阅读说明：本技术 一种耐老化沥青改性剂及其制备方法及耐老化沥青 (A kind of ageing-resistant asphalt modifier and preparation method thereof and ageing-resistant pitch ) 是由 刘思楠 谷坤鹏 陈克伟 聂亚楠 徐志祥 钟赛 左元凯 于 2019-08-01 设计创作，主要内容包括：本申请的目的是提供一种耐老化沥青改性剂及其制备方法及耐老化沥青,所述耐老化沥青改性剂由质量百分比为0％～30％的水滑石和质量百分比为70％～100％的水杨酸根插层水滑石组成,其中,水杨酸根插层水滑石的制备以水滑石和水杨酸为原料,水滑石和水杨酸的摩尔比为1：4。本申请得到的耐老化沥青改性剂成本低廉,制备简单,且在对沥青改性后能显著提高沥青的抗老化性能,本申请使用的耐老化沥青改性剂对沥青改性后能提高沥青的抗老化能力,具备良好的应用前景。(The purpose of the application is to provide a kind of ageing-resistant asphalt modifier and preparation method thereof and ageing-resistant pitch, the salicylate intercalated houghite that the hydrotalcite and mass percent that the ageing-resistant asphalt modifier is 0%~30% by mass percent are 70%~100% forms, wherein, using hydrotalcite and salicylic acid as raw material, hydrotalcite and salicylic molar ratio are 1:4 for the preparation of salicylate intercalated houghite.The ageing-resistant asphalt modifier that the application obtains is low in cost, preparation is simple, and the anti-aging property of pitch can be significantly improved after to asphalt modification, ageing-resistant asphalt modifier used in this application has good application prospect to the ageing resistance that can improve pitch after asphalt modification.)

一种耐老化沥青改性剂及其制备方法及耐老化沥青

技术领域

本发明涉及沥青技术领域，具体涉及一种耐老化沥青改性剂及其制备方法及耐老化沥青。

背景技术

近几年来，新疆高速公路建设得到了飞速发展，到2015年底，新疆已建 成的高速公路总里程达4316公里。根据规划，到2020年，新疆将力争完成 交通基础设施建设投资1万亿元，建设总里程约15.2万公里，其中高速公路 约8500公里，届时，新疆将建成万公里高速公路主骨架。然而新疆所处地区 太阳能丰富，紫外辐照强度大，沥青路面极易老化，进而产生破坏，不仅新 疆如此，我国整个西部大多数地区都处于紫外强辐照区，随着西部地区交通 水平的进一步飞速发展以及其复杂特殊的气候环境要求，这些地区势必会对 沥青道路的耐久性提出更高的要求。因此，制备出高性能的耐老化沥青改性 剂对于西部地区的沥青道路的抗老化具有非常重要的意义。

国内外一直都有对沥青的耐老化性能进行研究，为增加沥青耐老化性能，常用的方法是对沥青改性。目前常用的沥青改性剂是SBR改性剂和SBS改性剂。

例如中国专利200810204209.4使用SBR改性剂改性沥青，并提出在SBR 改性沥青中添加能吸收紫外线的CeO₂纳米粒子或抗紫外吸收剂UV531，能显著提高SBR改性道路沥青的抗紫外老化性能。但是CeO₂纳米粒子在沥青中形成纳米尺度的分散，首先需要使用共沉淀法加以高温煅烧先生成粉状改性剂，还需要在分散剂中使用超声波分散制备为浆液装改性剂，再用于沥青改性，在工业生产中制备较为困难。

因此，如何制备工艺简单、效果明显的耐老化改性剂成为当前沥青耐老化课题的热点。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是研制一种制备工艺简单且效果显著的沥青改性剂，增加沥青耐老化性能。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种耐老化沥青改性剂，所述耐老化沥青改性剂由质量百分比为0％～30％的第一水滑石和质量百分比为 70％～100％的水杨酸根插层水滑石组成。

