本发明涉及道路沥青技术领域，具体涉及一种环保型抗车辙改性沥青及其制备方法。
背景技术：
目前，常用于降低沥青路面温度的技术方案有：路用热反射涂层、大空隙路面、保水式路面、相变路面材料和热阻路面材料等。
(1)热反射涂层技术主要将具有阻热功能与反射功能的材料做成可涂于沥青路面的涂层材料，减少沥青路面的热能吸收量。(2)大空隙沥青混合料是一种具有相互连通空隙，空隙率在20％左右的开级配沥青混合料，可吸收路面结构的热量，降低路面的温度。(3)保水性沥青混合料原理为在大空隙沥青混合料中添加高吸水率的保水型材料，利用保水材料吸收并保存降雨或路表洒水的蒸发、气化降低路面温度。(4)将相变材料加入沥青混合料所摊铺的沥青路面即为相变路面材料技术。相变材料是当周围环境温度到达相变材料的熔点时，相变材料物理状态发生改变，吸收热量并存储热量，但是不升高温度。(5)热阻路面技术为将导热系数较低的矿物材料加入到沥青混合料中以降低沥青路面的导热系数，使得热量难以在沥青路面内传播。
目前，关于降低沥青混合料拌合摊铺过程中沥青烟排放量的技术方案在实际工程上应用较少，在相关专利及研究中，主要有以下技术方案：吸附法、负离子粉还原法。吸附法主要为利用比表面积极大的颗粒材料如活性炭对沥青烟等进行吸附；负离子粉还原法指在沥青混合料中加入负离子粉如电气石等，负离子可还原污染物质产生的氧自由基与中和带正电的粉尘。
目前，关于提高沥青路面抗车辙性能的方法有很多，主要可归为以下几种：(1)采用改性沥青。如sbs改性沥青能大幅度提升沥青混合料的高温性能。(2)提高集料的质量。选用坚硬、安定、表面粗糙、颗粒接近立方体的与沥青有较好粘附性的集料及采用石灰岩等憎水性石料磨细而成的矿粉，均可大大提高沥青混合料高温稳定性及沥青路面抗车辙能力。(3)采用不同的设计方法。我国常用马歇尔设计方法设计沥青混合料配合比，沥青用量往往过大。而美国的superpave设计方法设计的配合比较合理，沥青用量较小，能减少车辙的产生。(4)采用合理的沥青混合料结构形式。骨架空隙型如ogfc，骨架密实型如sma等结构的抗车辙性能比悬浮密实型如ac更强。(5)加入适当的外加剂如抗车辙剂。抗车辙剂一般能与沥青形成胶结作用，使沥青高温性能得到改善，提高了沥青的软化点；降低对温度的敏感性；增加沥青与矿料的粘附能力。(6)加入纤维。纤维能在集料骨架内搭桥交联而形成纤维加筋作用。由于聚合物纤维的存在,它在胶结料中形成网状,加强了沥青矿粉胶结料体系相互作用和整体性。
专利zl201310517396.2的《一种具有自控温功能的改性沥青混凝土》，其主要解决的技术问题是“在不同环境有自控温功能效果”，但是还存在以下问题：1、采用热阻路面材料，但在炎热季节尤其是阳光直射时升温过快，温度过高，容易影响路人和路面环境。2、温拌沥青混合料的路用性能往往不如传统热拌沥青混合料，对沥青混合料的路用性能均有一定的不良影响，温拌技术成本也相对较高，而热拌沥青混合料筑路工艺需要将沥青混合料加热到较高的温度，会产生大量沥青烟，造成污染性气体的大量排放。3、多用于路面降温的路面热反射涂层技术通常会降低沥青路面的防眩光性能与抗滑性能，在重载交通与过高的沥青路面温度的双重作用下，沥青路面极易产生车辙等高温病害。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种降低沥青路面温度、降低沥青烟的排放量、提高沥青混合料抗车辙性能的环保型抗车辙改性沥青及其制备方法。
为实现该技术目的，本发明的方案是：一种环保型抗车辙改性沥青及其制备方法，改性沥青中各原料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末3～7％，层状硅酸盐矿物粉末2.5～6％，纳米氧化锌粉末4～8％，偶联剂0.18～0.3％，分散剂0.1～0.18％，沥青78～90％。
作为优选，所述纳米氧化锡锑粉末粒径为15～30nm，所述的层状硅酸盐矿物粉末粒径为2.6～10μm，为所述的纳米氧化锌粉末粒径为20～40nm。
作为优选，所述层状硅酸盐矿物为海泡石、或者蛭石、或者蒙脱石、或云母中的一种。
作为优选，所述沥青为50号基质沥青、或者70号基质沥青、或者90号基质沥青、或者110号基质沥青中的一种。
作为优选，所述偶联剂为四正丙基锆酸酯，所述分散剂为焦磷酸钠。
作为优选，所述改性沥青中各原料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末5.4％，海泡石粉末4.57％，纳米氧化锌粉末6.63％，偶联剂0.25％，分散剂0.15％，沥青83％。
一种环保型抗车辙改性沥青的制备方法，根据权利要求1-5任一改性沥青的制备，具体步骤如下：
(1)将纳米氧化锡锑粉末、层状硅酸盐矿物粉末与纳米氧化锌粉末分别放入80℃烘箱中烘烤8小时，去除水分后分别封存；
