CN116333506A - 一种复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合改性沥青，涉及沥青制备技术领域，该复合改性沥青由以下材料组成：70#基质沥青、石墨烯/六方氮化硼复合改性剂和硼酸；其中，石墨烯与六方氮化硼的质量比为1：4，石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的质量为70#基质沥青质量的0.3％。本发明根据优化材料配方制得的石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青，当石墨烯/六方氮化硼复合改性剂掺量为0.3％时，提高其低温抗裂能力以及抗高温能力，石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青的性能得到了明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及沥青制备技术领域，具体是一种复合改性沥青及其制备方法。
背景技术
在所有的公路建设里程中，沥青路面占据绝大部分，由于交通量增加、车辆大型化、车辆重载以及温差等因素的存在，沥青路面出现车辙、开裂等现象时有发生，导致沥青路面使用性能下降，因此交通行业对沥青路面的性能和品质提出了更高的要求，希望加快新材料、新技术的应用与创新，减少沥青路面早期破坏等病害。
目前，对沥青路面改善助益最大的是SBS改性沥青的发展；实践表明，在基质沥青中添加SBS改性剂能够明显提高路面的高温稳定性、抗疲劳性能及温度敏感性；但在实际应用中，SBS改性沥青存在制备条件要求高、贮存不稳定(易分层、凝聚或离析)、拌和施工较困难等问题，导致沥青和沥青混合料的质量可控性欠佳，一定程度影响到沥青路面的性能。
石墨烯是一种具有巨大比表面积和超强表面活性的纳米材料，实验证明，在沥青中添加石墨烯，能够对沥青的物理、化学性质产生特殊的作用，从而全面改善沥青性能；但是，在实际生产中，却无法直接在沥青中添加石墨烯：试验表明，当石墨烯的添加量达到一定程度时，石墨烯会出现严重的团聚问题，石墨烯无法在沥青中分散均匀，导致石墨烯无法对沥青起到改性效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合改性沥青及其制备方法，以解决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：
一种复合改性沥青，由以下材料组成：70#基质沥青、石墨烯/六方氮化硼复合改性剂和硼酸；其中，石墨烯与六方氮化硼的质量比为1：4，石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的质量为70#基质沥青质量的0.3％。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的结构为层状结构，且层数为三层。
一种复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：向石墨烯/六方氮化硼复合改性剂中加入异丙醇溶液以及硼酸，得到混合溶液A；
步骤S2：在密闭状态下，对混合溶液A进行1.5小时的超声震荡处理；
步骤S3：向70#基质沥青中加入三氯乙烯至70#基质沥青完全溶解，得到混合溶液B；
步骤S4：将混合溶液A加入混合溶液B中，得到混合物C，混合溶液C进行1小时的超声震荡处理；
步骤S5：采用旋转蒸发仪对混合物C进行蒸发操作，将三氯乙烯和异丙醇从混合物C中蒸发掉，得到混合物D；
步骤S6：将混合物D进行高速剪切得到高性能石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青。
在一种可选方案中：在所述步骤S5中，蒸发的条件为：油浴温度110℃，旋转速度85～90转/分钟。
在一种可选方案中：在所述步骤S6中，所述高速剪切的剪切速率6400转/分钟，剪切温度140℃，剪切时间180分钟。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明根据优化材料配方制得的石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青，当石墨烯/六方氮化硼复合改性剂掺量为0.3％时，提高其低温抗裂能力以及抗高温能力，石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青的性能得到了明显提升。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
本发明实施例公布了一种复合改性沥青，该复合改性沥青由以下材料组成：70#基质沥青、石墨烯/六方氮化硼复合改性剂和硼酸；其中，石墨烯与六方氮化硼的质量比为1：4，石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的质量为70#基质沥青质量的0.3％，所述石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的结构为层状结构，且层数为三层。
