CN105585279A - 一种改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改性沥青混合料，包括：矿料：100份，沥青：3～6份，有机化蒙脱土：0.05～1份。其中，有机化蒙脱土是以蒙脱土、多聚磷酸和胺类化合物为原料，通过对微米级蒙脱土颗粒表面改性和包覆多聚磷酸胺盐制备的具有核-壳结构的有机化蒙脱土道路沥青改性剂。这种核壳结构提高了蒙脱土无机粉体颗粒在沥青中的分散性和均匀性，很好地改善沥青的流变性能以及抗老化性能。使得本发明的改性沥青混合料具有很好的抗车辙性能、低温开裂性能和抗老化性能。

Description

一种改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青混合料技术领域，具体涉及一种改性沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青路面以其优良的路用性能已经成为各国高等级公路的首选路面类型。然而，沥青是一种有机材料，极易受到高温和紫外光辐射的影响而发生热氧和光氧老化，使沥青***变脆，导致沥青路面产生裂缝、车辙、坑槽、剥落等病害，这些病害严重影响了沥青的路用性能和使用寿命。
为了减少路面的早期损坏，研究者一直以来在开发和设计新的材料和路面结构，例如采用高聚物改性、物理改性和工艺改性等改性措施可以解决沥青结合料的低温开裂、疲劳开裂、温度稳定性及老化等问题。
层状硅酸盐可以赋予聚合物良好的热稳定性、阻燃性、阻隔性、导电性和可控的热膨胀性等，已成为聚合物高性能化和功能化的主要手段。近些年来蒙脱土(MMT)改性沥青也已受到国内外的广泛关注，研究表明MMT对沥青的物理性能、流变性能和抗老化性能有良好的改善效果。从而能很好地改善沥青混合料的抗老化、开裂、温度稳定性等性能。另外，蒙脱土又具有阻燃性和抑烟性能，能很好地减少热拌热铺沥青混合料中沥青烟的产生，具有减排环保的功效。如中国专利CN101525492A公开了一种层状硅酸盐纳米沥青改性剂，CN101817982A公开了一种纳米有机化蒙脱土和SBS改性沥青。但是采用这些方法制备的有机化蒙脱土改性剂都需要在较高的剪切速率及较长的剪切时间下，才能使蒙脱土充分均匀分散在沥青中，而且当有机化蒙脱土加入量增大的时候，很难形成稳定的剥离型蒙脱土结构。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性沥青混合料。本发明的另一目的在于进一步提高蒙脱土表面的强极性，从而提高蒙脱土无机粉体颗粒在沥青中的分散性和均匀性。最终提供一种能改善沥青老化性能和温度稳定性能的环保型改性沥青混合料。
本发明提供一种改性沥青混合料，按重量份计包括：
矿料：100份
沥青：3～6份
有机化蒙脱土：0.05～1份
本发明中，有机化蒙脱土是表面包覆多聚磷酸胺盐的具有核-壳结构的有机无机复合材料。即以蒙脱土、多聚磷酸（PPA）和胺类化合物为原料，通过对微米级蒙脱土颗粒表面改性和包覆多聚磷酸胺盐制备的具有核-壳结构的有机化蒙脱土道路沥青改性剂。其中各物质的重量含量为：
蒙脱土：10%～25%
多聚磷酸：20%～40%
胺类：35%～55%
所述的蒙脱土颗粒为微米级层状硅酸盐，蒙脱石含量大于96%。其粒径优选为5um至20um。其中所述的多聚磷酸的聚合度小于1000。
本发明中，胺类化合物可以是十二胺、十六胺、十八胺、乙二胺、仲丁胺、三辛胺、丙酰胺、丁酰胺、环己胺、对苯二胺等中的一种或多种。
本发明还提供了一种制备上述改性沥青混合料的方法，该方法包括以下步骤：
（1）制备有机化蒙脱土；
（2）将步骤（1）所制得的有机化蒙脱土加入到沥青中，剪切得到有机化蒙脱土改性沥青；
（3）将步骤（1）中所得的有机化蒙脱土改性沥青与矿料一起拌合，得到本发明的改性沥青混合料。
步骤（1）所述有机化蒙脱土的制备方法包括：
（1）在高速搅拌的条件下（1000～1500r/min），将蒙脱土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌如至少20min，优选25min-60min，抽滤。
