CN111072311A - 一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂及制备方法,涉及沥青混凝土技术领域,该用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂由以下重量份的原料制成:锂基膨润土20‑32份、石墨粉5‑11份、短切纤维3.5‑6份、超支化聚酰胺酯5‑9份、腰果壳油改性酚醛树脂2‑5份、聚氧乙烯‑聚氧丙烯‑聚氧乙烯三嵌段共聚物4‑7份、硅烷偶联剂0.2‑0.6份。本发明制备得到的改性剂使沥青混凝土的抗车辙性能优异,并可提高沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性能以及水稳定性等,延长了沥青混凝土路面的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及沥青混凝土技术领域,具体涉及一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂及制备方法。
背景技术
随着社会和经济的快速发展,公路交通量不断上升,为了改善道路交通环境,提高驾驶的舒适性,沥青路面在我国近3年来的公路建设得到了广泛应用。沥青路面不但表面平整、驾驶舒适、振动小、噪音低,而且没有接缝、耐磨、没有灰尘、施工周期短,同时沥青路面也容易维护,适合于分期建设。正式由于这些特点,沥青混凝土路面才广泛用于城市道路的建设。
但是随着公路运输大型发展趋势愈加明显,使得公路上普通货运车辆出现了严重的超载现象。超载运输使许多沥青路面在通车不就就发生不同空类型的早期损坏,路面使用性能迅速恶化,氧化和管理费用成倍增长,在一定程度上造成巨大的经济损失,严重影响了公路的服务质量。通过研究发现,在沥青路面早期损坏中,车辙和路面微变形所引起的路面损坏所占比例有愈来愈大的趋势。车辙产生的主要原因是面层沥青混凝土设计模量偏低,高温稳定性较差,尤其是在超载、重载现象及其严重的情况下,在高温环境下混合料再车轮边缘处首先发生剪切破坏,从而导致车轮下方面的结构出现变形。
申请号为201410675480.1的中国专利公开了一种沥青混凝土改性剂及其应用,该改性剂包括硅锌矿,还包括红锌矿和黝锡矿;硅锌矿为纳米级硅锌矿粉,红锌矿为纳米级红锌矿粉,黝锡矿为纳米级黝锡矿粉。该发明通过研究表明,硅锌矿可以作为一种改性剂,该改性剂能提高沥青混合料铺筑时的路面性能;进一步的研究表明,红锌矿和黝锡矿能够明显提高沥青混合料的吸附功能,能吸附汽车尾气中的有害气体;同时,在沥青混凝土的表面改性剂中加入JL-G02FX型端胺基多元醇酯后,可提高红锌矿、硅锌矿和黝锡矿与沥青混凝土之间的相容性,无机微粉改性沥青具有良好的存储稳定性。但是该沥青混凝土改性剂的动稳定度并不理想,因此沥青混凝土路面使用一段时间后,易产生车辙,从而使沥青混凝土路的使用时间大打折扣。
膨润土资源丰富,价格便宜,申请号为200410069166.5的中国专利“一种膨润土组合物改性沥青及其制备方法”,膨润土用于改性沥青具有高温稳定、抗低温开裂和抗老化性能良好等特点,因此可以对膨润土进行进一步开发,使用其制备性能更加优异的沥青混凝土改性剂,具有较好的经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂及制备方法,制备得到的改性剂使沥青混凝土的抗车辙性能优异,并可提高沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性能以及水稳定性等,延长了沥青混凝土路面的使用寿命。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土20-32份、石墨粉5-11份、短切纤维3.5-6份、超支化聚酰胺酯5-9份、腰果壳油改性酚醛树脂2-5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物4-7份、硅烷偶联剂0.2-0.6份。
优选地,所述用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂由以下重量份的原料制成:锂基膨润土27份、石墨粉7份、短切纤维4.5份、超支化聚酰胺酯6.5份、腰果壳油改性酚醛树脂4份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.5份。
优选地,所述锂基膨润土的平均粒径为10-20μm。
优选地,所述石墨粉的平均粒径为5-15μm。
优选地,所述腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为10-30μm,1%≤游离酚含量≤1.6%。
优选地,所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为15000-25000。进一步优选地,所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
优选地,所述短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种的组合。
优选地,所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。
本发明中用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂的制备方法,包括以下步骤:将短切纤维、石墨粉、超支化聚酰胺酯置于高速混合机中混合均匀后,再加入硅烷偶联剂混合均匀,然后再加入锂基膨润土、腰果壳油改性酚醛树脂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物混合均匀,即得所述改性剂。
本发明的有益效果:
本发明中的改性剂中含有锂基膨润土,其中沥青中的物质***锂基膨润土的层间,锂基膨润土的层间结构部分剥离后形成剥离型纳米粒子,对于沥青混凝土具有一定的增强效果,且聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物也穿插至膨润土中,于锂基膨润土中形成一定的网络结构,在改性时,锂基膨润土吸收沥青中的软组分而发生溶胀,且胶质吸附胶团填充于锂基膨润土中,与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物形成三维网络结构,并可使得改性沥青中的胶团自由移动受阻,使得沥青混凝土的性能得到有效提高,特别使抗车辙性能提高。短切纤维、石墨粉与沥青结合牢固,可形成稳固的结构沥青膜,可有效提高沥青混凝土的粘结性以及温度敏感性。加入超支化聚酰胺酯可对短切纤维、石墨粉进行包裹,可使短切纤维、石墨粉与沥青混凝土的结合更加牢固,从而使沥青混凝土的机械性能更好。在此基础上,加入适量的硅烷偶联剂,增强各物质间的界面性能,增加了综合性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土27份、石墨粉7份、短切纤维4.5份、超支化聚酰胺酯6.5份、腰果壳油改性酚醛树脂4份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.5份。
锂基膨润土的平均粒径为10μm;石墨粉的平均粒径为8μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为15μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维按质量比1:1组成。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按质量比1:3组成。
