改性瀝青混合料及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種供瀝青路面用的改性瀝青混合料，它是一種由改性礦料與瀝青通過含硫偶聯劑偶聯在一起的材料。改性礦料是指表面被燒堿和生石灰蝕變的硅質礦料和表面被磷酸蝕變的鈣質礦料。含硫偶聯劑是指含硫硅烷偶聯劑和硼硫偶聯劑。硼硫偶聯劑是指一端是硼酸基團，具有與改性礦料表面接枝功能，另一端是含硫基團，具有與瀝青交聯功能的偶聯劑。所述瀝青優選含不飽和聚合物的改性瀝青。本發明專利技術還提供改性瀝青混合料的一種制備方法，在70℃～95℃強力攪拌下用蝕變劑蝕變礦料，形成表面蝕變并接枝含硫偶聯劑的改性溫礦料，再在180℃～230℃下與瀝青偶聯在一起，構成改性瀝青混合料或雙重強化改性瀝青混合料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種供瀝青路面用的改性瀝青混合料及其制備方法；具體地說是涉及一種改性礦料與瀝青偶聯在一起的材料，以及它的制備方法。
技術介紹
改性瀝青業已廣泛用于瀝青路面的鋪設，其中使用最多的是摻入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的改性瀝青，稱為SBS改性瀝青，見中國專利2013101681157；使用較多的還有摻入苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物的改性瀝青，稱為SIS改性瀝青，見中國專利2005101120497。2012年美國專利US8,124,677和2013年美國專利US8,344,049用摻入不飽和聚合物和五硫化二磷的方法使瀝青改性。瀝青混合料是由瀝青和礦料混合在一起的材料，瀝青占1％至10％，礦料占90％至99％。就礦料而言，中國專利CN200610016808.4、中國專利CN20071005573用多種通用偶聯劑使礦料改性；這兩個專利的專利技術人在2010年[中國公路]30卷6期215～217頁闡述了礦料改性的原理：偶聯劑事先與瀝青混合，然后與礦料表面羥基反應，形成氫鍵結合性吸附，提高礦料表面親油憎水的性質。然而，氫鍵是一種很弱的化學鍵，近似于物理吸附，偶聯的效果有限，它并沒有改變礦料表面的化學成分，沒有改變礦料表面基本的化學性質，所謂改性礦料不是真正意義上的改性礦料；加之偶聯劑的一部分滯留在瀝青中，降低了利用效率。此外，尚未發現其它涉及改性礦料的文獻利專利。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種改性瀝青混合料，通過礦料的表面蝕變改性和涂覆偶聯劑，將礦料和瀝青偶聯在一起，提高瀝青與礦料之間的結合牢度，延長路面使用壽命，減少對車輛行駛的能量吸收。本專利技術另一個目的是提供上述改性瀝青混合料的制備方法。本專利技術的技術方案是一種由改性礦料與瀝青通過含硫偶聯劑化學偶聯在一起的材料；其中改性礦料是指表面被蝕變劑蝕變的改性硅質礦料和改性鈣質礦料兩種礦料；含硫偶聯劑是指含硫硅烷偶聯劑和硼硫偶聯劑兩種偶聯劑，它們一端的酸性接枝基團以離子鍵的形式接枝在改性礦料表面的鈣離子上，另一端的含硫交聯基團以碳硫共價鍵的形式與瀝青的不飽和鍵交聯。