本发明实施例公布了一种复合改性沥青的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤S1：向石墨烯/六方氮化硼复合改性剂中加入异丙醇溶液以及硼酸，得到混合溶液A；
步骤S2：在密闭状态下，对混合溶液A进行1.5小时的超声震荡处理；
步骤S3：向70#基质沥青中加入三氯乙烯至70#基质沥青完全溶解，得到混合溶液B；
步骤S4：将混合溶液A加入混合溶液B中，得到混合物C，混合溶液C进行1小时的超声震荡处理；
步骤S5：采用旋转蒸发仪对混合物C进行蒸发操作，将三氯乙烯和异丙醇从混合物C中蒸发掉，得到混合物D；
步骤S6：将混合物D进行高速剪切得到高性能石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青。
其中，在所述步骤S5中，蒸发的条件为：油浴温度110℃，旋转速度85～90转/分钟；在所述步骤S6中，所述高速剪切的剪切速率6400转/分钟，剪切温度140℃，剪切时间180分钟。
试验：
采用多种表面活性剂和基本溶剂(可与沥青混溶或易与沥青分离，以便观察石墨烯的分散效果)进行试验，最终找到了一种可将石墨烯分散均匀的助剂－六方氮化硼，其对应的基本溶剂为异丙醇；为确定沥青、表面活性剂和基本溶剂的最佳配比以及最佳工艺条件，具体试验如下：
采用均匀设计方法，使鳞片石墨掺量在1.0g～4.0g的范围变化、六方氮化硼掺量在1.0g～4.0g的范围变化、球磨转时间在30～90分钟范围变化；
其中，试验设计的因素水平表如表1所示，均匀设计表如表2所示，实验安排如表3所示。
表1
表2
表3
各次试验得到的球磨产出物的XRD表征26°附件峰值如表4所示：
表4
| 试验号 | 26°附件峰值 |
| 1 | 1269 |
| 2 | 3816 |
| 3 | 1392 |
| 4 | 2744 |
| 5 | 1927 |
| 6 | 681 |
| 7 | 665 |
采用数理统计软件对试验数据进行分析，得到的石墨烯/六方氮化硼纳米复合改性剂材料配方如表5所示：
表5
| 优化解 | 鳞片石墨掺量(g) | 六方氮化硼掺量(g) | 球磨时间 |
| 参数 | 2.0 | 3.5 | 90 |
根据石墨烯/六方氮化硼纳米复合改性剂材料配方制备石墨烯/六方氮化硼纳米复合改性剂并制备石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青(石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的掺量确定为0.1％-0.5％)，得到的石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青性能指标如表6所示：
表6
由表6可见，相比于基质沥青，根据优化材料配方制得的石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青，当石墨烯/六方氮化硼复合改性剂掺量为0.3％时，其5℃断裂能(低温抗裂能力)提高了1.7倍、64℃抗车辙因子(抗高温能力)提高了1.7倍，石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青的性能得到了明显提升。以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种复合改性沥青极，其特征在于，由以下材料组成：70#基质沥青、石墨烯/六方氮化硼复合改性剂和硼酸；其中，石墨烯与六方氮化硼的质量比为1：4，石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的质量为70#基质沥青质量的0.3％。
2.根据权利要求1所述的复合改性沥青，其特征在于，所述石墨烯/六方氮化硼复合改性剂的结构为层状结构，且层数为三层。
3.一种如权利要求1或2所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：向石墨烯/六方氮化硼复合改性剂中加入异丙醇溶液以及硼酸，得到混合溶液A；
步骤S2：在密闭状态下，对混合溶液A进行1.5小时的超声震荡处理；
步骤S3：向70#基质沥青中加入三氯乙烯至70#基质沥青完全溶解，得到混合溶液B；
步骤S4：将混合溶液A加入混合溶液B中，得到混合物C，混合溶液C进行1小时的超声震荡处理；
步骤S5：采用旋转蒸发仪对混合物C进行蒸发操作，将三氯乙烯和异丙醇从混合物C中蒸发掉，得到混合物D；
步骤S6：将混合物D进行高速剪切得到高性能石墨烯/六方氮化硼复合改性沥青。
4.根据权利要求3所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，蒸发的条件为：油浴温度110℃，旋转速度85～90转/分钟。
5.根据权利要求3所述的复合改性沥青的制备方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述高速剪切的剪切速率6400转/分钟，剪切温度140℃，剪切时间180分钟。
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