生物质重油和稻壳灰联合作为沥青改性剂的应用
【专利摘要】本发明涉及生物质重油和稻壳灰联合作为沥青改性剂的应用。通过沥青针入度、软化点、延度试验和动态剪切流变(DSR)试验，证明该复配改性沥青可用于改善生物质重油改性沥青高温稳定性不足、耐久抗疲劳性能较差的缺点，明显提高稻壳灰改性沥青低温抗裂性；同时，可以吸收生物质油改性沥青和稻壳灰改性剂的优点，使沥青胶结料及其混合料具有良好的低温抗裂性、高温稳定性和耐久性，是一种综合性能优良的改性沥青材料。
【专利说明】
生物质重油和稻壳灰联合作为沥青改性剂的应用
技术领域
[0001] 本发明属于沥青改性剂技术领域，具体涉及生物质重油和稻壳灰作为沥青复合改 性剂的应用。
【背景技术】
[0002] 沥青作为一种重要的工程建筑材料，广泛应用于土木工程建设的各个领域。我国 幅员辽阔，气候类型涉及从干燥寒冷的西北地区到炎热湿润的东南沿海的较大跨度，只具 备优良的高温性能或低温性能的沥青材料并不能满足实际工程中气候环境和荷载的需求， 这便要求沥青材料具有良好的整体性能。而生物质重油与稻壳灰联合形成的复合改性沥青 则同时吸收了生物质油改性沥青低温性能和稻壳灰改性沥青高温稳定性优良的优点，同时 弥补了生物质油改性沥青高温性能差和稻壳灰改性沥青低温抗裂性不足的缺陷，得到一种 高温稳定性、低温抗裂性良好，稳定耐久的改性沥青材料，满足复杂工程使用环境对沥青的 综合性能要求。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的缺陷与不足，发明人在研究中发现将无机生物灰稻壳灰与有机生 物油作为复合沥青改性剂，可以改变改性剂与沥青之间的界面效应，得到一种高温与低温 性能均良好，且稳定耐久的改性沥青材料。
[0004]为此，本发明提供了稻壳灰和生物质油联合作为沥青改性剂的应用。
[0005] 基于上述研究发现，本发明还提供了一种改性沥青。本发明所提供的改性沥青包 括沥青、稻壳灰和生物质油。
[0006] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0007] (1)生物质油-稻壳灰复合改性沥青可以大幅提高稻壳灰改性沥青的低温延度，表 现出优良的低温抗裂性能，满足更低温度下的使用要求；
[0008] (2)生物质油-稻壳灰复合改性沥青可以提高生物质油改性沥青的高温稳定性和 抗疲劳性能，满足当前高温、重载、渠化交通对沥青性能的要求。
[0009] (3)生物质油-稻壳灰改性沥青在90~110摄氏度的温度范围内便已成为流动态， 可以实现沥青温拌，降低能耗。
【附图说明】
[0010] 图1为实施例1、2、3与参照例1针入度对比；
[0011] 图2为实施例1、2、3及参照例1软化点与延度对比；
[0012]图3为40 °C实施例1、2、3及参照例1复数模量曲线图；
[0013]图4为40 °C实施例1、2、3及参照例1相位角曲线图；
[0014] 图5为40 °C实施例1、2、3及参照例1损失模量曲线图；
[0015] 图6为不同温度下实施例1、2、3及参照例1车辙因子曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的稻壳灰是以稻壳为原料采取有氧煅烧的手段加工而成，煅烧温度一般为 400-800摄氏度。
[0017] 本发明的生物质油为木质素、动物粪便、废弃食物油脂或农作物副产品秸杆等高 温热解抽提得到。
[0018] 本发明的沥青为石油沥青、煤油沥青、生物质沥青等
[0019] 以下给出本发明的具体优选实施例，用于进一步说明本发明。这些实施例仅用于 本领域技术人员充分的理解本发明，而不是用来限制本发明的范围。凡是在本发明技术方 案之上进行的等同变换或者替换均属于本发明要求保护的权利范围之内。
[0020] 实施例：
[0021]以下实施例中所用原料为：
[0022]沥青：国产标号为70号重交通石油沥青，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规 范》JTG F40-2004的技术要求；
[0023] 生物质油：陕西一生物质能源加工产由木肩快速裂解获得，油体为黑色膏状物，沸 点76摄氏度；
[0024] 稻壳灰制备:首先，将从湖北仙桃一碾米厂中获得的稻壳放入通风炉中，在五分钟 内将温度升高至600°C后保持恒温两个小时，期间保证空气可以进入炉内且可与稻壳灰充 分接触使其中的碳转化为二氧化碳，以避免高温缺氧导致的碳化，降低成品后稻壳灰中二 氧化硅的含量;而后，关闭通风炉静置一个小时，再将其中的稻壳灰取出，投入球磨机粉磨 60min;最后，得到高比表面积和二氧化硅含量的稻壳灰；
[0025] 稻壳灰改性沥青制备:a)沥青样本准备:将国产AH-70号沥青于鼓风烘箱中加热2 ~3小时，烘箱设定温度为135°C ;b)高速搅拌机搅拌改性沥青体系:将对应剂量的稻壳灰加 入经烘箱加热至135 °C的沥青中进行搅拌，首先选择低速模式（1000rad/s)在三分钟内将对 应剂量的稻壳灰(或石灰石矿粉)加入70号基质沥青中，低速模式搅拌lOmin后切换至高速 模式(3000rad/s)搅拌20min，得到改性沥青样品。