(2)将经步骤1干燥处理后的纳米氧化锡锑粉末、层状硅酸盐矿物粉末及纳米氧化锌粉末充分混合，得到混合粉末a；
(3)将经步骤2所得的混合粉末a加入分散剂，由蒸馏水作溶剂浸泡1小时，浸泡过程中搅拌均匀，然后置于干燥箱内，在70℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末b；
(4)将经步骤3所得的混合粉末b加入偶联剂，由无水乙醇作溶剂浸泡1小时，浸泡过程中搅拌均匀，然后置于干燥箱内，在60℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末c；
(5)将经步骤4所得的混合粉末c加入重量份为100份的沥青中，其中沥青的温度为125℃～150℃,搅拌5min使混合粉末c与沥青初步混合均匀，再将沥青温度稳定于140℃～165℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品环保型抗车辙改性沥青。
作为优选，步骤3中浸泡过程中搅拌均匀，可用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm；
或者采用超声波分散仪对其进行振荡分散，超声振荡频率为20khz，时间为10min。
作为优选，步骤4中浸泡过程中搅拌均匀，可使用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm；
或者采用超声波分散仪对其进行振荡分散，超声振荡频率为20khz，时间为8min。
作为优选，步骤3中蒸馏水内加入naoh，将其ph值调至9，混合粉末a的表面改性效果更佳。
本发明的有益效果，本申请的环保型抗车辙改性沥青，能吸附并降解部分在沥青混合料拌和及摊铺过程中产生的沥青烟，降低沥青路面施工过程中对环境的污染；有效降低路面沥青面层温度，减轻城市热岛效应，因此符合绿色环保的要求，环境效益好；在保持沥青混合料良好的路用性能的前提下，提高沥青混合料的高温性能，减少车辙病害的产生；本申请的制备工艺较简单，使用过程无需对传统热拌沥青混凝土施工工艺进行改变，原材料安全且廉价，具有良好的可推广性与经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明所述的具体实施例为一种环保型抗车辙改性沥青及其制备方法，改性沥青中各原料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末3～7％，层状硅酸盐矿物粉末2.5～6％，纳米氧化锌粉末4～8％，偶联剂0.18～0.3％，分散剂0.1～0.18％，沥青78～90％，各质量百分比之和为100％。
所述纳米氧化锡锑粉末粒径为15～30nm，所述的层状硅酸盐矿物粉末粒径为2.6～10μm，为所述的纳米氧化锌粉末粒径为20～40nm。在一定程度上，氧化锡锑与氧化锌的粒径是越小，效果越好，但粒径过小会导致原材料加工困难，成本上升，上述粒径粉末的易得性和性能兼得。
所述层状硅酸盐矿物为海泡石、或者蛭石、或者蒙脱石、或云母中的一种。其中以海泡石为佳。海泡石是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，收缩率低，比表面大，吸附性强。同时海泡石还具有隔热、抗辐射及高热稳定等性能。
所述沥青为50号基质沥青、或者70号基质沥青、或者90号基质沥青、或者110号基质沥青中的一种。本申请通过纳米氧化锡锑粉末、层状硅酸盐矿物粉末、纳米氧化锌粉、分散剂和偶联剂组合而成的改性剂适用范围广，而50、70、90、110号基质沥青是我国沥青路面工程上最常用的基质沥青，本申请对上述基质沥青进行改性，能够大幅提高其性能。
所述偶联剂为四正丙基锆酸酯，所述分散剂为焦磷酸钠。焦磷酸钠溶于水为碱性，而碱性的环境下氧化锡锑分散性更好。四正丙基锆酸酯为一种通用型偶联剂，稳定性好，对本申请的配方提升效果明显。
所述改性沥青中各原料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末5.4％，海泡石粉末4.57％，纳米氧化锌粉末6.63％，偶联剂0.25％，分散剂0.15％，沥青83％。上述配比在各个功能都比较均衡，效果较好。
一种环保型抗车辙改性沥青的制备方法，具体步骤如下：
(1)将纳米氧化锡锑粉末、层状硅酸盐矿物粉末与纳米氧化锌粉末分别放入80℃烘箱中烘烤8小时，去除水分后分别封存；
(2)将经步骤1干燥处理后的纳米氧化锡锑粉末、层状硅酸盐矿物粉末及纳米氧化锌粉末充分混合，得到混合粉末a；
(3)将经步骤2所得的混合粉末a加入分散剂，由蒸馏水作溶剂浸泡1小时，浸泡过程中搅拌均匀，然后置于干燥箱内，在70℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末b；
