本发明涉及改性沥青技术领域，具体涉及一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青及其制备方法。
背景技术：
随着我国公路建设的迅猛发展，沥青路面以其优越性能在全国范围内得到了广泛应用。然而随着道路交通量日益增多，车辆轴载不断加重，对沥青的路用性能要求也不断增高。通常在沥青中掺加各种性能优良、价格适中的改性剂，是提高沥青性能比较有效的方法。然而，每种改性剂往往只能使沥青的部分一项性能得到改善，若想全面改善沥青的高温、低温、耐久性能，采用多种改性剂对沥青复合改性是一种行之有效的方法。
湖沥青是石油不断从地壳中冒出，存在于天然湖中，经长期沉淀、变化、硬化产生的沥青类物质。由于与自然环境长期共存，所以湖沥青性质非常稳定，将其作为改性剂制备改性沥青，可显著提高沥青的高温和低温性能。然而现有的改性沥青制备过程需高温搅拌使湖沥青熔融，导致湖沥青对基质沥青的耐久性能不具备明显的改善效果。
纳米二氧化硅是一种性质稳定的纳米粒子，能提高其他材料抗老化性能，将其作为改性剂制备改性沥青，可大幅提高沥青的耐久性能。然而纳米二氧化硅作为一种无机材料，与沥青相容性不佳，直接掺入沥青中容易出现离析。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种沥青性能改善效果好的纳米粒子与湖沥青复合改性沥青。
本发明是这样实现的：
一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青，由如下重量份的组分组成：基质沥青64～82份，纳米二氧化硅3～6份，湖沥青15～30份。
更进一步的方案是：
所述的湖沥青为特立尼达湖沥青。
湖沥青与基质沥青具有良好的相容性。通过湖沥青与基质沥青相互作用，沥青胶团极性得到增强，导致胶体结构从溶胶型转变为溶凝胶型及凝胶型，有利于改善沥青高温及低温性能。
更进一步的方案是：
所述纳米二氧化硅为无机纳米二氧化硅有机化后制得的有机化纳米二氧化硅。
通过采用有机化纳米二氧化硅，能有效提高二氧化硅与基质沥青的相容性。纳米二氧化硅具有优良的抗老化性能，作为改性剂掺入基质沥青中有利于改善沥青耐久性能。
本发明通过纳米二氧化硅和湖沥青对基质沥青进行改性，在纳米二氧化硅和湖沥青的共同作用下，基质沥青的高温性能、低温性能和耐久性能均显著提高。
本发明的另一个目的在于提供一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法。
本发明的纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
(1)将块状湖沥青加入粉碎机中粉碎后过筛，制得湖沥青改性剂；
(2)将无机纳米二氧化硅有机化，制得有机化纳米二氧化硅改性剂；
(3)将湖沥青改性剂、有机化纳米二氧化硅改性剂与基质沥青按预定的掺配比例在175～190℃下混合，然后放入175～190℃的烘箱中，发育50～80min之后取出；
(4)将步骤(3)所得混合物采用高速剪切仪在175～190℃的温度范围内以3000～4500r/min的速度剪切50～80min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，即制得复合改性沥青。
更进一步的方案是：
步骤(3)中，预定的掺配比例，是指按重量份比例：基质沥青64～82份，有机化纳米二氧化硅改性剂3～6份，湖沥青改性剂15～30份。
更进一步的方案是：
步骤(1)中过筛是指粉碎后的湖沥青过100～170目筛。
更进一步的方案是：
步骤(2)中无机纳米二氧化硅有机化是指将3～6份纳米二氧化硅粉料掺入60～120份甲苯溶液中，并掺加1.5～3份的硅烷偶联剂。硅烷偶联剂完全水解后，在110～125℃下油浴加热并高速搅拌5～8h。随后冷却到室温，过滤分离除去甲苯。然后用丙酮对其洗涤5～8h，置于烘箱中干燥后研磨过筛，制得有机化纳米二氧化硅改性剂。
其中，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580中的任意一种。
采用上述技术方案，本发明可达到的有益效果包括：
(1)本发明通过采用湖沥青和纳米二氧化硅作为改性剂对基质沥青进行复合改性，能够综合湖沥青改性剂改善基质沥青高温、低温性能及纳米二氧化硅改性剂改善基质沥青耐久性能的优势，全面综合改善基质沥青高温、低温、耐久性能。复合改性沥青性质稳定、材质均匀、性能突出，具有良好的技术经济前景。
(2)本发明提出了一种简单易行，便于推广的纳米粒子与湖沥青复合改性沥青制备方法。制备方法中提出的湖沥青改性剂粉碎过筛和纳米二氧化硅有机化两项技术，提高了两种改性剂与基质沥青相容性，改善了改性剂对基质沥青的改性效果。
(3)本发明的复合改性沥青成本低廉，制备工艺简单，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青，其成分按重量份计：基质沥青82份，纳米二氧化硅3份，湖沥青15份。所选湖沥青为特立尼达湖沥青，纳米二氧化硅为有机化纳米二氧化硅。
该纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法如下：
(1)将块状湖沥青加入粉碎机中粉碎后过筛过100目筛盘，制得湖沥青改性剂。
(2)将3份纳米二氧化硅粉料掺入60份甲苯溶液中，并掺加1.5份的硅烷偶联剂(KH550)。硅烷偶联剂完全水解后，在110℃下油浴加热并高速搅拌5h。随后冷却到室温，过滤分离除去甲苯。然后用丙酮对其洗涤5h，置于烘箱中干燥后研磨过筛，制得有机化纳米二氧化硅改性剂。
