CN117263572A - 一种高延度高弹性改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及沥青混合料生产的领域，具体公开了一种高延度高弹性改性沥青混合料及其制备方法。改性沥青混合料包括以下重量份组分：基质沥青100~130份、橡胶粉10~20份、粉煤灰15~20份、改性炭黑8‑13份和500~600份矿料。由于采用改性炭黑，以使改性炭黑对紫外光进行吸收，从而获得降低紫外线照射对沥青的破坏，进而达到降低路面开裂破坏情况的目的，本申请中的炭黑经过改性后，一方面保留了炭黑对于紫外线的吸收能力，另一方面使得炭黑的加入不易影响低温稳定性。本申请的方法具有操作简单的优点。
Description
技术领域
本申请涉及改性沥青混合料生产的领域，更具体地说，它涉及一种高延度高弹性改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是一种复合材料，常用于路面结构。
相关技术中提出了一种高延度高弹性沥青混合料，包括基质沥青、粉煤灰和矿料。
但是，在云贵高原等高海拔山区紫外线辐射量是内陆地区的4-5倍。当上述沥青混合料用于云贵高原等高海拔山区时，强烈的紫外线照射会使沥青呈现脆性，低温性能大大降低，从而导致路面容易产生开裂破坏。
发明内容
为了降低紫外线照射对沥青的破坏，进而降低路面的开裂破坏情况，本申请提供一种高延度高弹性改性沥青混合料及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种高延度高弹性改性沥青混合料采用如下的技术方案：一种高延度高弹性改性沥青混合料，包括以下重量份组分：基质沥青100～130份、粉煤灰15～20份、改性炭黑8-13份和500～600份矿料。
通过采用上述技术方案，由于采用改性炭黑，以使改性炭黑对紫外光进行吸收，从而获得降低紫外线照射对沥青的破坏，进而达到降低路面开裂破坏情况的目的，本申请中的炭黑经过改性后，一方面保留了炭黑对于紫外线的吸收能力，另一方面使得炭黑的加入不易影响低温稳定性。
优选的，改性沥青混合料包括以下重量份组分：基质沥青120份、粉煤灰17份、改性炭黑10份和矿料550份，所述改性炭黑通过硫酸处理得到。
优选的，所述改性炭黑通过以下方法制得，将炭黑加入至5.5～6.4mol/L的硫酸中，然后放入50～60℃环境中反应5h～6h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.8～7；
干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量不大于硫酸和炭黑混合后总体积的四分之三。
通过采用上述技术方案，改性炭黑的制备方法具有工艺简单的优点。
优选的，所述改性炭黑通过以下方法制成：将炭黑加入至5.5～6.4mol/L的硫酸中，并放入50～60℃环境中反应5h～6h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.8～7，过滤得到酸化炭黑；
将四氯化钛加入至酸化炭黑中，混合均匀后置于室温下反应3～4h，干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量不大于硫酸和炭黑混合后总体积的四分之三，所述炭黑与四氯化钛的质量比为1：(0.3～0.5)。
通过采用上述技术方案，改性炭黑制备过程中，四氯化钛分解形成沉降于炭黑表面的二氧化钛，一方面有利于二氧化钛将紫外光进行屏蔽，从而进一步减少紫外光对沥青混合料的老化影响；另一方面使得二氧化钛在紫外光的作用下使炭黑表面的酚羟基分解，同时消耗掉沥青混合料老化产生的过氧化物，从而进一步降低紫外光对沥青混合料的老化影响。
优选的，所述改性沥青混合料还包括质量份为12～24份改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂。
通过采用上述技术方案，SBS中聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段明显地呈两相结构，聚丁二烯为连续相，聚苯乙烯为分散相，而这种两相分离结构使SBS能与沥青基质形成空间立体网络结构，从而有效改善沥青的抗老化性能，进而实现改善沥青混合料抗老化性能的目的。
优选的，所述改性沥青混合料还包括质量份为12～24份改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂、胶粉和糠醛油，所述SBS改性剂、胶粉和糠醛油的质量比为1：(3-4)：(1.5-3)，所述改性剂通过将SBS改性剂、胶粉和糠醛油混合均匀制得。