实施例2:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土23份、石墨粉8份、短切玄武岩纤维5份、超支化聚酰胺酯6份、腰果壳油改性酚醛树脂4份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.4份。
锂基膨润土的平均粒径为15μm;石墨粉的平均粒径为10μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为22μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
实施例3:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土30份、石墨粉10份、短切纤维5份、超支化聚酰胺酯7.5份、腰果壳油改性酚醛树脂3.5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.3份。
锂基膨润土的平均粒径为12μm;石墨粉的平均粒径为7μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为20μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为18000。
短切纤维为短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维按质量比5:1组成。
硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷按质量比1:1组成。
实施例4:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土23份、石墨粉6份、短切碳纤维4份、超支化聚酰胺酯7份、腰果壳油改性酚醛树脂3份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.5份。
锂基膨润土的平均粒径为12μm;石墨粉的平均粒径为7μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为20μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为18000。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按质量比2:5组成。
实施例5:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润32份、石墨粉10份、短切超高分子量聚乙烯纤维4份、超支化聚酰胺酯8份、腰果壳油改性酚醛树脂3份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物5.5份、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.5份。
锂基膨润土的平均粒径为15μm;石墨粉的平均粒径为10μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为22μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
实施例6:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土25份、石墨粉8份、短切纤维5份、超支化聚酰胺酯7.5份、腰果壳油改性酚醛树脂3.5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.3份。
锂基膨润土的平均粒径为18μm;石墨粉的平均粒径为12μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为25μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维按质量比1:1:1组成。
实施例7:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土30份、石墨粉7份、短切玄武岩纤维5份、超支化聚酰胺酯8份、腰果壳油改性酚醛树脂3份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物5.5份、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.5份。
锂基膨润土的平均粒径为12μm;石墨粉的平均粒径为8μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为20μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为18000。
实施例8:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土20份、石墨粉8份、短切纤维3.5份、超支化聚酰胺酯8份、腰果壳油改性酚醛树脂2份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物7份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2份。
锂基膨润土的平均粒径为20μm;石墨粉的平均粒径为12μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为20μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为15000。
短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维按质量比2:1组成。
实施例9:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土32份、石墨粉5份、短切纤维4份、超支化聚酰胺酯5份、腰果壳油改性酚醛树脂3.5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物4份、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.4份。
锂基膨润土的平均粒径为10μm;石墨粉的平均粒径为5μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为10μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
短切纤维为短切碳纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维按质量比2:1组成。
实施例10:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土25份、石墨粉11份、短切纤维6份、超支化聚酰胺酯9份、腰果壳油改性酚醛树脂5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.6份。
