CN109748546A - 具环保功能的稀浆混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具环保功能的路用稀浆混合料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：矿矿料100份，改性乳化沥青10～12份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.5～3份，水泥0.5～3份，外加水5～10份，改善剂0.015～0.041份，稳定剂0.11～0.36份，偶联剂0.002～0.012份。本发明具环保功能的路用稀浆混合料属于环保无毒无腐蚀类复合稀浆混合料，路用性能良好且具有净化汽车尾气和吸附PM2.5的功能，在处治路面病害、显著提高路面服务水平的同时对于转变公路发展方式、推动公路建设和养护绿色健康发展也具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种具环保功能的路用稀浆混合料及其制备方法。
背景技术
雾霾的主要成分PM2.5是大气主要污染物之一，由于PM2.5颗粒物粒径较小，被吸入人体后容易引发包括哮喘、支气管炎和心血管等方面的疾病。同时，大气中PM2.5浓度增高可显著增加人体致癌风险。而城市热岛效应的出现导致了大气污染物持续聚集，在一定程度上加重了雾霾等大气污染的不利影响。在造成大气污染的诸多因素中，交通污染、工业污染等作为主要因素直接导致了我国大气污染逐步恶化。
在道路领域，随着汽车数量逐渐增多，使用范围越来越广，汽车尾气排放量大幅提升。汽车尾气是一种流动在大气中的污染源，其中含有一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、SO2和颗粒物（包括铅化合物、碳黑颗粒和油雾等）等气体污染物，不但会对生态环境造成直接污染，还会造成雾霾污染和城市热岛效应的急剧恶化。道路作为与大气接触的主要载体之一，与大气环境具有巨大的接触面，倘若能够提升道路对于汽车尾气污染物的净化和吸附效果，将会大幅度降低大气的污染程度，具有极高的社会和经济效益。
因此，十分有必要对汽车尾气净化路面材料开展研究，从而减少大气环境中的有害气体和颗粒物含量，缓解城市热岛效应和雾霾现象，保证道路环境的绿色环保可持续发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具环保功能的路用稀浆混合料及其制备方法，在保证稀浆混合料的路用性能的同时，减少大气环境中的有害气体和颗粒物含量，缓解城市热岛效应和雾霾现象。
TiO2作为一种环保型的催化剂，因其优异的光催化性能，主要应用在工业废水，生活污水处理，光自洁，净化涂料等领域。TiO2可以将CO，NOx，SO2，HC等污染物分解为无污染的CO2和H2O。该净化技术虽具有一定的净化效果，但存在净化和降解速率低、成本高、颗粒污染物吸附性能较差等缺点，无法满足道路领域的要求。
发明人在长期的科研实践中发现电气石矿物具有压电性和热电性的特点，在温度、压力变化的情况下，能引起电气石晶体的电势差，使周围的空气发生电离，所生成的电子附着于邻近的水和氧分子并使它转化为空气负离子，所产生的负离子在空气中移动，并将负电荷输送给细菌、灰尘、烟雾微粒以及水滴等，电荷与这些微粒相结合，能达到净化空气的目的。
因此，发明人采用电气石来改性纳米二氧化钛，在电气石粉体表面负载纳米二氧化钛，既可克服纳米二氧化钛难回收、易团聚等缺点，又使电气石微粒的天然电极性、红外辐射及释放负离子等环境功能属性与纳米二氧化钛光催化活性有机结合，从而能够提高二氧化钛的光催化效率，然而，目前采用电气石来改性纳米二氧化钛并作为汽车尾气净化路面材料的研究并未见报道。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：矿料100份，改性乳化沥青10～12份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.5～3份，水泥0.5～3份，外加水5～10份，改善剂0.015~0.041份，稳定剂0.11~0.36份，偶联剂0.002~0.012份。
优选的，所述矿料由粗集料、细集料和矿粉组成，所述矿料的级配类型为MS-2型或MS-3型。
优选的，所述改性乳化沥青为SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青中的至少一种。
优选的，所述水泥强度等级为32.5。
优选的，所述外加水为自来水。
优选的，所述改善剂为纳米粘土。
优选的，所述稳定剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。
优选的，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
上述具环保功能的路用稀浆混合料的制备方法，包括下列步骤：
（1）在容量500mL的三口烧杯中，加入300mL蒸馏水、10g电气石粉后，于5℃冷水浴中搅拌5min，在通风条件良好处，用胶头滴管吸取3mol/L TiCl4储备液1mL，缓慢地滴入混合液中；
（2）取实验室现配的1.5mol/L（NH4）2SO4溶液5mL及纯度为36%～38% HCl 3mL进行混合，然后滴入上述反应体系中，充分搅拌15min后，在磁力搅拌条件下升温至70℃并保温1h；
（3）使用一定体积比的稀氨水，将混合液的pH值调至4.4，静置反应2h。将反应液过滤，并用蒸馏水反复清洗沉淀。当洗液中用0.1mol/L AgNO3溶液检验无白色沉淀时，即洗液中无Cl-存在时即可，最后使用无水乙醇清洗滤纸上的沉淀；
（4）在真空干燥箱中干燥1h后，放入高温炉中升温至550℃并保温2h，经自然冷却后得到纳米二氧化钛电气石复合材料；
（5）将偶联剂用乙醇进行稀释，再将上述步骤（4）所得到的纳米二氧化钛电气石复合材料和改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良，即得到活化纳米二氧化钛电气石复合材料；
（6）将所述改性乳化沥青在25℃条件下搅拌，将步骤（5）所得活化纳米二氧化钛电气石复合材料和所述稳定剂加入在搅拌中的改性乳化沥青中，搅拌均匀后采用高速剪切机对改性乳化沥青进行剪切处理，剪切处理之后，即得到掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青；
（7）将所述矿料、水泥放入锅中拌匀，再将外加水倒入锅中拌匀，然后倒入步骤（6）制备的掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青，充分搅拌，即得到具环保功能的路用稀浆混合料。
