CN114163170A - 一种彩色改性沥青及其制备方法及用途 - Google Patents

一种彩色改性沥青及其制备方法及用途 Download PDF

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Abstract

本申请涉及道路铺装材料技术领域，具体公开了一种彩色改性沥青及其制备方法及用途。彩色改性沥青由包括以下重量份的原料制成：SBS改性乳化沥青60‑80份、级配碎石10‑20份、改性彩色颜料1‑3份、环氧树脂2‑5份、固化剂0.2‑0.5份和疏水性改性甘蔗纤维0.5‑2.5份；所述改性彩色颜料为硅烷偶联剂吸附在无机颜料表面形成。彩色改性沥青的制备方法为：将环氧树脂、固化剂和改性颜料进行搅拌，搅拌后形成混合料；将SBS乳化改性沥青、级配碎石和疏水性改性甘蔗纤维加入混合料中混合，得到彩色改性沥青。本申请的彩色改性沥青可用于铺设彩色沥青路面，且具有良好的强度、低温性能和稳定性。

Description

一种彩色改性沥青及其制备方法及用途
技术领域
本申请涉及道路铺装材料技术领域，更具体地说，它涉及一种彩色改性沥青及其制备方法及用途。
背景技术
随着经济的快速发展、城镇化的不断建设，公路道路的基础建设也在稳步发展，人们对道路材料的色彩性和舒适度提出了更高的要求。
目前常见的彩色路面铺装材料主要有两种，即水泥彩色混凝土和沥青彩色混凝土，水泥彩色混凝土的原料容易获得，耐久性较好，但存在行车舒适性较差，噪音较大，养护期长，路面有切缝等缺点；而沥青彩色混凝土路面平整无接缝，行车振动小，噪音低，养护简便。彩色沥青施工时分为热拌和冷拌，热拌时存在能耗较大，会产生大量的黑烟和废料污染环境，不利于环保；彩色沥青冷拌时，存在彩色沥青各组分之间相容性差，导致性使用性能差的问题。
针对上述中的相关技术，发明人认为彩色改性沥青在冷拌时存在各组分相容性差的问题，因此限制了其使用与发展。
发明内容
为了缓解彩色沥青在施工时的各组分相容性差的问题，本申请提供一种彩色改性沥青及其制备方法及用途。
第一方面，本申请提供的一种彩色改性沥青，采用如下的技术方案：
一种彩色改性沥青，由包括以下重量份的原料制成：SBS改性乳化沥青60-80份、级配碎石10-20份、改性彩色颜料1-3份、环氧树脂2-5份、固化剂0.2-0.5份和疏水性改性甘蔗纤维0.5-2.5份；所述改性彩色颜料为硅烷偶联剂吸附在无机颜料表面形成。
通过采用上述技术方案，环氧树脂与固化剂发生固化反应形成的固化产物为热固化高粘结材料，可以交织贯穿于改性乳化沥青中，进而大大提升整体的粘结性；
偶联剂通过吸附在无机颜料表面形成改性彩色颜料可以增强无机颜料在有机树脂中的相容性，可降低固化后彩色改性沥青中无机物与有机物之间存在的界面缺陷及界面应力，增强整体的结合力，从而使得彩色改性沥青的机械性能较好；
甘蔗纤维作为一种增强材料，但其亲水的基面与憎水的树脂的界面之间不能很好的粘合，故通过对甘蔗纤维进行改性使其部分生成疏水的非极性化学官能团并具有流动性，从而降低和树脂之间的排斥作用，达到界面相容性的目的；
综上所述，本申请通过对彩色颜料进行改性解决了无机颜料与有机沥青之间相容性差的问题；并在彩色改性沥青中加入环氧树脂、固化剂和疏水性改性甘蔗纤维均不同程度地促进了彩色改性沥青各组分之间的相容性，提高了彩色改性沥青的粘结力，使得获得彩色改性沥青具有高强粘结力、耐久性和优异的力学性能；且本申请的彩色改性沥青是在冷拌的条件下进行施工，可以节省能耗且对环境无污染。
优选的，所述改性彩色颜料的制备方法如下：
将硅烷偶联剂溶解于乙醇中形成混合液，将无机颜料分散在水中得到悬浮液，将混合液和悬浮液混合后干燥，使得硅烷偶联剂吸附在无机颜料表面，得到改性彩色颜料。
通过采用上述技术方案，通过将廉价且无毒的乙醇作为溶剂，对无机颜料进行改性后形成的改性彩色颜料与有机树脂具有良好的粘结性。
优选的，所述无机颜料为氧化铁、氧化铁黄或氧化铬绿，且无机颜料的粒径为1-10μm。
通过采用上述技术方案，颜料的多样性使得获得的彩色改性沥青可以根据需要进行选择颜料，从而提高了彩色改性沥青的多样性；且无机颜料的尺寸为纳米级的可以提高偶联剂在无机颜料表面的附着性。