优选的，所述耐老化沥青改性剂由质量百分比为5％～25％的第一水滑石和75％～95％的水杨酸根插层水滑石组成。

优选的，所述耐老化沥青改性剂由质量百分比为10％～20％的第一水滑石和80％～90％的水杨酸根插层水滑石组成。

优选的，所述第一水滑石为镁铝碳酸根水滑石，具体分子式为

[Mg_1-X Al_X(OH)₂]^X+[(CO₃)_X/2]^X-·mH₂O，0.2≤X≤0.33，0.1≤m≤0.8，其中，下标X指金属元素的含量变化，m代表结晶水的数量。所述第一水滑石可以为自然界天然存在的镁铝碳酸根水滑石，也可以为共沉淀法制备的镁铝碳酸根水滑石。

优选的，所述水杨酸根插层水滑石的制备制备方法包括如下步骤：

称取摩尔比为1：4的第二水滑石和水杨酸，所述第二水滑石与所述第一水滑石的成分、分子式均相同；

将所述水杨酸加热到40～80℃后溶于乙二醇中配置成溶液A；

将所述第二水滑石加入到所述溶液A中并分散均匀，制成浆液B；

用碱性溶液调节所述浆液B的pH值至3～4，在140～160℃温度下搅拌反应 1～2h，过滤得到固体物质；

将所述固体物质洗涤、干燥、研磨，制得水杨酸根插层水滑石。

优选的，所述分散剂为为乙二醇、丙二醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇中的一种或几种，其中，几种分散剂混合时为任意比例。

优选的，所述第一水滑石的细度为200～600目，所述水杨酸根插层水滑石的细度为200～600目。

优选的，所述碱性溶液为NaOH。

本申请还提供了一种耐老化沥青改性剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备水杨酸根插层水滑石。

S2：将S1中制备得到的质量百分比为70％～100％的水杨酸根插层水滑石质量百分比为0％～30％的第一水滑石混合均匀。

一种耐老化沥青，所述耐老化沥青由耐老化沥青改性剂与沥青混合而成，其中所述耐老化沥青改性剂与所述沥青的质量比为0.04～0.1：1。

本发明针对现有技术中沥青改性剂制备较为复杂的缺陷，提供了一种耐老化沥青改性剂及其制备方法，并将耐老化沥青改性剂用于改性沥青。使用水滑石和水杨酸作为原料制备水杨酸根插层水滑石，并将将水杨酸根插层水滑石和水滑石按照一定质量比混合作为沥青改性剂来改性沥青，得到耐老化沥青。

由于水滑石是一种具有层状结构的铝镁硅酸盐矿物，是一类性能优异的紫外阻隔材料，其多级层板能够多次反射和折射紫外光，对紫外线起到物理屏蔽作用，层板上的金属元素和层间阴离子可以对紫外线起到化学吸收作用，因此，水滑石作为沥青改性剂能有效利用水滑石对紫外线的物理屏蔽以及层板上的金属元素和层间阴离子对紫外线吸收的双重作用，水滑石作为沥青改性剂不需要纳米级的分散，制备过程较为简单，且水滑石作为沥青改性剂能显著提高沥青的耐紫外老化性能，延长沥青的使用寿命。

此外，水杨酸因化学结构上的特点而具有紫外吸收性能，本技术方案中将水杨酸根作为客体引入水滑石层间，使水杨酸根取代碳酸根，制备过程中不需要煅烧或是超声波分散等过程，制备较为简单，所得到水杨酸根插层水滑石材料，具有较大的层间距，良好的热稳定性和屏蔽、吸收紫外线作用，因此，将水杨酸根插层水滑石作为沥青改性剂能有效利用水杨酸根插层水滑石屏蔽和吸收紫外线的特性，显著提高沥青的耐紫外老化性能，延长沥青的使用寿命。

因此，相比现有技术，本发明中所提供一种耐老化沥青改性剂制备过程简单，易于实现，能显著的提高沥青的耐老化性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请中水滑石和水杨酸根插层水滑石的XRD谱图；