优选的，在步骤（6）中，所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3000rpm的条件下高速剪切30min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1. 本发明具环保功能的路用稀浆混合料属于环保无毒无腐蚀类复合稀浆混合料，路用性能良好且具有净化汽车尾气和吸附PM2.5的功能，在处治路面病害、显著提高路面服务水平的同时对于转变公路发展方式、推动公路建设和养护绿色健康发展也具有重要意义。
2. 本发明具环保功能的路用稀浆混合料是在电气石粉体表面负载纳米二氧化钛，既可克服纳米二氧化钛难回收、易团聚等缺点，又使电气石微粒的天然电极性、红外辐射及释放负离子等环境功能属性与纳米二氧化钛光催化活性有机结合，能够提高二氧化钛的光催化效率。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青10.3份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.6份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.025份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.19份，偶联剂 0.006份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例2
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.6份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.025份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.19份，偶联剂0.009份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例3
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青11.7份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.6份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.025份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.25份，偶联剂0.006份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例4
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料1.2份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.025份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.25份，偶联剂0.009份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例5
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料1.8份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.029份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.19份，偶联剂0.006份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例6
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBS改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料2.4份，水泥1份，自来水8份，改善剂纳米粘土0.029份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.19份，偶联剂0.009份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例7
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBR改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料1.2份，水泥1.5份，自来水9份，改善剂纳米粘土0.029份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.25份，偶联剂0.006份本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
实施例8
一种具环保功能的路用稀浆混合料，由下列重量份的原料制成：MS-3型矿料100份，SBR改性乳化沥青10.8份，纳米二氧化钛电气石复合材料1.2份，水泥2份，自来水9份；改善剂纳米粘土0.029份，稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.25份，偶联剂0.009份，本实施例所述水泥强度等级为32.5，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
上述实施例1～8所述具环保功能的路用稀浆混合料的制备方法，包括下列步骤：
（1）在容量500mL的三口烧杯中，加入300mL蒸馏水、10g电气石粉后，于5℃冷水浴中搅拌5min，在通风条件良好处，用胶头滴管吸取3mol/L TiCl4储备液1mL，缓慢地滴入混合液中；
（2）取实验室现配的1.5mol/L（NH4）2SO4溶液5mL及纯度为36%～38% HCl 3mL进行混合，然后滴入上述反应体系中，充分搅拌15min后，在磁力搅拌条件下升温至70℃并保温1h；
（3）使用一定体积比的稀氨水，将混合液的pH值调至4.4，静置反应2h。将反应液过滤，并用蒸馏水反复清洗沉淀。当洗液中用0.1mol/L AgNO3溶液检验无白色沉淀时，即洗液中无Cl-存在时即可，最后使用无水乙醇清洗滤纸上的沉淀；
（4）在真空干燥箱中干燥1h后，放入高温炉中升温至550℃并保温2h，经自然冷却后得到纳米二氧化钛电气石复合材料；
（5）将酞酸酯偶联剂TMC-27用乙醇进行稀释，再将上述所得纳米二氧化钛电气石复合材料和改善剂纳米粘土的混合物加入酞酸酯偶联剂TMC-27的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良，即得到活化纳米二氧化钛电气石复合材料；
