CN110760258A - 沥青界面改性剂、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种沥青界面改性剂、其制备方法及应用。所述沥青界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能及提高沥青混合料的油石界面结合键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面降低表面能和形成界面化学键结合的化合物或组合物。本发明的沥青界面改性剂能够改善集料‑沥青界面(或结构层间界面)的微观结构，在集料‑沥青界面(或结构层间界面)形成化学键能，强化油石界面内聚力，减少油石界面微观与细观缺陷，改善沥青混合料的水稳定性及各项路用性能，最终提高沥青混凝土路面的力学性能和耐久性能。

Description

沥青界面改性剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及沥青材料技术领域，具体涉及一种沥青界面改性剂、其制备方法及应用。
背景技术
沥青路面功能优越，也是各等级公路路面的主要结构形式。我国沥青路面出现的早期损坏现象十分普遍，通过调查和试验研究表明，早期破坏被归纳出12种类型，其中水损害、横向裂缝、车辙、松散、坑槽、剥落等，都与油石界面性质有着直接关系。研究结果认为：改善油石界面黏附状况对提高沥青混合料路用性能(水稳定性、高温性能、低温性能等)具有积极意义。
水损害是沥青路面的主要病害之一，也是沥青路面早期破坏主要形式之一，更是危害最大的一类。水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态载荷的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复作用，使水分渗透沥青膜，吸附于沥青与石料的界面上，包裹在石料表面的沥青膜逐渐被水膜所取代，使沥青与石料间的黏附力降低，导致沥青混凝土松散、掉粒，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。
近十多年来，国内外学者都将研究重点置于水损坏的机理研究和防治措施研究上。目前普遍认为：松散、坑洞和唧浆是三种较为普遍的水损坏现象。沥青路面发生水损坏除了与外在因素(水分、载荷)有关外，主要取决于沥青混合料的内在性能(水稳定性)。影响水稳定性的因素主要有石料性质、沥青性质、沥青与石料之间的相互作用、沥青混合料的空隙率以及沥青膜的厚度等。
当石料表面包裹上沥青膜，即形成了沥青与石料间的界面(油石界面)，这一界面是一个三维的过渡区。大多数石料都是亲水性的，这说明，水比沥青更容易与石料表面发生浸润作用。如果沥青膜仅仅靠范德华力粘附在石料表面(无机与有机界面间的物理黏附)，必然会被水所取代。油石界面黏附状况涉及到沥青膜剥离率，剥离率越大，说明油石界面的结合力就越弱，不但严重影响沥青混合料的水稳定性，还会对高温性能、低温性能等路用性能产生重要影响。
为了改善油石界面黏附状况，降低剥离率，常常采用“抗剥落剂”对油石界面进行改性。目前所用的抗剥落剂大多为碱性物质，如消石灰、水泥等的无机物，以及胺类物质，如季铵盐、多乙烯多胺与甲醛、苯酚的缩合物，简单铵类及其盐等的有机物。由于胺类物质遇热易分解，而消石灰等在酸性石料表面仅发生物理吸附，所以长期效果较差，且性能和质量变化较大。
特别是对于结构紧密、耐磨、抗滑的酸性石料(SiO2质量分数大于66％的石料，如花岗岩、石英岩、砂岩等)，其沥青混合料的抗水损害能力严重不足。即使采用抗剥落剂，质量仍然甚差，尤其是许多胺类的抗剥落剂，一般在温度100℃以上，就会遇热分界、挥发，在拌合储存运输铺筑过程中都在分解，以后使用过程中长期效果不好。国外普遍采用消石灰改善沥青与石料的黏附性，但相对于抗剥落剂，其实施工艺比较复杂麻烦，只有极少数工程得到有效应用。
大部分沥青改性剂都是通过改善沥青性能以达到提高集料与沥青黏附性能的目的。这往往需要专用的设备对沥青进行改性，且存在沥青多次加热及储存稳定性等问题；少部分改性剂以直接投入法，改善矿质集料性能，以达到生产改性沥青混合料的目的。此方法虽减少了改性沥青生产环节，但存在改性不均匀的缺陷。
近几年，有的研究人员采用硅烷偶联剂、有机树脂覆膜等方式对集料进行处理，以改善油石界面黏附性能。单从其室内试验数据分析看有明显的改善效果，但其技术实施与应用却困难重重。
经检索，查询到现有技术中有一种液体界面改性剂及其配套薄膜改性工艺，其通过设定雾化装置，对经过加热的石料表面进行表面改性。改性剂溶剂迅速蒸发，有用的溶质(沸点较高)迅速固化附着于石料表面，在石料表面镀上一层微米级别的树脂薄膜。使“集料-沥青”的两相界面，变成了“集料-改性剂-沥青”的三相界面。但是，该界面改性剂的材料成本高、工艺复杂、均匀性不易保证、不利于环保，在实际生产中难于大规模推广应用。
本发明人研究表明，目前的沥青混合料水稳定性的改善技术与方法中，从无机的消石灰到有机的抗剥落剂，从沥青改性到集料改性，以及对集料表面实施的薄膜裹敷，只是在一定程度上缓解了水损害问题，尚没有从机理上获得突破，没有从根本上得到解决。也就是说，到目前为止，油石界面的水稳定性机理、石料性质的影响机理与剥落理论、抗剥落剂的改善机理、沥青混合料的水损坏机理等等，学术界与工程界在这些方面的研究还很欠缺，尚没有形成普遍公认的理论认识，尤其是在微观层面与分子原子尺度上展开的涉及机理理论方面的深入研究，未见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种沥青界面改性剂、其制备方法及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供了一种沥青界面改性剂，所述沥青界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能及提高沥青混合料的油石界面结合键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面降低表面能和形成界面化学键结合的化合物或组合物；
其中，所述施加对象包括集料、矿粉、路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面维修铣刨层、水泥构件、砖石和/或金属构件。
作为本发明的第二个方面，还提供了一种沥青界面改性剂的制造方法，包括以下步骤：
按照如上所述的配比称量各组分并将其混合，由此得到本发明的沥青界面改性剂。
作为本发明的第三个方面，还提供了一种如上所述的沥青界面改性剂作为沥青混合料的油石界面键能强化剂的应用；其中，所述沥青界面改性剂事先作用于集料和/或矿粉表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在配制沥青混合料时与其它材料混合；或者，所述沥青界面改性剂事先作用于路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层等的表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再撒布透层油或粘层油；或者，所述沥青界面改性剂事先作用于水泥构件、砖石或金属构件表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在基材表面施涂沥青防腐涂层和/或聚合物防腐涂层。