(4)将经步骤3所得的混合粉末b加入偶联剂，由无水乙醇作溶剂浸泡1小时，浸泡过程中搅拌均匀，然后置于干燥箱内，在60℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末c；
(5)将经步骤4所得的混合粉末c加入重量份为100份的沥青中，其中沥青的温度为125℃～150℃,搅拌5min使混合粉末c与沥青初步混合均匀，再将沥青温度稳定于140℃～165℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品环保型抗车辙改性沥青。
为了使得混合粉末a和分散剂混合更加均匀，步骤3中浸泡过程中搅拌均匀，可用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm；或者采用超声波分散仪对其进行振荡分散，超声振荡频率为20khz，时间为10min。
为了使得混合粉末b和偶联剂混合更加均匀，步骤4中浸泡过程中搅拌均匀，可使用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm；或者采用超声波分散仪对其进行振荡分散，超声振荡频率为20khz，时间为8min。搅拌能加速各原材料的混合，使表面改性更加均匀，机械搅拌效果没有超声分散好，耗时更长，但对设备要求低，超声分散效率高，效果好，但伴随着超声波分散的时间不断延长,体系会因为空化气泡的破裂而产生大量的热,导致体系温度不断升高,超声空化所产生的瞬时高温高压对聚合物型分散剂产生部分降解作用,影响分散剂在纳米粒子表面的吸附量和吸附状态。
为了提高混合粉末a的表面改性效果，步骤3中蒸馏水内加入naoh，将其ph值调至9，混合粉末a的表面改性效果更佳。分散体系为酸性或碱性时,粒子表面吸附了一层正电荷或负电荷,而在其周围则吸引一层反离子,形成双电层,双电层之间的静电斥力阻止粒子之间相互靠近,因而分散稳定性增加。但是如果体系的酸性或碱性过强,体系中存在大量的十或一对粒子表面的双电层会有一定的压缩作用而使纳米粒子产生絮凝，分散纳米氧化锡锑粉末时,将体系的值控制在9左右比较适宜。
本申请的工作原理如下：
本申请的环保型抗车辙改性沥青，主要成分为纳米氧化锡锑、海泡石粉、纳米氧化锌及基质沥青。通过选择合适配比的纳米氧化锡锑、海泡石粉、纳米氧化锌，让三者之间产生协同工作的效果，在不对沥青混合料的性能产生不良影响的基础上，对沥青路面施工过程中产生的沥青烟进行吸附并降解，降低沥青路面温度，提高沥青混合料的抗车辙性能。
纳米氧化锡锑又名纳米掺锑二氧化锡、ato。其粉体结构为四方金红石结构，sb掺杂sno2为代替型掺杂。纳米氧化锡锑是工业、生活中运用极广的一种隔热、防紫外线功能原料。将其加入沥青可提高沥青的抗红外、紫外性能，降低沥青混凝土铺面的吸热性能与导热性能，降低沥青路面的温度，减缓城市热岛效应。ato与氧化锌协同性体现在不会降低氧化锌的活性。一般的隔热材料如陶瓷粉，蛭石及其他的一些材料透光性较弱，换言之会阻碍光线的传播，而氧化锌为光触媒材料，其氧化性需要光子激发。而氧化锡锑的透明性较高，对可视光(380nm-780nm)的吸收率极弱，而且由对可视光难以散射的粒子组成，因此对氧化锌的影响较小。
纳米氧化锌是一种性能优异的光触媒材料。在光照射下，当一个具有一定能量的光子激发价态电子跃迁到导带，价带的空穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基，可作为强氧化剂降解沥青路面施工过程中产生的沥青烟。氧化锌可以降解一部分沥青烟等污染性有机物，但施工过程中降解效率不会达到100％，还是会有相当一部分的污染性气体排出。如果协同海泡石的吸附作用则可以将吸附部分污染性气体，降低污染性气体的释放速度，为其降解提供更多的反应时间。
海泡石是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，收缩率低，比表面大，吸附性强。同时海泡石还具有隔热、抗辐射及高热稳定等性能。海泡石粉末可对施工过程中产生的沥青烟有一定的吸附作用，协同纳米氧化锌的氧化降解作用能进一步提升其沥青烟净化效果。其隔热性能也能阻碍热量在沥青混凝土铺面的传递，降低沥青路面的升温幅度。海泡石对污染性气体有一定的吸附作用，但仅仅吸附污染性气体对减少污染性气体的排放气的作用不大，不能降解污染性气体，治标不治本，协同氧化锌的氧化降解作用则能真正将污染性气体降解城无害的物质，起到沥青烟净化作用。
