专利名称：低碳电气石改性沥青及其制备方法
技术领域：
本发明属于路面材料技术领域，具体涉及到一种低碳电气石改性浙青的制备。
背景技术：
当前，在全球气候变暖的背景下，发展低碳经济、建设低碳社会已经成为我国乃至世界的战略重点。在道路工程建设中，我国每年新建的高等级路面90%以上为浙青路面，浙青路面大多采用传统的热拌浙青混合料，而这种拌和工艺不仅消耗大量能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，严重污染环境。人们在1995年开始研制一种环保型的温拌浙青混合料，通过降低混合料的拌合温度来减少废气的排放和降低能源的消耗，但由于其性能与热拌浙青混合料相比还有一定差距，且生产成本偏高，并未得到大面积推广。所以，十分有必要开发一种高性能“绿色环保型”的新型改性浙青来减少热拌浙青混合料的污染排放。大部分具备环境功效的路面材料是在基本不影响路面材料性能前提下，通过掺加一定量的具有特殊性能的添加剂而形成，其对浙青功能属性的改善主要来源于添加剂。现今，国内外使用较多的改性剂是有机材料改性剂，即各种聚合物改性剂；除了有机改性之外，通过添加无机物对浙青改性也可提高其性能，且具有材料来源广泛、生产设备简单、易加工、成本低廉等特点，已经受到越来越多研究者的关注。常用的无机改性物质有纳米层状硅酸盐、纳米碳酸钙、炭黑、纤维、硅藻土、粉煤灰、水泥、石灰、矿质填料等。在众多的有机改性剂和无机增强剂中，无一同时具有热拌减排、阻燃抑烟、净化空气、降低城市热岛效应 (或降低路面温度)等多种低碳功效的添加增强剂。本项目采用电气石粉对浙青进行无机改性，不仅能改善浙青的道路使用性能，且具备上述多种低碳功效，具有显著的社会效益与经济效益。电气石又名托玛琳(tourmaline)，是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，国际公认的电气石晶体化学通式可表示为XYJ6[Si6O18] [bo3]3(o，oh，f)4，x位主要为Na+或Ca2+，也有K+或空缺占据，该位置还可能被Mn2+、Mg2+、H3O+占据；Y位置主要为 Fe2\ Mg2+及(Al+Li)，通常还会有Mg2+、Fe3+,该位置还会被Ca2+、Cr3+、Ti4+占据；Z位置主要为Al3+，还有i^2+、Mn3+、Li3+、Ti4+等；Ti4+、Al3+、Fe3+可能替代Si4+，但仅能置换四面体位置上很小的比例，其中X、Y、Z的位置替换是很普遍的。电气石具有压电性、热电性(即当温度变化时或在收到压力、张力作用下能够产生电荷)、永久性自发极化效应、发射远红外线、电解水、缩小水分子束、释放负离子等功能，能够在一定条件下产生电荷，电荷对带电粒子(有害气体、杂质等)有吸附作用。电气石改性浙青，是通过将电气石与少量助剂添加到浙青中进行改性制备而成， 改善浙青以及浙青混合料的综合性能，从而提高浙青路面使用品质，相比于其它改性方法， 其突出特点是不但可减轻行车荷载对浙青路面的破坏，延长浙青路面的使用寿命，而且经改性后的浙青同时具备热拌减排、阻燃抑烟、净化空气、降低城市“热岛效应”等功效。电气石改性浙青的优良特性主要源自以下几个方面(1)电气石具有永久极化效应，周围存在静电场，对带电粒子有吸附作用，加入浙青中可以吸附粉尘及有害气体，减少混合料拌合时废气的排放，从而达到热拌减排和对燃烧的浙青混合料阻燃抑烟的双重效应；(2)电气石能够发射红外线，远红外线辐射功能可加剧有机分子运动，提高浙青内部结构稳定性，改善浙青与混合料的路用性能，电气石的热电性和压电性使得浙青在受到外界温度变化或行车荷载作用时，产生电荷，能够进一步提高浙青的性能；C3)电气石具有永久释放负离子功能，空气负离子能还原来自大气的污染物质、氮氧化物等产生的活性氧(氧自由基)，中和带正电的空气飘尘，使空气得到净化，从而有效改善城市环境；(4)电气石的热电性和压电性，使得改性浙青能够将部分热能或机械能转换为电能，不仅可减少行车荷载破坏，延长路面使用寿命，还可有效降低路面温度，对减轻城市热岛效应有显著作用；(5) 电气石不仅无污染，具有较高的机械化学稳定性，而且不存在饱和极限，可持续使用，重复利用率较高。我国电气石资源量储存十分丰富，利用潜力非常大，已广泛应用于环保、医疗保健、声电功能材料、研磨材料、水的活化改性、电磁屏蔽等方面，而将电气石应用于道路工程中，对浙青进行无机改性在国内外尚属首次，这不但可以拓宽电气石的应用领域，而且可以为减排功能路面材料及隧道阻燃抑烟环保材料提供新途径，对沿线的环境保护也具有积极的作用，从可持续发展的角度来看，将会收到经济、社会、环保三赢的局面。关于电气石改性浙青的研究，国内外还未见相关报道，因此，当前全面系统地研究其各项性能对电气石改性浙青在道路建设工程中的应用与推广具有现实意义。
发明内容
