[发明专利]一种水热炭改性沥青的制备方法

说明书

一种水热炭改性沥青的制备方法，本发明涉及改性沥青的制备方法，它是要解决现有的利用水热炭材料改性沥青的方法存在的水热炭材料在沥青中分散性差、改性效果差的技术问题。本方法：将以废弃生物质为碳源，采用水热碳法炭化，得到团状、颗粒状的水热炭；将水热炭浸没于液氮中浸泡处理之后研磨至粒径达到1µm~100µm，得到水热炭粉；再将水热炭粉加入到沥青中，采用高速剪切搅拌机进行剪切和搅拌；自然冷却后，得到水热炭改性沥青。本发明的具有良好的高温抗车辙和中温抗疲劳性能，在19℃和25℃时，水热炭改性沥青的疲劳寿命比基质沥青分别延长了212.6%和271.8%，可用于高温高载地区使用。

技术领域

本发明涉及改性沥青的制备方法，属于道路建筑材料领域。

背景技术

柔性路面，即沥青路面，由于其路用性能好、施工周期短、易于维护、行驶噪音低等众多优点在世界范围内应用广泛，尤其是在高等级公路上。从21世纪开始，大规模的路面建设开始进行，特别是在发展中国家，因而对石油沥青的需求也以令人难以置信的速度增长。石油沥青的来源主要是从原油中提炼出来，储量有限且提炼过程能源消耗巨大。因此，寻找石油沥青的替代品已成为道路工程领域的普遍关注点。

近年来，废弃生物质的水热碳化处理吸引了越来越多研究人员的注意。然而，水热碳化得到的水热炭直接用于沥青改性的效果并不好。其一，水热炭材料在沥青的聚集现象一直是其作为沥青改性剂难以忽略的问题，易对改性沥青的储存稳定性造成极大影响；其二，水热炭通过在沥青中形成三维空间网状结构进而增强沥青的高低温性能，其粒径直接影响了改性效果的好坏，粒径过大无法形成较好的空间网状结构；其三，水热炭表面分布有丰富的纳米孔隙结构以及纤维状结构，若直接对水热炭进行碾磨细化处理，由于水热炭材料自身各向异性、硬度较低等特点，使得材料在加工中易产生损伤，如出口撕裂、毛刺损伤、孔壁出现凹坑等缺陷，甚至破坏水热炭表面的纳米孔隙和化学键，使水热炭材料与沥青基体的结合力劣化，进而影响改性效果。

发明内容

本发明是要解决现有的利用水热炭材料改性沥青的方法存在的水热炭材料在沥青中分散性差、改性效果差的技术问题，而提供一种水热炭改性沥青的制备方法。

本发明的水热炭改性沥青的制备方法，按以下步骤进行：

一、以废弃生物质为碳源，采用水热碳法炭化，得到团状、颗粒状的水热炭；

二、将水热炭浸没于液氮中浸泡3~5min；

三、将液氮处理后的水热炭加入到研磨机中研磨至水热炭粉末的粒径达到1µm~100µm，得到水热炭粉；

四、将针入度为50~120（0.01mm）的石油沥青放入160℃~170℃的烘箱中加热1~1.5小时，使沥青充分流动；再将步骤三得到的水热炭粉加入到沥青中，采用高速剪切搅拌机进行剪切和搅拌；自然冷却后，即得到水热炭改性沥青。

更进一步地，步骤一中生物质为木材或农作物秸秆；

更进一步地，步骤一中水热碳法炭化的具体操作如下：

（1）将废弃木材或农作物秸秆粉碎，得到生物质粉末；

（2）将生物质粉末与去离子水混合后置于水热反应釜中，其中生物质粉末与去离子水的质量比为1:（10~20）；再将水热反应釜升温至200~300℃并在此温度下保持1~6h；冷却至室温；

（3）将水热反应釜内的物质进行过滤分离，将固相物在温度为80~100℃的条件下烘干10~12h，得到团状、颗粒状的水热炭。

更进一步地，步骤四中水热炭粉的加入量为沥青质量的2%~15%；

更进一步地，步骤四中剪切速率为4500~4800rpm，

更进一步地，步骤四中搅拌温度为165~170℃，拌和时间为45~50min。