作为本发明的第四个方面，还提供了一种沥青混合料用集料，所述沥青混合料用集料表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
作为本发明的第五个方面，还提供了一种沥青混合料用矿粉，所述沥青混合料用矿粉表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
作为本发明的第六个方面，还提供了一种水泥构件、砖石或金属构件，所述水泥构件、砖石或金属构件表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
作为本发明的第七个方面，还提供了一种沥青混合料的制造方法，包括以下步骤：
对于沥青混凝土拌合站(场)的集料堆，采用如上所述的沥青界面改性剂，对所述集料堆实施喷洒作业，边喷洒，边翻动所述集料堆，以保证整个集料堆喷洒均匀，并控制喷洒用量；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统的冷料仓，采用如上所述的沥青界面改性剂，对所述冷料仓实施喷洒作业，边卸料边喷洒，以保证整个冷料仓内的集料得到均匀喷洒，并控制喷洒用量；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统各冷料仓的出料口，在所述每个冷料仓出料口处的喂料皮带上安装喷雾装置；对准喂料皮带上传送到集料皮带处的各种冷集料，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述冷集料上；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的集料皮带传输到上料皮带的转送位置处，设置一个喷雾头，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在集料上；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的已经烘干的集料，在干燥滚筒的“骨料出口斜槽”或“热料提升机”部位加装喷雾装置，对加热后的集料，采用如上所述的沥青界面改性剂实施喷雾作业；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的石料整形预处理装置，在整形处理后的各种粗集料和/或细集料输送过程中设置喷雾装置，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述粗集料和/或细集料上。
作为本发明的第八个方面，还提供了一种道路的制造方法，包括以下步骤：
对于路面基层，在撒布透层油之前，至少提前12小时均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且形成的喷涂层干燥后，实施透层油的撒布作业；其中，所述路面基层为无机结合料稳定基层、碎石基层或砾石基层；或者对于桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板上均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业；或者对于路面维修铣刨层，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述路面维修铣刨层上均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业；
作为本发明的第九个方面，还提供了一种水泥构件、砖石或金属构件的制造方法，包括如下步骤：
将水泥构件、砖石和/或金属构件的表面清理干净；
将如上所述的沥青界面改性剂均匀涂刷于所述水泥构件、砖石和/或金属构件的表面，至少经过12h的反应时间，且在如上形成的涂刷层干燥后，进行热沥青喷洒，和/或，乳化沥青喷洒，和/或，聚合物防腐涂料的涂刷。
针对上述基层的喷涂作业，采用本发明的沥青界面改性剂，推荐用量应不小于0.2kg/m2。
基于上述技术方案可知，本发明的沥青界面改性剂相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
(1)本发明的沥青界面改性剂，通过在集料表面实施双基团因子修饰，一端是和集料的无机表面产生硅氧键键合的无机基团，另一端则是有机基团，能与沥青的大分子链发生纠缠或形成化学键键合；从而借助化学键能，提高和强化油石界面的结合键能，抵抗水分子的剥离破坏，尤其是抵御来自硅质石料表面悬挂键对水分子的化学键作用能(如图2所示)；
(2)本发明的沥青界面改性剂，通过对集料表面实施反氢键能表面修饰，使得具备了反氢键能效应的石料表面能够抵御水分子的浸润作用，即使沥青膜发生局部破损，水分子也很难对油石界面产生攻击破坏作用(如图3所示)；
(3)本发明的沥青界面改性剂，对于以二氧化硅为主的硅质石料，利用其硅原子的表面悬键，借助Si-O-Si键进行反氢键能分子膜表面修饰。一方面能使油石界面产生许多化学键合；另一方面在反氢键能效应下，水分子不再对石料表面产生“浸润效应”；
(4)本发明的沥青界面改性剂，对于以碳酸钙为主的钙质石料，采用同时引入硅酸离子的方式，与石料表面的活性成分发生化学反应，使得无机硅和有机硅同时进行化学键键合反应，来完成碳酸钙石料的反氢键能表面修饰；
(5)本发明的沥青界面改性剂，依据化学键密度低于爱德华键密度原理，在“界面强化与表面修饰”双机制交替依存原则指导下，一部分有机基团与沥青分子链发生化学键合，而另有一部分有机基团被保留，作为石料表面修饰的反氢键能基团，成为降低石料表面势的外向因子(如图4所示)；
(6)本发明的沥青界面改性剂，通过在集料-沥青界面形成化学键能，增强和强化界面内聚力，改善集料-沥青界面的微观结构，减少油石界面的微观与细观缺陷，改善沥青混合料的水稳定性及各项路用性能，最终提高沥青混凝土路面的力学性能和耐久性能；
(7)本发明的沥青界面改性剂，通过对路面基层(无机结合料稳定基层，碎、砾石基层等)，桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层等进行喷洒作业，在基层表面实施双基团因子修饰。在与粘层油和/或透层油形成的油石界面上，借助化学键能，提高和强化结构层间油石界面的结合键能，大大提高抵抗水分子对结构层间剥离破坏的能力；
(8)本发明的沥青界面改性剂，通过对水泥构件(含水泥制品)、砖石、金属构件(例如钢结构)等无机基材的表面实施双基团因子修饰，在与沥青防腐涂层形成的油石界面，和/或与聚合物防腐涂层形成的涂层界面，借助化学键能，提高和强化涂层与基材间界面的结合键能。并使基材表面具备反氢键能效应，大大提高抵抗水分子层间剥离破坏的能力，从而使得涂层防腐体系的附着性能和耐久性能均得到显著提高；
(9)本发明的沥青界面改性剂，借助化学键键合，可以从根本上改善油石界面(无机与有机界面)的黏附性能，改善油石界面的微结构，以及解决界面间的水损坏问题，极大地提高无机有机复合材料的力学性能和耐久性能；尤其对于沥青混凝土路面综合性能的大大改善，其意义十分重大且深远；
(10)本发明的沥青界面改性剂，应用领域极其广泛：只要涉及到无机材料与有机材料间的界面，和/或无机结构与有机材料间形成的结构层间界面，都可以采用本发明解决界面性能问题，一方面显著提高界面结合键能，另一方面也能大大提高界面间抵御水分子破坏的能力；本发明可重点应用于沥青混合料与沥青路面的油石界面方面，以及应用于水泥构件与制品、金属构件与制品的涂层防腐体系方面；
