CN105621914A - 一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法 - Google Patents

一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于道路建筑材料领域，具体涉及一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法。所述改性天然沸石温拌剂是由天然沸石经碱溶液处理、脂肪胺改性后获得。本发明所述改性天然沸石温拌剂的含水量较高，可有效降低沥青混合料的拌和与摊铺温度；其中的脂肪胺的非极性基团和沥青具有很强的亲合力，极性基团和集料(尤其是玄武岩等酸性集料)表面有很强的亲合力，能有效降低集料与沥青的界面自由能，改善沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性能，从而有效防止沥青路面出现水损害现象的发生；本发明制备的改性天然沸石温拌剂的原料易得、价格低廉，可显著降低温拌沥青混合料的成本，有利于广泛应用。

Description

一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法
技术领域
本发明属于道路建筑材料领域，具体涉及一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法。
背景技术
沥青路面铺筑主要是采用热拌沥青混合料技术，热拌沥青混合料是把沥青加热到150～170℃，矿料加热到180～200℃，以保证沥青混合料的拌和与压实。由于热拌沥青混合料拌合和压实温度高，不仅消耗大量的能源，而且会产生大量有毒有害气体和粉尘，严重危害施工人员身体健康，并加剧了沥青的老化，缩短了沥青路面的使用寿命。
为减少热拌沥青混合料的能耗，降低有毒有害气体和粉尘对环境的危害，许多国家致力于开发新技术来降低沥青混合料的拌和摊铺温度。在这一背景下，沥青混合料温拌技术应运而生。温拌沥青混合料技术是指通过一定的技术手段，使沥青和集料能在较低的温度下进行拌和及压实，同时还能保持其不低于热拌沥青混合料性能的技术。该项技术的关键在于在不损害沥青混合料性能的前提下，降低沥青在拌和压实温度下的粘度，起到温拌的效果。与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的拌合温度可以降低20～30℃，可减少约30％的能源消耗，CO2等废气排放量可减少约30％，粉尘排放量可减少40～50％，同时，由于拌和及施工温度的降低，沥青的热老化也得以减轻。
温拌沥青混合料因具有以上诸多优势而使温拌沥青混合料技术得到快速发展。目前，常用于温拌沥青混合料的技术主要有四种：(1)沸石类温拌技术；(2)泡沫沥青温拌技术；(3)有机降粘剂温拌技术；(4)乳化沥青温拌技术。其中，沸石类温拌技术是在沥青混合料拌和过程中添加沸石温拌剂。现有沸石温拌剂均采用人工合成沸石，合成沸石内部含水量约为21％，在85～182℃被释放。在向混合料中加入沥青的同时加入沸石，沸石中水分会随着时间的延长而慢慢释放出来，导致沥青产生连续发泡效应，从而起到润滑剂的作用，使沥青混合料拌和温度可降低至130℃左右，较热拌沥青混合料可降低拌和与摊铺温度20～30℃。然而，合成沸石成本高、价格贵，导致现有沸石温拌沥青混合料成本也大大提高。天然沸石是一种储量丰富、价格低廉的无机非金属矿物材料，其与合成沸石具有同样的结构，均为含水架状硅铝酸盐，但是天然沸石的内部含水量(小于10％)远低于合成沸石，将天然沸石作为温拌剂应用于沥青混合料的效果并不好。此外，由于沸石的加入对沥青与集料之间的粘附性有一定的影响，在水的作用下，沥青与集料易发生剥离，会降低沥青混合料的抗水损害能力。这些问题的存在，极大影响了沸石类温拌沥青混合料的推广应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种改性天然沸石温拌剂及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种改性天然沸石温拌剂，是由天然沸石经碱溶液处理、脂肪胺改性后获得。
上述方案中，所述天然沸石为天然斜发沸石或天然丝光沸石，其粒径大小为200目～300目。
上述方案中，所述脂肪胺为十八烷基胺。
上述方案中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
上述改性天然沸石温拌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)碱溶液处理：将天然沸石投入到碱溶液中，混合搅拌后过滤得到碱处理天然沸石；
(2)脂肪胺改性：将碱处理天然沸石投入到脂肪胺乙醇溶液中，混合搅拌后、过滤取固体组分，所述固体组分经干燥后即为改性天然沸石温拌剂。
上述方案中，所述碱溶液的浓度为0.5～1mol/L；所述天然沸石与碱溶液的质量体积比为20g～30g：100ml。