通过采用上述技术方案，将糠醛油、胶粉与SBS改性剂进行预混合制备成改性剂，当工作人员将改性剂与沥青混合后，SBS改性剂会在基质沥青中形成网络结构，而胶粉降解产生的橡胶烃分子链进入SBS网络结构中，与SBS网络结构进一步交联形成更为完善的三维结构，从而更有效的改善沥青的抗老化性能，进而实现改善沥青混合料抗老化性能的目的。
本申请提供了一种高延度高弹性改性沥青混合料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高延度高弹性改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤，
S1、称取各组分；
S2、取部分基质沥青与改性炭黑混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
通过采用上述技术方案，本申请的工艺具有操作简单的优点。
一种高延度高弹性改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤，
S1、称取各组分；
S2、将基质沥青与改性剂混合均匀得到改性沥青；
S3、取部分改性沥青与改性炭黑混合均匀后，将剩余改性沥青加入并混合均匀得到第一混合物；
S4、将第一混合物与其他组分混合均匀得到改性沥青混合料。
通过采用上述技术方案，本申请的工艺具有操作简单的优点。
1、由于采用改性炭黑，以使改性炭黑对紫外光进行吸收，从而获得降低紫外线照射对沥青的破坏，进而达到降低路面开裂破坏的目的。
2、改性炭黑制备时，四氯化钛分解从而形成沉降于炭黑表面的二氧化钛，一方面有利于二氧化钛将紫外光进行屏蔽，从而进一步减少紫外光对沥青混合料的老化影响；另一方面使得二氧化钛在紫外光的作用下使炭黑表面的酚羟基分解，同时消耗掉沥青混合料老化产生的过氧化物，从而阻止沥青混合料的进一步老化，进而达到降低紫外光对沥青混合料老化影响的目的。
3、本申请的方法，具有操作简单的优点。
具体实施方式
以下结合实施例和制备例对本申请作进一步详细说明。本申请中采用的物质均为市售，其中SBS改性剂选自长沙市神力化工科技有限公司的SBS热塑性弹性体3501；胶粉购自河北省厚康矿产品有限公司；糠醛油购自衡水奥达化工橡胶有限责任公司；沥青采用建隆沥青的国标70#沥青；矿料为AC-20型，矿料级配具体如下表所示：
制备例
制备例1
制备改性炭黑：将1kg炭黑加入至5.5mol/L的硫酸中，并放入50℃环境中反应5h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.8；
干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一。
制备例2
制备改性炭黑：将1kg炭黑加入至6mol/L的硫酸中，并放入55℃环境中反应5.5h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.9；
干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一。
制备例3
制备改性炭黑：将1kg炭黑加入至6.4mol/L的硫酸中，并放入60℃环境中反应6h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为7.0；
干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一。
制备例4
制备改性炭黑：将炭黑加入至6mol/L的硫酸中，并放入55℃环境中反应5.5h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.9，过滤得到酸化炭黑；
将四氯化钛加入至酸化炭黑中，搅拌均匀后置于室温下反应3h，干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一，所述炭黑与四氯化钛的质量比为1：0.3。
制备例5
制备改性炭黑：将炭黑加入至6mol/L的硫酸中，并放入55℃环境中反应5.5h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.9，过滤得到酸化炭黑；
将四氯化钛加入至酸化炭黑中，搅拌均匀后置于室温下反应3.5h，干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一，所述炭黑与四氯化钛的质量比为1：0.4。
制备例6
制备改性炭黑：将炭黑加入至6mol/L的硫酸中，并放入55℃环境中反应5.5h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.9，过滤得到酸化炭黑；
将四氯化钛加入至酸化炭黑中，混合均匀后置于室温下反应4h，干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量为硫酸和炭黑混合后总体积的二分之一，所述炭黑与四氯化钛的质量比为1：0.5。