锂基膨润土的平均粒径为15μm;石墨粉的平均粒径为15μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为30μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为25000。
短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维按质量比1:1:1组成。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷按质量比1:2组成。
实施例11:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土28份、石墨粉8份、短切纤维5份、超支化聚酰胺酯6份、腰果壳油改性酚醛树脂4份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物5份、硅烷偶联剂0.6份。
锂基膨润土的平均粒径为10μm;石墨粉的平均粒径为10μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为25μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为25000。
短切纤维为短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维按质量比1:1组成。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷按质量比1:1组成。
实施例12:
一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土22份、石墨粉6份、短切玄武岩纤维6份、超支化聚酰胺酯6.5份、腰果壳油改性酚醛树脂5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份。
锂基膨润土的平均粒径为15μm;石墨粉的平均粒径为10μm;腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为30μm,1%≤游离酚含量≤1.6%;聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
上述实施例1-12中,用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂的制备方法,包括以下步骤:将短切纤维、石墨粉、超支化聚酰胺酯置于高速混合机中混合均匀后,再加入硅烷偶联剂混合均匀,然后再加入锂基膨润土、腰果壳油改性酚醛树脂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物混合均匀,即得所述改性剂。
其中超支化聚酰胺酯由以下方法制备得到:将丁二酸酐和二乙醇胺在二甲基乙酰胺中等摩尔反应,再将所得单体与三乙醇胺在对甲苯磺酸的催化条件下酯化反应。
性能测试:
将实施例1-12中的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂用于改性沥青混凝土,改性沥青混凝土由以下质量百分比的原料比制成:玄武岩粗集料47%、石灰石细集料40%、石灰石矿粉6.5%、70#基质沥青4.5%、改性剂2%。
改性沥青混凝土的制备方法为:
(1)将70#基质沥青升温至110℃,并恒温50min进行脱水;
(2)将入玄武岩粗集料、石灰石细集料、石灰石矿粉烘干至恒重;
(3)将沥青继续升温至135℃,然后加入经步骤(2)烘干的玄武岩粗集料、石灰石细集料、石灰石矿粉以及实施例中1-12中制备得到的沥青混凝土改性剂(对照组不添加改性剂),搅拌均匀后,将得到沥青混凝土的性能进行检测。
对添加有该实施例1-12中用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂的改性沥青混凝土以及不添加沥青混凝土改性剂的沥青混凝土(对照组)进行车辙试验、马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲破坏试验,改性沥青混凝土的路用性能测试数据如表1所示。
表1:
从表1可用看出,添加有本发明实施例1-12中所制备的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂的沥青混凝土,车辙试验动稳定度>9956次/mm,远大于未添加改性剂的沥青混凝土,且其他综合性能也都明显优于未添加改性剂的沥青混凝土。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土20-32份、石墨粉5-11份、短切纤维3.5-6份、超支化聚酰胺酯5-9份、腰果壳油改性酚醛树脂2-5份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物4-7份、硅烷偶联剂0.2-0.6份。
2.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,由以下重量份的原料制成:锂基膨润土27份、石墨粉7份、短切纤维4.5份、超支化聚酰胺酯6.5份、腰果壳油改性酚醛树脂4份、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物6份、硅烷偶联剂0.5份。
3.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述锂基膨润土的平均粒径为10-20μm。
4.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述石墨粉的平均粒径为5-15μm。
5.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述腰果壳油改性酚醛树脂的平均粒径为10-30μm,1%≤游离酚含量≤1.6%。
6.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为15000-25000。
7.根据权利要求6所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的数均分子量为21000。
8.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述短切纤维为短切碳纤维、短切玄武岩纤维、短切超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂,其特征在于,所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于提高沥青混凝土抗车辙性能的改性剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将短切纤维、石墨粉、超支化聚酰胺酯置于高速混合机中混合均匀后,再加入硅烷偶联剂混合均匀,然后再加入锂基膨润土、腰果壳油改性酚醛树脂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物混合均匀,即得所述改性剂。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200428 |
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