[0026]经多次试验经验总结，在第一次搅拌结束24小时后，改性沥青表面会有不均匀的 麻面和气泡。因此，需进行二次沥青高速搅拌机搅拌，并在搅拌后用玻璃棒搅拌一分钟，从 而可以得到近似镜面的改性沥青表面，视其为搅拌均匀，满足改性沥青的使用标准。稻壳灰 化学成分分析如表1所不：
[0027] 表 1
[0028]
[0029]生物质油改性沥青制备:a)沥青样本准备:将国产AH-70財历青于鼓风烘箱中加热2 ~3小时，烘箱设定温度为110°C;b)生物质油改性:将一定质量的生物质油加入准备好的沥 青中，由于生物油沸点为76摄氏度，且由于该生物油主要用于燃料使用而生产，其中含有一 定量的水和气体，当其加入沥青后会有大量气泡冒出使沥青溢出，易造成危险。因此，须人 工用玻璃棒搅拌10分钟，使气泡基本消除后再由高速搅拌机以l〇〇〇r/s搅拌20分钟，方可得 到生物质油改性沥青。
[0030]生物质油-稻壳灰复合改性沥青制备:a)沥青样本准备:将国产AH-70号沥青于鼓 风烘箱中加热2~3小时，烘箱设定温度为110°C ; b)高速搅拌改性阶段:首先将所需质量的 生物质油加入准备好的沥青中，人工由玻璃棒搅拌10分钟以消除生物质油沸腾及其中水汽 气化形成的气泡;然后，将所需质量的稻壳灰在3分钟内在玻璃棒的搅拌下初步拌入改性沥 青体系；随后，由高速搅拌机先采用慢速（l〇〇〇r/S)搅拌5分钟，再采用快速(3000r/s)搅拌 15分钟;最后，由玻璃棒搅拌5分钟即可得到生物质油-稻壳灰复合改性沥青。
[0031 ] 实施例1:按国产AH70号沥青1质量份，稻壳灰1 %质量份配置改性沥青。性能测试 结果见性能与功能试验部分。
[0032] 实施例2:按国产AH70号沥青1质量份，生物质油20 %质量份配置改性沥青。性能测 试结果见性能与功能试验部分。
[0033] 实施例3:按国产AH70号沥青1质量份，稻壳灰1%质量份和生物质油20%质量份 配置改性沥青。性能测试结果见性能与功能试验部分。
[0034] 参照例1:按国产AH70号沥青1质量份，不添加稻壳灰和生物质油。性能测试结果见 性能与功能试验部分。
[0035]以下是发明人提供的关于以上实施例改性沥青的性能与功能试验：
[0036] 一、沥青针入度、软化点、延度试验
[0037] 按照《沥青与沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规范要求制备针入度、软化点、 延度试验所用试件，进行15 °C、25 °C、30 °C针入度试验、软化点试验和10 °C、15 °C低温延度试 验。实施例3所对应的生物质油-稻壳灰复合改性沥青，其针入度、软化点、延度试验结果及 其与基质沥青、单一稻壳灰或生物油改性沥青对比情况如图1、图2所示。
[0038] 由以上针入度、软化点和延度试验结果可以得到如下结论：
[0039] (1)实施例3(生物质油-稻壳灰改性沥青)较实施例2(相同掺量生物油改性沥青） 尚温性能明显提尚；
[0040] (2)实施例3(生物质油-稻壳灰改性沥青)较实施例1(相同掺量稻壳灰改性沥青） 低温抗裂性大幅提高;与参照例1(基质沥青)相比，满足低温性能的前提下高温性能有所提 尚。
[0041 ] 二、动态剪切流变(DSR)试验
[0042] 采用美国TA公司生产AR2000型动态剪切流变仪进行实施例1、8、11及参照例1的PG 分级试验及40°C、50°C、60°C、70°C下0 . lrad/s~100rad/s范围内的频率扫描试验，选择 25mm夹具，沥青膜厚度1mm。试验结果如图3~图6所示。
[0043]由以上试验结果可知，实施例3 (生物油-稻壳灰改性沥青)较实施例2 (相同掺量的 生物油改性沥青)整体力学性能和抗变形能力有所提高，但对相位角改变不大;与参照例1 (基质沥青）、实施例1(稻壳灰改性沥青)和实施例2相比，实施例3具有最好的抗疲劳性能， 而实施例1的能量损失最多，抗疲劳性能最劣。且在含沥青工程构造物的典型高温使用范围 40摄氏度~60摄氏度内，实施例3 (生物油-稻壳灰改性沥青)高温抗车辙能力优于基质沥青 (参照例1)和相同掺量的生物油改性沥青(实施例2)。
【主权项】
1. 生物质重油和稻壳灰联合作为沥青改性剂的应用。2. -种改性沥青，其特征在于，该改性沥青包括沥青、稻壳灰、生物质重油。3. 如权利要求2所述的改性沥青，其特征在于，该改性沥青包括1质量份沥青，0.01质量 份稻壳灰和〇. 2质量份生物质重油。
【文档编号】C08L95/00GK105838091SQ201610207774
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】韩振强, 沙爱民, 翟瑞鑫, 童峥, 蒋玮, 刘状壮, 邹晓龙
【申请人】长安大学