CN1339524A - 硅改沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅改沥青改性剂及其制备方法,其是用硅藻土为原料,采用低温长烧和风选,对硅藻土进行提纯、改性和除杂,最终获得性能优良的粉状沥青改性剂。使用这种改性剂改性后的沥青,温度稳定性好,高温不流淌、低温不开裂,提高了沥青与矿料的粘附性及沥青路面的耐酸、耐磨、抗老化、抗滑性能,路面质量显著提高,使用寿命长,成本低廉,改性工艺简便,与沥青相容性好、不发生离析,大大减少养路费用。
Description
本发明涉及一种硅改沥青改性剂及其制备方法。
现有的高等级公路，有75％是采用沥青砼(即沥青混凝土)路面，而沥青砼路面所用的沥青是需要改性的。目前，用于沥青改性的改性剂主要是高分子聚合物，用渗入法，通过改善沥青的高温稳定性、耐疲劳性及低温抗裂性等来实现沥青的改性，例如：热塑性橡胶类的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、橡胶类的SBR(丁苯橡胶)、热塑性树脂类的EVA(乙烯-乙酸乙烯脂共聚物)等，这些改性剂经推广使用后发现有三个问题：其一是价格太高，如SBS每吨为11000元、SBR每吨为10000元、EVA每吨为16000元；其二是改性设备比较复杂，需要用胶体磨或高速剪切设备，费用也比较高；其三是改性剂与沥青的相容性不太好，加工后不立即使用便会发生离析，从而影响改性剂的质量。
本发明目的是提供一种硅改沥青改性剂，以克服高分子聚合物改性剂存在的不足。用这种改性剂对现有沥青进行改性并用于沥青砼路面，能实现高温不流淌、低温不开裂、耐久性好，路面使用寿命可达二十年以上，且成本低廉、改性工艺简便、与沥青相容性好、不发生离析。
本发明的另一个目的是提供硅改沥青改性剂的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：硅改沥青改性剂含有66～90％的SiO2、0～3％的水分，比表面积＞25m2/g、吸附量100～150％、振实容重380～400kg/m3、粒度200目、无团粒，不结块。
本发明所述硅改沥青改性剂的制备方法其制备工艺如下：
硅藻土→破碎→筛分→焙烧(提纯改性)→除杂→粉碎→风选→质检→产品。
本发明的硅改沥青改性剂的制备方法，其硅藻土的主要化学成分为SiO2，并含有一定量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O。
本发明的硅改沥青改性剂的制备方法，所述硅藻土的化学成份为55～80％的SiO2，12～18％Al2O3、6～8％Fe2O3、5～7％CaO、1～2％MgO、1～2％K2O、0.2～0.5％Na2O。
本发明的硅改沥青改性剂的制备方法，其制备工艺中，硅藻土的烧失量＞20％、SiO2含量＞55％，破碎至10～20cm，入窑焙烧，焙烧温度700～800℃，焙烧时间3～4h，保温时间2～3h，粉碎至200目。
本发明的硅改沥青改性剂，对基质沥青的改性效果有以下几点：
1.硅改沥青改性剂与基质沥青的相容性好。只需拌合几分钟便会均匀分散在基质沥青中，形成均匀混合体系，且具有良好的稳定性，这是任何聚合物改性剂所不能比拟的。
2.硅改沥青改性剂可改善基质沥青的温度稳定性。通过改性，沥青和沥青混合料的导热系数下降，热阻、冷阻值都有提高，因而冷、热稳定性都非常好，软化点可达60℃，在混合料中软化温度为170℃～180℃、闪点可到300℃以上、脆点降至-24℃。热阻比基质沥青高(见表1)，所以，在高温条件下沥青路面不会因沥青塑性变形而产生泛油、拥包、塑性变形等病害，低温条件下也不会开裂，大大减轻了气温、载重物对路面的影响，延长了路面的使用寿命。
表1 硅改沥青隔热性能试验
| 品 名 | 测温点 | 温度(℃) | ||||||
| 硅改沥青 | 高温路面温度 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140(开始软化) | 160(软化) |
| 距高温路面3cm处温度 | 24 | 25 | 26 | 28 | 31 | 34 | 38 | |
| 差 值 | 16 | 34 | 54 | 71 | 89 | 106 | 122 | |
由表1可看出，在地面承受高温时，下面的沥青始终低于基质沥青的软化点，因而硅改沥青不会产生塑性流动。
3.硅改沥青可提高基质沥青与矿料的粘附性。由于改性剂内比表面积大、有活性，吸附性强，硅改沥青的粘附性能可由4级提高到最高等级5级，因而沥青与矿料紧密粘附，使其稳定度提高、抗压强度提高、流值变小，见表2及表3：
表2 硅改沥青与矿料粘附性试验
| 矿料粒度(cm) | 矿料温度(℃) | 沥青温度(℃) | 矿料在沥青中的时间(S) | 试件在空气中的时间(min) | 水煮时间(min) | 沥青剥落程度(％) | 粘结性等级 |
| 13.2 | 105 | 150 | 45 | 15 | 3 | 0 | 5 |
表3 硅改沥青与马歇尔稳定试验
| 实测密度(g/cm3) | 理论密度(g/cm3) | 空隙率(％) | 粒料间空隙率(％) | 饱和度(％) | 稳定度(KN) | 流值(1/100mm) |
| 2.342 | 2.461 | 4.8 | 18.6 | 74.0 | 8.07 | 344 |