（2）将步骤（1）中滤饼加入胺类乙醇溶液，加料完成后再搅拌30min～80min，抽滤。
（3）洗涤、真空干燥，最后得到颗粒状有机化蒙脱土。
步骤（2）将有机化蒙脱土加入到沥青中，所述沥青的温度为120℃～160℃，所述剪切为用高速剪切机在1000～3000r/min下剪切10min～40min。其中有机化蒙脱土和沥青添加量为：基础沥青3～6份；有机化蒙脱土0.05～1份。
步骤（3）中所述拌合为将加热至170℃～190℃的矿料投入拌合锅中拌合90s～100s。
本发明还提供了另一种制备本发明改性沥青混合料的方法，该方法包括以下步骤：
（1）制备有机化蒙脱土；
（2）将矿料中的集料加热至170℃～190℃，将沥青加热至140℃～170℃，然后将加热的沥青和集料投入拌合锅中拌合90s～100s。
（3）将有机化蒙脱土和矿料中的矿粉加入步骤（2）中的拌合锅，与拌合锅内的集料和沥青一起拌合100s～120s，得到本发明的改性沥青混合料。
其中的集料为粒径≥0.075mm的矿料，而矿粉为粒径＜0.075mm的矿料。
其中步骤（1）中有机化蒙脱土的制备方案如下：
（1）在高速搅拌的条件下（1000～1500r/min），将蒙脱土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌如至少20min，优选25min-60min，抽滤。
（2）将步骤（1）中滤饼加入胺类乙醇溶液，加料完成后再搅拌30min～80min，抽滤。
（3）洗涤、真空干燥，最后得到颗粒状有机化蒙脱土。
有机改性或无机-有机复合改性蒙脱土具有良好的分散性，例如将有机物通过化学键包覆在蒙脱土粉体表面，形成一种具有核-壳结构的疏水性有机无机复合材料，从而改变蒙脱土表面的强极性。可提高蒙脱土无机粉体颗粒在沥青中的分散性和均匀性，实现了有机物和无机物之间的优势互补。同时克服了传统无机物填充沥青的缺点，赋予材料优异的力学性能、抗疲劳性能、尺寸稳定性等，是优良的道路沥青改性剂。
本发明方法中，有机化蒙脱土的合成原理是在微米级蒙脱土表面接枝多聚磷酸长链，使其表面引入多个酸性羟基，再加入胺发生酸碱反应得到表面包覆多聚磷酸胺的有机无机复合材料。其反应机理：
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明中蒙脱土的层状结构可以很好地改善沥青的流变性能以及抗老化性能，增加沥青的硬度，提高沥青的抗热氧老化及抗光氧老化能力，从而改善沥青混合料的路用性能。无机蒙脱土经过有机化改性后，层间距会明显增大，使得蒙脱土与沥青的相容性变好，改性效果更优。
2、本发明通过在微米级蒙脱土颗粒表面生成化学键包覆多聚磷酸胺盐制备出了具有核-壳结构的有机无机复合材料，能通过化学键充分地将蒙脱土晶片隔离开，大大地提高蒙脱土的层间距，提高了蒙脱土无机粉体颗粒在沥青中的分散性和均匀性，本发明的有机化蒙脱土能在较低的剪切速率和较短剪切时间内和沥青混合均匀，形成剥离型蒙脱土改性沥青。
3、本发明制得的改性沥青混合料温度稳定性、抗老化性能高，并在热拌热铺时具有一定的抑烟效果，能有效降低拌合、摊铺过程中沥青烟和废气的释放量，燃烧时不产生卤化氢等有毒气体，对人体呼吸道及其他器官伤害小，因而具有良好的综合性能。制备工艺简单，生产无污染，生产成本较低，应用方便。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
本实施例的改性沥青混合料，由以下原料制成：矿料100kg，沥青3.5kg，有机化蒙脱土0.1kg，所述的沥青为普通70#沥青。
有机化蒙脱土按以下方法制备：
在高速搅拌（1500r/min）的条件下，将蒙脱土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌20min，抽滤。将滤饼加入十二胺乙醇溶液，加料完成后再搅拌lh，抽滤。洗涤、真空干燥，最后得到颗粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有机化蒙脱土。其中各物质的重量含量为：蒙脱土：25%；多聚磷酸：25%；十二胺：50%。
本实施例中改性沥青混合料的制备方法为：