由四正丙基锆酸酯，焦磷酸钠进行表面改性的纳米氧化锡锑、海泡石粉与纳米氧化锌加入到基质沥青并剪切分散后，能在基质沥青中均匀、稳定地分布。本申请通过加入以上三种粉末，对沥青中轻质油分有吸持作用，与沥青形成结合牢固的两相界面，形成更多的结构沥青，从而改善沥青的胶体结构，增强了沥青的宏观力学性能，改善其热学特性，进而增强沥青混合料的抗高温变形能力，使混合料表现出较高的稳定性和抗车澈能力。
具体案例及性能对比结果如下：
案例1
案例1中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末5.4％，海泡石粉末4.57％，纳米氧化锌粉末6.63％，偶联剂0.25％，分散剂0.15％，沥青83％，沥青为90号基质沥青。
具体制备方法及条件如下：
步骤一：将纳米氧化锡锑粉末、海泡石粉末与纳米氧化锌粉末分别放入80℃烘箱中烘烤8小时，去除水分后分别封存；
步骤二：将步骤一中干燥处理后的纳米级氧化锡锑粉末、海泡石粉，的纳米级氧化锌粉末充分混合，得到混合粉末a；
步骤三：将步骤二中所得的混合粉末a加入由蒸馏水作溶剂的焦磷酸钠中浸泡1小时，浸泡过程中用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm，然后置于干燥箱内，在70℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末b；
步骤四：将步骤三中所得的混合粉末b加入由无水乙醇作溶剂的四正丙基锆酸酯中浸泡1小时，浸泡过程中用搅拌机进行搅拌，搅拌速度为30rpm，后置于干燥箱内，在60℃的条件下进行干燥处理，得到混合粉末c；
步骤五：将步骤四中所得的混合粉末c加入温度为130℃～140℃的90号基质沥青中，搅拌5min使粉末与沥青初步混合均匀，再将基质沥青温度稳定于145℃～155℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品，案例1的具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青。
案例2
案例2中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末3％，海泡石粉末2.5％，纳米氧化锌粉末4.2％，偶联剂0.19％，分散剂0.11％，沥青90％，沥青为90号基质沥青。
本实施例制备方法与实施例1相同。
案例3
案例3中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末7％，海泡石粉末6％，纳米氧化锌粉末8％，偶联剂0.3％，分散剂0.18％，沥青78.52％，沥青为90号基质沥青。
本案例3制备方法与案例1相同。
案例4
案例4中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末6.22％，海泡石粉末5.11％，纳米氧化锌粉末7.23％，偶联剂0.28％，分散剂0.16％，沥青81％，沥青为110号基质沥青。
本案例的多功能改性沥青制备方法为：
步骤一到四与案例1的制备方法相同；
步骤五为：将步骤四中所得的混合粉末c加入温度为125℃～135℃的110号基质沥青中，搅拌5min使粉末与沥青初步混合均匀，再将基质沥青温度稳定于140℃～150℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品，案例4的具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青。
案例5
案例5中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末4.12％，海泡石粉末3.9％，纳米氧化锌粉末5.62％，偶联剂0.23％，分散剂0.13％，沥青86％，沥青为70号基质沥青。
本案例的多功能改性沥青制备方法为：
步骤一到四与案例1的制备方法相同；
步骤五为：将步骤四中所得的混合粉末c加入温度为135℃～145℃的70号基质沥青中，搅拌5min使粉末与沥青初步混合均匀，再将基质沥青温度稳定于150℃～160℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品，案例5的具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青。
案例6
案例6中多功能改性沥青各原材料的质量百分比为：纳米氧化锡锑粉末3.58％，海泡石粉末3.31％，纳米氧化锌粉末4.8％，偶联剂0.20％，分散剂0.11％，沥青88％，沥青为50号基质沥青。
本案例的多功能改性沥青制备方法为：
步骤一到四与案例1的制备方法相同；