(11)本发明的沥青界面改性剂，对酸性石料、碱性石料和中性石料，均可适用；对粗集料、细集料、矿粉等各类无机填料，均可适用；对路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层等在撒布透层油或粘层油之前，均可适用；
(12)本发明的沥青界面改性剂，具有如下显著优势：采用水性材料、绿色环保，材料成本低、长期效果好、应用便捷、易于实施，具有普遍推广应用的实际价值，经济和社会效益都十分巨大。
附图说明
图1A、图1B均是SiO2中硅原子和氧原子间的共价键示意图；
图2是本发明的沥青界面改性剂油石界面键能强化机制的示意图；
图3是本发明的沥青界面改性剂表面修饰机制的示意图；
图4是本发明的沥青界面改性剂界面强化与表面修饰双机制示意图；
图5是本发明的沥青混凝土拌合站预级配冷料系统的示意图；
图6是本发明的沥青混凝土拌合站烘干系统的总体结构示意图。
上图中，附图标记含义如下：
1、上料皮带；2、集料皮带；3、给料皮带；4、冷料仓；11、燃烧器；12、骨料出口斜槽；13、烘干滚筒；14、支架；15、驱动装置；16、进料箱；A、烟气。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种沥青界面改性剂，尤其是沥青混合料的油石界面键能强化剂，简称“界面键能强化剂”。这里所述的界面，主要是指粗集料、细集料或矿粉等无机填料与沥青间的界面，同时也包括路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层等与粘层油或透层油间的界面，也包括水泥构件(水泥制品)、砖石，以及金属构件(例如，钢结构)等与沥青防腐涂层或聚合物防腐涂层间的界面等等。油石界面属于无机材料与有机材料间相结合的过渡区，由于无机与有机材料的表面势相差悬殊，会影响到两种材料间的黏附与结合，使界面过渡区成为复合材料的最薄弱环节，尤其是界面区的黏附性能和水稳定性能，带来了复合材料的早期水损害问题，同时还影响复合材料的力学性能和耐久性能。
本发明的发明人发现：沥青混合料的水损害问题，属于水、石料、沥青三方相互间共同作用的内在机制。沥青、聚合物以及许多有机材料，都属于有机高分子化合物。高分子的相对分子质量可高达几万甚至上百万，由成百上千个结构单元连接起来。高分子是链状结构(碳链)，其长键分子内部是共价键结合，链与链之间则是范德华力或氢键结合。一般高分子都是线型的，分子长链可以蜷曲成团，也可以伸展成直线。线型高分子的分子间没有化学键结合，在受热或受力情况下，分子间可相互滑移，所以，线型高分子可以溶解，加热时可以熔融。沥青分子通式：CnH2n+aObScNd，沥青质主要由芳香烃、烷烃、各种氧硫氮杂原子以及金属原子组成。现代超高分辨率的质谱技术已经探测到沥青是由数十万甚至上百万种分子组成的复杂体系。沥青与石料表面的黏结基本上仅为范德华力，属于物理吸附。由于两类物质的各自惰性，其界面间几乎不存在化学吸附，而这种物理吸附作用是很容易被空气中的水气所取代的。因此，要使沥青-石料间具有较强的粘附力，仅靠物理吸附作用是远远不够的。
大多数石料都是亲水性的，这就说明，水比沥青更容易与石料表面发生浸润作用。如果沥青膜仅仅靠范德华力粘附在石料表面(无机与有机界面间的物理黏附)，势必会被水所取代。对于油石界面，在热沥青(液态)裹敷集料的过程中，可以将此阶段的油石界面看作为固-液界面，液态沥青的大分子通过爱德华力对石料表面作出反应。发明人期望的是，液态沥青能够尽可能地浸润石料表面。本发明的发明人提出了以“反氢键能表面修饰与强化界面键能”作为基础指导理论，一是在集料表面实施双基团因子修饰，一端是和集料的无机表面产生硅氧键键合的无机基团，另一端则是有机活性基团，能与沥青的大分子链发生纠缠或形成化学键键合。二是对石料表面实施反氢键能表面修饰，具备了反氢键能效应的石料表面就可以抵御水分子的浸润作用，即使沥青膜发生局部破损，水分子很难对油石界面产生破坏作用。
在理论方面，本发明人提出了基于固体表面态的油石界面(固液界面)黏附机制，进一步提出基于表面悬挂键的水分子作用机制，并分别对硅质石料和钙质石料的水损坏机理进行剖析，从而在原子分子层面阐释了水分子对油石界面的作用机制及水损坏机理；最后本发明人提出以“反氢键能表面修饰与强化界面键能”作为改善油石界面水稳定性的基础指导理论。
在试验研究方面，研究试验了采用碳氢链有机基团，并借助Si-O-Si键合对集料实施表面修饰。在微观尺度上实现了强化界面键能及抵御水分子作用的改善机制，进而实现了沥青混合料的综合性能提高。
就技术应用层面，根据化学键密度低于范德华键密度的原理，在实施了分子膜修饰的石料表面，一部分有机基团与沥青分子链发生化学键合；另一部分有机基团被保留，作为石料表面修饰的碳氢基团因子，成为降低石料表面势的外向基团。
上述的水、石料、沥青三方相互作用的机制，是物理化学理论中固体与液体发生表面吸附形成“固液界面”的一个复杂的相互作用过程，其基本原理可简述如下：任何一种晶体(包括：金属晶体、分子晶体、共价晶体)在表面的配位状况一定不同于体相。以二氧化硅晶体(属于原子晶体、共价化合物)为例(参见图1A、图1B)。在体相中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上。与此同时，一个氧原子与两个硅原子形成共价键。这样，二氧化硅晶体以硅原子和氧原子按1∶2比例组成了空间网状晶体结构(参见图3)。而位于固体表面的共价键情况则大不相同，相对于体相原子，表面上的原子会发生配位缺失，形成“表面悬挂键”。
当然，任何一个结构单元(可能是原子、离子、分子等)都“很不喜欢”位于表面上。这里有两个重要推论：第一，表面结构单元，面对的物理化学环境，与体相不同。表面态是一种不同于体相的真实存在！第二，在平衡条件下，表面结构单元的化学势与体相结构单元的化学势必然相等。因为总是要有些结构单元处于表面，所以，表面一定要进行重组，使结构单元在表面与位于体相的概率相当。“表面重组”不一定只是扭曲接近表面的晶格空间排列，而且可能通过表面吸附一些其它物种达到同样的目的。总体来说，固体表面原子通过重构来降低化学势而与体相原子最终达到平衡，晶体表面不发生重构的可能性几近于零！
对于“固-液界面”，一方面固体表面态所特有的吸附特性；另一方面液态分子必定会对固体表面作出一定的反应，来满足固体的表面重组。其反应大致可分为两种：一种反应是“液体尽可能减小与固体接触界面的情况——液体不浸润固体”，对于水，固体表面就是疏水表面；一种反应是“液体将尽可能通过自身形变来增加固-液界面——液体浸润固体”，对于水，固体表面就是亲水表面；总体来说，固-液界面的形成，决定于“液体分子间相互作用、固液分子间相互作用、固气分子间相互作用”。如果形成界面的总结果是系统熵和环境熵(以环境熵为主)增加，那么，液体浸润固体；否则，液体不浸润固体。
对于以二氧化硅为主的所谓酸性石料，二氧化硅晶体结构的表面态既有氧原子，又有硅原子。其表面悬挂键在与水分子相互作用的固-液界面中，不仅有“氢键”这样的弱相互作用产生，还会有象“硅氧键”这样的化学键的强相互作用产生。所以说，酸性石料表面对水分子的吸附能力(作用能)会更强一些。
对于以碳酸钙为主的所谓碱性石料，碳酸钙结晶有斜方晶系和六方晶系，由Ca2+和[CO3]2-通过离子键结合而成，其表面悬键的Ca和O位点对水分子形成吸附作用，仅属于“氢键”的弱相互作用。所以，碱性石料表面对水分子的吸附能力(作用能)会相对较弱一些。