制备例7
制备改性剂：称取1kgSBS改性剂、3kg胶粉和1.5kg糠醛油混合均匀后得到改性剂。
制备例8
制备改性剂：称取1kgSBS改性剂、3.5kg胶粉和2.5kg糠醛油混合均匀后得到改性剂。
制备例9
制备改性剂：称取1kgSBS改性剂、4kg胶粉和3kg糠醛油混合均匀后得到改性剂。
实施例
实施例1
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青100kg，粉煤灰15kg，制备例1制得的改性炭黑8kg，矿料500kg；
S2、取部分基质沥青与改性炭黑在155℃下混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
实施例2
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青130kg，粉煤灰20kg，制备例1制得的改性炭黑13kg，矿料600kg；
S2、取部分基质沥青与改性炭黑在155℃下混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
实施例3
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青120kg，粉煤灰17kg，制备例1制得的改性炭黑10kg，矿料550kg；
S2、取部分基质沥青与改性炭黑在155℃下混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于：改性炭黑采用的是制备例2制得的改性炭黑。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于：改性炭黑采用的是制备例3制得的改性炭黑。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于：改性炭黑采用的是制备例4制得的改性炭黑。
实施例7
本实施例与实施例3的区别在于：改性炭黑采用的是制备例5制得的改性炭黑。
实施例8
本实施例与实施例3的区别在于：改性炭黑采用的是制备例6制得的改性炭黑。
实施例9
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青120kg，粉煤灰17kg，制备例5制得的改性炭黑10kg，矿料550kg和制备例7制得的改性剂12kg；
S2、将基质沥青加热至155℃后，加入改性剂并混合均匀得到改性沥青；
S3、取部分改性沥青与改性炭黑混合均匀后，将剩余改性沥青加入并混合均匀得到第一混合物；
S4、将第一混合物与其他组分混合均匀得到改性沥青混合料。
实施例10
本实施例与实施例9的区别在于：改性剂为18kg。
实施例11
本实施例与实施例9的区别在于：改性剂为24kg。
实施例12
本实施例与实施例10的区别在于：改性剂为制备例8制得的。
实施例13
本实施例与实施例10的区别在于：改性剂为制备例9制得的。
实施例14
本实施例与实施例10的区别在于：改性剂为18kg的SBS改性剂。
对比例
对比例1
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青100kg，粉煤灰15kg，矿料500kg；
S2、将各组分混合均匀，得到沥青混合料。
对比例2
制备改性沥青混合料：
S1、称取各组分，基质沥青100kg，粉煤灰15kg，矿料500kg和炭黑8kg；
S2、取部分基质沥青与炭黑在155℃下混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
性能检测试验
检测方法
将实施例1-9和对比例1-2制备的沥青混合料均分为两组，其中一组不做处理，为未老化试样；
另一组试样在紫外老化试验在紫外老化箱中进行，紫外线强度为1200μw/cm2，老化温度为50℃，老化时间为7天，得到老化试样。
将老化试样和未老化试样按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中记载的方法制备冻融劈裂抗拉强度比、车辙试验的试样；
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中记载的方法对未老化试样和老化试样进行冻融劈裂抗拉强度比、弯曲试验、车辙试验进行检测，并根据检测结果进行比较，结果见表1。
表1
结合实施例1和对比例1、2并结合表1可以看出，当沥青混合料中加入本申请中的改性炭黑后，沥青混合料在经过紫外老化后表面无开裂，且试样的冻融劈裂强度残留比、车辙试验次数明显提高，其原因在于：改性炭黑的加入，一方面使得改性炭黑在沥青混合料中的分散性较好，从而降低了炭黑的加入对沥青混合料低温性能的影响，另一方面使得改性炭黑对紫外光进行吸收，从而降低了紫外光对沥青混合料的老化破坏情况。