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。以下实施例中均选取70#道路石油沥青为基质，以水滑石和水杨酸根插层水滑石以不同质量百分比混合制得沥青改性剂，由于第一水滑石与第二水滑石的成分以及分子式均相同，在实施例中均以水滑石指代第一水滑石或第二水滑石。

使用不同实施例制得的沥青改性剂来改性沥青，得到各组不同的改性后的沥青。沥青延度是指沥青的延展度，延度越大，表明沥青的塑性越好。老化后的沥青中胶质减少，沥青质增加，软化点升高，延度下降。沥青的低温延度能够反应沥青在低温状态下的塑性，即其抗变形能力的好坏。本实施例使用5℃延度保留率来作为沥青的老化指标。

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，以下实施例记录通过不同组合成分的沥青改性剂改性前后的沥青在紫外光(UV)老化试验中测得的 5℃延度数据，以此来具体说明沥青改性剂的效果。其中，

采用SYD-4508C型数控低温沥青延度仪，对沥青延度进行测试，拉伸速度为5cm/min，单位以cm表示。

紫外光(UV)老化试验采用LHX-205型智能数控光热老化箱，采用波长为365nm的GHF125W-03型汞灯，紫外光辐照度为2000μW/m2，温度控制在(50±0.5)℃，老化时间为14d。

实施例1

以水滑石0.02mol、水杨酸0.08mol、乙二醇0.8mol的摩尔比分别称取水滑石、水杨酸和乙二醇，将水杨酸加热到40℃，溶于乙二醇中配成溶液A，将水滑石加入溶液A中充分搅拌，分散制成浆液B，用NaOH溶液调整浆液B的pH 值至4后，将浆液B在140℃温度下搅拌反应2h后过滤、水洗，将过滤物在70℃的烘箱中干燥至恒重，研磨至细度200目，得到水杨酸根插层水滑石。

本申请的实施例中，采用日本Rigaku公司生产的型号为D/max2500PC的 X射线衍射(XRD)仪对水滑石和水杨酸根插层水滑石进行表征，XRD仪采用Cu靶和Kα射线源，操作电压和电流分别为40kV和100mA，扫描范围为2θ 5°-90°。由于水滑石为层状氢氧化物，其XRD图谱具有非常显著的特征，不同的阴离子***到层间可能会引起非常显著的层间距的变化。水杨酸根插层水滑石与水滑石的XRD谱图如图1所示。图1中的a为水滑石的XRD谱图，b为水杨酸根插层水滑石的XRD谱图。从图1a可以看出，水滑石的特征峰(2 θ＝11.6°、23.2°、34.6°、39.2°、46.3°和60.7°)，与JCPDS标准卡上 MgAl-CO₃水滑石的特征锋的位置吻合。两个相对衍射强度较大的衍射峰对应层间距0.784nm(d003)和两个高级反射0.384nm(d006)、0.257nm(d009)。

从图1b中可以看出，相对于图1a，水滑石中的3个特征衍射峰(d003), (d006)和(d009)规则性地向2θ的低角度移动,分别移至5.6°,11.2°和 16.7°,此时(d003)对应的层间距为1.61nm,特征峰向2θ的低角度移动。由于水杨酸表明水杨酸根离子进入层间完全取代CO₃ ^2-，形成了新的水杨酸根插层水滑石。

以100％质量百分比的水杨酸根插层水滑石为沥青改性剂，将4份沥青改性剂加入到96份温度维持在170℃的70#道路石油沥青中，采用高速剪切机保持4000/min的剪切速率剪切沥青50min，得到改性沥青1。

实施例2

与实施例1不同的地方在于，本实施例以90％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与10％的水滑石(细度为200目)混合均匀作为沥青改性剂，将4份沥青改性剂加入到96份温度维持在170℃的70#道路石油沥青中，采用高速剪切机保持4000/min的剪切速率剪切沥青50min，得到改性沥青2。