步骤五为：将步骤四中所得的混合粉末c加入温度为140℃～150℃的50号基质沥青中，搅拌5min使粉末与沥青初步混合均匀，再将基质沥青温度稳定于155℃～165℃，用高速剪切机对其进行剪切，剪切速度为4500rpm，时间为25～35min；剪切速度为1200rpm，时间为15～20min得到成品，案例6的具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青。
为验证本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的路用性能及沥青烟降解性能，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的规定对案例1～6及其相应的基质沥青进行基本性能的检验。参照《建筑材料燃烧或分解的烟密度等级试验方法》(gb/t8627)规定进行烟密度试验。本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青试验结果如表1所示。
表1一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青及其相应基质沥青实验结果：
从表1可以看出，本申请一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的针入度、延度、软化点及针入度指数都满足规范要求。各实施例改性沥青的针入度对比相应的基质沥青有所减小，软化点有所上升，证明改性沥青的高温性能得到提高。各实施例改性沥青的针入度指数比各自相对应的基质沥青针入度指数有所上升，证明改性沥青的温度敏感性得到改善。
从表1还可以看出，本申请案例1～6的沥青烟浓度相比其对应的基质沥青的沥青烟浓度均有一定降低，且海泡石粉与纳米氧化锌粉末的掺量越大，沥青烟的减排率越高。证明本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的沥青烟净化效果明显。
根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)、根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的规定，以上述实案例1～6所得的一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青及其对应的基质沥青、矿料为原材料，分别制作尺寸规格为30cm*30cm*5cm的车辙板。矿料由集料和矿粉组成，集料为玄武岩，粒径为0.075mm～16mm，矿粉为石灰岩粉末，粒径小于0.075mm。矿料级配类型为ac-13型。级配组成如表2。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的规定进行车辙试验验证本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的抗车辙性能。车辙试验的试验数据如表3所示。
将车辙板同时放置于室外有阳光直射环境，模拟在阳光直射下沥青混凝土路面的温度变化，记录三小时后车辙板表面及底部的温度，测试本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的路面降温性能。车辙板温度试验的试验数据如表3所示。
表2ac-13级配组成
表3车辙试验及车辙板温度试验的试验数据
从表3可以看出，本申请一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青案例1～6制得的车辙板试件的动稳定度相对其基质沥青所制得车辙板试件有明显提高，证明本发明改性沥青的抗车辙性能明显。海泡石粉，纳米氧化锡锑及纳米氧化锌掺量越大，以本申请案例1～6为原材料制得的车辙板的动稳定度提高越明显。
从表3还可以看出，由本申请案例1～6制得的车辙板在相同的阳光直射环境下升温幅度比基质沥青制得车辙板升温幅度明显降低，证明本发明一种具有阻热减排抗车辙性能的多功能改性沥青的路面降温性能明显。且纳米氧化锡锑、海泡石粉掺量越大，车辙板升温幅度越小。
本申请的环保型抗车辙改性沥青，能吸附并降解部分在沥青混合料拌和及摊铺过程中产生的沥青烟，降低沥青路面施工过程中对环境的污染；有效降低路面沥青面层温度，减轻城市热岛效应，因此符合绿色环保的要求，环境效益好；在保持沥青混合料良好的路用性能的前提下，提高沥青混合料的高温性能，减少车辙病害的产生；本申请的制备工艺较简单，使用过程无需对传统热拌沥青混凝土施工工艺进行改变，原材料安全且廉价，具有良好的可推广性与经济效益。本申请综合了路面降温、沥青烟吸附降解及沥青混合料抗车辙技术，解决了不同技术手段间有可能相互影响的问题，对沥青路面的设计及施工养护工艺影响较小，工程造价也不会过度上涨。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。