一种防冻沥青路面材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202011393220.7 | 申请日 | 2020-12-03 | 公开(公告)号 | CN112521762A | 公开(公告)日 | 2021-03-19 |
| 申请人 | 安徽力聚投资集团有限公司; | 发明人 | 宋执寿; 秦鸣飞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种防冻 沥青 路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟 硅 油10‑20份、2‑ 萘 胺‑3,6,8‑三磺酸3‑6份、环 氧 基改性双(2‑羟乙基) 氨 基(三羟甲基)甲烷2‑3份、羧基化丁基 橡胶 5‑10份、氨基封端超支化聚苯并咪唑4‑8份、猪毛 纤维 3‑5份、 石墨 烯纳米片0.5‑1.5份、五氧化二磷2‑4份。本发明还提供了一种所述防冻沥青路面材料的制备方法。本发明提供的防冻沥青路面材料综合性能和性能 稳定性 更佳，防冻效果更好，抗车辙性能优异，不易形变，使用寿命长，能有效改善道路的运输效率以及交通安全。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油10‑20份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸3‑6份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2‑3份、羧基化丁基橡胶5‑10份、氨基封端超支化聚苯并咪唑4‑8份、猪毛纤维3‑5份、石墨烯纳米片0.5‑1.5份、五氧化二磷2‑4份。 |
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| 说明书全文 | 一种防冻沥青路面材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及路面材料技术领域，尤其涉及一种防冻沥青路面材料及其制备方法。 背景技术[0002] 近年来，随着科技进步，城乡区域整合，城市的规模再不断增大，城市道路建设成为城市连接乡镇，工业连接农业的重要纽带，也是城市规划的规范性、科学性、可持续发展性的重要体现。道路是是国民经济的动脉，对整个国民经济发展起着不可估量的作用，在提高人们生活水平，改善消费上有着十分重要的战略意义。然而冬季降雪结冰严重地影响了道路的运输效率以及交通安全，有时甚至会导致封闭交通。因此，开发防冻路面材料势在必行。 [0003] 沥青路面作为我国公路现有的主要路面形式，是由沥青结合料和矿质混合料经拌和碾压而成的一种结构形式。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用。然而，沥青路面在铺装后寒冷天气下，使得沥青所处外环境温度低，导致部分的沥青路面被冻结、在低温下收缩开裂或冻融松散，使得现有的沥青路面在我国北方的寒冷天气下易损坏，降低了路面的安全性。 [0004] 申请号为201711177201.9的中国发明专利公开了道路技术领域的一种防冻沥青混泥土组合物，包括以下原料，珍珠岩粉、粉煤灰、沥青、石料、石沙、有机硅树脂、聚氨酯、PVC热稳定剂和聚酰亚胺，各原料的重量份数为：珍珠岩粉20～25份、粉煤灰10～15份、沥青50～65份、石料30～35份、石沙30～35份、有机硅树脂8～17份、聚氨酯8～17份、PVC热稳定剂0 .3～0 .5份和聚酰亚胺1～3份。采用该发明用于道路的铺设时，就加强了路面的防冻能力，并且有效的防止因结冰而损伤路面。然而，由于添加的树脂材料、无机材料和沥青之间均没有以化学键连接，使得该材料性能稳定性有待进一步提高。另外，防冻效果有待进一步改善。 [0005] 本领域仍然需要一种综合性能和性能稳定性更佳，防冻效果更好的防冻沥青路面材料。 发明内容[0006] 本发明的发明目的是提供一种防冻沥青路面材料，该路面材料综合性能和性能稳定性更佳，防冻效果更好，抗车辙性能优异，不易形变，使用寿命长，能有效改善道路的运输效率以及交通安全。同时，本发明还提供了一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，设备投入少，耗能低，制备效率高，适合连续规模化生产。 [0007] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油10‑20份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸3‑6份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2‑3份、羧基化丁基橡胶 5‑10份、氨基封端超支化聚苯并咪唑4‑8份、猪毛纤维3‑5份、石墨烯纳米片0.5‑1.5份、五氧化二磷2‑4份。 [0009] 优选的，所述猪毛纤维的长度为3‑9μm。 [0010] 优选的，所述氨基封端超支化聚苯并咪唑为按申请号为201010210204.X的中国发明专利具体实施方式中的方法制成的氨基封端超支化聚苯并咪唑。 [0011] 优选的，所述羧基化丁基橡胶是按照如下文献中的制备方法制成的羧基化丁基橡胶：秦豹，赵季若，冯莺. 羧基化丁基橡胶的制备与性能研究[J].特种橡胶制品，2011，32(003)：37‑40。 [0012] 优选的，所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在25‑35℃下搅拌反应4‑6小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷。 [0013] 优选的，所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6‑10)。 [0014] 优选的，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇中的至少一种。 [0015] 优选的，所述乙烯基封端氟硅油为按申请号为201811525672.9的中国发明专利实施例1中的方法制成的乙烯基封端氟硅油。 [0016] 优选的，所述沥青为煤焦沥青、石油沥青、天然沥青中的至少一种。 [0017] 本发明的另一个目的，在于提供一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度160‑175℃和搅拌速度为500‑800rpm/min 条件下，搅拌反应25‑35分钟，继续升温到185‑205℃，用高速剪切机在剪切速率为2800‑3500r/min，剪切时间15‑23分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0018] 本发明的再一个目的，在于提供一种采用上述防冻沥青路面材料的防冻沥青路面。 [0019] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：（1）本发明提供的一种防冻沥青路面材料的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，设备投入少，耗能低，制备效率高，适合连续规模化生产。 [0020] （2）本发明提供的一种防冻沥青路面材料，克服了现有的沥青路面在铺装后寒冷天气下，使得沥青所处外环境温度低，导致部分的沥青路面被冻结、在低温下收缩开裂或冻融松散，使得现有的沥青路面在我国北方的寒冷天气下易损坏，降低了路面的安全性的缺陷，也克服了市面上的防冻沥青路面材料防冻效果有限，性能稳定性不佳的技术问题；通过各组分协同作用，使得制成的防冻沥青路面材料综合性能和性能稳定性更佳，防冻效果更好，抗车辙性能优异，不易形变，使用寿命长，能有效改善道路的运输效率以及交通安全。 [0021] （3）本发明提供的一种防冻沥青路面材料，在2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸作为催化剂的作用下，沥青能与乙烯基封端氟硅油发生发生酸催化下的阳离子性缩聚反应，使得沥青分子链中引入氟硅结构，有效改善了其综合性能和性能稳定性，强化了沥青的劈裂强度，改善了沥青路面层的抗冻和防水效果。2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸在五氧化二磷的催化作用下，能与沥青、氨基封端超支化聚苯并咪唑这些分子链上含有苯环的物质反应，形成三维网络结构，通过这些方式减少沥青路面层内的水分与进入沥青路面层内的冷空气，从而减少低温冷空气、结冰水分等对于沥青路面的损伤，从另一方面强化沥青路面的抗冻效果。 [0022] （4）本发明提供的一种防冻沥青路面材料，环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的加入能改善各组分之间的相容性，进而改善性能稳定性，其上的环氧基能与氨基封端超支化聚苯并咪唑和2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸上的氨基发生环氧开环反应；环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷上的季铵盐阳离子基能与羧基化丁基橡胶上的羧基以离子键形式连接，使得材料分子结构更紧凑，防水抗冻效果更好。且环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷能有效降低防冻裂沥青的脆点，使得有防冻裂沥青浇注的沥青面层能承受更寒冷的天气，不易出现温度过低导致沥青面层到达脆点的情况，从而不易出现因沥青面层到达脆点而无法抵抗面层受冷收缩的应力导致路面开裂的情况。 [0023] （5）本发明提供的一种防冻沥青路面材料，添加猪毛纤维和石墨烯纳米片，在提高里面材料机械力学性能的同时。还能改善防水抗冻性能，与其它组分协同作用，使得制成的材料综合性能好，抗车辙性能优异，不易形变，使用寿命长。 具体实施方式[0024] 下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。 [0025] 本发明实施例中所述石墨烯纳米片为按申请号为201410515440.0的中国发明专利实施例1中石墨烯纳米片的制备方法制成；所述氨基封端超支化聚苯并咪唑为按申请号为201010210204.X的中国发明专利具体实施方式中的方法制成的氨基封端超支化聚苯并咪唑；所述羧基化丁基橡胶是按照如下文献中的制备方法制成的羧基化丁基橡胶：秦豹，赵季若，冯莺. 羧基化丁基橡胶的制备与性能研究[J].特种橡胶制品，2011，32(003)：37‑40。所述乙烯基封端氟硅油为按申请号为201811525672.9的中国发明专利实施例1中的方法制成的乙烯基封端氟硅油。各实施例中使用的沥青为道路石油沥青70#；其他原料均为商业购买。 [0026] 实施例1一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60份、乙烯基封端氟硅油10份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸3份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2份、羧基化丁基橡胶5份、氨基封端超支化聚苯并咪唑4份、猪毛纤维3份、石墨烯纳米片0.5份、五氧化二磷2份；所述猪毛纤维的长度为3μm。 [0027] 所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在25℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷；所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:6；所述有机溶剂为乙醇。 [0028] 一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度160℃和搅拌速度为500rpm/min 条件下，搅拌反应25分钟，继续升温到185℃，用高速剪切机在剪切速率为2800r/min，剪切时间15分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0029] 实施例2一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油12份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸3‑6份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2.3份、羧基化丁基橡胶6份、氨基封端超支化聚苯并咪唑5份、猪毛纤维3.5份、石墨烯纳米片0.7份、五氧化二磷2.5份；所述猪毛纤维的长度为5μm。 [0030] 所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在27℃下搅拌反应 4.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷；所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:7；所述有机溶剂为甲醇。 [0031] 一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度165℃和搅拌速度为600rpm/min 条件下，搅拌反应27分钟，继续升温到190℃，用高速剪切机在剪切速率为3000r/min，剪切时间18分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0032] 实施例3一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油15份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸4.5份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2.5份、羧基化丁基橡胶7.5份、氨基封端超支化聚苯并咪唑6份、猪毛纤维4份、石墨烯纳米片1份、五氧化二磷3份；所述猪毛纤维的长度为6μm。 [0033] 所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在30℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷；所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:8；所述有机溶剂为异丙醇。 [0034] 一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度168℃和搅拌速度为650rpm/min 条件下，搅拌反应30分钟，继续升温到195℃，用高速剪切机在剪切速率为3200r/min，剪切时间19分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0035] 实施例4一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油18份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸5.5份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷2.8份、羧基化丁基橡胶9份、氨基封端超支化聚苯并咪唑7份、猪毛纤维4.5份、石墨烯纳米片1.4份、五氧化二磷3.5份；所述猪毛纤维的长度为8μm。 [0036] 所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在33℃下搅拌反应 5.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷；所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:9；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇按质量比1:2:3混合而成。 [0037] 本发明的另一个目的，在于提供一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度173℃和搅拌速度为750rpm/min 条件下，搅拌反应33分钟，继续升温到200℃，用高速剪切机在剪切速率为3300r/min，剪切时间21分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0038] 实施例5一种防冻沥青路面材料，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：沥青60‑80份、乙烯基封端氟硅油20份、2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸6份、环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷3份、羧基化丁基橡胶10份、氨基封端超支化聚苯并咪唑8份、猪毛纤维5份、石墨烯纳米片1.5份、五氧化二磷4份；所述猪毛纤维的长度为9μm。 [0039] 所述环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷的制备方法，包括如下步骤：将环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷加入到有机溶剂中，在35℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，得到环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷；所述环氧氯丙烷、双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:10；所述有机溶剂为乙醇。 [0040] 一种所述防冻沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀后，在温度175℃和搅拌速度为800rpm/min 条件下，搅拌反应35分钟，继续升温到205℃，用高速剪切机在剪切速率为3500r/min，剪切时间23分钟下剪切得到防冻沥青路面材料。 [0041] 对比例1对比例1提供一种防冻沥青路面材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加乙烯基封端氟硅油。 [0042] 对比例2对比例2提供一种防冻沥青路面材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加氨基封端超支化聚苯并咪唑。 [0043] 对比例3对比例3提供一种防冻沥青路面材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加环氧基改性双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷。 [0044] 对比例4对比例4提供一种防冻沥青路面材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加石墨烯纳米片。 [0045] 对比例5对比例5提供一种防冻沥青路面材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加2‑萘胺‑3,6,8‑三磺酸。 [0046] 为了进一步说明本发明实施例的有益技术效果，分别就本发明实施例1‑5及对比例1‑5的各防冻沥青路面材料进行性能测试，测试结果见表1；测试方法如下：（1）冻融劈裂实验：参照《JTG E20‑2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中记载的“T0729‑2000沥青混合料冻融劈裂实验”。进行冻融劈裂实验； （2）车辙试验：采用车辙试验机在标准条件60℃、0.7MPa下进行车辙试验，记录动稳定度(次/mm)。 [0047] （3）脆点：通过沥青脆点仪进行脆点试验(弗拉斯法)，记录脆点。 [0048] 表1 实施例和对比例中防冻沥青路面材料性能测试结果项目 劈裂强度（KN） 动稳定度（次/mm） 脆点（℃） 实施例1 17.5 4795 ‑27 实施例2 17.8 4820 ‑29 实施例3 18.0 4839 ‑29 实施例4 18.2 4851 ‑30 实施例5 18.3 4865 ‑31 对比例1 15.8 4123 ‑23 对比例2 15.5 4189 ‑21 对比例3 15.1 4320 ‑19 对比例4 15.3 4145 ‑24 对比例5 15.8 4087 ‑22 从上表可以看出，本发明公开的防冻沥青路面材料，具备了较好的防冻性能和抗车辙性能，这是各原料协同作用的结果。 [0049] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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