对于油石界面，在热沥青(液态)裹敷集料的过程中，可以将此阶段的油石界面看作固-液界面，液态沥青的大分子通过爱德华力对石料表面作出反应。无疑，所期望的肯定是液态沥青能够尽可能地浸润石料表面。
至于常温下的油石界面，可以将其视为“准固-液界面”。这是由于，常温范围内沥青的表现以柔性态为主态，特别是在高温区依然能够满足石料的表面重组。由此看来，油石界面的性能势必会影响到沥青混合料的综合性能。
由此，本发明人发现：对于钙质石料，在油石界面区会发生一定皂化反应，生成少量钙基酯，既可起到偶联作用，又有一定的阻水能力；对于硅质石料，由于表面存在硅原子的表面悬键，与水分子的氧原子可以形成硅氧键的化学键键合，其键能远远高于范德华力——这正是硅质石料与沥青界面间水稳定性较差的真正机理所在。已经被石料表面硅原子吸附住的水分子，还会通过氢键以及水分子的布朗运动，牵动其它水分子(这正是毛细现象的机理所在)。逐步地，在硅氧键和氢键的共同作用下，水分子取代了仅仅依靠范德华力的沥青膜与石料间的物理吸附，油石界面被一层水分子膜隔离开来。当然，被隔离的界面，可能是局部、大部或全部。
最后，油石界面逐渐地被水分子隔离开来，如遇高温、冻融或反复荷载等作用，油石界面会加速剥离破损。当然，油石界面虽然被水分子膜隔离，但水分子膜也会在干燥期逐渐蒸发掉。随着水分子的逃逸，油石界面进行“表面再重组”，并伴随微观变位。如果没有受到反复荷载作用，微观变位不被矢量化，就不会过渡到宏观有序变形。那么，油石界面黏附性能还会得到基本恢复，但是界面黏附力已大大降低。等到下一个水损周期，就会加速剥离进程，界面粘附力迅速下降，油石界面区的水分子已是来去自如。
对于沥青路面而言，有荷载作用时，表面再重组会使油石界面区的微观变位矢量化。众多的微观矢量变位，统计到宏观状态，就形成了宏观有序变形(车辙、开裂、龟裂、坑槽、推移、松散、唧浆等)；无荷载作用时，水分子逃逸后，微观变位不会被矢量化，也就暂不会统计到宏观有序变形(但一定存在着宏观无序变形)，油石界面黏附状况还会得到基本恢复，但，界面黏附力和内聚力已大大降低。随着时间推移，表面再重组带来的微观变位，逐渐向宏观无序变形过渡，使路面结构发生龟裂病害现象。
而裹敷消石灰作为抗剥落剂使用，其机理在于：消石灰即氢氧化钙，属强碱性(PH＞12)。当用一定浓度的石灰水对硅质石料进行处理，使消石灰裹敷集料时，会与石料表面的活性二氧化硅发生部分化学反应(特别是石料高温干燥过程中)，生成水合硅酸钙。此时，再与沥青接触时，在石料表面的消石灰还会与少量的沥青脂发生“钙基皂化反应”，生成钙基酯。钙基酯的碳氢长链，属于沥青基质中碳氢化合物的一部分。如此，在石料表面裹敷消石灰的方式，可以在一定程度上改善油石界面的黏附性能和水稳定性——这正是消石灰改善抗剥离性能的机理所在。
在上述理论研究与认识的基础上，本发明的发明人提出了“界面强化与表面修饰”双机制界面处理原则，来改善增强油石界面性能。进而，深入展开了提高沥青混合料水稳定性的试验研究工作。
具体地，本发明的沥青界面改性剂(界面键能强化剂)是一种能够在施加对象表面形成反氢键能的化合物或组合物，并能够提高油石界面结合键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面降低表面能和形成界面化学键能的化合物或组合物。
优选地，该沥青界面改性剂是一种化合物或组合物，包括：能够在施加对象表面实施反氢键能修饰的化合物，和/或能够降低施加对象表面能(势)的化合物，和/或能够降低施加对象表面对水分子的作用能的化合物，和/或能够提高施加对象表面对沥青等有机物结合键能的化合物，和/或能够同步实施界面键能强化与表面能降低的双机制界面处理的化合物，和/或能够与施加对象表面的活性成分发生化学反应，使无机硅和有机硅同时进行化学键键合反应，来完成反氢键能表面修饰的化合物，和/或能够同时提高油石界面结合性能与抵御水分子破坏作用的化合物。和/或能够改善油石界面微结构进而显著提升沥青路面性能的化合物；和/或能够在施加对象表面接枝非极性有机基团的化合物；和/或能够对施加对象的油石界面产生化学键键合的化合物。
作为优选，所述沥青界面改性剂包括占整个所述沥青界面改性剂如下质量配比的组分：
无机纳米材料1～50％，优选为5～30％，进一步优选为10～20％；
含硅的有机化合物1～50％，优选为5～30％，进一步优选为10～20％；
表面活性剂0.1～5％，优选为0.5～2％，进一步优选为0.5～0.8％；
余量为水；
进一步优选地，该沥青界面改性剂例如是一种组合物，包括如下质量配比的组分：
无机纳米材料；
含硅的有机化合物；
表面活性剂；
防腐剂0.5～5％，优选为0.5～2％，进一步优选为0.5～1％；
醇类0.5～5％，优选为0.5～3％，进一步优选为2～2.5％；
余量为水。
但需要说明的是，本领域技术人员可以根据上述要达到的性能要求而设计出更多的配方，这里只是作为举例，而不用于限制本发明。
作为优选，无机纳米材料选自氧化物纳米材料的纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化钙、纳米氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米氧化铈、纳米氧化镁中的至少之一，或者无机盐纳米材料的纳米硅酸盐、纳米铝酸盐、纳米碳酸盐中的至少之一，或者纳米氢氧化钙；进一步优选为粒径小于40nm的纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化钙中的至少之一；
作为优选，含硅的有机化合物选自聚硅氧烷、聚硅醚、硅烷聚合物、烷基硅酸(盐)，例如硅烷/硅氧烷、聚硅醚、硅烷聚合物或硅烷乳液，进一步优选包括聚乙烯三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷乳液、辛基三乙氧基硅烷乳液、异辛基硅烷、硅烷偶联剂、硅油、硅树脂、甲基硅酸、甲基硅酸盐中的至少之一；
作为优选，防腐剂优选为异噻唑啉酮衍生物或苯并咪唑酯类化合物，进一步优选为异噻唑啉酮衍生物。
作为优选，有机氟材料优选为含氟烯烃材料的有机氟硅聚合物乳液；
作为优选，表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的至少之一。
作为优选，该沥青界面改性剂还包括占整个所述沥青界面改性剂0.5～5wt％、优选为0.5～3％、进一步优选为2～2.5％的醇类，优选为甲醇、乙醇、环己醇、乙二醇。
本发明还公开了一种沥青界面改性剂的制造方法，包括以下步骤：
按照如上所述的配比称量各组分并将其混合，由此得到本发明的沥青界面改性剂；
作为优选，上述制备过程具体包括：
先称取如上所述配比的无机纳米材料，然后与如上所述配比的表面活性剂和定量水混合，并分散均匀；
随后加入如上所述配比的含硅的有机化合物，分散均匀。
本发明还公开了一种如上所述的沥青界面改性剂作为沥青混合料的油石界面键能强化剂的应用；其中，该沥青界面改性剂事先作用于集料和/或矿粉表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在配制沥青混合料时与其它材料混合；或者，该沥青界面改性剂事先作用于路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再撒布透层油或粘层油；或者，该沥青界面改性剂事先作用于水泥构件、砖石或金属构件表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在基材表面施涂沥青防腐涂层和/或聚合物防腐涂层；