优选的，所述疏水性改性甘蔗纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣粉在水中煮沸，过滤得到甘蔗纤维；将甘蔗纤维浸泡在氢氧化钠溶液中，加入盐酸调节至中性，过滤烘干；将烘干后的甘蔗纤维浸泡在硅烷偶联剂的醇溶液中，过滤烘干得到疏水性改性甘蔗纤维。
优选的，所述SBS改性乳化沥青由包括以下重量份的原料制成：SBS改性沥青55-65份、叔铵盐类阳离子乳化剂0.5-2份、氟碳类非离子乳化剂0.5份-1份，流变改性剂0.05-0.1份、增塑剂0.01-0.05份和水35-45份。
所述SBS改性乳化沥青的制备方法如下：
将脱色沥青加热，并加入线型SBS改性剂，进行溶胀、研磨，制得SBS改性沥青；
将流变改性剂和增塑剂先后加入水中分散，再加入叔胺盐类阳离子乳化剂、氟碳类非离子乳化剂和水并进行搅拌，制得混合液；向混合液中加入适量的盐酸调节pH，制得乳化剂水溶液；
将所述乳化剂水溶液与SBS改性沥青混合后经过剪切并研磨后，形成SBS改性乳化沥青。
通过采用上述技术方案，通过叔铵盐类阳离子乳化剂和氟碳类非离子乳化剂复合使用时，两者交替吸附在SBS改性沥青表面，大大降低了SBS改性沥青之间的静电张力，此外氟碳类非离子乳化剂水化作用形成的水化层，对SBS改性沥青的稳定性也有一定的协同效应；通过对SBS改性沥青进行乳化，提高SBS改性沥青的流动性，从而改善沥青的使用性能，具有节约能源，减少污染，改善施工条件等优点。
优选的，所述级配碎石包括粗集料、细集料和矿粉，且粗集料、细集料、矿粉的配比为3：(3-4)：(3-4)。
通过采用上述技术方案，集料和矿粉在沥青混合料中起到填充作用，目的是减小沥青混合料之间的空隙，增强了沥青混合料的强度。
优选的，所述环氧树脂为E51环氧树脂或E44环氧树脂。
优选的，所述固化剂为非离子型水性固化剂或阳离子型水性固化剂。
通过采用上述技术方案，E51环氧树脂或E44环氧树脂与非离子型水性固化剂或阳离子型水性固化剂发生化学反应，形成网状立体聚合物，将复合材料骨材包络在网状体之中，提高复合材料之间的结合力，从而提高彩色改性沥青的性能。
第二方面，本申请提供一种彩色改性沥青的制备方法，采用如下的技术方案：
一种彩色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将相应份的环氧树脂、固化剂和改性颜料进行搅拌，搅拌后形成混合料；
将相应份的SBS乳化改性沥青、级配碎石和疏水性改性甘蔗纤维加入混合料中混合，并进行常温搅拌，得到彩色改性沥青。
通过上述技术方案，本发明提出的彩色改性沥青具有冷拌、高强粘结力、优异的耐久性及抵抗低温破坏等显著优势，所制备的冷拌型彩色改性沥青具有热拌沥青的低温性能、水稳定性及力学性能，而且在施工时节约能耗，不产生大量污染气体，具有良好的环保性。
第三方面，本申请提供一种彩色改性沥青的用途，采用如下的技术方案：
彩色沥青路面，采用上述的彩色改性沥青铺装而成。
通过采用上述技术方案，彩色沥青路面具有良好的路用性能，在不同的温度下和外部环境作用下，其高温稳定性、抗水损坏性及耐久性均良好，且具有色泽鲜艳持久、不褪色，具有较强的吸音功能等优势。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过将偶联剂吸附在彩色颜料表面对彩色颜料进行改性提高了无机颜料与有机沥青之间的结合力；同时在沥青混合料中添加改性纤维素，促进了彩色改性沥青各组分之间的相容性，提高了彩色改性沥青的连接力，使得彩色改性沥青具有高强粘结力、耐久性和优异的力学性能等特性；
2、本申请通过对SBS改性沥青进行乳化，形成的乳剂型彩色改性沥青具有较强的抗疲劳、抗开裂性能，适用于大规模路面的铺装，适用性较强；
3、本申请彩色改性沥青在施工时可选用冷拌的方法，能耗小，同时避免产生大量的废烟和废料污染环境，利于环保。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例和实施例中所用的相关原材料中：