上述方案中，所述脂肪胺乙醇溶液的浓度为0.1～0.2mol/L，所述碱处理天然沸石与脂肪胺乙醇溶液的质量体积比为20g～30g：100ml。
上述方案中，所述干燥的温度为75～80℃，干燥的时间为2h～4h。
上述方案中，步骤(1)所述混合搅拌的时间为1h～1.5h；步骤(2)所述混合搅拌的时间为0.5h～1h。
本发明的有益效果如下：(1)本发明所述改性天然沸石温拌剂的含水量较高(大于15％)，可有效降低沥青混合料的拌和与摊铺温度；当改性天然沸石温拌剂与热沥青和热集料混合时，改性天然沸石温拌剂表面吸附的脂肪胺的非极性基团和沥青具有很强的亲合力，而极性基团和集料(尤其是玄武岩等酸性集料)表面有很强的亲合力，能有效降低集料与沥青的界面自由能，改善沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性能，从而有效防止沥青路面出现水损害的现象；(2)本发明制备的改性天然沸石温拌剂的原料易得、价格低廉，可显著降低温拌沥青混合料的成本，有利于广泛应用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种改性天然沸石温拌剂，通过如下方法制备得到：
(1)碱溶液处理：天然沸石原料为天然斜发沸石，细度为200目；将30g天然斜发沸石加入到100ml、0.5mol/L的氢氧化钠碱溶液中，混合搅拌1h，过滤获得碱处理天然斜发沸石；
(2)脂肪胺改性：将30g碱处理天然斜发沸石加入到浓度为0.1mol/L、100ml的十八烷基胺乙醇溶液中，混合搅拌1h，过滤获得的固体组分在80℃温度下干燥2h，即制得改性天然沸石温拌剂。
热失重(TG)测试表明，本实施例中天然斜发沸石的含水量为9％，经碱处理后的改性天然斜发沸石温拌剂的含水量为15％。
实施例2
一种改性天然沸石温拌剂，通过如下方法制备得到：
(1)碱溶液处理：天然沸石原料为天然斜发沸石，细度为250目；将25g天然斜发沸石加入到100ml、0.8mol/L的氢氧化钠碱溶液中，混合搅拌1.5h，过滤获得碱处理天然斜发沸石；
(2)脂肪胺改性：将25g碱处理天然斜发沸石加入到浓度为0.15mol/L、100ml的十八烷基胺乙醇溶液中，混合搅拌0.5h，过滤获得的固体组分在78℃温度下干燥3h，即制得改性天然沸石温拌剂。
热失重(TG)测试表明，本实施例中天然斜发沸石的含水量为9％，经碱处理后的改性天然斜发沸石温拌剂的含水量为17％。
实施例3
一种改性天然沸石温拌剂，通过如下方法制备得到：
(1)碱溶液处理：天然沸石原料为天然斜发沸石，细度为300目；将20g天然斜发沸石加入到100ml、1.0mol/L的氢氧化钠碱溶液中，混合搅拌1.5h，过滤获得碱处理天然斜发沸石；
(2)脂肪胺改性：将20g碱处理天然斜发沸石加入到浓度为0.2mol/L、100ml的十八烷基胺乙醇溶液中，混合搅拌0.75h，过滤获得的固体组分在75℃温度下干燥4h，即制得改性天然沸石温拌剂。
热失重(TG)测试表明，本实施例中天然斜发沸石的含水量为9％，经碱处理后的改性天然斜发沸石温拌剂的含水量为19％。
实施例4
一种改性天然沸石温拌剂，通过如下方法制备得到：
(1)碱溶液处理：天然沸石原料为天然丝光沸石，细度为200目；将30g天然丝光沸石加入到100ml、0.7mol/L的氢氧化钠碱溶液中，混合搅拌1.2h，过滤获得碱处理天然丝光沸石；
(2)脂肪胺改性：将30g碱处理天然丝光沸石加入到浓度为0.15mol/L、100ml的十八烷基胺乙醇溶液中，混合搅拌1h，过滤获得的固体组分在80℃温度下干燥2h，即制得改性天然沸石温拌剂。
热失重(TG)测试表明，本实施例中天然丝光沸石的含水量为8％，经碱处理后的改性天然丝光沸石温拌剂的含水量为16％。
实施例5
一种改性天然沸石温拌剂，通过如下方法制备得到：
(1)碱溶液处理：天然沸石原料为天然丝光沸石，细度为300目；将20g天然斜发沸石加入到100ml、1.0mol/L的氢氧化钠碱溶液中，混合搅拌1h，过滤获得碱处理天然丝光沸石；
(2)脂肪胺改性：将20g碱处理天然丝光沸石加入到浓度为0.18mol/L、100ml的十八烷基胺乙醇溶液中，混合搅拌0.6h，过滤获得的固体组分在78℃温度下干燥2.5h，即制得改性天然沸石温拌剂。
热失重(TG)测试表明，本实施例中天然丝光沸石的含水量为8％，经碱处理后的改性天然丝光沸石温拌剂的含水量为18％。
应用例1
分别称取天然斜发沸石和实施例1～3制备的改性天然斜发沸石温拌剂3份、石灰石集料910份、泰州70号沥青52份、矿粉35份。所用石灰石集料的合成级配见表1。集料和沥青分别加热到指定温度(详见表2)，然后将集料加入沥青混合料拌和机中，再加入沥青、天然斜发沸石或改性天然沸石温拌剂，机械拌和60s，最后加入矿粉，继续拌和60s，然后从拌和机中取出沥青混合料，进行压实成型，拌和温度和压实温度如表2所示。对所制备的AC-10温拌沥青混合料进行性能测试，测试结果列于表2。
表1AC-10矿料合成级配
表2天然斜发沸石和改性天然斜发沸石温拌沥青混合料的制备温度和性能比较
