專利名稱：一種層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青是由瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香烴和飽和烴等組分組成的，其實質(zhì)上是一種組成極其復(fù)雜的高分子混合物。由于瀝青路面具有剛?cè)嵯酀?jì)的特點(diǎn)，能夠提供良好的使用性能，因而被廣泛使用于公路的路面建設(shè)。
近幾年，隨著交通量的增大、軸載的加重以及交通的渠化，車轍是瀝青路面最主要的早期破壞現(xiàn)象。有些高速公路路段通車后，經(jīng)歷第一個夏季的高溫期就產(chǎn)生深度為10mm～50mm的車轍，有的甚至達(dá)到100mm。路面出現(xiàn)車轍易導(dǎo)致路面平整度降低；輪跡處瀝青層厚度減薄，削弱面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，從而易于誘發(fā)其它的損害；雨天排水不暢，降低路面抗滑能力；車輛超車或更換車道時方向失控，影響車輛行駛安全。由此可見，車轍不但會顯著降低路面的使用壽命，而且會嚴(yán)重影響路面的服務(wù)水平。為此，美國的SHRP(Strategic Highway Research Program)提出了一項指標(biāo)G*/Sinδ(車轍因子)，以此來評價改性瀝青材料的抗車轍能力，即抵抗流動變形的能力。測試時將動態(tài)剪切流變儀的頻率設(shè)定為10rad/s(接近汽車輪胎對路面施加載荷的頻率)，對樣品進(jìn)行溫度掃描，同一溫度下的G*/Sinδ越大，表示瀝青抗車轍能力越好，該瀝青能適用于環(huán)境溫度更高的地區(qū)。
瀝青的溫度感應(yīng)性(簡稱感溫性)是決定瀝青使用時的工作性以及應(yīng)用于路面中的服務(wù)性的重要指標(biāo)。更確切地說，瀝青路面的抗車轍能力、抗低溫開裂能力和耐久性等主要技術(shù)性質(zhì)均與瀝青的感溫性有內(nèi)在聯(lián)系。對于道路瀝青材料來說，感溫性越小越好。針入度指數(shù)(PI)是衡量瀝青感溫性的一種重要指標(biāo)。PI值越大的瀝青，溫度敏感性小。一般來說，PI小于-2的瀝青，屬于溶膠型；PI大于+2的瀝青，屬于凝膠型；PI在-2～+2之間的瀝青，屬于溶凝膠型。
層狀硅酸鹽粘土是由二層硅氧四面體片夾一層鋁(鎂)氧(氫氧)八面體片構(gòu)成的2∶1型含結(jié)晶水的硅酸鹽礦物，其層間距一般為1nm左右。通過適當(dāng)方法可將瀝青插入層狀硅酸鹽粘土的層間空隙中，使層間距擴(kuò)大或促使層片逐層剝落并均勻分散在瀝青基體中，實現(xiàn)兩者納米尺度的復(fù)合。為有利于瀝青在層狀硅酸鹽粘土中的插層，可以采用有機(jī)化粘土。所謂有機(jī)化粘土是指利用有機(jī)插層劑通過陽離子交換處理的層狀硅酸鹽粘土。有機(jī)化處理后的粘土內(nèi)外表面由親水性轉(zhuǎn)為親油性，硅酸鹽的表面能降低，層間距擴(kuò)大，利于瀝青插層。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高道路瀝青的抗車轍能力，降低其溫度敏感性，使瀝青用于道路建設(shè)能適用于環(huán)境溫度更高的地區(qū)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用如下的技術(shù)方案本發(fā)明提供的層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青由層狀硅酸鹽粘土和瀝青組成，各組分的重量百分比分別是0.1～20、80～99.9。
本發(fā)明提供的層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青的制備方法是選用層狀硅酸鹽粘土作為石油瀝青的改性劑，采用熔融插層法，按下述步驟制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青。
(1)將層狀硅酸鹽粘土研磨，用200～600目的篩子過篩；(2)將過篩后的層狀硅酸鹽粘土加入到熔融的瀝青中，其重量百分比分別是0.1～20、80～99.9；(3)維持溫度為100～200℃，并在1000～6000rpm/min轉(zhuǎn)速下，高速攪拌0.5～8小時，使其共混均勻而制成層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青。
本發(fā)明具有如下的主要的優(yōu)點(diǎn)其一.采用熔融插層的方法，使瀝青分子鏈插入層狀硅酸鹽粘土的層間空隙中，促使層間距擴(kuò)大或?qū)悠饘觿兟洳⒕鶆蚍稚⒃跒r青基體中，實現(xiàn)兩者納米尺度的復(fù)合，工藝簡單方便。
其二.能顯著提高瀝青的抗車轍能力，并能有效降低瀝青的溫度敏感性，使瀝青用于道路建設(shè)能適用于環(huán)境溫度更高的地區(qū)。
其三.所用原料可為市售的各種層狀硅酸鹽粘土礦物，適應(yīng)面廣。
其四.具有較高的性價比，可有效降低成本，是一種新型的瀝青路面材料。
具體實施例方式
本發(fā)明選用層狀硅酸鹽粘土作為石油瀝青的改性劑，采用熔融插層法，制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青，該改性瀝青的制備方法采用如下的具體步驟(1)將層狀硅酸鹽粘土研磨，用200～600目的篩子過篩。
(2)將過篩后的層狀硅酸鹽粘土加入到熔融的瀝青中，其重量百分比分別是0.1～20、80～99.9。
(3)維持溫度為100～200℃，并在1000～6000rpm/min轉(zhuǎn)速下，高速攪拌0.5～8小時，使其共混均勻而制成層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青。
上述的層狀硅酸鹽粘土為蒙脫土、累脫石或蛭石的一種或一種以上的混合物。所用粘土為市售產(chǎn)品，其可以是普通層狀硅酸鹽粘土，也可以是經(jīng)過有機(jī)化改性處理的有機(jī)化粘土，一般選用有機(jī)化粘土。經(jīng)XRD測試，所用粘土的層間距為0.8～3nm，粘土層間距越大，改性瀝青的性能越好。
本發(fā)明所用瀝青是道路石油瀝青，瀝青的軟化點(diǎn)為35～65℃，瀝青的針入度(25℃)大于40dmm。
下面借助于具體實施例對本發(fā)明做出進(jìn)一步的說明。