实施例3

与实施例1不同的地方在于，本实施例以80％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与20％的水滑石(细度为200目)混合均匀作为沥青改性剂，将4份沥青改性剂加入到96份温度维持在170℃的70#道路石油沥青中，采用高速剪切机保持4000/min的剪切速率剪切沥青50min，得到改性沥青3。

实施例4：

与实施例1不同的地方在于，本实施例以70％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与30％的水滑石(细度为200目)混合均匀作为沥青改性剂，将4份沥青改性剂加入到96份温度维持在170℃的70#道路石油沥青中，采用高速剪切机保持4000/min的剪切速率剪切沥青50min，得到改性沥青4。

实施例5

与实施例2-4不同的地方在于，本实施例无需制备水杨酸根插层水滑石，而是以100％质量百分比的水滑石(细度为200目)作为沥青改性剂，将4份沥青改性剂加入到96份温度维持在170℃的70#道路石油沥青中，采用高速剪切机保持4000/min的剪切速率剪切沥青50min，得到改性沥青5，记为改性沥青5。

对上述实施例中所得到的改性沥青1、改性沥青2、改性沥青3、改性沥青 4和改性沥青5与不经过改性的沥青(空白组)进行沥青紫外老化试验。

(1)沥青紫外老化盘直径为140mm，试样质量选为(20±0.1)g；

(2)采用波长为365nm的GHF125W-03型汞灯，紫外光辐照度为2000μ W/m²；

(3)将各组改性沥青试样放入紫外老化箱中，紫外老化时间为14天，试验温度为(50±0.5)℃，为保证沥青试样表面所受的紫外线辐射强度相同，沥青试样在紫外老化箱里的位置进行定期的循环调换。

(4)测试不同实施例中沥青在老化试验前后的5℃延度(分别记为D₀和 D)，延度保留率DRR＝D/D₀·100％，测试所得到的数据如下表所示：

从上表数据可知，不管是不经过改性的沥青，还是改性后的沥青，在紫外辐射试验后，延度均减小。对比数据可知，以100％质量百分比的水杨酸根插层水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青1)，老化后的5℃延度由78.5cm降低到27.9cm，延度保留率为35.5％；以90％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与10％的水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青2)，老化后的 5℃延度由77.5cm降低到27.4cm，延度保留率为35.4％；以80％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与20％的水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青3)，老化后的5℃延度由76.3cm降低到27.1cm，延度保留率为35.5％；以70％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与30％的水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青4)，老化后的5℃延度由76.0cm降低到27.0cm，延度保留率为35.5％；以100％质量百分比的水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青5)，老化后的5℃延度由74.4cm降低到26.0cm，延度保留率为34.9％；而不经过改性的沥青(空白组)，老化后的5℃延度由73.7cm降低到25.5cm，延度保留率为34.6％。对比来说，经过改性的沥青(改性沥青)在老化前后的延度保留率均大于不经过改性的沥青(空白组)，因而具有更为优秀的耐老化性能(耐紫外老化性能)。因此，水滑石与水杨酸根插层水滑石均对沥青耐老化性能有改进作用。

其次，包含水杨酸根插层水滑石的沥青改性剂改性沥青(改性沥青1、改性沥青2、改性沥青3、改性沥青4)的延度保留率大于水滑石的沥青改性剂改性沥青。因此，水杨酸根插层水滑石作为沥青改性剂对沥青耐老化性能优于水滑石作为沥青改性剂对沥青耐老化性能。

此外，以100％质量百分比的水杨酸根插层水滑石为沥青改性剂的改性沥青(改性沥青1)与90％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与10％的水滑石的改性沥青(改性沥青2)、80％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与20％的水滑石的改性沥青(改性沥青3)、70％质量百分比的水杨酸根插层水滑石与30％的水滑石的改性沥青(改性沥青4)，延度保留率均为35.5％左右，因而耐老化性能(耐紫外老化性能)相当，故在将水杨酸根插层水滑石和水滑石混合作为沥青改性剂时，水杨酸根插层水滑石的质量百分比取值70％-100％均可以，作为优选，水杨酸根插层水滑石的质量百分比取值70％，能够节省原料成本。