[发明专利]纳米粒子改性沥青及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种新型纳米片状材料改性沥青及其制备工艺。属于公路路面材料制备的技术领域。 

背景技术

沥青路面是我国高等级公路路面中占主要地位的路面结构。沥青路面的性能在很大程度上取决于所采用的沥青混合料的使用品质。沥青混合料的质量不理想首先是材料质量不理想，因而对沥青混合料中起粘结作用的沥青的研究成了道路研究者关注的焦点。然而，虽然沥青生产厂家不断探索新的沥青生产工艺来改善沥青性能，道路设计部门也竭力采用优质 重交通道路沥青，但是，许多道路的使用仍不尽人意。这是由于沥青自身存在着不可克服的特性，比如高温变软、低温变脆、加热易老化等，这就需要通过外加手段来弥补沥青本身的不足，对沥青加以改性可以达到上述目的。

用聚合物对沥青进行改性，在国内外已有多年的研究历史。SBS改性沥青具有良好的耐高、低温性能和弹性恢复性能，是目前聚合物改性沥青中用量最大的品种之一。但由于SBS价格比较昂贵，其结构中含有的C=C双键在氧气、紫外线的作用下易于老化分解，SBS 改性沥青性能并不是无懈可击。因此，SBS改性沥青的使用还是存在一定的局限性。

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，纳米材料具有尺寸小，比表面积大，活性大等性质，在传统材料中加入纳米粉体可以大大改善其性能，这已成为改善材料性能的一条重要途径。近年来，纳米技术也逐渐渗透到交通建筑材料领域，道路工作者已开始尝试将纳米技术应用于改性沥青材料的研究和开发，以提高沥青路面的路用性能。

从纳米材料微观尺度的角度来说，目前在改性沥青领域已经被研究和使用主要是零维纳米材料和二维纳米材料。

零维纳米材料主要是指纳米粒子，比如纳米SiO₂粒子、纳米碳酸钙粒子、纳米ZnO等。长安大学的马峰和长沙交通学院的刘大梁分别研究了纳米碳酸钙粒子对沥青性能的影响，陕西公路职业技术学院的叶超用纳米SiO₂粒子改性沥青并研究其路用性能，都能使基质沥青的性能有所改进，但是可以看到其改善的效果不是很明显。而扬州大学的李雪峰和肖鹏将纳米ZnO和SBS对基质沥青进行复合改性后发现其路用性能得到了大幅提高，各项性能指标均明显优于单独加入纳米ZnO粒子和单独加入SBS后的改性沥青。

二维纳米材料又称之为片状纳米材料，主要是指层状硅酸盐粘土。层状硅酸盐粘土是一种天然的纳米材料，层间距一般为1nm左右，它是由两层硅氧四面体片夹一层铝（镁）氧（氢氧）八面体构成的2；1型含结晶水的硅酸盐矿物。荷兰Delft大学将蒙脱土纳米粘土用于沥青改性，对所得改性沥青及沥青混合料的路用性能做了较为全面的测试，发现其抗老化、抗车辙及力学性能都有所提高。吴少鹏等和黄维蓉也用蒙脱土纳米层状硅酸盐改性沥青，分别发现沥青的老化性能、混合料的高温和水稳性能得到了提高。汪林将蒙脱土纳米层状硅酸盐和SBS对基质沥青进行复合改性后发现相对于单独的层状硅酸盐改性沥青其性能又得到了显著提高。

可以看出，单独加入某种改性剂只是使基质沥青某一种或某几种性能得到一定程度的提高，而将多种改性剂按照合适的比例对基质沥青复合改性往往能使其性能得到更为全面且显著的提高。复合改性沥青也是我国改性沥青今后发展的一大主要方向。

发明内容

技术问题：  本发明的目的在于提供一种以纳米片状材料即层状硅酸盐粘土为主要改性剂，以SBS和纳米SiO₂粒子为辅助改性剂的新型复合改性沥青。

    本发明的另一目的是提供生产上述复合改性沥青的制备方法。

技术方案：为实现上述目的纳米片状材料改性沥青采用如下技术方案：

采用以质量计的层状硅酸盐粘土、SBS、纳米SiO₂粒子和基质沥青，其中层状硅酸盐粘土和纳米SiO₂粒子的重量比为：1： 0.05～0.2 ，层状硅酸盐粘土和SBS的重量比为：1：0~1，层状硅酸盐粘土和基质沥青的重量比为0.01～0.09:1。

所述的层状硅酸盐粘土为纳米片状材料的主要改性剂，以SBS和纳米SiO₂粒子为辅助改性剂，其中层状硅酸盐粘土是膨润土、蒙脱石、高岭土及滑石中的一种或几种按任意比例混合，所述纳米材料为气相纳米SiO₂粒子。所用沥青为路用沥青，包括满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》的沥青。