改性沥青混合料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种供沥青路面用的改性沥青混合料，它是一种由改性矿料与沥青通过含硫偶联剂偶联在一起的材料。改性矿料是指表面被烧碱和生石灰蝕变的硅质矿料和表面被磷酸蝕变的钙质矿料。含硫偶联剂是指含硫硅烷偶联剂和硼硫偶联剂。硼硫偶联剂是指一端是硼酸基团，具有与改性矿料表面接枝功能，另一端是含硫基团，具有与沥青交联功能的偶联剂。所述沥青优选含不饱和聚合物的改性沥青。本发明专利技术还提供改性沥青混合料的一种制备方法，在70℃～95℃强力搅拌下用蝕变剂蝕变矿料，形成表面蝕变并接枝含硫偶联剂的改性温矿料，再在180℃～230℃下与沥青偶联在一起，构成改性沥青混合料或双重强化改性沥青混合料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种供沥青路面用的改性沥青混合料及其制备方法；具体地说是涉及一种改性矿料与沥青偶联在一起的材料，以及它的制备方法。
技术介绍
改性沥青业已广泛用于沥青路面的铺设，其中使用最多的是掺入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的改性沥青，称为SBS改性沥青，见中国专利2013101681157；使用较多的还有掺入苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物的改性沥青，称为SIS改性沥青，见中国专利2005101120497。2012年美国专利US8,124,677和2013年美国专利US8,344,049用掺入不饱和聚合物和五硫化二磷的方法使沥青改性。沥青混合料是由沥青和矿料混合在一起的材料，沥青占1％至10％，矿料占90％至99％。就矿料而言，中国专利CN200610016808.4、中国专利CN20071005573用多种通用偶联剂使矿料改性；这两个专利的专利技术人在2010年[中国公路]30卷6期215～217页阐述了矿料改性的原理：偶联剂事先与沥青混合，然后与矿料表面羟基反应，形成氢键结合性吸附，提高矿料表面亲油憎水的性质。然而，氢键是一种很弱的化学键，近似于物理吸附，偶联的效果有限，它并没有改变矿料表面的化学成分，没有改变矿料表面基本的化学性质，所谓改性矿料不是真正意义上的改性矿料；加之偶联剂的一部分滞留在沥青中，降低了利用效率。此外，尚未发现其它涉及改性矿料的文献利专利。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种改性沥青混合料，通过矿料的表面蝕变改性和涂覆偶联剂，将矿料和沥青偶联在一起，提高沥青与矿料之间的结合牢度，延长路面使用寿命，减少对车辆行驶的能量吸收。本专利技术另一个目的是提供上述改性沥青混合料的制备方法。本专利技术的技术方案是一种由改性矿料与沥青通过含硫偶联剂化学偶联在一起的材料；其中改性矿料是指表面被蝕变剂蝕变的改性硅质矿料和改性钙质矿料两种矿料；含硫偶联剂是指含硫硅烷偶联剂和硼硫偶联剂两种偶联剂，它们一端的酸性接枝基团以离子键的形式接枝在改性矿料表面的钙离子上，另一端的含硫交联基团以碳硫共价键的形式与沥青的不饱和键交联。