本專利技術改性瀝青混合料的一種制備方法，其特征在于該方法包括下列順序的步驟：(a)在潔凈水中加入乳化劑、蝕變劑、含硫偶聯劑，高速攪拌，配制成含硫偶聯劑/燒堿/石灰乳濁液，或者含硫偶聯劑/磷酸/硅酸鈉乳濁液；蝕變劑至少有一種選自燒堿、生石灰、磷酸、硅酸鈉；含硫偶聯劑至少有一種選自γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅炕、雙(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、雙(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物、巰基苯硼酸、C1～5炕硫基苯硼酸；其中C1烷硫基指甲硫基，C2烷硫基指乙硫基，依次類推；(b)將上述兩種乳濁液的一種送入裝有加熱套的強力攪拌機中，計量加入冷礦料；(c)在70℃～95℃溫度下強烈攪拌10分鐘至50分鐘，形成表面蝕變并接枝含硫偶聯劑的改性溫礦料；(d)通過篩分機分選為多個級別的改性溫礦料；(e)計量級配，送入臥式滾筒干燥機中；(f)將熱風吹入臥式滾筒干燥機，在160℃～200℃的溫度下攪拌；(g)通過篩分機分選為多個級別的改性熱礦料；(h)計量級配，送入強力攪拌機中；同時將加熱至180℃～230℃的瀝青計量送入該強力攪拌機中；(i)強烈攪拌，讓改性熱礦料通過含硫偶聯劑與瀝青偶聯在一起，構成改性瀝青混合料；(j)貯存或直接運往瀝青路面施工現場。本專利技術所用術語定義如下：1，礦料是指直徑為微米級至60毫米的礦物巖石材料；2，冷礦料是指處于環境溫度下的礦料；3，溫礦料是指溫度處于60℃至100℃的礦料；4，熱礦料是指溫度處于160℃至230℃的礦料；本專利技術具有以下五個創新點：第一個創新點是改性硅質礦料。本專利技術采用蝕變的方法，改變礦料表面的化學成分，達到改變礦料表面性質的目的。具體地說，用燒堿和生石灰，即NaOH+CaO，作為蝕變劑，燒堿是主力蝕變劑，生石灰是輔助性蝕變劑，它們在少量水的存在下，與硅質礦料表面的石英、長石等礦物反應，生成硅酸鈉鈣。加熱和強力攪拌，礦料顆粒之間的強力碰撞，足以制造礦料表面晶格缺陷，促進蝕變反應的強度和改性的廣度和深度，強調的是強力碰撞。硅質礦料是當前采用最多的礦料，它至少有一種選自巖漿巖、硅質變質巖、砂巖；優選其中SiO2占主要成分的酸性硅質巖石，諸如巖漿巖中的花崗巖、流紋巖，硅質變質巖中的石英巖，沉積巖中的石英砂巖、硅藻士；其次優選石英和長石占主要成分的中性硅質巖石，諸如巖漿巖中的閃長巖、安山巖，硅質變質巖中的片麻巖，砂巖中的長石砂巖。相對來說，基性巖石、堿性巖石的改性效果稍差。從而，就礦料與瀝青的結合效果而言，逆轉了原先的排列順序；原先硅質礦料與瀝青的粘附強度是：堿性巖石＞基性巖石＞中性巖石＞酸性巖石，而改性硅質礦料與瀝青的鍵合強度是：堿性巖石＜基性巖石＜中性巖石＜酸性巖石。第二個創新點是改性鈣質礦料。本專利技術采用蝕變的方法，改變礦料表面的化學成分，達到改變礦料表面性質的目的。具體地說，用磷酸和硅酸鈉混合液作為蝕變劑，在水的存在下，與鈣質礦料表面的碳酸鹽礦物反應，放出二氧化碳，生成磷硅酸鈣鈉；磷硅酸鈣鈉是一種可以用于修復人體口腔組織的材料，實踐已經證明其抗壓強度和耐水溶性能優于單一的磷酸鈣。加熱和強力攪拌，礦料顆粒之間的強力碰撞，足以制造礦料表面晶格缺陷，促進蝕變反應的強度和改性的廣度和深度，強調的是強力碰撞。鈣質礦料至少有一種選自沉積巖中的石灰巖、泥灰巖、白云巖；相對而言，火成巖中的碳酸巖、變質巖中的大理巖廢料分布少，但屬于鈣質礦料的范疇。方解石、文石容易與磷酸反應，粘土礦物、白云石不太容易與磷酸反應，因此改性效果是石灰巖大于泥灰巖，泥灰巖大于白云巖。第三個創新點是采用含硫偶聯劑將改性礦料與瀝青化學偶聯在一起。含硫偶聯劑是指含硫硅烷偶聯劑和硼硫偶聯劑兩種偶聯劑，它們一端的接枝基團以離子鍵的形式接枝在改性礦料表面的鈣離子上，另一端的交聯基團以碳硫共價鍵的形式與瀝青交聯。也就是含硫硅烷偶聯劑以硅酸--鈣離子鍵的形式接枝在改性硅質礦料和改性鈣質礦料表面；硼硫偶聯劑以硼酸--鈣離子鍵的形式接枝在改性硅質礦料和改性鈣質礦料表面。這兩種偶聯劑含硫基團的功能是在160℃至230℃溫度下，與瀝青中的不飽和鍵反應，生成碳硫共價鍵，將瀝青與含硫偶聯劑交聯在一起，進而把瀝青與改性礦料偶聯在一起。