结合实施例7和实施例3并结合表1可以看出，实施例7中的改性炭黑采用了四氯化钛对硫酸改性后的炭黑做进一步改性，使得沥青混合料老化后的冻融劈裂强度残留比和车辙试验性能明显提高，其原因在于：四氯化钛的加入，使得四氯化钛分解产生的二氧化钛沉降于炭黑表面，一方面使得二氧化钛对紫外光进行反射，以降低紫外光对沥青混合料的老化影响，另一方面使得二氧化钛在紫外光的作用下对炭黑表面的酚羟基进行光解，此过程中会消耗掉沥青混合料老化产生的过氧化物，从而使得被紫外光破坏的沥青混合料不易进一步被破坏，进而降低了紫外光对沥青混合料的老化影响。
结合实施例14和实施例10并结合表1可以看出，改性剂采用SBS改性剂、胶粉和糠醛油复配制得的改性剂时，改性沥青混合料的冻融劈裂强度残留比和车辙试验性能明显提高，其原因在于：当采用SBS改性剂、胶粉和糠醛油复配时，SBS改性剂在基质沥青中形成网络结构，而胶粉降解产生的橡胶烃分子链进入SBS网络结构中并与SBS网络结构进一步交联形成更为完善的三维结构，从而更有效的改善基质沥青的抗老化性能，进而实现改性沥青混合料抗老化性能的改善。
结合实施例14和实施例7并结合表1可以看出，当加入SBS改性剂后，改性沥青混合料的冻融劈裂强度残留比和车辙试验性能明显提高，其原因在于，SBS改性剂在基质沥青中形成三维结构，从而改善了基质沥青的抗老化性能，进而实现改善沥青混合料抗老化性能的目的。
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 (8)
1.一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份组分：基质沥青100~130份、粉煤灰15~20份、改性炭黑8-13份和矿料500~600份。
2.根据权利要求1所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于：所述改性沥青混合料包括以下重量份组分：基质沥青120份、粉煤灰17份、改性炭黑10份和矿料550份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于：所述改性炭黑通过以下方法制得，将炭黑加入至5.5~6.4mol/L的硫酸中，然后放入50~60℃环境中反应5h~6h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.8~7；
干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量不大于硫酸和炭黑混合后总体积的四分之三。
4.根据权利要求1或2所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于：所述改性炭黑通过以下方法制成：将炭黑加入至5.5~6.4mol/L的硫酸中，并放入50~60℃环境中反应5h~6h；
将反应后的炭黑取出并用去离子水冲洗至PH值为6.8~7，过滤得到酸化炭黑；
将四氯化钛加入至酸化炭黑中，混合均匀后置于室温下反应3~4h，干燥得到改性炭黑；其中炭黑加入量不大于硫酸和炭黑混合后总体积的四分之三，所述炭黑与四氯化钛的质量比为1：（0.3~0.5）。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于：所述改性沥青混合料还包括质量份为12~24份改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂。
6.根据权利要求1~4任意一项所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料，其特征在于：所述改性沥青混合料还包括质量份为12~24份改性剂，所述改性剂包括SBS改性剂、胶粉和糠醛油，所述SBS改性剂、胶粉和糠醛油的质量比为1：（3-4）：（1.5-3），所述改性剂通过将SBS改性剂、胶粉和糠醛油混合均匀制得。
7.如权利要求1~4任意一项所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、称取各组分;
S2、取部分基质沥青与改性炭黑混合均匀后，再将其余基质沥青加入并混合均匀，得到第一混合物；
S3、将其他组分与第一混合物混合均匀，得到沥青混合料。
8.如权利要求5或6所述的一种高延度高弹性改性沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、称取各组分;
S2、将基质沥青与改性剂混合均匀得到改性沥青；
S3、取部分改性沥青与改性炭黑混合均匀后，将剩余改性沥青加入并混合均匀得到第一混合物；
S4、将第一混合物与其他组分混合均匀得到改性沥青混合料。
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