CN1324086C - 一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青及其制备方法。所述沥青由层状硅酸盐粘土和沥青组成，各组分的重量配比分别是0.1～20%、80～99.9%。所述沥青的制备方法是：选用200～600目层状硅酸盐粘土作为道路石油沥青的改性剂，将过筛后的层状硅酸盐粘土加入到熔融的沥青中，维持温度为100～200℃，并在1000～6000rpm/min转速下，高速搅拌0.5～8小时，使其共混均匀而制得层状硅酸盐粘土纳米改性沥青。本发明工艺简单，所制得的层状硅酸盐粘土纳米改性沥青不仅能够显著提高沥青的抗车辙能力，而且能有效降低沥青的温度敏感性，使沥青能适用于环境温度更高的地区。此外，本发明具有较高的性能价格比。

Description

一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明是一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青是由沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃等组分组成的，其实质上是一种组成极其复杂的高分子混合物。由于沥青路面具有刚柔相济的特点，能够提供良好的使用性能，因而被广泛使用于公路的路面建设。
近几年，随着交通量的增大、轴载的加重以及交通的渠化，车辙是沥青路面最主要的早期破坏现象。有些高速公路路段通车后，经历第一个夏季的高温期就产生深度为10mm～50mm的车辙，有的甚至达到100mm。路面出现车辙易导致：路面平整度降低；轮迹处沥青层厚度减薄，削弱面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发其它的损害；雨天排水不畅，降低路面抗滑能力；车辆超车或更换车道时方向失控，影响车辆行驶安全。由此可见，车辙不但会显著降低路面的使用寿命，而且会严重影响路面的服务水平。为此，美国的SHRP(Strategic Highway Research Program)提出了一项指标G*/Sinδ(车辙因子)，以此来评价改性沥青材料的抗车辙能力，即抵抗流动变形的能力。测试时将动态剪切流变仪的频率设定为10rad/s(接近汽车轮胎对路面施加载荷的频率)，对样品进行温度扫描，同一温度下的G*/Sinδ越大，表示沥青抗车辙能力越好，该沥青能适用于环境温度更高的地区。
沥青的温度感应性(简称感温性)是决定沥青使用时的工作性以及应用于路面中的服务性的重要指标。更确切地说，沥青路面的抗车辙能力、抗低温开裂能力和耐久性等主要技术性质均与沥青的感温性有内在联系。对于道路沥青材料来说，感温性越小越好。针入度指数(PI)是衡量沥青感温性的一种重要指标。PI值越大的沥青，温度敏感性小。一般来说，PI小于-2的沥青，属于溶胶型；PI大于+2的沥青，属于凝胶型；PI在-2～+2之间的沥青，属于溶凝胶型。
层状硅酸盐粘土是由二层硅氧四面体片夹一层铝(镁)氧(氢氧)八面体片构成的2∶1型含结晶水的硅酸盐矿物，其层间距一般为1nm左右。通过适当方法可将沥青插入层状硅酸盐粘土的层间空隙中，使层间距扩大或促使层片逐层剥落并均匀分散在沥青基体中，实现两者纳米尺度的复合。为有利于沥青在层状硅酸盐粘土中的插层，可以采用有机化粘土。所谓有机化粘土是指利用有机插层剂通过阳离子交换处理的层状硅酸盐粘土。有机化处理后的粘土内外表面由亲水性转为亲油性，硅酸盐的表面能降低，层间距扩大，利于沥青插层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提高道路沥青的抗车辙能力，降低其温度敏感性，使沥青用于道路建设能适用于环境温度更高的地区。
本发明解决其技术问题采用如下的技术方案：
本发明提供的层状硅酸盐粘土纳米改性沥青由层状硅酸盐粘土和沥青组成，各组分的重量配比分别是0.1～20％、80～99.9％。
本发明提供的层状硅酸盐粘土纳米改性沥青的制备方法是：选用层状硅酸盐粘土作为石油沥青的改性剂，采用熔融插层法，按下述步骤制得层状硅酸盐粘土纳米改性沥青。
(1)将层状硅酸盐粘土研磨，用200～600目的筛子过筛；
(2)将过筛后的层状硅酸盐粘土加入到熔融的沥青中，其重量配比分别是0.1～20％、80～99.9％；
(3)维持温度为100～200℃，并在1000～6000rpm/min转速下，高速搅拌0.5～8小时，使其共混均匀而制成层状硅酸盐粘土纳米改性沥青。
本发明具有如下的主要的优点：
其一.采用熔融插层的方法，使沥青分子链插入层状硅酸盐粘土的层间空隙中，促使层间距扩大或层片逐层剥落并均匀分散在沥青基体中，实现两者纳米尺度的复合，工艺简单方便。
其二.能显著提高沥青的抗车辙能力，并能有效降低沥青的温度敏感性，使沥青用于道路建设能适用于环境温度更高的地区。
其三.所用原料可为市售的各种层状硅酸盐粘土矿物，适应面广。
其四.具有较高的性价比，可有效降低成本，是一种新型的沥青路面材料。
具体实施方式
本发明选用层状硅酸盐粘土作为石油沥青的改性剂，采用熔融插层法，制得层状硅酸盐粘土纳米改性沥青，该改性沥青的制备方法采用如下的具体步骤：
(1)将层状硅酸盐粘土研磨，用200～600目的筛子过筛。
(2)将过筛后的层状硅酸盐粘土加入到熔融的沥青中，其重量配比分别是0.1～20％、80～99.9％。
(3)维持温度为100～200℃，并在1000～6000rpm/min转速下，高速搅拌0.5～8小时，使其共混均匀而制成层状硅酸盐粘土纳米改性沥青。