本专利技术改性沥青混合料的一种制备方法，其特征在于该方法包括下列顺序的步骤：(a)在洁净水中加入乳化剂、蝕变剂、含硫偶联剂，高速搅拌，配制成含硫偶联剂/烧碱/石灰乳浊液，或者含硫偶联剂/磷酸/硅酸钠乳浊液；蝕变剂至少有一种选自烧碱、生石灰、磷酸、硅酸钠；含硫偶联剂至少有一种选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅炕、双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、双(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物、巯基苯硼酸、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，依次类推；(b)将上述两种乳浊液的一种送入装有加热套的强力搅拌机中，计量加入冷矿料；(c)在70℃～95℃温度下强烈搅拌10分钟至50分钟，形成表面蝕变并接枝含硫偶联剂的改性温矿料；(d)通过筛分机分选为多个级别的改性温矿料；(e)计量级配，送入卧式滚筒干燥机中；(f)将热风吹入卧式滚筒干燥机，在160℃～200℃的温度下搅拌；(g)通过筛分机分选为多个级别的改性热矿料；(h)计量级配，送入强力搅拌机中；同时将加热至180℃～230℃的沥青计量送入该强力搅拌机中；(i)强烈搅拌，让改性热矿料通过含硫偶联剂与沥青偶联在一起，构成改性沥青混合料；(j)贮存或直接运往沥青路面施工现场。本专利技术所用术语定义如下：1，矿料是指直径为微米级至60毫米的矿物岩石材料；2，冷矿料是指处于环境温度下的矿料；3，温矿料是指温度处于60℃至100℃的矿料；4，热矿料是指温度处于160℃至230℃的矿料；本专利技术具有以下五个创新点：第一个创新点是改性硅质矿料。本专利技术采用蝕变的方法，改变矿料表面的化学成分，达到改变矿料表面性质的目的。具体地说，用烧碱和生石灰，即NaOH+CaO，作为蝕变剂，烧碱是主力蝕变剂，生石灰是辅助性蝕变剂，它们在少量水的存在下，与硅质矿料表面的石英、长石等矿物反应，生成硅酸钠钙。加热和强力搅拌，矿料颗粒之间的强力碰撞，足以制造矿料表面晶格缺陷，促进蝕变反应的强度和改性的广度和深度，强调的是强力碰撞。硅质矿料是当前采用最多的矿料，它至少有一种选自岩浆岩、硅质变质岩、砂岩；优选其中SiO2占主要成分的酸性硅质岩石，诸如岩浆岩中的花岗岩、流纹岩，硅质变质岩中的石英岩，沉积岩中的石英砂岩、硅藻士；其次优选石英和长石占主要成分的中性硅质岩石，诸如岩浆岩中的闪长岩、安山岩，硅质变质岩中的片麻岩，砂岩中的长石砂岩。相对来说，基性岩石、碱性岩石的改性效果稍差。从而，就矿料与沥青的结合效果而言，逆转了原先的排列顺序；原先硅质矿料与沥青的粘附强度是：碱性岩石＞基性岩石＞中性岩石＞酸性岩石，而改性硅质矿料与沥青的键合强度是：碱性岩石＜基性岩石＜中性岩石＜酸性岩石。第二个创新点是改性钙质矿料。本专利技术采用蝕变的方法，改变矿料表面的化学成分，达到改变矿料表面性质的目的。具体地说，用磷酸和硅酸钠混合液作为蝕变剂，在水的存在下，与钙质矿料表面的碳酸盐矿物反应，放出二氧化碳，生成磷硅酸钙钠；磷硅酸钙钠是一种可以用于修复人体口腔组织的材料，实践已经证明其抗压强度和耐水溶性能优于单一的磷酸钙。加热和强力搅拌，矿料颗粒之间的强力碰撞，足以制造矿料表面晶格缺陷，促进蝕变反应的强度和改性的广度和深度，强调的是强力碰撞。钙质矿料至少有一种选自沉积岩中的石灰岩、泥灰岩、白云岩；相对而言，火成岩中的碳酸岩、变质岩中的大理岩废料分布少，但属于钙质矿料的范畴。方解石、文石容易与磷酸反应，粘土矿物、白云石不太容易与磷酸反应，因此改性效果是石灰岩大于泥灰岩，泥灰岩大于白云岩。第三个创新点是采用含硫偶联剂将改性矿料与沥青化学偶联在一起。含硫偶联剂是指含硫硅烷偶联剂和硼硫偶联剂两种偶联剂，它们一端的接枝基团以离子键的形式接枝在改性矿料表面的钙离子上，另一端的交联基团以碳硫共价键的形式与沥青交联。也就是含硫硅烷偶联剂以硅酸--钙离子键的形式接枝在改性硅质矿料和改性钙质矿料表面；硼硫偶联剂以硼酸--钙离子键的形式接枝在改性硅质矿料和改性钙质矿料表面。