CN110951266A - 一种高性能改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高性能改性沥青及其制备方法，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为84％～93％、碳气凝胶为6％～14％，增容剂为1％～3％，原料的重量份数之和为100％。本发明的高性能改性沥青同时具有优异抗老化性能和感温性能的高性能改性沥青，对于推动道路工程的可持续发展具有重要作用，尤其适用于我国西部和高海拔地区沥青路面的建设。本发明的制备过程大幅降低了传统改性沥青制备过程中的加热温度和溶胀发育时间，降低资源消耗且制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，涉及改性沥青，具体涉及一种高性能改性 沥青及其制备方法。
背景技术
由于具有行车舒适性高，养护维修方便，通车速度快等特点，沥青路面已 发展成为我国最重要的路面结构形式。然而，近年来的工程实践表明，改性沥 青仍然面临诸多需要解决的问题。一方面是施工加热与服役过程中的沥青老 化，往往导致在沥青路面服役过程中出现大量的早期病害，如松散、剥落、坑 槽、裂缝和沉陷等，严重影响了道路交通的运输效率和行车安全，也大幅影响 了路面的使用寿命，提高了养护和维修成本。例如，对于应用最广泛的SBS 改性沥青来讲，当其直接暴露于阳光照射之下，太阳光中的紫外线不仅会造成 沥青的氧化老化，而且会使SBS聚合物发生断链降解，从而导致SBS改性沥 青的性能劣化，沥青路面出现早期病害。虽然国内外一些学者也尝试开展了沥 青抗老化防治措施研究，如向浙青中掺加防老剂、抗氧剂、有机化蒙脱土等， 但又会增加工序和成本，且会影响其它方面的路用性能。
另一方面，沥青结合料是一种典型的温度敏感性材料,其稠度随温度的高 低而不断变化，所以导致的直接后果就是路用性能也随着温度的高低不断变 化，因此感温性的好坏直接关系到沥青路面的高温抗车辙能力、低温抗裂和耐 久性能。虽然改性沥青的提出对于其感温性有巨大的改善，但公路交通建设逐 步向高海拔、西部地区深入推进。该地区最显著的特点是年平均气温低、紫外 线辐射强烈，此外还存在着日温差大、干湿循环、冻融循环严重等特点。在较 大的温度梯度下内部应力得不到释放，所以导致改性沥青路面温缩病害时有发 生。因此，该地区沥青路面服役过程中对沥青结合料的应力释放能力和感温性能提出了更高的要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高性能改性沥青 及其制备方法，解决现有技术中的改性沥青难以兼具抗老化性能和感温性能的 技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种高性能改性沥青，由以下原料制成：基质沥青、碳气凝胶和增容剂。
具体的，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为84％～93％、碳气 凝胶为6％～14％，增容剂为1％～3％，原料的重量份数之和为100％。
本发明还具有如下技术特征：
所述的碳气凝胶制备过程为：将对苯二酚溶于水中，然后加入氯化钾和碳 化钠，搅拌均匀后加入呋喃甲醛，得到白色粘稠溶液，然后置于水浴中反应， 反应溶液逐渐变成黑色，生成水凝胶微球溶液；将该溶液反复用去离子水洗涤 直至pH值不再变化，然后过滤得到固体粉末，将固体粉末放入碳化炉中碳化 得到碳气凝胶。
所述的对苯二酚、水、氯化钾、碳化钠和呋喃甲醛的重量比为 5:20:0.5:0.2:7。
所述的水浴温度为65℃，所述的水浴中的反应时间为10h。
所述的碳化温度为1000℃，碳化时间为4h。
所述的碳气凝胶为球状颗粒，粒径为180nm～220nm。
所述的增容剂为马来酸酐接枝乙烯–辛烯无规共聚物、聚对苯二甲酸丁二 醇酯和马来酸酐接枝聚乙烯中的任意两种按照重量比1:1组成。
本发明还保护一种高性能改性沥青的制备方法，该方法采用如上所述的高 性能改性沥青的配方。
具体的，该方法包括以下步骤：将基质沥青加热至165～170℃之后加入 增容剂，在4000rad/min的速度下剪切搅拌5min，然后加入碳气凝在 6000rad/min的速度下剪切搅拌25min，制得高性能改性沥青。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的高性能改性沥青同时具有优异抗老化性能和感温性能的高 性能改性沥青，对于推动道路工程的可持续发展具有重要作用，尤其适用于我 国西部和高海拔地区沥青路面的建设。
(Ⅱ)本发明所用到的碳气凝胶作为一种新型多孔碳材料，由于具有非常 丰富的三维纳米孔隙结构，优异的热稳定性、化学稳定性能、力学性能、高的 比表面积，将其用于沥青改性可降低对紫外线和氧气的吸收和扩散，因此大幅 减少其在紫外线和氧气等外界因素作用下的断链、芳缩化及氧化反应，凝胶化 指数减小。同时，由于其具有优异的隔热保温作用，因此降低热量的扩散传递 效应，提高改性沥青的感温性能。并且，制备得到的碳气凝胶为球状颗粒，粒 径为200nm左右，有助于其在基质沥青里的分散和流动，与增容剂的共同使 用具有协同作用，能保证气凝胶分散均匀，防止结团和下沉，促进其对饱和分 和芳香分的吸附，同时促进其与沥青轻质组分的交联与互穿，改善改性沥青的 存储稳定性。
(Ⅲ)本发明的制备过程大幅降低了传统改性沥青制备过程中的加热温度 和溶胀发育时间，降低资源消耗且制备方法简单。
具体实施方式
需要说明的是，本申请中：
基质沥青为90#或70#基质沥青。
马来酸酐接枝乙烯–辛烯无规共聚物，简称POE-g-MAH，型号为Vistamaxx 8999，聚合度为10～1000。
聚对苯二甲酸丁二醇酯，简称PBT，型号为1100A，聚合度为50～500。
马来酸酐接枝聚乙烯，简称PE-g-MAH，型号为GR 207，聚合度为1000～ 10000。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体 实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种高性能改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为84％、 碳气凝胶为14％，增容剂为2％。
