CN116375393A - 一种耐磨抗滑沥青路面材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的一种耐磨抗滑沥青路面材料及其生产工艺，通过采用改性氧化石墨烯、改性硅藻土以及改性剂与沥青碎石混合，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命，通过采用单分散纳米α氧化铝可显著提高沥青路面材料的抗冲刷性能，改性石墨烯可以提供大量的活性位点，与沥青质的组分充分反应形成稳定的化学键，这使形成的层状结构更加致密，这层致密的层状结构既可有效防止沥青中轻组分的挥发，也能防止部分氧气和水分的侵入，阻止内部混合料被进一步氧化，水分子难以吸附在沥青颗粒表面，从而减缓老化对沥青混合料低温抗裂及抗水损害性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及路面材料技术领域，尤其是涉及一种耐磨抗滑沥青路面材料及其生产工艺。
背景技术
随着我国高速公路沥青路面通车里程的不断增加，沥青路面抗滑问题变得越来越突出，主要原因是沥青路面的抗滑性能会在通车后随着通车时间的增长逐渐衰减，车辆在行驶过程中轮胎会对沥青表面进行磨损，特别是在重载交通、长下坡路段、雨水较多路段、隧道等路段磨损会更加严重，导致沥青路面抗滑衰减快，影响行车的安全。有些新建的沥青路面在通车后2-3年内就出现抗滑指标不足的现象，普遍行车道比超车道要更加严重，沥青混凝土路面时刻经受车辆轮胎的摩擦、冲击和碾压磨损严重。
发明内容
本发明为了解决现有的沥青路面材料抗滑性能和耐磨损性能容易在短期内下降，造成极大的行车安全隐患的技术问题，提供一种能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命的耐磨抗滑沥青路面材料。
本发明的第二个目的是提供耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺。
为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：
一种耐磨抗滑沥青路面材料，按重量份数计，由以下组分组成：细粒式沥青碎石57-68份、改性氧化石墨烯22-31份、改性剂8-14份、改性硅藻土16-25份、单分散纳米α氧化铝粉末2-10份、固化剂1-3份以及填料10-15份；
所述改性剂为八乙烯基倍半硅氧烷、具有亚苯基骨架的有机硅化合物和二氧化硅粉末的其中两种或多种混合物，通过采用改性氧化石墨烯、改性硅藻土以及改性剂与沥青碎石混合，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命，通过采用单分散纳米α氧化铝可显著提高沥青路面材料的抗冲刷性能，改性石墨烯可以提供大量的活性位点，与沥青质的组分充分反应形成稳定的化学键，这使形成的层状结构更加致密，这层致密的层状结构既可有效防止沥青中轻组分的挥发，也能防止部分氧气和水分的侵入，阻止内部混合料被进一步氧化，水分子难以吸附在沥青颗粒表面，从而减缓老化对沥青混合料低温抗裂及抗水损害性能的影响。
优选的，所述八乙烯基倍半硅氧烷与具有亚苯基骨架的有机硅化合物的混合体积比例为3-5:1，更优选的，所述八乙烯基倍半硅氧烷与具有亚苯基骨架的有机硅化合物的混合体积比例为4:1，通过4:1的复配，可充分发挥沥青与其他组份的粘结性能，亚苯基骨架可上升到表面与倍半硅氧烷化学键合，这样的比例无疑能达到最好的复配效果。
优选的，所述具有亚苯基骨架的有机硅化合物其化学式为：
其中n＝1～4，更优选的，其中n＝4，通过选用具有亚苯基骨架的有机硅化合物作为沥青的改性助剂，可以提高沥青与其他组分尤其是改性石墨烯和单分散纳米α氧化铝粉末的粘接性，使其成型效果更好，且能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命。
优选的，所述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
S01、取2.0g氮化硼晶体和60.0g尿素加入300ml的去离子水，球磨8h，球磨结束后，将反应液在1500r/min条件下离心20min，取上层悬浮液继续在7000r/min条件下离心30min，取下层沉淀物置于干燥箱中在60℃条件下干燥2h，得到氨基化氮化硼；
S02、取30.0mg氧化石墨烯加入50ml去离子水，搅拌使其分散均匀，然后38℃、250w超声50min，加入8.0mg步骤S01中的氨基化氮化硼，加入10.0wt％的碳酸钠溶液调节pH至7-9，再加入5.0mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺和6.0mg的N-羟基琥珀酰亚胺，室温搅拌(转速为300r/min)反应6h，最后抽滤20h，干燥，即得氮化硼-石墨烯粉体；
S03、将含有氯化铵和氯化钪的混合溶液在40-50℃下水浴加热，加入步骤S02中的氮化硼-石墨烯粉体，以200-325W的功率，超声30-90min，洗涤并真空干燥，即得改性氧化石墨烯，通过酰胺键连接氮化硼和氧化石墨烯，不仅增强了氮化硼和氧化石墨烯复合的稳定性，降低了氮化硼的团聚效应，同时引入了可反应性官能团，氨基化氮化硼上的氨基与氧化石墨烯上的羧基形成酰胺键将氮化硼与石墨烯共价结合，提高其在体系中的均匀分散程度。
优选的，所述氯化铵和氯化钪的混合质量比例为4:1。
优选的，所述改性硅藻土的制备方法，包括以下步骤：将硅藻土和碳酸氢钠置入酸性水溶液中，搅拌混合至浆料状，静置10-30min，有氧焙烧2-3h，降温至80-90℃后加入纳米二氧化钛和羧甲基纤维素，充分混合后，干燥，即得改性硅藻土，通过此方法制备的硅藻土，加入少量的碳酸氢钠可降低硅藻土的团聚效应，焙烧后添加的纳米二氧化钛可较好的负载在硅藻土的空隙中，提高了硅藻土均匀分散性，在可见光的状态下降解甲醛，且大量的纳米二氧化钛附着于硅藻土的孔隙结构中，使纳米二氧化钛降解甲醛的性能大大提升。