本发明需要解决的一个技术问题是克服现有改性浙青热拌高能耗、高污染和性能不完善的技术问题，提供一种具有热拌减排、阻燃抑烟、净化空气、降低城市热岛效应、使用寿命长、功能多的低碳电气石改性浙青。本发明需要解决的另一个技术问题是为低碳电气石改性浙青提供一种制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述质量份配比的原料制成基质浙青100份电气石8 20份分散剂0 0.6份上述的电气石为电气石粉或电气石负离子粉，其中电气石粉细度为100目、200 目、325目、400目、600目、800目、1000目、1250目、3000目中的任意一种，电气石负离子粉细度为 325 目、负离子释放量为 1000ions、5000ions、8000ions、10000ions、12000ions、 20000ions,40000ions中的任意一种。分散剂可采用多聚磷酸钠或聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾或六偏磷酸钠或十二烷基苯磺酸钠。上述的电气石粉和电气石负离子粉由河北省石家庄灵寿县汇鑫电气石厂生产。多聚磷酸钠的型号为POLYRON NC、聚丙烯酸钠的型号为LOPON LF、聚丙烯酸钾的型号为LOPON 895由北京东方澳汉有限公司生产提供；六偏磷酸钠(NaPO3)6、十二烷基苯磺酸钠LAS-60由西安顺辉化工有限公司提供。制备本发明的优选质量份配比为基质浙青100份
电气石多聚磷酸钠制备本发明的最佳质量份配比为
14 20份 0. 42 0. 6 份基质浙青电气石
100份 17份 多聚磷酸钠
0. 51 份在本发明的原料配比中，分散剂的用量为电气石质量的3%。上述电气石改性浙青的制备方法如下将基质浙青加热到150 士 5°C，将干燥的电气石缓慢、分批加入到基质浙青中，加入分散剂，手动勻速搅拌5分钟，采用高速剪切仪，1000转/分钟搅拌10分钟，4000转/分钟搅拌30分钟，1000转/分钟搅拌10分钟，以排除高速搅拌时产生的气泡，制备成电气石改
性浙青，储存待用。本发明经过大量的研究和试验，结果表明，采用本发明生产的电气石改性浙青不仅具备优良的路用性能，且具有热拌减排、阻燃抑烟、净化空气、减轻城市“热岛效应”等多种功能，可作为浙青路面的材料。
图1是电气石负离子粉的扫描电镜2是电气石改性浙青的扫描电镜图。图3是基质浙青、电气石粉体及电气石改性浙青的红外光谱图。图4是基质浙青的差示扫描热图谱。图5是电气石改性浙青的差示扫描热图谱
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国51(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉17kg多聚磷酸钠0. 51kg上述原料的质量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉17份多聚磷酸钠0. 51份其制备方法如下将基质浙青加热到150士5°C，将干燥的电气石负离子粉缓慢、分批加入到基质浙青中，加入多聚磷酸钠，手动勻速搅拌5分钟，采用高速剪切仪，1000转/分钟搅拌10分钟， 4000转/分钟搅拌30分钟，1000转/分钟搅拌10分钟，以排除高速搅拌时产生的气泡，制备成电气石改性浙青，储存待用。
实施例2以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国51(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉20kg多聚磷酸钠0. 6kg上述原料的重量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉20份多聚磷酸钠0. 6份其制备方法与实施例1相同。实施例3以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国51(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉14kg分散剂0. 42kg上述原料的重量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉14份多聚磷酸钠0. 42份其制备方法与实施例1相同。实施例4以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国31(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉Ilkg多聚磷酸钠0. 33kg上述原料的重量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉11份分散剂0. 33份其制备方法与实施例1相同。实施例5以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国31(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉8kg多聚磷酸钠0. 24kg上述原料的重量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉8份多聚磷酸钠0. 24份