（6）将所述改性乳化沥青在25℃条件下搅拌，将步骤（5）所得活化纳米二氧化钛电气石复合材料和所述稳定剂二甲基丙烯酸乙二醇酯加入在搅拌中的改性乳化沥青中，搅拌均匀后采用高速剪切机对改性乳化沥青进行剪切处理，所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3000rpm的条件下高速剪切30min，剪切处理之后，即得到掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青；
（7）将所述矿料、水泥在锅中拌匀，再加入外加水拌匀，然后倒入步骤（6）制备得到的掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青，充分搅拌，即得到具环保功能的路用稀浆混合料。
对实施例1～8中制备得到的具环保功能的路用稀浆混合料进行路用性能试验，试验项目包括湿轮磨耗损失、负荷车轮黏附砂量、轮辙变形试验，用以测试本发明掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料稀浆混合料的路用性能，并与不添加纳米材料的普通改性乳化沥青稀浆混合料进行对比分析，试验结果见下表1。
表1 不同实施例所得具环保功能的路用稀浆混合料的
路用性能试验数据
。
从表1可知，本发明具环保功能的路用稀浆混合料满足《微表处和稀浆封层技术指南》的相关要求，其路用性能优于普通改性乳化沥青稀浆混合料，表明本发明制备得到的掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料稀浆混合料的路用性能优越。
对实施例6制备得到的具环保功能的路用稀浆混合料进行尾气净化及PM2.5吸附效果试验，试验检测设备为本申请自制的一种尾气净化及PM2.5吸附效果检测装置，试验具体检测结果如表2所示。
表2 实施例6所得具环保功能的路用稀浆混合料对
尾气净化及PM2.5吸附效果试验数据
。
表2试验结果表明：本发明制备得到的具环保功能的路用稀浆混合料对汽车尾气和PM2.5颗粒物的净化效率分别达到了以下效果：碳氢化合物32%、一氧化碳46%、氮氧化物100%、PM2.5颗粒物30%；而采用单一纳米二氧化钛材料汽对车尾气和PM2.5颗粒物的净化效率为：碳氢化合物23%、一氧化碳26%、一氧化氮50%，因此，本申请制备得到的掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料稀浆混合料对汽车尾气和PM2.5颗粒物的净化效率优于单一纳米二氧化钛材料对汽车尾气和PM2.5颗粒物的净化效率，能够提高二氧化钛的光催化效率。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (10)
1.一种具环保功能的路用稀浆混合料，由如下重量份数的原料制成：矿料100份，改性乳化沥青10～12份，纳米二氧化钛电气石复合材料0.5～3份，水泥0.5～3份，外加水5～10份，改善剂0.015~0.041份，稳定剂0.11~0.36份，偶联剂0.002~0.012份。
2.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述矿料由粗集料、细集料和矿粉组成，所述矿料的级配类型为MS-2型或MS-3型。
3.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述改性乳化沥青为SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述水泥强度等级为32.5。
5.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述外加水为自来水。
6.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述改善剂为纳米粘土。
7.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述稳定剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。
8.根据权利要求1所述的具环保功能的路用稀浆混合料，其特征在于，所述偶联剂为酞酸酯偶联剂TMC-27。
9.权利要求1所述具环保功能的路用稀浆混合料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化钛电气石复合材料的制备
取250～350mL蒸馏水、10g电气石粉加入烧杯中，在5℃冷水浴下搅拌4-5min，在通风条件下，取3mol/L TiCl4储备液0.8～1.2mL，缓慢滴入上述混合液中；再取1.5mol/L（NH4）2SO4溶液5mL及浓度为36%～38% HCl 3mL进行混合，然后滴入上述反应体系中，充分搅拌10～20min，在磁力搅拌下升温至70℃并保温0.5～1.5h；接着使用一定体积比的稀氨水调节上述混合液的pH值至4.4，静置反应1～2h后，过滤，先水洗至洗液中无Cl-存在，再使用无水乙醇清洗沉淀；最后将沉淀在真空干燥1h后，放入高温炉中升温至550℃并保温1～3h，经自然冷却，即得到纳米二氧化钛电气石复合材料；
（2）纳米二氧化钛电气石复合材料的活化
先将所述偶联剂用乙醇进行稀释，再将上述步骤（1）所得纳米二氧化钛电气石复合材料和所述改善剂的混合物加入偶联剂的稀释液中，充分搅拌后置于干燥箱中干燥除去乙醇，使各组分的混合效果及偶联效果优良，即得到活化纳米二氧化钛电气石复合材料；
（3）掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青的制备
将所述改性乳化沥青在25℃条件下搅拌，将步骤（2）所得活化纳米二氧化钛电气石复合材料和所述稳定剂加入到在搅拌中的改性乳化沥青中，搅拌均匀后采用剪切机对改性乳化沥青进行剪切处理，即得到掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青；
（4）掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料稀浆混合料的制备
将所述矿料、水泥放入锅中拌匀，再加入所述外加水拌匀，然后倒入步骤（3）制备的掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料改性乳化沥青，充分搅拌，即得到掺杂纳米二氧化钛电气石复合材料稀浆混合料。
10.据权利要求9所述的具环保功能的路用稀浆混合料的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述剪切处理的具体过程为：先在剪切速率为900rpm的条件下低速剪切8min，再在剪切速率为3000rpm的条件下高速剪切30min。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190514 |