优选的，所述纳米二氧化钛和羧甲基纤维素的质量比例为1:1-2；所述碳酸氢钠和硅藻土的质量比例为1:60-70。
优选的，所述二氧化硅粉末为疏水化处理的热解二氧化硅粉末。
优选的，所述细粒式沥青碎石为AC-13细粒式沥青碎石，所述填料优选为水泥，所述固化剂优选为芳环族多胺类固化剂，可减少使用成本以及提高经济收益。
为了实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案是：
一种如上任一项所述的耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将八乙烯基倍半硅氧烷与二氧化硅粉末以及水在室温下混合密炼60min，加入具有亚苯基骨架的有机硅化合物后升温至160-180℃抽真空密炼1-3h，混合直至均匀，通入氮气冷却至室温，即得改性剂；
S2、将细粒式沥青碎石、改性石墨烯、改性剂、改性硅藻土及单分散纳米α氧化铝粉末加入70℃的温水，以30-45r/min的转速，保持70℃下搅拌50min，冷却后加入固化剂和填料，以80r/min的转速，在室温下搅拌50min，即得。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1、本申请提供的一种耐磨抗滑沥青路面材料，通过采用改性氧化石墨烯、改性硅藻土以及改性剂与沥青碎石混合，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命，通过采用单分散纳米α氧化铝可显著提高沥青路面材料的抗冲刷性能，改性石墨烯可以提供大量的活性位点，与沥青质的组分充分反应形成稳定的化学键，这使形成的层状结构更加致密，这层致密的层状结构既可有效防止沥青中轻组分的挥发，也能防止部分氧气和水分的侵入，阻止内部混合料被进一步氧化，水分子难以吸附在沥青颗粒表面，从而减缓老化对沥青混合料低温抗裂及抗水损害性能的影响。
2、本申请提供的一种耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，操作简单，所制备的沥青路面材料，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例1-3说明本发明的具体技术方案：
实施例1：
一种耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将八乙烯基倍半硅氧烷与二氧化硅粉末以及水在室温下混合密炼60min，加入具有亚苯基骨架的有机硅化合物后升温至160℃抽真空密炼1h，混合直至均匀，通入氮气冷却至室温，即得改性剂；
S2、按表1将细粒式沥青碎石、改性石墨烯、改性剂、改性硅藻土及单分散纳米α氧化铝粉末加入70℃的温水，以45r/min的转速，保持70℃下搅拌50min，冷却后加入固化剂和填料，以80r/min的转速，在室温下搅拌50min，即得。
实施例2：
一种耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将八乙烯基倍半硅氧烷与二氧化硅粉末以及水在室温下混合密炼60min，加入具有亚苯基骨架的有机硅化合物后升温至170℃抽真空密炼2h，混合直至均匀，通入氮气冷却至室温，即得改性剂；
S2、按表1将细粒式沥青碎石、改性石墨烯、改性剂、改性硅藻土及单分散纳米α氧化铝粉末加入70℃的温水，以45r/min的转速，保持70℃下搅拌50min，冷却后加入固化剂和填料，以80r/min的转速，在室温下搅拌50min，即得。
实施例3：
一种耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将八乙烯基倍半硅氧烷与二氧化硅粉末以及水在室温下混合密炼60min，加入具有亚苯基骨架的有机硅化合物后升温至180℃抽真空密炼3h，混合直至均匀，通入氮气冷却至室温，即得改性剂；
S2、按表1将细粒式沥青碎石、改性石墨烯、改性剂、改性硅藻土及单分散纳米α氧化铝粉末加入70℃的温水，以35r/min的转速，保持70℃下搅拌50min，冷却后加入固化剂和填料，以80r/min的转速，在室温下搅拌50min，即得。
表1：实施例1-3的沥青路面材料重量份数配比(份)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 细粒式沥青碎石 | 57.3 | 68 | 60.5 |
| 改性石墨烯 | 31.7 | 25.1 | 22.4 |
| 改性剂 | 8.5 | 13 | 14 |
| 改性硅藻土 | 22 | 25.2 | 16.6 |
| 单分散纳米α氧化铝粉末 | 5.4 | 2.8 | 10 |
| 固化剂 | 3 | 2.2 | 1.5 |
| 填料 | 11 | 10 | 15 |
将各实施例与比较例(普通沥青路面材料)根据JTG 3450-2019《公路路基路面现场测试规程》和JT/T 535-2015《路桥用水性沥青基防水涂料》进行性能测试，结果如表2所示。
表2：实施例1-3与对比例1-3(普通沥青路面材料)
由表2可以看出，本申请相较于普通沥青路面材料具有更优异的抗压强度以及抗滑性能，因此，通过采用改性氧化石墨烯、改性硅藻土以及改性剂与沥青碎石混合，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命，通过采用单分散纳米α氧化铝可显著提高沥青路面材料的抗冲刷性能，改性石墨烯可以提供大量的活性位点，与沥青质的组分充分反应形成稳定的化学键，这使形成的层状结构更加致密，这层致密的层状结构既可有效防止沥青中轻组分的挥发，也能防止部分氧气和水分的侵入，阻止内部混合料被进一步氧化，水分子难以吸附在沥青颗粒表面，从而减缓老化对沥青混合料低温抗裂及抗水损害性能的影响，本申请提供的一种耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，操作简单，所制备的沥青路面材料，能够提高路面的防滑性能和耐磨性，减少行车的安全隐患，并且具有较佳的抗压强度，能够延长路面的使用寿命。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：按重量份数计，由以下组分组成：细粒式沥青碎石57-68份、改性石墨烯22-31份、改性剂8-14份、改性硅藻土16-25份、单分散纳米α氧化铝粉末2-10份、固化剂1-3份以及填料10-15份；