这两种偶联剂含硫基团的功能是在160℃至230℃温度下，与沥青中的不饱和键反应，生成碳硫共价键，将沥青与含硫偶联剂交联在一起，进而把沥青与改性矿料偶联在一起。含硫偶联剂的剂量是：每100公斤沥青加入含硫硅烷偶联剂0.08立升至8立升，或者硼硫偶联剂0.05公斤至5公斤。这两种偶联剂都容易氧化，长期存放需要避光放置在惰性气体下。含硫硅烷偶联剂接枝在改性硅质矿料表面，生成的物质依然是硅酸钠钙；接枝在改性钙质矿料表面，生成的物质依然是磷硅酸钙钠；它们以二价钙离子为桥梁，两端都以硅酸钙离子键的形式，将含硫硅烷偶联剂接枝在改性硅质矿料表面。含硫硅烷偶联剂至少有一种选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、双(γ-
三乙氧基硅丙基)-四硫化物Si69、双(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物Si75。它们的优点是市场产量大，容易获取；缺点以γ-巯丙基三乙氧基硅烷为例，有效成分不到50％。硼硫偶联剂是一种新概念，它是指一端是接枝基团硼酸基团，具有与改性矿料表面接枝的功能，另一端是交联基团含硫基团，具有与沥青交联的功能，从而是一种其功能可以将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性沥青混合料，其特征在于它是一种由改性矿料与沥青通过含硫偶联剂化学偶联在一起的材料；其中改性矿料是指表面被蝕变剂蝕变的改性硅质矿料和改性钙质矿料两种矿料；含硫偶联剂是指含硫硅烷偶联剂和硼硫偶联剂两种偶联剂，它们一端的酸性接枝基团以离子键的形式接枝在改性矿料表面的钙离子上，另一端的含硫交联基团以碳硫共价键的形式与沥青的不饱和键交联。

【技术特征摘要】
1.一种改性沥青混合料，其特征在于它是一种由改性矿料与沥青通过含硫偶联剂化学偶联在一起的材料；其中改性矿料是指表面被蝕变剂蝕变的改性硅质矿料和改性钙质矿料两种矿料；含硫偶联剂是指含硫硅烷偶联剂和硼硫偶联剂两种偶联剂，它们一端的酸性接枝基团以离子键的形式接枝在改性矿料表面的钙离子上，另一端的含硫交联基团以碳硫共价键的形式与沥青的不饱和键交联。2.按照权利要求1的改性沥青混合料，其特征在于所述改性硅质矿料是指表面被烧碱和生石灰蝕变的硅质矿料；硅质矿料至少有一种选自岩浆岩、硅质变质岩、砂岩、硅藻土。3.按照权利要求1和改性沥青混合料，其特征在于所述改性钙质矿料是指表面被磷酸和硅酸钠混合液蝕变的钙质矿料，钙质矿料至少有一种选自石灰岩、泥灰岩、白云岩、碳酸岩、大理岩。4.按照权利要求1的改性沥青混合料，其特征在于所述含硫硅烷偶联剂至少有一种选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、双(γ-三乙氧基硅丙基)-二硫化物。5.按照权利要求1的改性沥青混合料，其特征在于所述硼硫偶联剂是指一端是硼酸基团，具有与改性矿料表面接枝的功能，另一端是含硫基团，具有与沥青交联的功能，从而是一种其功能可以将改性矿料与沥青偶联在一起的偶联剂；硼硫偶联剂至少有一种选自硫基苯硼酸、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，依次类推。6.按照权利要求1的改性沥青混合料，其特征在于所述沥青是指包括改性沥青在内的各类沥青，每100公斤沥青加入含硫偶联剂0.05公斤至5公斤。7.按照权利要求1的改性沥青混合料，其特征在于所述沥青是指掺入不饱和聚合物的改性沥青；掺入的不饱和聚合物是指每100个碳原子含有5个至25个非共轭双键的聚合物；它们...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义纲，
申请(专利权)人：张义纲，
类型：发明
国别省市：上海;31