脱色沥青针入度为60-80mm；线型SBS改性剂选用热塑性丁苯橡胶YH-791；流行改变剂选择聚氨酯类；增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂；叔胺盐类阳离子乳化剂牌号为：112-02-7；氟碳类非离子乳化剂表面张力≤24.7mN/m；硅烷偶联剂选用乙烯基三乙氧基硅烷，牌号为201-081-7；E51环氧树脂牌号为618；E44环氧树脂牌号为WRS6101；非离子型水性固化剂型号为HX-8001，粘度为3000-10000cps；阳离子型水性固化剂型号为XY593；粗集料粒径为10-15mm；细集料粒径为3-5mm；矿粉为石灰石矿粉；氧化铁、氧化铁黄和氧化铬绿均购自巴斯夫。
制备例
制备例1-9
如表1所示，制备例1-9的主要区别在于SBS改性乳化沥青的原料配比不同。
以下以制备例1为例说明。本申请制备例公开了一种SBS改性乳化沥青，以SBS改性沥青55kg、叔铵盐类阳离子乳化剂0.5kg、氟碳类非离子乳化剂0.5kg、聚氨酯类流变改性剂0.05kg、邻苯二甲酸二辛脂0.01kg和水35kg为原料制备而成。
本制备例制备了一种SBS改性乳化沥青，具体方法如下：
S10，将50kg脱色沥青加热至熔融；升温至180℃，加入3kg热塑性丁苯橡胶，恒温搅拌20min并进行溶胀，溶胀完成后研磨至改性SBS颗粒5μm，研磨完成后继续搅拌2h，制得SBS改性沥青；
S20，将0.01kg邻苯二甲酸二辛脂和0.05kg聚氨酯类流变改性剂份先后顺序加入20-35℃水中分散均匀，随后加入0.5kg叔铵盐阳离子乳化剂、0.5kg氟碳类非离子乳化剂和35kg水并进行搅拌均匀，制得混合液；在混合液中加入适量的盐酸调节混合液pH值为1.8-2.2，制得皂液备用；
S30，启动乳化设备份先后顺序加入皂液和55kgSBS改性沥青，经过胶体磨高速剪切并研磨后，得到SBS改性乳化沥青。
表1制备例1-9SBS改性乳化沥青各原料配比
Figure BDA0003440378670000071
实施例
实施例1-11
如表2所示，实施例1-11的主要区别在于彩色改性沥青的原料配比不同。
以下以实施例1为例进行说明。本申请实施例公开了一种彩色改性沥青，以SBS改性乳化沥青60kg、级配碎石10kg(粗集料3kg，细集料3kg和石灰石矿粉4kg)、改性彩色颜料1kg、E51环氧树脂2kg、非离子型水性固化剂0.2kg和疏水性改性甘蔗纤维0.5kg为原料制备而成；其中SBS改性乳化沥青采用制备例1所得，本实施例中粗集料、细集料、石灰石矿粉的配比为3:3:4，在其他实施方案中也可以为3:4:4或3:3:4。
本申请实施例还公开了一种彩色改性沥青的制备方法：包括以下步骤：
S1，将1kg乙烯基三乙氧基硅烷溶解在1L且浓度为10％的乙醇中得到混合液，将40kg的氧化铁分散在水中得到浓度为200mg/mL的悬浮液，在60℃温度下降混合液与悬浮液混合2h后取出干燥，得到改性彩色颜料；
S2，将甘蔗渣粉碎成50目，和水一起加入不锈钢锅中，水沸后再煮4h，过滤得到甘蔗纤维；用5wt％NaOH溶液将甘蔗纤维浸泡42h，加入醋酸调节pH至中性，过滤烘干；用3wt％乙烯基三乙氧基硅烷的甲醇溶液将烘干的甘蔗纤维浸泡54h，过滤烘干得到疏水性改性甘蔗纤维；
S3，按配方称取E51环氧树脂、非离子型水性固化剂和改性颜料在60℃下以35r/min搅拌10min，形成混合料；
S4，将SBS乳化改性沥青、级配碎石和疏水性改性甘蔗纤维加入上述混合料中，在30℃，35r/min下继续搅拌5min，得到彩色改性沥青。
本申请实施例还公开了一种彩色沥青路面，其采用上述彩色改性沥青铺装而成。
表2实施例1-11中彩色改性沥青各原料配比
Figure BDA0003440378670000091
实施例12-19
本实施例12-19与实施例1不同的是，乳化改性沥青采用的是制备例2-9所得，具体如表3所示。
表3实施例12-19中彩色改性沥青各原料配比
Figure BDA0003440378670000101
实施例20
本实施例与实施例1不同的是，制备方法中，S1中，用氧化铁黄替代氧化铁。
实施例21
本实施例与实施例1不同的是，制备方法中，S1中，用氧化铬绿替代氧化铁。
实施例22
本实施例与实施例1不同的是，制备方法中，S3中，用E44环氧树脂替代E51环氧树脂。
实施例23