作为优选，该沥青界面改性剂适用于各种基质沥青、改性沥青、乳化沥青及胶粉沥青；基质沥青优选为煤焦沥青、石油沥青和/或天然沥青；
作为优选，该沥青界面改性剂适用于各种粗集料，包括酸性石料、碱性石料和中性石料；其中，酸性石料优选为二氧化硅，碱性石料优选为碳酸钙；
作为优选，该沥青界面改性剂适用于各种天然或机制细集料；
作为优选，该沥青界面改性剂适用于各种矿粉；
作为优选，该沥青界面改性剂的制造适合于采用饮用水、纯净水或蒸馏水。
本发明还公开了一种沥青混合料用集料，该沥青混合料用集料表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
本发明还公开了一种沥青混合料用矿粉，该沥青混合料用矿粉表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
本发明还公开了一种水泥构件、砖石或金属构件，该水泥构件、砖石或金属构件表面施加有如上所述的沥青界面改性剂。
图5是本发明的沥青混凝土拌合站预级配冷料系统的示意图；图6是本发明的沥青混凝土拌合站烘干系统的总体结构示意图。
本发明还公开了一种沥青混合料的制造方法，包括以下步骤：
对于沥青混凝土拌合站(场)的集料堆，采用如上所述的沥青界面改性剂，对所述集料堆实施喷洒作业，边喷洒，边翻动所述集料堆，以保证整个集料堆喷洒均匀，并控制喷洒用量；或者对于如图5所示的沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统的冷料仓，采用如上所述的沥青界面改性剂，对所述冷料仓4实施喷洒作业，边卸料边喷洒，以保证整个冷料仓4内的集料得到均匀喷洒，并控制喷洒用量；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统各冷料仓的出料口，在所述每个冷料仓出料口处的上料皮带1上安装喷雾装置，对准上料皮带1上传送到集料皮带2处的各种冷集料，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述冷集料上；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的集料皮带2传输到上料皮带1的转送位置处，设置一个喷雾头，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在集料上；或者对于如图6所示的沥青混凝土拌合站(场)的已经烘干的集料，在烘干滚筒13的“骨料出口斜槽12”或“热料提升机”部位加装喷雾装置，对加热后的集料，采用如上所述的沥青界面改性剂实施喷雾作业；或者对于沥青混凝土拌合站(场)的石料整形预处理装置，在整形处理后的各种粗集料和/或细集料输送过程中设置喷雾装置，将如上所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述粗集料和/或细集料上。
本发明还公开了一种道路的制造方法，包括以下步骤：
对于路面基层，在撒布透层油之前，至少提前12小时均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且形成的喷涂层干燥后，实施透层油的撒布作业；其中，所述路面基层为无机结合料稳定基层、碎石基层或砾石基层；或者对于桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板上均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业；或者对于路面维修铣刨层，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述路面维修铣刨层上均匀喷涂如上所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业。
作为优选，在喷涂作业之前需要将喷涂作业表面清理干净；
作为优选，所述沥青界面改性剂的用量为0.2～0.25kg/m2。
本发明还公开了一种水泥构件、砖石或金属构件的制造方法，包括如下步骤：
将水泥构件、砖石和/或金属构件的表面清理干净；
将如上所述的沥青界面改性剂均匀涂刷于所述水泥构件、砖石和/或金属构件的表面，至少经过12h的反应时间，且在如上形成的涂刷层干燥后，进行热沥青喷洒，和/或，乳化沥青喷洒，和/或，聚合物防腐涂料的涂刷。
实施例
为能进一步了解本发明技术方案的发明内容、特点及功效，下文通过若干优选实施例来阐述说明。下述实施例中所采用的化学试剂均采用市售，例如无机纳米物购自北京德科岛金科技有限公司，或者通过公知的方法自制。下列实施例中所采用的本发明的沥青界面改性剂对花岗岩和玄武岩进行处理，并与未处理的空白石料进行对比试验。试验参照：JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。
实施例1
1、试验目的：试验观察本发明界面改性剂对石料处理前后的黏附等级；
2、试验材料：花岗岩石料、玄武岩石料、基质沥青、本发明的沥青界面改性剂；
3、试验步骤：
①采用本发明的沥青界面改性剂，质量配比为：
纳米氧化硅(无机纳米材料)20％；
异辛基硅烷乳液(含硅的有机化合物)20％；
十二烷基苯磺酸钠C18H29NaO3S(阴离子型表面活性剂)0.8％；
C-15杀菌防腐剂(杀菌防腐剂)0.5％；
乙醇2％；
余量为水。
②按规范要求，选取花岗岩石料和玄武岩石料，粒径在13.2～19mm，形状接近立方体，并按规范要求对石料进行清洗处理；
③采用本发明的沥青界面改性剂对石料进行表面处理；
④将本发明处理的石料，以及空白石料，一起放入烘箱进行加热烘干，备用；
⑤将基质沥青加热，按照规范要求，将准备好的石料放入热沥青中规定时间，取出后冷却，备用；
⑥然后采用水煮法，对裹敷沥青的石料进行黏附等级试验。
4、试验结果如下：
使用本发明的改性剂处理后的玄武岩石料，石料与沥青的黏附性等级由3级提高到5级。使用本发明的改性剂处理后的花岗岩石料，石料与沥青的黏附性等级由2级提高到5级。
表1黏附性等级试验结果
花岗岩 玄武岩
未处理石料 2级 3级
本发明改性剂处理后 5级 5级
实施例2
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中不添加C-15杀菌防腐剂和乙醇；试验结果见表2。
实施例3
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中无机纳米材料选用氧化物纳米材料中的纳米氧化钛，用量占总量的1wt％。试验结果见表2。
实施例4
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中无机纳米材料选用氧化物纳米材料中的纳米氧化钙，用量占总量的50wt％。试验结果见表2。
实施例5
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于异辛基硅烷乳液(含硅的有机化合物)用量占总量的1wt％。试验结果见表2。
实施例6
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于异辛基硅烷乳液(含硅的有机化合物)用量占总量的50wt％。试验结果见表2。