（1）将所述的有机化蒙脱土加入到150℃的沥青中，用高速剪切机在1050r/min下剪切40min，得到有机化蒙脱土改性沥青。（2）将加热至175℃的矿料投入拌合锅中拌合90s。
（3）将步骤（1）中所述的有机化蒙脱土改性沥青加入到拌合锅中与矿料一起拌合100s，得到本发明的改性沥青混合料。
改性沥青及其混合料的性能如表1。
实施例2
本实施例的改性沥青混合料，由以下原料制成：矿料100kg，沥青5kg，有机化蒙脱土0.5kg，所述的沥青为普通70#沥青。
制备有机化蒙脱土：
在高速搅拌（1500r/min）的条件下，将蒙脱土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌20min，抽滤。将滤饼加入十六胺乙醇溶液，加料完成后再搅拌lh，抽滤。洗涤、真空干燥，最后得到颗粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有机化蒙脱土。其中各物质的重量含量为：蒙脱土：20%；多聚磷酸：40%；十六胺：40%。
本实施例中改性沥青混合料的制备方法为：
（1）将所述的有机化蒙脱土加入到150℃的沥青中，用高速剪切机在1050r/min下剪切40min，得到有机化蒙脱土改性沥青。
（2）将加热至175℃的矿料投入拌合锅中拌合90s。
（3）将步骤（1）中所述的有机化蒙脱土改性沥青加入到拌合锅中与矿料一起拌合100s，得到本发明的改性沥青混合料。
改性沥青及其混合料的性能如表1。
实施例3
本实施例的改性沥青混合料，由以下原料制成：矿料100kg，沥青4kg，有机化蒙脱土1kg，所述的沥青为普通70#沥青。
制备有机化蒙脱土：
在高速搅拌（1500r/min）的条件下，将蒙脱土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌20min，抽滤。将滤饼加入十八胺乙醇溶液，加料完成后再搅拌lh，抽滤。洗涤、真空干燥，最后得到颗粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有机化蒙脱土。其中各物质的重量含量为：蒙脱土：15%；多聚磷酸：35%；十八胺：50%。
本实施例中改性沥青混合料的制备方法为：
（1）将矿料中的集料加热至180℃，将沥青加热至170℃，然后将加热的沥青和集料投入拌合锅中拌合90s。
（2）将有机化蒙脱土和矿粉加入步骤（1）中的拌合锅，与拌合锅内的集料和沥青一起拌合110s，得到本发明的改性沥青混合料。
改性沥青混合料的性能如表1。
比较例1
本比较例的改性沥青混合料，有以下原料制成：矿料100kg，沥青3.5kg，蒙脱土0.1kg，所述的沥青为普通70#沥青。
本比较例中改性沥青混合料的制备方法为：
（1）将所述的蒙脱土加入到150℃的沥青中，用高速剪切机在6000r/min下剪切120min，得到蒙脱土改性沥青。
（2）将加热至175℃的矿料投入拌合锅中拌合90s。
（3）将步骤（1）中所述的蒙脱土改性沥青加入到拌合锅中与矿料一起拌合100s，得到本发明的改性沥青混合料。改性沥青及其混合料的性能如表1。
比较例2
本比较例的改性沥青混合料，由以下原料制成：矿料100kg，沥青3.5kg，有机化蒙脱土0.1kg，所述的沥青为普通70#沥青。
本比较例中改性沥青混合料的制备方法为：
（1）将矿料中的集料加热至180℃，将沥青加热至170℃，然后将加热的沥青和集料投入拌合锅中拌合90s。
（2）将有机化蒙脱土和矿粉加入步骤（1）中的拌合锅，与拌合锅内的集料和沥青一起拌合110s，得到本发明的改性沥青混合料。
其中有机化蒙脱土的制备方法为：
将十八烷基三甲基氯化铵有机化改性蒙脱土加入到150℃的70#沥青中，用高速剪切机在4000r/min下剪切100min，得到改性沥青。改性沥青混合料的性能如表1。
表1改性沥青及其混合料的性能指标
表1改性沥青及其的性能指标
从表1可以看出，本发明的改性沥青混合料具有很好的抗车辙性能、低温开裂性能、抗老化性能。通过在微米级蒙脱土颗粒表面生成化学键包覆多聚磷酸胺盐制备出了具有核-壳结构的有机化蒙脱土，提高了蒙脱土无机粉体颗粒在沥青中的分散性和均匀性，很好地改善沥青的流变性能以及抗老化性能。

