、 乙醇和水的质量比为2∶7∶1。
具体地，包括如下重量份数的组分：基质沥青：100份；SBS改性剂：3.2 份；纳米材料：4.5份。
具体地，所述纳米材料是由纳米ZnO和纳米TiO2混合而成，且纳米ZnO： 4.0份，纳米TiO2：0.5份。
具体地，上述纳米复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备硅烷溶液：将硅烷偶联剂、乙醇和水按照质量比为2∶7∶1 配置硅烷溶液；
步骤二、混合与搅拌：将纳米材料放入到器皿中，然后将器皿放在带有 聚四氟乙烯转子的固体搅拌机，并启动聚四氟乙烯转子均匀搅拌，搅拌过程 中向器皿中慢慢滴入硅烷溶液，持续搅拌10min，转子转速由慢变快；
步骤三、加热烘干：将步骤二搅拌后的器皿放入烘箱内进行加热烘干， 且烘干温度为130-150℃，烘干时间为15min；
步骤四、再次搅拌：取出器皿并将其放回上述固体搅拌机上，继续用聚四 氟乙烯转子搅拌，用搅拌棒捣碎研磨，确保纳米材料呈粉末状之后，得到修 饰后的纳米材料，用保鲜膜将器皿封口防止受潮，待使用时取用；
步骤五、混合：将基质沥青进行加热，加热过程中依次加入SBS复合沥 青与步骤四得到的修饰后的纳米材料，且在加热过程中进行搅拌；
步骤六、高速剪切：将步骤五中的混合物采用高速剪切机进行高速剪切；
步骤七、恒温发育：将剪切后的混合物放入烘箱中发育，发育温度为120 ±5℃，且发育时间为2h。
具体地，所述步骤二中，搅拌过程中，使用搅拌棒捣开器皿壁上转子转 不到的地方，搅拌至纳米材料从球状小块慢慢搅拌成粉末状。
具体地，所述步骤五中加热温度为120±5℃，且搅拌时间为15min。
具体地，所述步骤六中的高速剪切机的转速由慢到快提升至 4000r/min-6500r/min，剪切时间为40min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述步骤一至步骤四的目的是采用硅烷偶联剂作为活化剂 对纳米材料进行表面修饰，经过偶联剂表面处理后，纳米材料在介质中的分 散性得以提高，纳米分子团聚现象得到解决，纳米改性沥青的相容性得以提 高。
(2)本发明中所述纳米ZnO、纳米TiO2、SBS复合沥青最佳掺量分别为 4％、0.5％、3.2％；增加的纳米ZnO可以补偿减少的SBS带来的性能下降，且 造价也较为低廉，与普通沥青混合料相比，纳米复合改性沥青混合料在低温 环境和强烈紫外光照下具有较低的开裂指数，不仅具有较好抗紫外线性能和 抗老化性能，而且还具有良好的经济效益，使养护周期大大缩短，在西部地 区表现优秀。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种纳米复合改性沥青，包括如下重量份数的组分：
基质沥青：100份；
SBS改性剂：2.7份；
纳米材料：3.5份。
在本实施例中，所述硅烷溶液是由硅烷偶联剂、乙醇和水组成，且硅烷 偶联剂、乙醇和水的质量比为2∶7∶1。
在本实施例中，所述纳米材料是由纳米ZnO和纳米TiO2混合而成，且纳 米ZnO：3份，纳米TiO2：0.5份。
在本实施例中，纳米复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备硅烷溶液：将硅烷偶联剂、乙醇和水按照质量比为2∶7∶1 配置硅烷溶液；
步骤二、混合与搅拌：将纳米材料放入到器皿中，然后将器皿放在带有 聚四氟乙烯转子的固体搅拌机，并启动聚四氟乙烯转子均匀搅拌，搅拌过程 中向器皿中慢慢滴入硅烷溶液，持续搅拌10min，转子转速由慢变快；
步骤三、加热烘干：将步骤二搅拌后的器皿放入烘箱内进行加热烘干， 且烘干温度为130℃，烘干时间为15min；
步骤四、再次搅拌：取出器皿并将其放回上述固体搅拌机上，继续用聚四 氟乙烯转子搅拌，用搅拌棒捣碎研磨，确保纳米材料呈粉末状之后，得到修 饰后的纳米材料，用保鲜膜将器皿封口防止受潮，待使用时取用；
步骤五、混合：将基质沥青进行加热，加热过程中依次加入SBS复合沥 青与步骤四得到的修饰后的纳米材料，且在加热过程中进行搅拌；
步骤六、高速剪切：将步骤五中的混合物采用高速剪切机进行高速剪切；
步骤七、恒温发育：将剪切后的混合物放入烘箱中发育，发育温度为120 ℃，且发育时间为2h。
在本实施例中，所述步骤二中，搅拌过程中，使用搅拌棒捣开器皿壁上 转子转不到的地方，搅拌至纳米材料从球状小块慢慢变成粉末状。
在本实施例中，所述步骤五中加热温度为120℃，且搅拌时间为15min。
在本实施例中，所述步骤六中的高速剪切机的转速由慢到快提升至 6500r/min，剪切时间为40min。
在本实施中，所述的基质沥青选用70#，改性剂选用的是中石化巴陵石化 分公司生产的YH-792(SBS 1401)；
在本实施例中，纳米材料的选取规格如下表格所示：
在本实施例中，沥青混合料级配采用的AC-13，油石比为5.1％；级配筛 孔通过率如下表格所示：
实施例二
实施例二与实施例一不同之处在于：
SBS改性剂：3.2份；其他如同实施例一。
实施例三
实施例三与实施例一不同之处在于：
SBS改性剂：3.7份；其他如同实施例一。