实施例7
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于十二烷基苯磺酸钠C18H29NaO3S(阴离子型表面活性剂)用量占总量的0.1wt％。试验结果见表2。
实施例8
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于十二烷基苯磺酸钠C18H29NaO3S(阴离子型表面活性剂)用量占总量的5wt％。试验结果见表2。
实施例9
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中采用环己醇代替乙醇，用量占总量的0.5wt％。试验结果见表2。
实施例10
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中采用乙二醇代替乙醇，用量占总量的5wt％。试验结果见表2。
实施例11
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中有机氟材料选用氟烃基硅油，用量占总量的1wt％。试验结果见表2。
实施例12
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中有机氟材料选用氟硅树脂乳液，用量占总量的20wt％。试验结果见表2。
实施例13
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中有机氟材料选用氟硅橡胶乳液，用量占总量的50wt％。试验结果见表2。
实施例14
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中无机纳米材料选用无机盐纳米材料中的纳米硅酸钠，用量占总量的1wt％。试验结果见表2。
实施例15
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中无机纳米材料选用无机盐纳米材料中的纳米硅酸钾，用量占总量的20wt％。试验结果见表2。
实施例16
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中无机纳米材料选用无机盐纳米材料中的纳米硅酸钙，用量占总量的50wt％。试验结果见表2。
实施例17
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中防腐剂选用异噻唑啉酮衍生物防腐剂，用量占总量的0.5wt％。试验结果见表2。
实施例18
配比和试验方法同实施例1，区别仅在于其中防腐剂选用苯并咪唑酯类化合物防腐剂，用量占总量的5wt％。试验结果见表2。
表2黏附性等级试验结果
花岗岩 玄武岩
未处理石料 2级 3级
实施例2 5级 5级
实施例3 5级 5级
实施例4 5级 5级
实施例5 4～5级 5级
实施例6 5级 5级
实施例7 4～5级 5级
实施例8 5级 5级
实施例9 5级 5级
实施例10 5级 5级
实施例11 4～5级 5级
实施例12 5级 5级
实施例13 5级 5级
实施例14 4～5级 5级
实施例15 5级 5级
实施例16 5级 5级
实施例17 5级 5级
实施例18 5级 5级
实施例19
以玄武岩为集料的沥青混合料抗水损坏性能的对比试验。
本实施例采用的沥青界面改性剂配比同实施例1。
本实施例对比试验包括三种：①空白样集料；②采用2％消石灰处理的集料；③本发明改性剂处理的集料。
本实施例采用AC-16沥青混合料，矿料配合比为：
(10-20mm)∶(5-10mm)∶(3-5mm)∶机制砂∶矿粉＝18％∶30％∶8％∶40％∶4％。
本实施例先经马歇尔试验，找出最佳油石比，然后分别就三种集料，制备沥青混合料试件，包括马歇尔试件、冻融劈裂试件和动稳定度试件。
本实施例的试验项目包括三种：①浸水马歇尔残留稳定度；②冻融劈裂残留强度比；③动稳定度。
本实施例的试验结果如下：
表3以玄武岩为集料的沥青混合料试验
Figure BDA0002246123180000201
实施例20
以花岗岩为集料的沥青混合料抗水损坏性能的对比试验
本实施例采用的沥青界面改性剂配比同实施例1
本实施例采用的试验方法、沥青混合料配比、试件制备，同实施例17。本实施例的试验结果如下：
表4以花岗岩为集料的沥青混合料试验
Figure BDA0002246123180000202
实施例21
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对路面基层(水泥稳定碎石基层)进行喷洒作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施透层油的撒布作业。这样，在水稳基层与透层油形成的油石界面得到强化，可以大大提高和强化沥青路面与路面基层的结构层间的结合键能，以及抵抗水对结构层间的剥离破坏的能力。
实施例22
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对桥面水泥铺装层进行喷洒作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施粘层油的撒布作业。这样，在水泥铺装层与粘层油形成的油石界面得到强化，可以大大提高和强化水泥路面与沥青路面的结构层间的结合键能，以及抵抗水对结构层间的剥离破坏的能力。
实施例23
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对沥青路面维修铣刨层(路面养护维修作业)进行喷洒作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施粘层油的撒布作业。这样，在铣刨层与粘层油形成的油石界面得到强化，可大大提高和强化铣刨层与新铺筑沥青路面结构层间的结合键能，及抵抗水对结构层间剥离破坏的能力。
实施例24
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对水泥混凝土路面进行喷洒作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施粘层油的撒布作业。这样，在水泥混凝土路面与粘层油形成的油石界面得到强化，可大大提高和强化水泥路面与沥青路面(俗称白加黑路面结构)结构层间的结合键能，及抵抗水对结构层间剥离破坏的能力。
实施例25
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对桥梁防撞水泥混凝土护栏进行喷涂作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施聚合物防腐涂料的涂刷作业。这样，在水泥混凝土与有机防腐涂料形成的界面得到强化，可以大大提高和强化水泥构件表面与有机涂料的层间结合键能，以及抵抗水对防护涂层的剥离破坏的能力。
实施例26
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对桥梁水泥混凝土防撞护栏进行喷涂作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施高分子聚合物防腐涂料或沥青基防腐涂料的涂刷作业。这样，在水泥混凝土表面与有机涂料形成的界面得到强化，可以大大提高和强化水泥构件与有机涂料的层间结合键能，以及抵抗水对防护涂层的剥离破坏的能力。