上述的层状硅酸盐粘土为蒙脱土、累脱石或蛭石的一种或一种以上的混合物。所用粘土为市售产品，其可以是普通层状硅酸盐粘土，也可以是经过有机化改性处理的有机化粘土，一般选用有机化粘土。经XRD测试，所用粘土的层间距为0.8～3nm，粘土层间距越大，改性沥青的性能越好。
本发明所用沥青是道路石油沥青，沥青的软化点为35～65℃，沥青的针入度(25℃)大于40。
下面借助于具体实施例对本发明做出进一步的说明。
实施例1
将0.5份(质量份数，以下同)有机化蒙脱土(粒径325目，层间距为2.3nm)加到99.5份熔融的泰州70号重交道路沥青(软化点47℃，针入度为75)中，保持温度为145℃，在3000rpm/min的剪切速率下高速搅拌60min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，泰州70号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.042，64℃车辙因子为0.830，本例中所制得的改性沥青的PI为-0.77，64℃车辙因子为2.047。
实施例2
将1份普通钠基蒙脱土(粒径为300目，层间距为1.1nm)加到99份熔融的泰州70号重交通道路沥青中，保持温度为150℃，在3000rpm/min的剪切速率下高速搅拌120min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，泰州70号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.042，64℃车辙因子为0.830，本例中所制得的改性沥青的PI为-0.61，64℃车辙因子为1.802。
实施例3
将3份普通累脱石(粒径为325目，层间距为1.2nm)加到97份熔融的SK-90号重交通道路沥青(软化点46℃，针入度为93)中，保持温度为152℃，在3500rpm/min的剪切速率下高速搅拌120min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，SK-90号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.15，64℃车辙因子为0.910，本例中所制得的改性沥青的PI为-0.48，64℃车辙因子为1.743。
实施例4
将5份普通钠基蒙脱土(粒径350目，层间距为1.1nm)加到95份熔融的泰州70号重交通道路沥青中，保持温度为157℃，在4000rpm/min的剪切速率下高速搅拌120min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，泰州70号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.042，64℃车辙因子为0.830，本例中所制得的改性沥青的PI为-0.37，64℃车辙因子为1.608。
实施例5
将7份有机化蒙脱土(粒径400目，层间距离为2.1nm)加到93份熔融的泰州70号重交通道路沥青中，保持温度为163℃，在4000rpm/min的剪切速率下高速搅拌150min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，泰州70号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.042，64℃车辙因子为0.830，本例中所制得的改性沥青的PI为-0.24，64℃车辙因子为2.530。
实施例6
将10份有机化累脱石(粒径550目，层间距为2.2nm)加到90份熔融的SK-90号重交通道路沥青中，保持温度为165℃，在5000rpm/min的剪切速率下高速搅拌90min，使其混合均匀，即得到改性沥青产品。经测试，SK-90号重交沥青的针入度指数(PI)为-1.15，64℃车辙因子为0.910，本例中所制得的改性沥青的PI为0.83，64℃车辙因子为3.020。
上述实施例仅用于对本发明作进一步的说明，而不是对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种改性沥青，其特征是一种层状硅酸盐粘土纳米改性沥青，由层状硅酸盐粘土和沥青组成，各组分的重量配比分别是0.1～20％、80～99.9％。
2.一种改性沥青的制备方法，其特征是选用层状硅酸盐粘土作为改性剂，采用熔融插层法，按下述步骤制得层状硅酸盐粘土纳米改性沥青，
(1)将层状硅酸盐粘土研磨，用200～600目的筛子过筛，
(2)将过筛后的层状硅酸盐粘土加入到熔融的沥青中，其重量配比分别是0.1～20％、80～99.9％，
(3)维持温度为100～200℃，并在1000～6000rpm/min转速下，高速搅拌0.5～8小时，使其共混均匀而制得层状硅酸盐粘土纳米改性沥青。
3.根据权利要求2所述的改性沥青的制备方法，其特征在于：层状硅酸盐粘土为普通的或经过有机化改性处理的粘土，层间距为0.8～3nm。
4.根据权利要求3所述的层状硅酸盐粘土，其特征在于：层状硅酸盐粘土为蒙脱土、累脱石或蛭石矿物的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求2所述的改性沥青的制备方法，其特征在于：沥青是道路石油沥青。
6.根据权利要求5所述的改性沥青的制备方法，其特征在于沥青的软化点为35～65℃，在25℃温度下，沥青的针入度大于40。
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