實施例1將0.5份(質(zhì)量份數(shù)，以下同)有機(jī)化蒙脫土(粒徑325目，層間距為2.3nm)加到99.5份熔融的泰州70號重交道路瀝青(軟化點(diǎn)47℃，針入度75dmm)中，保持溫度為145℃，在3000rpm/min的剪切速率下高速攪拌60min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，泰州70號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.042，64℃車轍因子為0.830，本例中所制得的改性瀝青的PI為-0.77，64℃車轍因子為2.047。
實施例2將1份普通鈉基蒙脫土(粒徑為300目，層間距為1.1nm)加到99份熔融的泰州70號重交通道路瀝青中，保持溫度為150℃，在3000rpm/min的剪切速率下高速攪拌120min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，泰州70號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.042，64℃車轍因子為0.830，本例中所制得的改性瀝青的PI為-0.61，64℃車轍因子為1.802。
實施例3將3份普通累脫石(粒徑為325目，層間距為1.2nm)加到97份熔融的SK-90號重交通道路瀝青(軟化點(diǎn)46℃，針入度93dmm)中，保持溫度為152℃，在3500rpm/min的剪切速率下高速攪拌120min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，SK-90號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.15，64℃車轍因子為0.910，本例中所制得的改性瀝青的PI為-0.48，64℃車轍因子為1.743。
實施例4將5份普通鈉基蒙脫土(粒徑350目，層間距為1.1nm)加到95份熔融的泰州70號重交通道路瀝青中，保持溫度為157℃，在4000rpm/min的剪切速率下高速攪拌120min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，泰州70號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.042，64℃車轍因子為0.830，本例中所制得的改性瀝青的PI為-0.37，64℃車轍因子為1.608。
實施例5將7份有機(jī)化蒙脫土(粒徑400目，層間距離為2.1nm)加到93份熔融的泰州70號重交通道路瀝青中，保持溫度為163℃，在4000rpm/min的剪切速率下高速攪拌150min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，泰州70號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.042，64℃車轍因子為0.830，本例中所制得的改性瀝青的PI為-0.24，64℃車轍因子為2.530。
實施例6將10份有機(jī)化累脫石(粒徑550目，層間距為2.2nm)加到90份熔融的SK-90號重交通道路瀝青中，保持溫度為165℃，在5000rpm/min的剪切速率下高速攪拌90min，使其混合均勻，即得到改性瀝青產(chǎn)品。經(jīng)測試，SK-90號重交瀝青的針入度指數(shù)(PI)為-1.15，64℃車轍因子為0.910，本例中所制得的改性瀝青的PI為0.83，64℃車轍因子為3.020。
上述實施例僅用于對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，而不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種改性瀝青，其特征是一種層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青，由層狀硅酸鹽粘土和瀝青組成，各組分的重量百分比分別是0.1～20、80～99.9。
2.一種改性瀝青的制備方法，其特征是選用層狀硅酸鹽粘土作為改性劑，采用熔融插層法，按下述步驟制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青，(1)將層狀硅酸鹽粘土研磨，用200～600目的篩子過篩，(2)將過篩后的層狀硅酸鹽粘土加入到熔融的瀝青中，其重量百分比分別是0.1～20、80～99.9，(3)維持溫度為100～200℃，并在1000～6000rpm/min轉(zhuǎn)速下，高速攪拌0.5～8小時，使其共混均勻而制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性瀝青的制備方法，其特征在于層狀硅酸鹽粘土為普通的或經(jīng)過有機(jī)化改性處理的粘土，層間距為0.8～3nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層狀硅酸鹽粘土，其特征在于層狀硅酸鹽粘土為蒙脫土、累脫石或蛭石礦物的一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性瀝青的制備方法，其特征在于瀝青是道路石油瀝青。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改性瀝青的制備方法，其特征在于瀝青的軟化點(diǎn)為35～65℃，在25℃溫度下，瀝青的針入度大于40dmm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青及其制備方法。所述瀝青由層狀硅酸鹽粘土和瀝青組成，各組分的重量百分比分別是0.1～20、80～99.9。所述瀝青的制備方法是選用200～600目層狀硅酸鹽粘土作為道路石油瀝青的改性劑，將過篩后的層狀硅酸鹽粘土加入到熔融的瀝青中，維持溫度為100～200℃，并在1000～6000rpm/min轉(zhuǎn)速下，高速攪拌0.5～8小時，使其共混均勻而制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青。本發(fā)明工藝簡單，所制得的層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青不僅能夠顯著提高瀝青的抗車轍能力，而且能有效降低瀝青的溫度敏感性，使瀝青能適用于環(huán)境溫度更高的地區(qū)。此外，本發(fā)明具有較高的性能價格比。
文檔編號C08K3/34GK1775865SQ20051002000
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者余劍英, 吳少鵬, 曾旋 申請人:武漢理工大學(xué)