实施例27
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对钢结构桥面进行喷涂作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施粘层油的撒布作业。这样，在钢材表面与粘层油形成的油石界面得到强化，可以大大提高和强化钢材表面与沥青路面的层间结合键能，以及抵抗水对结构层间的剥离破坏的能力。
实施例28
本发明的界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于采用本发明的沥青界面改性剂对水泥混凝土路面(或水泥构件，如路缘石、收费岛、桥梁墩台、桥梁梁底、隧道口等)进行喷涂作业处理。至少12小时的反应干燥后，实施交通标志涂料(黄色、黑色、橙色等)的涂刷作业。这样，在水泥混凝土与交通标志涂层形成的界面得到强化，可以大大提高和强化水泥路面与标志涂层的层间结合键能，及抵抗水对标志涂层剥离破坏的能力。
实施例29
本发明的沥青界面改性剂配比同实施例1，区别仅在于在沥青混凝土拌合站的实际生产过程中对集料实施喷涂作业处理。喷涂作业方式为：对石料整形预处理阶段的粗细集料分别实施喷洒作业；或，对各集料堆实施喷洒作业；或，对各冷料仓卸料口喂料皮带的集料出料实施喷洒作业；或，对输送皮带上的集料以及转送环节的集料实施喷洒作业；或，对于干燥滚筒出来后的烘干集料进行喷洒作业。从而非常便捷地解决了本发明的沥青界面改性剂在沥青混合料生产过程的应用实施问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沥青界面改性剂，其特征在于，所述沥青界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能及提高沥青混合料的油石界面结合键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面降低表面能和形成界面化学键结合的化合物或组合物；
其中，所述施加对象包括集料、矿粉、路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面维修铣刨层、水泥构件、砖石和/或金属构件。
2.如权利要求1所述的沥青界面改性剂，其特征在于，所述沥青界面改性剂包括：
能够在施加对象表面实施反氢键能修饰的化合物，和/或
能够降低施加对象表面对水分子的作用能的化合物，和/或
能够对施加对象界面区提供化学键键能的化合物，和/或
能够与施加对象表面的活性成分发生化学反应，使无机成分和有机成分同时进行化学键键合反应，来完成反氢键能表面修饰的化合物，和/或
能够使施加对象表面与沥青或聚合物产生化学键合的化合物，和/或
能够同步实施界面键能强化与表面能降低的双机制界面处理的化合物，和/或
能够同时提高油石界面结合性能与抵御水分子破坏作用的化合物，和/或
能够改善油石界面微结构进而显著提升沥青路面性能的化合物，和/或
能够在施加对象表面键合接枝非极性有机基团的化合物，和/或
能够降低施加对象表面能(势)的化合物。
作为优选，所述沥青界面改性剂包括占整个所述沥青界面改性剂如下质量配比的组分：
无机纳米材料1～50％，优选为5～30％，进一步优选为10～20％；
含硅的有机化合物1～50％，优选为5～30％，进一步优选为10～20％；
表面活性剂0.1～5％，优选为0.5～2％，进一步优选为0.5～0.8％；
余量为水；
作为优选，无机纳米材料选自纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化钙、纳米氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米氧化铈、纳米氧化镁、纳米硅酸盐、纳米铝酸盐、纳米碳酸盐、纳米氢氧化钙中的至少之一；进一步优选为粒径小于40nm的纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化钙中的至少之一；
作为优选，所述含硅的有机化合物选自聚硅氧烷、聚硅醚、硅烷聚合物、烷基硅酸(盐)，进一步优选包括聚乙烯三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷乳液、辛基三乙氧基硅烷乳液、异辛基硅烷、硅烷偶联剂、硅油、硅树脂、甲基硅酸、甲基硅酸盐中的至少之一；
作为优选，所述沥青界面改性剂中还包括0.5～5％、优选为0.5～2％，进一步优选为0.5～1％的防腐剂；所述防腐剂优选为异噻唑啉酮衍生物或苯并咪唑酯类化合物，进一步优选为异噻唑啉酮衍生物。
作为优选，所述沥青界面改性剂还包括占整个所述沥青界面改性剂1～50wt％、优选为5～30％、进一步优选为10～20％的有机氟材料；所述有机氟材料优选为含氟烯烃材料的有机氟硅聚合物乳液；
作为优选，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的至少之一；
作为优选，所述沥青界面改性剂还包括占整个所述沥青界面改性剂0.5～5wt％、优选为0.5～3％、进一步优选为2～2.5％的醇类，优选为乙醇。
3.一种沥青界面改性剂的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照如权利要求2所述的配比称量各组分并将其混合，由此得到本发明的沥青界面改性剂；
作为优选，上述制备过程具体包括：
先称取如上所述配比的无机纳米材料，然后与如上所述配比的表面活性剂和定量水混合，并分散均匀；
随后加入如上所述配比的含硅的有机化合物，分散均匀。
4.一种如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂作为沥青混合料的油石界面键能强化剂的应用；其中，所述沥青界面改性剂事先作用于集料和/或矿粉表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在配制沥青混合料时与其它材料混合；或者，所述沥青界面改性剂事先作用于路面基层、桥面水泥铺装层、水泥混凝土路面板、路面铣刨层表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再撒布透层油或粘层油；或者，所述沥青界面改性剂事先作用于水泥构件、砖石或金属构件表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在基材表面施涂沥青防腐涂层和/或聚合物防腐涂层；
作为优选，所述沥青界面改性剂适用于各种基质沥青、改性沥青、乳化沥青及胶粉沥青；所述基质沥青优选为煤焦沥青、石油沥青和/或天然沥青；
作为优选，所述沥青界面改性剂适用于各种粗集料，包括酸性石料、碱性石料和中性石料；其中，所述酸性石料优选为二氧化硅，所述碱性石料优选为碳酸钙；
作为优选，所述沥青界面改性剂适用于各种天然或机制细集料；
作为优选，所述沥青界面改性剂适用于各种矿粉；
作为优选，所述沥青界面改性剂的制造适合于采用饮用水、纯净水或蒸馏水。
5.一种沥青混合料用集料，所述沥青混合料用集料表面施加有如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂。
6.一种沥青混合料用矿粉，所述沥青混合料用矿粉表面施加有如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂。