4.硅改沥青改性剂的性能很稳定。其主要矿物成份为蛋白石，主要化学成份为SiO2，表面粗糙，硬度为5.6～6.5，耐老化、耐磨、防滑，并有良好的补强作用，独特的微孔结构可使沥青路面不会反光，因而有利于行车安全。
总之，硅改沥青改性剂可使路面质量大大提高，延长了路面的使用寿命(可达20年以上)，因而可大幅度减少养路的维护、维修费用，其成本比进口沥青低34～40％。见表4及表5。
表4 硅改沥青改性剂的改性效果对比表
表5 硅改沥青改性剂与聚合物改性剂改性效果对比表
| 指 标 | 基质沥青 | 配入量(以占沥青％计) | 说 明 | ||
| 5 | 10 | 15 | |||
| 针入度(0.1mm) | 116 | 107 | 90 | 80 | 针入度变小，说明粘附性好 |
| 延度(cm) | 98 | 67 | 61 | 49 | 延度变小，说明塑性降低，特别适用于柔性沥青。 |
| 软化点(℃) | 45.5 | 46.5 | 49.0 | 52 | 软化点提高，说明温度稳定性好 |
| 对比项目 | 软化点 | 改性剂均匀度 | 施工工艺 | 用途 | 使用年限 | 成本 | 改性剂 | 使用基质沥青 |
| 硅改沥青(试验路) | 混合料软化温度160至180℃ | 呈棋盘式立体分布，均匀度很好 | 简单 | 发射场机场高等级公路 | 20年以上 | 0.66 | 原料丰富，生产工艺较简单 | 国产、进口皆可 |
| 聚合物改性沥青(首都机场路) | 55至60℃ | 高温、高压、机械强制拌合，均匀度仍不稳定 | 外国人操作，技术保密，加工费贵，设备复杂。 | 高等级公路 | 12年 | 1.0 | 原料有限、生产工艺比较复杂 | 进口沥青 |
下面给出本发明的实施例，它们不对本发明构成限制。
实施例：
实际用的主要设备为：φ3×7(m)立窑，锤式破碎机、雷蒙机，配套设备若干；所用原料为块状硅藻土，其中SiO2含量为55.1％，烧失量为24.41％，其它成份见表6；
为保证低温长烧达到提纯、改性的最佳效果，焙烧的块度一般以10～20cm大小为宜，将10T块状原料硅藻土，用人工碎至11cm，然后投入立窑中靠自燃焙烧，焙烧温度用热电偶控制在758℃，焙烧时间3小时42分钟，保温时间2小时40分钟，得米黄色块状半成品7.24T，有清脆的响声，无黑心；送入锤破车间后，碎至3mm小颗粒，再入3R雷蒙机，经粉碎、风选(提纯、分级)，风量为1.2～1.9万m3/h，风压为170～275pa，从大旋风集料器中出来的产品，送质检合格，包装入库。按该工艺生产的硅改沥青改性剂，性能优良，产品的成份及各项指标分别见表6及表7：
表6 原料及产品的成份
(％)
| 项目 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | 烧失量 | 合计 | SiO2提高率 | 产品实收率 |
| 原料 | 55.1 | 12.35 | 5.15 | 0.42 | 1.02 | 1.40 | 0.15 | 24.41 | 100 | ||
| 产品 | 69.14 | 17.83 | 8.68 | 0.72 | 0.79 | 1.56 | 0.11 | 1.17 | 100 | 15.04 | 72.24 |
表7 产品的各项指标
| 振实容重(Kg/m3) | 水分(％) | 比表面积(m2/g) | 吸附量(％) | 粒度(目) |
| 386 | 1.01 | 36.8 | 164 | 200 |
用硅改沥青改性剂50吨，拌混合料7690吨，在日通车1.7万辆的重交通公路上铺试验路4千米，经过两个夏天和一个冬天的考验，无任何早期破坏痕迹，被评为优良工程；对伊朗、埃索、台湾和国产重交90号等一般道路沥青进行改性，均获得良好的改性效果，特别是对能延长路面使用寿命的柔性沥青，效果更佳。
Claims (5)
1.一种硅改沥青改性剂，其特征是：含有66～90％的SiO2、0～3％的水分，比表面积＞25m2/g、吸附量100～150％、振实容重380～400kg/m3、粒度200目、无团粒，不结块。
2.一种硅改沥青改性剂的制备方法，其特征在于制备工艺如下：硅藻土→破碎→筛分→焙烧(提纯改性)→除杂→粉碎→风选→质检→产品。
3.根椐权利要求2所述的硅改沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述的硅藻土的主要化学成分为SiO2，并含有一定量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O。
4.根椐权利要求2所述的硅改沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述的硅藻土的化学成份为55-80％的SiO2，12～18％Al2O3、6～8％Fe2O3、5～7％CaO、1～2％MgO、1～2％K2O、0.2～0.5％Na2O。
5.根椐权利要求2所述的硅改沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述的制备工艺中，硅藻土的烧失量＞20％、SiO2含量＞55％，破碎至10～20cm，入窑焙烧，焙烧温度700～800℃，焙烧时间3～4h，保温时间2～3h，粉碎至200目。
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