(3)将湖沥青改性剂、有机化纳米二氧化硅改性剂与基质沥青按预定的掺配比例在175℃下混合，然后放入175℃的烘箱中，发育50min之后取出，
(4)将步骤(3)所得混合物采用高速剪切仪在175℃的温度范围内以3000r/min的速度剪切50min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得复合改性沥青。
实施例2
一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青，其成分按重量份计：基质沥青76份，纳米二氧化硅4份，湖沥青20份。所选湖沥青为特立尼达湖沥青，纳米二氧化硅为有机化纳米二氧化硅。
该纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法如下：
(1)将块状湖沥青加入粉碎机中粉碎后过筛过120目筛盘，制得湖沥青改性剂。
(2)将4份纳米二氧化硅粉料掺入80份甲苯溶液中，并掺加2份的硅烷偶联剂(KH560)。硅烷偶联剂完全水解后，在115℃下油浴加热并高速搅拌6h。随后冷却到室温，过滤分离除去甲苯。然后用丙酮对其洗涤6h，置于烘箱中干燥后研磨过筛，制得有机化纳米二氧化硅改性剂。
(3)将湖沥青改性剂、有机化纳米二氧化硅改性剂与基质沥青按预定的掺配比例在180℃下混合，然后放入180℃的烘箱中，发育60min之后取出，
(4)将步骤(3)所得混合物采用高速剪切仪在180℃的温度范围内以3500r/min的速度剪切60min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得复合改性沥青。
实施例3
一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青，其成分按重量份计：基质沥青70份，纳米二氧化硅5份，湖沥青25份。所选湖沥青为特立尼达湖沥青，纳米二氧化硅为有机化纳米二氧化硅。
该纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法如下：
(1)将块状湖沥青加入粉碎机中粉碎后过筛过140目筛盘，制得湖沥青改性剂。
(2)将5份纳米二氧化硅粉料掺入100份甲苯溶液中，并掺加2.5份的硅烷偶联剂(KH570)。硅烷偶联剂完全水解后，在120℃下油浴加热并高速搅拌7h。随后冷却到室温，过滤分离除去甲苯。然后用丙酮对其洗涤7h，置于烘箱中干燥后研磨过筛，制得有机化纳米二氧化硅改性剂。
(3)将湖沥青改性剂、有机化纳米二氧化硅改性剂与基质沥青按预定的掺配比例在185℃下混合，然后放入185℃的烘箱中，发育70min之后取出，
(4)将步骤(3)所得混合物采用高速剪切仪在185℃的温度范围内以4000r/min的速度剪切70min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得复合改性沥青。
实施例4
一种纳米粒子与湖沥青复合改性沥青，其成分按重量份计：基质沥青64份，纳米二氧化硅6份，湖沥青30份。所选湖沥青为特立尼达湖沥青，纳米二氧化硅为有机化纳米二氧化硅。
该纳米粒子与湖沥青复合改性沥青的制备方法如下：
(1)将块状湖沥青加入粉碎机中粉碎后过筛过170目筛盘，制得湖沥青改性剂。
(2)将6份纳米二氧化硅粉料掺入120份甲苯溶液中，并掺加3份的硅烷偶联剂(KH580)。硅烷偶联剂完全水解后，在125℃下油浴加热并高速搅拌8h。随后冷却到室温，过滤分离除去甲苯。然后用丙酮对其洗涤8h，置于烘箱中干燥后研磨过筛，制得有机化纳米二氧化硅改性剂。
(3)将湖沥青改性剂、有机化纳米二氧化硅改性剂与基质沥青按预定的掺配比例在190℃下混合，然后放入190℃的烘箱中，发育80min之后取出，
(4)将步骤(3)所得混合物采用高速剪切仪在190℃的温度范围内以4500r/min的速度剪切80min，直至沥青均匀稳定，冷却后呈表面光滑时，制得复合改性沥青。
为验证本发明中复合改性沥青的使用性能，以基质沥青为对照组，本发明制备的实施例为实验组，进行相关项目的试验，试验结果如下表所示：
上表中当量软化点、当量脆点、针入度比、老化指数根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20–2011)所述的计算方法计算，沥青等级(PG)高温、低温连续分级温度根据《测定性能分级(PG)沥青结合料的连续分级温度和连续分级的标准操作规程》(ASTMD7643–10)所述的计算方法计算。
上表中当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度为沥青高温性能指标；当量软化点及沥青等级(PG)高温连续分级温度越高，沥青高温性能越好。当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度为沥青低温性能指标；当量脆点及沥青等级(PG)低温连续分级温度越低，沥青低温性能越好。针入度比及老化指数为沥青耐久性能指标；针入度比越高，老化指数越低越低，沥青耐久性能越好。
由上表中数据可知，实施例1～实施例4中所制备的复合改性沥青相较于基质沥青具有更好的高温、低温、耐久性能，且制备工艺简单，原材料价格低廉，具有广阔的应用前景。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。