所述改性剂为八乙烯基倍半硅氧烷、具有亚苯基骨架的有机硅化合物和二氧化硅粉末的其中两种或多种混合物。
2.根据权利要求1所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述八乙烯基倍半硅氧烷与具有亚苯基骨架的有机硅化合物的混合体积比例为3-5:1。
3.根据权利要求2所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述具有亚苯基骨架的有机硅化合物其化学式为：
其中n＝1～4。
4.根据权利要求1所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
S01、取2.0g氮化硼晶体和60.0g尿素加入300ml的去离子水，球磨8h，球磨结束后，将反应液在1500r/min条件下离心20min，取上层悬浮液继续在7000r/min条件下离心30min，取下层沉淀物置于干燥箱中在60℃条件下干燥2h，得到氨基化氮化硼；
S02、取30.0mg氧化石墨烯加入50ml去离子水，搅拌使其分散均匀，然后38℃、250w超声50min，加入8.0mg步骤S01中的氨基化氮化硼，加入10.0wt％的碳酸钠溶液调节pH至7-9，再加入5.0mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺和6.0mg的N-羟基琥珀酰亚胺，室温搅拌(转速为300r/min)反应6h，最后抽滤20h，干燥，即得氮化硼-石墨烯粉体；
S03、将含有氯化铵和氯化钪的混合溶液在40-50℃下水浴加热，加入步骤S02中的氮化硼-石墨烯粉体，以200-325W的功率，超声30-90min，洗涤并真空干燥，即得改性氧化石墨烯。
5.根据权利要求4所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述氯化铵和氯化钪的混合质量比例为4:1。
6.根据权利要求1所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述改性硅藻土的制备方法，包括以下步骤：将硅藻土和碳酸氢钠置入酸性水溶液中，搅拌混合至浆料状，静置10-30min，有氧焙烧2-3h，降温至80-90℃后加入纳米二氧化钛和羧甲基纤维素，充分混合后，干燥，即得改性硅藻土。
7.根据权利要求6所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述纳米二氧化钛和羧甲基纤维素的质量比例为1:1-2；所述碳酸氢钠和硅藻土的质量比例为1:60-70。
8.根据权利要求1所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述二氧化硅粉末为疏水化处理的热解二氧化硅粉末。
9.根据权利要求1所述的耐磨抗滑沥青路面材料，其特征在于：所述细粒式沥青碎石为AC-13细粒式沥青碎石。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的耐磨抗滑沥青路面材料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将八乙烯基倍半硅氧烷与二氧化硅粉末以及水在室温下混合密炼60min，加入具有亚苯基骨架的有机硅化合物后升温至160-180℃抽真空密炼1-3h，混合直至均匀，通入氮气冷却至室温，即得改性剂；
S2、将细粒式沥青碎石、改性石墨烯、改性剂、改性硅藻土及单分散纳米α氧化铝粉末加入70℃的温水，以30-45r/min的转速，保持70℃下搅拌50min，冷却后加入固化剂和填料，以80r/min的转速，在室温下搅拌50min，即得。
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|---|---|---|---|
| CN202310317639.1A CN116375393A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种耐磨抗滑沥青路面材料及其生产工艺 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117466571A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-30 | 广东大角鹿新材料有限公司 | 一种超耐磨岩板及其制备方法 |
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2023
- 2023-03-29 CN CN202310317639.1A patent/CN116375393A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117466571A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-30 | 广东大角鹿新材料有限公司 | 一种超耐磨岩板及其制备方法 |
| CN117466571B (zh) * | 2023-12-21 | 2024-03-15 | 广东大角鹿新材料有限公司 | 一种超耐磨岩板及其制备方法 |
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