含硫偶聯劑的劑量是：每100公斤瀝青加入含硫硅烷偶聯劑0.08立升至8立升，或者硼硫偶聯劑0.05公斤至5公斤。這兩種偶聯劑都容易氧化，長期存放需要避光放置在惰性氣體下。含硫硅烷偶聯劑接枝在改性硅質礦料表面，生成的物質依然是硅酸鈉鈣；接枝在改性鈣質礦料表面，生成的物質依然是磷硅酸鈣鈉；它們以二價鈣離子為橋梁，兩端都以硅酸鈣離子鍵的形式，將含硫硅烷偶聯劑接枝在改性硅質礦料表面。含硫硅烷偶聯劑至少有一種選自γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、雙(γ-
三乙氧基硅丙基)-四硫化物Si69、雙(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物Si75。它們的優點是市場產量大，容易獲??；缺點以γ-巰丙基三乙氧基硅烷為例，有效成分不到50％。硼硫偶聯劑是一種新概念，它是指一端是接枝基團硼酸基團，具有與改性礦料表面接枝的功能，另一端是交聯基團含硫基團，具有與瀝青交聯的功能，從而是一種其功能可以將本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改性瀝青混合料，其特征在于它是一種由改性礦料與瀝青通過含硫偶聯劑化學偶聯在一起的材料；其中改性礦料是指表面被蝕變劑蝕變的改性硅質礦料和改性鈣質礦料兩種礦料；含硫偶聯劑是指含硫硅烷偶聯劑和硼硫偶聯劑兩種偶聯劑，它們一端的酸性接枝基團以離子鍵的形式接枝在改性礦料表面的鈣離子上，另一端的含硫交聯基團以碳硫共價鍵的形式與瀝青的不飽和鍵交聯。

【技術特征摘要】
1.一種改性瀝青混合料，其特征在于它是一種由改性礦料與瀝青通過含硫偶聯劑化學偶聯在一起的材料；其中改性礦料是指表面被蝕變劑蝕變的改性硅質礦料和改性鈣質礦料兩種礦料；含硫偶聯劑是指含硫硅烷偶聯劑和硼硫偶聯劑兩種偶聯劑，它們一端的酸性接枝基團以離子鍵的形式接枝在改性礦料表面的鈣離子上，另一端的含硫交聯基團以碳硫共價鍵的形式與瀝青的不飽和鍵交聯。2.按照權利要求1的改性瀝青混合料，其特征在于所述改性硅質礦料是指表面被燒堿和生石灰蝕變的硅質礦料；硅質礦料至少有一種選自巖漿巖、硅質變質巖、砂巖、硅藻土。3.按照權利要求1和改性瀝青混合料，其特征在于所述改性鈣質礦料是指表面被磷酸和硅酸鈉混合液蝕變的鈣質礦料，鈣質礦料至少有一種選自石灰巖、泥灰巖、白云巖、碳酸巖、大理巖。4.按照權利要求1的改性瀝青混合料，其特征在于所述含硫硅烷偶聯劑至少有一種選自γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、雙(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、雙(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物。5.按照權利要求1的改性瀝青混合料，其特征在于所述硼硫偶聯劑是指一端是硼酸基團，具有與改性礦料表面接枝的功能，另一端是含硫基團，具有與瀝青交聯的功能，從而是一種其功能可以將改性礦料與瀝青偶聯在一起的偶聯劑；硼硫偶聯劑至少有一種選自硫基苯硼酸、C1～5烷硫基苯硼酸；其中C1烷硫基指甲硫基，C2烷硫基指乙硫基，依次類推。6.按照權利要求1的改性瀝青混合料，其特征在于所述瀝青是指包括改性瀝青在內的各類瀝青，每100公斤瀝青加入含硫偶聯劑0.05公斤至5公斤。7.按照權利要求1的改性瀝青混合料，其特征在于所述瀝青是指摻入不飽和聚合物的改性瀝青；摻入的不飽和聚合物是指每100個碳原子含有5個至25個非共軛雙鍵的聚合物；它們...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張義綱，
申請(專利權)人：張義綱，
類型：發明
國別省市：上海;31