一种碳纳米管改性再生沥青及其制备方法和应用

本发明涉及道路材料及沥青再生领域，特别是涉及一种碳纳米管改性再生沥青及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着交通运输行业的飞速发展，每年都有大量的废弃沥青混合料（rap）产生。这些rap通常没有合理的处理方式，被废弃或是被填埋，占据了大量的土地的同时还会造成环境污染。rap是有着十分可观的回收利用前景，其中的旧沥青和旧集料是可以替代部分新沥青和新集料。这些rap可以经过回收、破碎、精细筛分分类后，与再生剂、新沥青、新集料按照一定比例重新拌合成再生沥青混合料。

2、rap当中旧沥青的老化已经十分严重，其粘附性、水稳定性、耐久性和低温抗裂性能都会大幅度的降低。因此，需要在再生沥青中加入再生剂来恢复旧沥青的相关性能。再生剂具有调节旧沥青中的化学组分、恢复原沥青结构的作用。近年来，废机油已经开始被人们当做为一种再生剂研究使用。废机油中的主要成分与沥青中的轻质组分（饱和分与芳香分）相似，使用废机油作为再生剂，可以弥补旧沥青中因老化而缺失的组分。同时，废机油作为一种废弃材料，廉价易得，可以大大降低筑路的成本，并为再生沥青路面大规模应用奠定了坚实的基础。然而，废机油作为再生剂使用，只能将旧沥青的性能恢复到接近于新沥青的水平，但性能与新沥青仍有差距。因此，有必要对废机油再生沥青进行改性来提升其性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种碳纳米管改性再生沥青及其制备方法和应用。通过采用废机油作为再生沥青的再生剂，并利用碳纳米管对再生沥青进行改性，从而达到恢复废旧沥青性能的目的。本发明可以充分利用道路施工过程中产生的废料，减少其对环境的破坏，同时使旧沥青的性能提升至新沥青的水平，实现废旧沥青混合料的循环利用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的第一目的是提供一种碳纳米管改性再生沥青的制备方法，包括以下具体步骤：

4、步骤s1，按质量份数计，称取100份 rap，将附着在rap上的旧沥青提取出来；

5、步骤s2，向步骤s1得到的旧沥青中加入2~8份废机油进行再生，得废机油再生沥青；

6、步骤s3，向步骤s2得到的废机油再生沥青中，加入1-2.5份碳纳米管，利用高速剪切乳化搅拌机使碳纳米管能够均匀的分散于沥青体系中，得到碳纳米管改性再生沥青。

7、进一步的，步骤s1中，所述的旧沥青提取的过程按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》jtg e20中规定的方法进行。

8、进一步的，步骤s2中，所述废机油的闪点为215~216℃，机械杂质不大于0.06%，运动粘度在温度40℃下为42~43mm2/s。

9、进一步的，步骤s2中，制备废机油再生沥青的具体方法为：将rap中的旧沥青放入加热式磁力搅拌器中，设置温度为150-170℃，待温度升至设置温度后，开启高速剪切乳化搅拌机以1000r/min~1200r/min的速度剪切搅拌30min~35min，使废机油与rap中的旧沥青充分混合。

10、进一步的，步骤s2中，制备废机油再生沥青的具体方法为：将rap中的旧沥青放入加热式磁力搅拌器中，设置温度为160℃，待温度升至设置温度后，开启高速剪切乳化搅拌机以1000r/min的速度剪切搅拌30min，使废机油与rap中的旧沥青充分混合。

11、进一步的，步骤s3中，所述碳纳米管外径为30-50nm，内径为5-12nm，长度小于10μm，纯度大于95wt%，比表面积大于60m2/g，导电率大于100s/cm。

12、进一步的，其特征在于，步骤s3中，制备碳纳米管改性废机油再生沥青的具体方法为：将制备好的废机油再生沥青在加热式磁力搅拌器中加热到150-170℃，待废机油再生沥青呈完全流动状态后，将准备好的碳纳米管分多次、缓缓地加入，启动高速剪切乳化搅拌机，剪切速度设置为2800 r/min ~3000r/min，剪切30min~35min。

13、进一步的，步骤s3中，制备碳纳米管改性废机油再生沥青的具体方法为：将制备好的废机油再生沥青在加热式磁力搅拌器中加热到170℃，待废机油再生沥青呈完全流动状态后，将准备好的碳纳米管分多次、缓缓地加入，启动高速剪切乳化搅拌机，剪切速度设置为3000r/min，剪切30min。