本实施例与实施例1不同的是，制备方法中，S3中，用阳离子型水性固化剂替代非离子型水性固化剂。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1不同之处在于，用氧化铁代替改性彩色颜料。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处在于，彩色改性颜料的添加量为5kg。
对比例3
本实施例与实施例1不同之处在于，用甘蔗纤维替代疏水性改性甘蔗纤维。
对比例4
本实施例与实施例1不同之处在于，疏水性改性甘蔗纤维的添加量为0Kg。
对比例5
本实施例与实施例1不同之处在于，疏水性改性甘蔗纤维的添加量为5Kg。
性能检测试验
采用相同重量的由实施例1-23获得的彩色改性沥青作为对试验样1-24，采用与试验样相同重量的由对比例1-5获得的彩色改性沥青作为对照样1-5。对试验样和对照样进行性能检测，结果如表4。
一、强度
称量1250g试样，将其装入马歇尔试模中，用马歇尔自动击实仪进行锤击，制得成型试件；将试件置于温度为105℃的强制通风烘箱中养生24h，养生后的试件取出后再立即两面锤击各25次，冷却至室温，将两组试件脱模后备用。将脱模后的试件置于60℃恒温水浴中35min，测试马歇尔稳定度和流值，计算试样的密度，以该稳定度的值作为试样的最终强度评定指标，稳定值越高，说明试样的强度越高；其中马歇尔试模尺寸为101.6mm×63.5mm。
二、低温性能
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0715-2011方法对试样进行-10℃试验温度的小粱弯曲试验，以小梁弯曲劲度模量作为评估试样低温性能的技术指标，劲度模量越大，试样低温性能越差；其中试样尺寸为250mm×30mm×35mm。
三、稳定性能
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0736-2011方法在加载垂直压力为600kPa，在压实转速为30r/min、有效地内旋转角为1.16°条件下，进行旋转压实，制得成型试件并脱模备用；将脱模后的试件置于温度为105℃的强制通风烘箱中养生24h，取出后冷却至室温后在放入60℃强制通风烘箱中保温2h，测定其维姆稳定度，以维姆稳定度作为评估试样稳定性的技术指标，维姆稳定度越高，试样的稳定性越好。
表4性能检测数据表
Figure BDA0003440378670000121
Figure BDA0003440378670000131
参照表4，结合实施例1-3，可以看出，随着SBS乳化改性沥青含量的不断增加，试样的强度、低温性能和稳定性能均有不同程度的提高；这是由于SBS乳化改性沥青具有较高的电荷密度可以提高彩色沥青的稳定性与其他组分的粘结性，故形成的彩色沥青具有良好的稳定性、工程强度和低温抗裂性能。
参照表4，结合实施例2、4、5，可以看出，随着级配碎石的不断加入，试样的强度和稳定性均得到提高，但试样的低温性能下降；由于级配碎石作为填料加入试样中，可以对试样的空隙起到一定的填补作用，从而提高试样的强度和稳定性，但其自身的抗低温性较差，故形成的试样整体的低温性能下降。
参照表4，结合实施例4、6和7和对比例1和2，可以看出，随着试样中改性彩色颜料的不断加入，通过对无机颜料进行改性，提高无机颜料在其他组分的相容性，降低无机颜料与有机组分之间的界面应力，增强整体的结合力，故试样的强度、低温性能和稳定性均得到了提高；但当改性彩色颜料在试样中添加过量时，反而会降低试样的性能。
参照表4，结合实施例6和8，可以看出，随着试样中E51环氧树脂的不断加入，试样中的非离子型水性固化剂的含量相对于环氧树脂有所下降，环氧树脂与固化剂的发生的固化反应不彻底，残余的固化剂对试样的整体性能有所影响，故试样的性能均有所下降。
参照表4，结合实施例6和9，可以看出，随着试样中非离子型水性固化剂含量的增加，试验中E51环氧树脂与固化剂的反应效果下降，故对试样整体的粘结性有一定的影响，试样的性能均有所下降。
参照表4，结合实施例6、10、11和对比例3、4和5，可以看出，疏水性改性甘蔗纤维作为一种增强剂加入试样中，使得试样的强度、低温性能和稳定性有所提高；但当试样中添加过量的疏水性改性甘蔗纤维时，试样的性能有所下降；由于对甘蔗纤维进行改性后，可以提高甘蔗纤维与试样中其他各组分之间的结合性，故试样的性能相比添加甘蔗纤维的试样的性能均有提高。