7.一种水泥构件、砖石或金属构件，所述水泥构件、砖石或金属构件表面施加有如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂。
8.一种沥青混合料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
对于沥青混凝土拌合站(场)的集料堆，采用如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂，对所述集料堆实施喷洒作业，边喷洒，边翻动所述集料堆，以保证整个集料堆喷洒均匀，并控制喷洒用量；或者
对于沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统的冷料仓，采用如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂，对所述冷料仓实施喷洒作业，边卸料边喷洒，以保证整个冷料仓内的集料得到均匀喷洒，并控制喷洒用量；或者
对于沥青混凝土拌合站(场)的预级配冷料系统各冷料仓的出料口，在所述每个冷料仓出料口处的喂料皮带上安装喷雾装置；对准喂料皮带上传送到集料皮带处的各种冷集料，将如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述冷集料上；或者
对于沥青混凝土拌合站(场)的集料皮带传输到上料皮带的转送位置处，设置一个喷雾头，将如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在集料上；或者
对于沥青混凝土拌合站(场)的已经烘干的集料，在干燥滚筒的“骨料出口斜槽”或“热料提升机”部位加装喷雾装置，对加热后的集料，采用如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂实施喷雾作业；或者
对于沥青混凝土拌合站(场)的石料整形预处理装置，在整形处理后的各种粗集料和/或细集料输送过程中设置喷雾装置，将如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂均匀喷洒在所述粗集料和/或细集料上。
9.一种道路的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
对于路面基层，在撒布透层油之前，至少提前12小时均匀喷涂如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且形成的喷涂层干燥后，实施透层油的撒布作业；其中，所述路面基层为无机结合料稳定基层、碎石基层或砾石基层；或者
对于桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述桥面水泥铺装层和水泥混凝土路面板上均匀喷涂如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业；或者
对于路面维修铣刨层，在撒布粘层油之前，至少提前12小时在所述路面维修铣刨层上均匀喷涂如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂，在保证12小时反应时间，且如上形成的喷涂层干燥后，实施粘层油的撒布作业；
作为优选，在喷涂作业之前需要将喷涂作业表面清理干净；
作为优选，所述沥青界面改性剂的用量为0.2～0.25kg/m2。
10.一种水泥构件、砖石或金属构件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水泥构件、砖石和/或金属构件的表面清理干净；
将如权利要求1或2所述的沥青界面改性剂均匀涂刷于所述水泥构件、砖石和/或金属构件的表面，至少经过12h的反应时间，且在如上形成的涂刷层干燥后，进行热沥青喷洒，和/或，乳化沥青喷洒，和/或，聚合物防腐涂料的涂刷。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111302694A (zh) * 2020-03-03 2020-06-19 河北冀通路桥建设有限公司 一种沥青混合料抗剥落剂及其制备方法与应用
CN111732891A (zh) * 2020-07-06 2020-10-02 佛山市力合通新材料有限公司 钒酸铋基环保防腐涂层的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102174264A (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 长安大学 一种路用沥青抗剥落剂及其制备方法
CN104513460A (zh) * 2015-01-26 2015-04-15 华南理工大学 一种集料-沥青的界面改性剂材料及其应用
CN104926194A (zh) * 2015-06-05 2015-09-23 华南理工大学 一种水溶性集料-沥青界面防锈改性剂及制备方法与应用
CN108358501A (zh) * 2018-03-20 2018-08-03 和县祥龙沥青混凝土有限公司 一种高强度沥青混凝土用改性剂及其制备与应用
CN109678398A (zh) * 2019-01-28 2019-04-26 上海时申工贸有限公司 一种高吸附性再生沥青混凝土及其制备工艺
KR102011923B1 (ko) * 2019-05-21 2019-10-22 현원순 숙성된 고무 분말을 포함하여 우수한 작업성을 갖는 고온 저점도 고등급 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102174264A (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 长安大学 一种路用沥青抗剥落剂及其制备方法
CN104513460A (zh) * 2015-01-26 2015-04-15 华南理工大学 一种集料-沥青的界面改性剂材料及其应用
CN104926194A (zh) * 2015-06-05 2015-09-23 华南理工大学 一种水溶性集料-沥青界面防锈改性剂及制备方法与应用
CN108358501A (zh) * 2018-03-20 2018-08-03 和县祥龙沥青混凝土有限公司 一种高强度沥青混凝土用改性剂及其制备与应用
CN109678398A (zh) * 2019-01-28 2019-04-26 上海时申工贸有限公司 一种高吸附性再生沥青混凝土及其制备工艺
KR102011923B1 (ko) * 2019-05-21 2019-10-22 현원순 숙성된 고무 분말을 포함하여 우수한 작업성을 갖는 고온 저점도 고등급 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111302694A (zh) * 2020-03-03 2020-06-19 河北冀通路桥建设有限公司 一种沥青混合料抗剥落剂及其制备方法与应用
CN111732891A (zh) * 2020-07-06 2020-10-02 佛山市力合通新材料有限公司 钒酸铋基环保防腐涂层的制备方法

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