实施例四
实施例四与实施例一不同之处在于：
纳米材料：4.5份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：1.5份；其他如同实 施例一。
实施例五
实施例五与实施例一不同之处在于：
纳米材料：4.5份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：1.5份，SBS改性剂：3.2份；其他如同实施例一。
实施例六
实施例六与实施一不同之处在于：
纳米材料：4.5份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：1.5份，SBS改性剂： 3.7份；其他如同实施例一。
实施例七
实施例七与实施例一不同之处在于：
纳米材料：6份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：3份，其他如同实施例一。
实施例八
实施例八与实施例一不同之处在于：
纳米材料：6份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：3份，，SBS改性剂：3.2 份；其他如同实施例一。
实施例九
实施例九与实施例一不同之处在于：
纳米材料：6份，其中，纳米ZnO：3份，纳米TiO2：3份，，SBS改性剂：3.7 份；其他如同实施例一。
实施例十
实施例十与实施例一不同之处在于：
纳米材料：4.5份，其中，纳米ZnO：4份，纳米TiO2：0.5份，，SBS改性剂： 3.2份；其他如同实施例一。
测得的改性沥青性能如下表所示：
如下表格所示是实施一至实施例十测得的纳米复合改性沥青三大指标(软化点、延度和针入度)：
正交试验设计为前9组，从上表中结果结合三大指标试验结果对比分析， 从新增的第十组组配方可以发现增加的纳米ZnO可以补偿减少的SBS带来的 性能下降，且造价也较为低廉。纳米ZnO、纳米TiO2、SBS的复合改性沥青最 佳掺量为第10组的4％、0.5％、3.2％。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人 员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种纳米复合改性沥青，其特征在于：包括如下重量份数的组分：
基质沥青：100份；
SBS改性剂：2.7-3.7份；
纳米材料：4.5-6份。
2.根据权利要求1所述一种纳米复合改性沥青，其特征在于：所述硅烷溶液是由硅烷偶联剂、乙醇和水组成，且硅烷偶联剂、乙醇和水的质量比为2∶7∶1。
3.根据权利要求1所述一种纳米复合改性沥青，其特征在于：包括如下重量份数的组分：基质沥青：100份；SBS改性剂：3.2份；纳米材料：4.5份。
4.根据权利要求1或3所述一种纳米复合改性沥青，其特征在于：所述纳米材料是由纳米ZnO和纳米TiO2混合而成，且纳米ZnO：4.0份，纳米TiO2：0.5份。
5.根据权利要求1-4任意一项所述纳米复合改性沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、制备硅烷溶液：将硅烷偶联剂、乙醇和水按照质量比为2∶7∶1配置硅烷溶液；
步骤二、混合与搅拌：将纳米材料放入到器皿中，然后将器皿放在带有聚四氟乙烯转子的固体搅拌机，并启动聚四氟乙烯转子均匀搅拌，搅拌过程中向器皿中慢慢滴入硅烷溶液，持续搅拌10min，转子转速由慢变快；
步骤三、加热烘干：将步骤二搅拌后的器皿放入烘箱内进行加热烘干，且烘干温度为130-150℃，烘干时间为15min；
步骤四、再次搅拌：取出器皿并将其放回上述固体搅拌机上，继续用聚四氟乙烯转子搅拌，用搅拌棒捣碎研磨，确保纳米材料呈粉末状之后，得到修饰后的纳米材料，用保鲜膜将器皿封口防止受潮，待使用时取用；
步骤五、混合：将基质沥青进行加热，加热过程中依次加入SBS复合沥青与步骤四得到的修饰后的纳米材料，且在加热过程中进行搅拌；
步骤六、高速剪切：将步骤五中的混合物采用高速剪切机进行高速剪切；
步骤七、恒温发育：将剪切后的混合物放入烘箱中发育，发育温度为120±5℃，且发育时间为2h。
6.根据权利要求4所述的纳米复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，搅拌过程中，使用搅拌棒捣开器皿壁上转子转不到的地方，搅拌至纳米材料从球状小块慢慢搅拌成粉末状。
7.根据权利要求4所述的纳米复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述步骤五中加热温度为120±5℃，且搅拌时间为15min。
8.根据权利要求4所述的纳米复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的高速剪切机的转速由慢到快提升至4000r/min-6500r/min，剪切时间为40min。
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