其制备方法与实施例1相同。实施例6以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为韩国31(70#浙青IOOkg负离子释放量5000ions的电气石负离子粉14kg多聚磷酸钠Okg上述原料的重量份配比为韩国31(70#浙青100份负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉14份多聚磷酸钠0份其制备方法与实施例1相同。实施例7以生产本发明产品用基质浙青IOOkg为例所用的其它原料及其质量配比为在以上实施例1 6的配比中，负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉可用粒径为325目的电气石负离子粉替换，也可用负离子释放量为lOOOions或SOOOions或 IOOOOions或12000ions或20000ions或40000ions的电气石负离子粉替代，还可用粒径为100目或200目或325目或400目或600目或800目或1000目或1250目或3000目的电气石粉替代，用量与负离子释放量5000ionS的电气石负离子粉用量相同，多聚磷酸钠可用聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾或六偏磷酸钠或十二烷基苯磺酸钠替代。其制备方法与实施例1相同。为了确定本发明的最佳质量配比发明人进行了大量的研究试验，各种试验情况如下1.确定改性浙青制备的搅拌温度与搅拌时间电气石烘干温度为105 士 5°C，采用改性浙青剪切仪，开动搅拌机搅拌时，速度由慢到快，先以IOOOrpm转速搅拌10分钟，再以4000rpm的转速在规定温度下搅拌一定时间。浙青针入度试验按照《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTJ052-2000) 中第TO604-2000条规定进行，延度试验按照《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》 (JTJ052-2000)第T0605-2000条规定进行，软化点试验按照《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTJ052-2000)中第T0606-2000条规定进行。(1)确定搅拌温度选取120°C、150°C、18(rC三个搅拌温度进行研究。该研究中电气石掺量为14% (电气石质量与基质浙青质量比)，试验结果见表1。表1搅拌温度对电气石改性浙青基本件能影响
温度120°C150°C180°C25°C针入度(0. Imm)53. 553. 053. 1软化点(。c)50. 351. 851.310°c延度(cm)11. 212. 912.0
由表1可得，搅拌温度对25°C针入度影响很小，而随着搅拌温度的升高，软化点和 10°c延度都呈现出先增大后减小的规律。可以看出搅拌温度在150°c左右时电气石改性浙青的性能最优。(2)确定搅拌时间在已确定的最佳搅拌温度150士5°C条件下，选取20分钟、40分钟和60分钟三个搅拌时间进行研究。试验结果见表2。表2搅拌时间对电气石改性浙青基本性能影响
权利要求
1. 一种低碳电气石改性浙青，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成上述的电气石为电气石粉或电气石负离子粉，其中电气石粉细度为100目、200目、 325目、400目、600目、800目、1000目、1250目、3000目中的任意一种，电气石负离子粉细度为 325 目、负离子释放量为 1000ions、5000ions、8000ions、10000ions、12000ions、 20000ions,40000ions中的任意一种，分散剂可采用多聚磷酸钠或聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾或六偏磷酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
2.按照权利要求1所述的低碳电气石改性浙青，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成基质浙青100份电气石14 20份分散剂0. 42 0. 6份
3.按照权利要求1所述的低碳电气石改性浙青，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成基质浙青100份电气石17份分散剂0. 51份
4.按照权利要求1或2或3所述的低碳电气石改性浙青，其特征在于在原料配比中， 分散剂的用量为电气石质量的3%。
5.一种低碳电气石改性浙青的制备方法，其特征在于将基质浙青加热到150士5°C， 将干燥的电气石缓慢、分批加入到基质浙青中，加入分散剂，手动勻速搅拌5分钟，采用高速剪切仪，1000转/分钟搅拌10分钟，4000转/分钟搅拌30分钟，1000转/分钟搅拌10 分钟，以排除高速搅拌时产生的气泡，制备成电气石改性浙青，储存待用。基质浙青电气石分散剂100份 20份 ‘0. 6 份
全文摘要
一种低碳电气石改性沥青，其质量配比为基质沥青100份、电气石8～20份，分散剂0～0.6份。制备方法为将基质沥青加热到150±5℃，将干燥的电气石缓慢、分批加入到基质沥青中，加入分散剂，手动匀速搅拌5分钟，采用高速剪切仪，1000转/分钟搅拌10分钟，4000转/分钟搅拌30分钟，1000转/分钟搅拌10分钟，以排除高速搅拌时产生的气泡，制备成电气石改性沥青。试验结果表明，采用本发明生产的电气石改性沥青不仅具备优良的路用性能，而且具有热拌减排、阻燃抑烟、净化空气、减轻城市“热岛效应”等多种功能，可作为沥青路面的材料。
文档编号C08K3/32GK102417737SQ201110366938
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者李彦伟, 李蕊, 王朝辉, 王鹏 申请人:长安大学