14、本发明的第二目的是提供采用上述方法制备得到的碳纳米管改性再生沥青。

15、本发明的第三目的是提供上述碳纳米管改性再生沥青在制备公路沥青及沥青混合料中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、（1）本发明提供的一种碳纳米管改性再生沥青及其制备方法和应用。制备方法包括称取100份 rap，将附着在rap上的旧沥青提取出来；向得到的旧沥青中加入2~8份废机油进行再生，得废机油再生沥青；向废机油再生沥青中，加入1-2.5份碳纳米管，利用高速剪切乳化搅拌机使碳纳米管能够均匀的分散于沥青体系中，得到碳纳米管改性再生沥青。碳纳米管分散在废机油再生沥青当中之时，可以起到类似于“加筋”的作用。当碳纳米管改性废机油再生沥青在受到外力拉伸即将断裂时，韧性极强的碳纳米管可以有效地为沥青分担集中的应力。碳纳米管使再生沥青不易由应力集中产生的裂纹而断裂，碳纳米管极好地加强了再生沥青的延展性；同时，碳纳米管具有独特的多孔结构和优异的比表面积，能够吸附一部分废机油中的轻质组分，从而提高再生沥青整体之间的结合力；此外，碳纳米管使废机油再生沥青的表面形貌发生了较大的变化，碳纳米管改性废机油再生沥青表面形成了数量众多且分布均匀的褶皱状的“蜂窝”结构，它们是由碳纳米管吸附轻质组分形成的，这些结构增大了沥青与集料之间的接触面积，从而提升了沥青的粘附性能。碳纳米管改性废机油再生沥青，相较于旧沥青性能得到了显著提升，部分性能甚至优于新沥青。碳纳米管能够提升废机油再生沥青的软化点、延度和粘度。同时，碳纳米管能够显著提升再生沥青的热稳定性。

18、（2）本发明以较低的价格回收废机油残留物，既实现了废机油残留物的循环利用，又达到保护环境的效果。

技术特征：

1.一种碳纳米管改性再生沥青的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述的旧沥青提取的过程按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》jtg e20中规定的方法进行。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述废机油的闪点为215～216℃，机械杂质不大于0.06％，运动粘度在温度40℃下为42～43mm2/s。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，制备废机油再生沥青的具体方法为：将rap中的旧沥青放入加热式磁力搅拌器中，设置温度为150-170℃，待温度升至设置温度后，开启高速剪切乳化搅拌机以1000r/min～1200r/min的速度剪切搅拌30min～35min，使废机油与rap中的旧沥青充分混合。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，制备废机油再生沥青的具体方法为：将rap中的旧沥青放入加热式磁力搅拌器中，设置温度为160℃，待温度升至设置温度后，开启高速剪切乳化搅拌机以1000r/min的速度剪切搅拌30min，使废机油与rap中的旧沥青充分混合。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述碳纳米管外径为30-50nm，内径为5-12nm，长度小于10μm，纯度大于95wt％，比表面积大于60m2/g，导电率大于100s/cm。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，制备碳纳米管改性废机油再生沥青的具体方法为：将制备好的废机油再生沥青在加热式磁力搅拌器中加热到150-170℃，待废机油再生沥青呈完全流动状态后，将准备好的碳纳米管分多次、缓缓地加入，启动高速剪切乳化搅拌机，剪切速度设置为2800r/min～3000r/min，剪切30min～35min。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，制备碳纳米管改性废机油再生沥青的具体方法为：将制备好的废机油再生沥青在加热式磁力搅拌器中加热到170℃，待废机油再生沥青呈完全流动状态后，将准备好的碳纳米管分多次、缓缓地加入，启动高速剪切乳化搅拌机，剪切速度设置为3000r/min，剪切30min。

9.一种采用如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的碳纳米管改性再生沥青。

10.一种如权利要求9所述的碳纳米管改性再生沥青在制备公路沥青及沥青混合料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种碳纳米管改性再生沥青及其制备方法和应用。该制备方法包括称取100份RAP，将附着在RAP上的旧沥青提取出来；向得到的旧沥青中加入2～8份废机油进行再生，得废机油再生沥青；向废机油再生沥青中，加入1‑2.5份碳纳米管，利用高速剪切乳化搅拌机使碳纳米管能够均匀的分散于沥青体系中，得到碳纳米管改性再生沥青。碳纳米管改性废机油再生沥青，相较于旧沥青性能得到了显著提升，部分性能甚至优于新沥青。碳纳米管能够提升废机油再生沥青的软化点、延度和粘度。同时，碳纳米管能够显著提升再生沥青的热稳定性。本发明以较低的价格回收废机油残留物，既实现了废机油残留物的循环利用，又达到保护环境的效果。

技术研发人员：李伟,姚海涛,解传凯,阳东锦,彭超,刘雅峰,王坤,陈壮,赵禹兴,李尧德,刘嘉炜
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15