[发明专利]一种改性沥青及其应用

说明书

本发明公开了一种改性沥青及其应用。本发明利用冷冻干燥法和氨基硅烷修饰纳米蒙脱土，将其作为单一沥青改性剂添加至沥青中，有效提高了蒙脱土与沥青的分散性和相容性，增强了沥青的内聚力。为进一步增强沥青与酸性集料之间的黏附力，采用氨基硅烷改性酸性集料表面，降低了集料的表面能，提高沥青与集料之间的黏附力。相比基质沥青与花岗岩集料，采用单一氨基硅烷修饰蒙脱土改性沥青与改性集料的双向改性方法，其黏附功提高了13%，剥落功减小23%。沥青经短期老化后，采用双向改性方法，沥青与集料的黏附性能仍有明显改善，其黏附功提高了8%，剥落功减小21%，可有效改善沥青路面的水损害。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种改性沥青的方法，尤其涉及一种提高改性沥青与集料界面黏附性能的方法。

背景技术

在沥青路面服役过程中，会出现各种路面病害，如水损害，尤其是在中国南方多雨地区。沥青路面水损害产生的原因主要是沥青与集料之间黏附性能的降低。其降低的作用机制有两种：一是由于沥青的内聚力不足或沥青受环境影响发生老化，致使沥青内聚力减弱，使得沥青混合料从沥青相内部引起剥落；二是沥青与集料之间的黏附力不足。由于集料与水的作用大于与沥青的作用，水分子的进入降低了沥青膜与集料之间的作用力，使得沥青膜从集料表面剥落。因此，提高沥青路面的抗水损害性能，应以增强沥青的内聚力，提高沥青与集料之间的黏附力两方面出发，从而有效提升沥青混合料的路用性能。

改善沥青与集料黏附性能的方法，有沥青改性和集料改性两方面。在沥青改性方面，为提高沥青材料表面与集料之间的黏附力以及沥青的内聚力，通常在沥青中添加橡胶类、树脂类、热塑性橡胶类以及纳米材料等改性剂，可有效提高沥青的抗老化性，缓解沥青内聚力的降低速度。在沥青中添加改性剂，如添加金属皂化物、表面活性剂、高分子抗剥落剂和纳米抗剥落剂等，可增强沥青与集料之间的黏附力(Peng C et al.Construction andBuilding Materials,2018,169:591-600.)。如将适量SCA和钛酸酯偶联剂混合加入沥青，可提高沥青和花岗岩之间的黏附等级(Progress in Industrial and CivilEngineering,2012,204(5):4115-4118)。然而，该类方法因污染环境、影响沥青性能等缺点导致应用较少。

在集料的选择方面，以花岗岩为主的酸性集料，其石质致密、坚硬、耐磨性强，具有良好的抗压力学性能，但与沥青之间的黏附性差，因此，需对花岗岩进行改性处理。早期使用消石灰、水泥等改性集料，提高沥青与集料的黏附性。但水泥、石灰等在酸性石料表面只发生物理吸附，所以长期使用效果差(王振军等.土木建筑与环境工程,2010,32(5):41-46.)。SHRP计划曾采用阳离子抗剥落剂处理集料表面。此外，使用有机金属盐、硅烷偶联剂对集料表面进行改性，可降低集料的表面能，提高集料与沥青之间的黏附性。

纳米蒙脱土作为添加剂是提高沥青抗老化的有效方法之一。但纳米蒙脱土本身是一种亲水性材料，与沥青的相容性差。冷冻干燥技术是一种新型的蒙脱土简易扩层方法，可增大纳米蒙脱土的层间距。本发明先利用冷冻干燥技术增大蒙脱土的层间距，再使用氨基硅烷改性蒙脱土的方法，可有效增加蒙脱土的层间距，提高氨基硅烷修饰蒙脱土表面的能力。以该方法制备的改性蒙脱土作为单一沥青改性剂添加至沥青中，在不添加其它改性剂下，可改善与沥青的相容性，增加沥青的内聚力，提高沥青与集料的黏附性。为进一步增强沥青与酸性集料之间的黏附力，采用氨基硅烷改性酸性集料表面，降低集料的表面能，增强酸性集料与沥青的相互作用，有效提高沥青与集料之间的黏附性。以冷冻干燥和氨基硅烷二次改性纳米蒙脱土制备改性沥青，同时采用氨基硅烷改性对沥青和集料同时改性以提高老化沥青与集料的黏附性能。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种改性沥青的方法，利用冷冻干燥技术扩层NMMT，再采用氨基硅烷修饰冻干NMMT，得到NH₂-MMT，以NH₂-MMT为单一沥青改性剂制备改性沥青。