参照表4，结合实施例1、12-19，可以看出，在适当范围内改变制备例中的各组分配比，得到的试样均具有优异的强度、低温性能和稳定性。
参照表4，结合实施1和20-21可以看出，改变制备方法中无机颜料的种类，得到的试样均具有优异的性能。
参照表4，结合实施例1、22-23，可以看出，将制备例中的E51环氧树脂替换为E44环氧树脂，非离子型水性固化剂替换成阳离子型水性固化剂，得到的试验均具有良好的强度、低温性能和稳定性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种彩色改性沥青，其特征在于：由包括以下重量份的原料制成：SBS改性乳化沥青60-80份、级配碎石10-20份、改性彩色颜料1-3份、环氧树脂2-5份、固化剂0.2-0.5份和疏水性改性甘蔗纤维0.5-2.5份；所述改性彩色颜料为硅烷偶联剂吸附在无机颜料表面形成。
2.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述改性彩色颜料的制备方法如下：
将硅烷偶联剂溶解于乙醇中形成混合液，将无机颜料分散在水中得到悬浮液，将混合液和悬浮液混合后干燥，使得硅烷偶联剂吸附在无机颜料表面，得到改性彩色颜料。
3.根据权利要求2所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述无机颜料为氧化铁、氧化铁黄或氧化铬绿，且无机颜料的粒径为1-10μm。
4.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述疏水性改性甘蔗纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣粉在水中煮沸，过滤得到甘蔗纤维；将甘蔗纤维浸泡在氢氧化钠溶液中，加入盐酸调节至中性，过滤烘干；将烘干后的甘蔗纤维浸泡在硅烷偶联剂的醇溶液中，过滤烘干得到疏水性改性甘蔗纤维。
5.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述SBS改性乳化沥青由包括以下重量份的原料制成：SBS改性沥青55-65份、叔铵盐类阳离子乳化剂0.5-2份、氟碳类非离子乳化剂0.5份-1份，流变改性剂0.05-0.1份、增塑剂0.01-0.05份和水35-45份；
所述SBS改性乳化沥青的制备方法如下：
将脱色沥青加热，并加入线型SBS改性剂，进行溶胀、研磨，制得SBS改性沥青；
将流变改性剂和增塑剂先后加入水中分散，再加入叔胺盐类阳离子乳化剂、氟碳类非离子乳化剂和水并进行搅拌，制得混合液；向混合液中加入适量的盐酸调节pH，制得乳化剂水溶液；
将所述乳化剂水溶液与SBS改性沥青混合后经过剪切并研磨后，形成SBS改性乳化沥青。
6.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述级配碎石包括粗集料、细集料和矿粉，且粗集料、细集料、矿粉的配比为3：（3-4）：（3-4）。
7.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述环氧树脂为E51环氧树脂或E44环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的彩色改性沥青，其特征在于：所述固化剂为非离子型水性固化剂或阳离子型水性固化剂。
9.权利要求1-8中任意一项所述的彩色改性沥青的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将相应份的环氧树脂、固化剂和改性颜料进行搅拌，搅拌后形成混合料；
将相应份的SBS乳化改性沥青、级配碎石和疏水性改性甘蔗纤维加入混合料中混合，并进行常温搅拌，得到彩色改性沥青。
10.彩色沥青路面，其特征在于：采用权利要求1-8任意一项所述的彩色改性沥青铺装而成。
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