从表2可以看出，与未加温拌剂的常规热拌沥青混合料相比，掺加未经改性的天然斜发沸石的沥青混合料在降低20℃的拌和温度与压实温度后，沥青混合料的性能不符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)(以下简称规范)要求，其中稳定度为7.8kN低于规范要求的8.0kN，流值为4.2mm高于规范要求的2～4mm，浸水残留稳定度为78％低于规范要求的80％，冻融劈裂强度比为73.5％低于规范要求的75％，表明采用未经改性的天然斜发沸石不能作为温拌剂使用。而掺加改性天然斜发沸石温拌剂的沥青混合料在降低20～30℃的拌和温度与压实温度后，其性能均能满足规范要求。如拌和温度与压实温度分别降低了20℃的条件下，添加实施例1和实施例2所制备的温拌剂所制备的沥青混合料，马歇尔稳定度和流值与热拌沥青混合料相近，而浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比还高于热拌沥青混合料，表明其具有更好的抗水损坏性能。添加实施例3所制备的温拌剂后，沥青混合料的拌和温度与压实温度分别降低了30℃，所制备的沥青混合料的各项性能也均符合规范要求。
应用例2
分别称取天然丝光沸石和实施例4，5制备的改性天然丝光沸石温拌剂3份、玄武岩集料918份、SK-70沥青42份、矿粉37份。所用玄武岩集料的合成级配见表3。集料和沥青分别加热到指定温度(详见表4)，然后将集料加入沥青混合料拌和机中，再加入沥青、温拌剂，机械拌和60s，最后加入矿粉，继续拌和60s，然后从拌和机中取出沥青混合料，进行压实成型，拌和温度和压实温度如表4所示。对所制备的AC-16温拌沥青混合料进行性能测试，测试结果列于表4。
表3AC-16矿料合成级配
表4天然丝光沸石和改性天然丝光沸石温拌沥青混合料的制备温度和性能比较
表4数据表明，在降低20℃的拌和温度与压实温度后，掺加未经改性的天然丝光沸石的沥青混合料，其马歇尔稳定度、流值、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比均不符合规范要求，同样表明未经改性的天然丝光沸石不能作为温拌剂使用。掺加改性天然丝光沸石温拌剂的沥青混合料在降低20～30℃的拌和温度与压实温度后，其性能均能满足规范。如添加实施例4所制备的温拌剂后，沥青混合料的拌和温度与压实温度分别降低了20℃，温拌沥青混合料的孔隙率、马歇尔稳定度与流值均与热拌沥青混合料相近，浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比优于热拌沥青混合料。添加实施例5所制备的温拌剂后，沥青混合料的拌和温度与压实温度分别降低了30℃，温拌沥青混合料所制备的沥青混合料的各项性能也均符合规范要求，反映抗水损坏性能的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比还优于热拌沥青混合料。
综合表2与表4的试验结果，在达到相同的压实效果前提下，本发明的改性天然沸石温拌沥青混合料能显著降低沥青与集料拌合温度及成型温度，降温幅度为20～30℃，同时提高了沥青混合料的水稳定性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改性天然沸石温拌剂，其特征在于，所述改性天然沸石温拌剂是由天然沸石经碱溶液处理、脂肪胺改性后获得。
2.根据权利要求1所述的改性天然沸石温拌剂，其特征在于，所述天然沸石为天然斜发沸石或天然丝光沸石，所述天然沸石的粒径为200目~300目。
3.根据权利要求1所述的改性天然沸石温拌剂，其特征在于，所述脂肪胺为十八烷基胺。
4.根据权利要求1所述的改性天然沸石温拌剂，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
5.权利要求1~4所述改性天然沸石温拌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）碱溶液处理：将天然沸石投入到碱溶液中，混合搅拌后过滤得到碱处理天然沸石；
（2）脂肪胺改性：将碱处理天然沸石投入到脂肪胺乙醇溶液中，混合搅拌后、过滤取固体组分，所述固体组分干燥后即为改性天然沸石温拌剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述天然沸石与碱溶液的质量体积比为20g~30g:100ml，所述碱溶液的浓度为0.5～1mol/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪胺乙醇溶液的浓度为0.1～0.2mol/L；所述碱处理天然沸石与脂肪胺乙醇溶液的质量体积比为20g~30g：100ml。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为75～80℃，干燥时间为2h~4h。
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