Claims (13)

1.一种改性沥青混合料，其特征在于：按重量份计包括：
矿料：100份
沥青：3～6份
有机化蒙脱土：0.05～1份
其中所述有机化蒙脱土是表面包覆多聚磷酸胺盐的具有核-壳结构的有机无机复合材料。
2.按照权利要求1所述的改性沥青混合料，其特征在于：所述有机化蒙脱土为以蒙脱土、多聚磷酸和胺类化合物为原料，通过对蒙脱土颗粒表面改性和包覆多聚磷酸胺盐制备的具有核-壳结构的有机化蒙脱土道路沥青改性剂。
3.按照权利要求2所述的改性沥青混合料，其特征在于：其中蒙脱土、多聚磷酸和胺类化合物各物质的重量用量为：
蒙脱土：10%～25%
多聚磷酸：20%～40%
胺类：35%～55%。
4.按照权利要求2所述的改性沥青混合料，其特征在于：所述的蒙脱土颗粒为微米级层状硅酸盐，蒙脱石含量大于96%，其粒径为5um至20um。
5.按照权利要求2所述的改性沥青混合料，其特征在于：所述的多聚磷酸的聚合度小于1000。
6.按照权利要求2所述的改性沥青混合料，其特征在于：所述胺类化合物是十二胺、十六胺、十八胺、乙二胺、仲丁胺、三辛胺、丙酰胺、丁酰胺、环己胺、对苯二胺中的一种或多种。
7.一种改性沥青混合料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）制备有机化蒙脱土；
（2）将步骤（1）所制得的有机化蒙脱土加入到沥青中，剪切得到有机化蒙脱土改性沥青；
（3）将步骤（1）中所得的有机化蒙脱土改性沥青与矿料一起拌合，得到本发明的改性沥青混合料。
8.按照权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述有机化蒙脱土的制备方法包括：
（1）在1000～1500r/min的条件下，将蒙脱土加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌至少20min，优选25min-60min，抽滤；
（2）将步骤（1）中滤饼加入胺类乙醇溶液，加料完成后再搅拌30min～80min，抽滤；
（3）洗涤、真空干燥，最后得到颗粒状有机化蒙脱土。
9.按照权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤（2）将有机化蒙脱土加入到沥青中，所述沥青的温度为120℃～160℃，所述剪切为用高速剪切机在1000～3000r/min下剪切10min～40min。
10.按照权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于其中按重量份计，各物质的用量为：矿料：100份；基础沥青3～6份；有机化蒙脱土0.05～1份。
11.按照权利要求7所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述拌合为将加热至170℃～190℃的矿料投入拌合锅中拌合90s～100s。
12.一种改性沥青混合料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）制备有机化蒙脱土；
（2）将矿料中的集料加热至170℃～190℃，将沥青加热至140℃～170℃，然后将加热的沥青和集料投入拌合锅中拌合90s～100s；
（3）将有机化蒙脱土和矿料中的矿粉加入步骤（2）中的拌合锅，与拌合锅内的集料和沥青一起拌合100s～120s，得到本发明的改性沥青混合料。
13.按照权利要求12所述的改性沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤（1）中有机化蒙脱土的制备方案如下：
（1）在1000～1500r/min转速的搅拌条件下，将蒙脱土加入多聚磷酸乙醇溶液，持续搅拌至少20min，优选25min-60min，抽滤；
（2）将步骤（1）中滤饼加入胺类乙醇溶液，加料完成后再搅拌30min～80min，抽滤；
（3）洗涤、真空干燥，最后得到颗粒状有机化蒙脱土。
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