所述的碳气凝胶制备过程为：将5份对苯二酚溶于20份的水中，然后加 入0.5份氯化钾和0.2份碳化钠，搅拌均匀后加入7份呋喃甲醛，得到白色粘 稠溶液，然后置于在65℃的水浴中反应10h，反应溶液逐渐变成黑色，生成水 凝胶微球溶液。将该溶液反复用去离子水洗涤直至pH值不再变化，然后过滤 得到固体粉末，将该固体粉末放入碳化炉中在1000℃条件下碳化4h得到碳气 凝胶。
所述的增容剂为马来酸酐接枝乙烯–辛烯无规共聚物和聚对苯二甲酸丁二 醇酯按照重量比1:1组成。
本实施例的高性能改性沥青的制备方法包括以下步骤：将基质沥青加热至 165～170℃之后加入增容剂，在4000rad/min的速度下剪切搅拌5min，然后加 入碳气凝在6000rad/min的速度下剪切搅拌25min，，制得高性能改性沥青。
本实施例的高性能改性沥青的性能测试结果参见表1。
实施例2：
本实施例给出一种高性能改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为93％、 碳气凝胶为6％，增容剂为1％。
所述的碳气凝胶制备过程与实施例1相同。
所述的增容剂为马来酸酐接枝乙烯–辛烯无规共聚物和马来酸酐接枝聚乙 烯按照重量比1:1组成。
本实施例的高性能改性沥青的制备方法与实施例1相同。
本实施例的高性能改性沥青的性能测试结果参见表1。
实施例3：
本实施例给出一种高性能改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为90％、 碳气凝胶为7％，增容剂为3％。
所述的碳气凝胶制备过程与实施例1相同。
所述的增容剂为聚对苯二甲酸丁二醇酯和马来酸酐接枝聚乙烯按照重量 比1:1组成。
本实施例的高性能改性沥青的制备方法与实施例1相同。
本实施例的高性能改性沥青的性能测试结果参见表1。
实施例4：
本实施例给出一种高性能改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88％、 碳气凝胶为10％，增容剂为2％。
所述的碳气凝胶制备过程与实施例1相同。
所述的增容剂为聚对苯二甲酸丁二醇酯和马来酸酐接枝聚乙烯按照重量 比1:1组成。
本实施例的高性能改性沥青的制备方法与实施例1相同。
本实施例的高性能改性沥青的性能测试结果参见表1。
性能测试：
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)和《公路 沥青路面施工技术规范》(JTG E20-2011)对各实施例的各项指标进行测试， 结果如表1所示。
表1改性沥青性能指标对比分析
从表1中可以看出，相较于基质沥青，本发明的实施例其各项性能均有明 显改善，其黏温指数VTS提升了30％～40％，表明在温度变化的情况下沥青分 子热运动能力持续下降，从而大幅改善了沥青的感温性。同时，RTFOT后的 残留针入度比均大幅高于基质沥青，而残留软化点大幅低于基质沥青，说明沥 青的抗老化性能提升明显。综上所述，本发明所制备的改性沥青感温性和抗老 化性能优越，尤其适用于我国西部和高海拔地区的沥青路面施工。
Claims (10)
1.一种高性能改性沥青，其特征在于，由以下原料制成：基质沥青、碳气凝胶和增容剂。
2.如权利要求1所述的高性能改性沥青，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为84％～93％、碳气凝胶为6％～14％，增容剂为1％～3％，原料的重量份数之和为100％。
3.如权利要求1所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的碳气凝胶制备过程为：将对苯二酚溶于水中，然后加入氯化钾和碳化钠，搅拌均匀后加入呋喃甲醛，得到白色粘稠溶液，然后置于水浴中反应，反应溶液逐渐变成黑色，生成水凝胶微球溶液；将该溶液反复用去离子水洗涤直至pH值不再变化，然后过滤得到固体粉末，将固体粉末放入碳化炉中碳化得到碳气凝胶。
4.如权利要求3所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的对苯二酚、水、氯化钾、碳化钠和呋喃甲醛的重量比为5:20:0.5:0.2:7。
5.如权利要求3所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的水浴温度为65℃，所述的水浴中的反应时间为10h。
6.如权利要求3所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的碳化温度为1000℃，碳化时间为4h。
7.如权利要求3所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的碳气凝胶为球状颗粒，粒径为180nm～220nm。
8.如权利要求1所述的高性能改性沥青，其特征在于，所述的增容剂为马来酸酐接枝乙烯–辛烯无规共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯和马来酸酐接枝聚乙烯中的任意两种按照重量比1:1组成。
9.一种高性能改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至8任一权利要求所述的高性能改性沥青的配方。
10.如权利要求9所述的高性能改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将基质沥青加热至165～170℃之后加入增容剂，在4000rad/min的速度下剪切搅拌5min，然后加入碳气凝在6000rad/min的速度下剪切搅拌25min，制得高性能改性沥青。
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