專利名稱：低碳電氣石改性瀝青及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于路面材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種低碳電氣石改性浙青的制備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在全球氣候變暖的背景下，發(fā)展低碳經(jīng)濟、建設(shè)低碳社會已經(jīng)成為我國乃至世界的戰(zhàn)略重點。在道路工程建設(shè)中，我國每年新建的高等級路面90%以上為浙青路面，浙青路面大多采用傳統(tǒng)的熱拌浙青混合料，而這種拌和工藝不僅消耗大量能源，而且在生產(chǎn)和施工的過程中還會排放出大量的廢氣和粉塵，嚴(yán)重污染環(huán)境。人們在1995年開始研制一種環(huán)保型的溫拌浙青混合料，通過降低混合料的拌合溫度來減少廢氣的排放和降低能源的消耗，但由于其性能與熱拌浙青混合料相比還有一定差距，且生產(chǎn)成本偏高，并未得到大面積推廣。所以，十分有必要開發(fā)一種高性能“綠色環(huán)保型”的新型改性浙青來減少熱拌浙青混合料的污染排放。大部分具備環(huán)境功效的路面材料是在基本不影響路面材料性能前提下，通過摻加一定量的具有特殊性能的添加劑而形成，其對浙青功能屬性的改善主要來源于添加劑?，F(xiàn)今，國內(nèi)外使用較多的改性劑是有機材料改性劑，即各種聚合物改性劑；除了有機改性之外，通過添加無機物對浙青改性也可提高其性能，且具有材料來源廣泛、生產(chǎn)設(shè)備簡單、易加工、成本低廉等特點，已經(jīng)受到越來越多研究者的關(guān)注。常用的無機改性物質(zhì)有納米層狀硅酸鹽、納米碳酸鈣、炭黑、纖維、硅藻土、粉煤灰、水泥、石灰、礦質(zhì)填料等。在眾多的有機改性劑和無機增強劑中，無一同時具有熱拌減排、阻燃抑煙、凈化空氣、降低城市熱島效應(yīng) (或降低路面溫度)等多種低碳功效的添加增強劑。本項目采用電氣石粉對浙青進行無機改性，不僅能改善浙青的道路使用性能，且具備上述多種低碳功效，具有顯著的社會效益與經(jīng)濟效益。電氣石又名托瑪琳(tourmaline)，是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，國際公認(rèn)的電氣石晶體化學(xué)通式可表示為XYJ6[Si6O18] [bo3]3(o，oh，f)4，x位主要為Na+或Ca2+，也有K+或空缺占據(jù)，該位置還可能被Mn2+、Mg2+、H3O+占據(jù)；Y位置主要為 Fe2\ Mg2+及(Al+Li)，通常還會有Mg2+、Fe3+,該位置還會被Ca2+、Cr3+、Ti4+占據(jù)；Z位置主要為Al3+，還有i^2+、Mn3+、Li3+、Ti4+等；Ti4+、Al3+、Fe3+可能替代Si4+，但僅能置換四面體位置上很小的比例，其中X、Y、Z的位置替換是很普遍的。電氣石具有壓電性、熱電性(即當(dāng)溫度變化時或在收到壓力、張力作用下能夠產(chǎn)生電荷)、永久性自發(fā)極化效應(yīng)、發(fā)射遠紅外線、電解水、縮小水分子束、釋放負離子等功能，能夠在一定條件下產(chǎn)生電荷，電荷對帶電粒子(有害氣體、雜質(zhì)等)有吸附作用。電氣石改性浙青，是通過將電氣石與少量助劑添加到浙青中進行改性制備而成， 改善浙青以及浙青混合料的綜合性能，從而提高浙青路面使用品質(zhì)，相比于其它改性方法， 其突出特點是不但可減輕行車荷載對浙青路面的破壞，延長浙青路面的使用壽命，而且經(jīng)改性后的浙青同時具備熱拌減排、阻燃抑煙、凈化空氣、降低城市“熱島效應(yīng)”等功效。電氣石改性浙青的優(yōu)良特性主要源自以下幾個方面(1)電氣石具有永久極化效應(yīng)，周圍存在靜電場，對帶電粒子有吸附作用，加入浙青中可以吸附粉塵及有害氣體，減少混合料拌合時廢氣的排放，從而達到熱拌減排和對燃燒的浙青混合料阻燃抑煙的雙重效應(yīng)；(2)電氣石能夠發(fā)射紅外線，遠紅外線輻射功能可加劇有機分子運動，提高浙青內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善浙青與混合料的路用性能，電氣石的熱電性和壓電性使得浙青在受到外界溫度變化或行車荷載作用時，產(chǎn)生電荷，能夠進一步提高浙青的性能；C3)電氣石具有永久釋放負離子功能，空氣負離子能還原來自大氣的污染物質(zhì)、氮氧化物等產(chǎn)生的活性氧(氧自由基)，中和帶正電的空氣飄塵，使空氣得到凈化，從而有效改善城市環(huán)境；(4)電氣石的熱電性和壓電性，使得改性浙青能夠?qū)⒉糠譄崮芑驒C械能轉(zhuǎn)換為電能，不僅可減少行車荷載破壞，延長路面使用壽命，還可有效降低路面溫度，對減輕城市熱島效應(yīng)有顯著作用；(5) 電氣石不僅無污染，具有較高的機械化學(xué)穩(wěn)定性，而且不存在飽和極限，可持續(xù)使用，重復(fù)利用率較高。我國電氣石資源量儲存十分豐富，利用潛力非常大，已廣泛應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)療保健、聲電功能材料、研磨材料、水的活化改性、電磁屏蔽等方面，而將電氣石應(yīng)用于道路工程中，對浙青進行無機改性在國內(nèi)外尚屬首次，這不但可以拓寬電氣石的應(yīng)用領(lǐng)域，而且可以為減排功能路面材料及隧道阻燃抑煙環(huán)保材料提供新途徑，對沿線的環(huán)境保護也具有積極的作用，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，將會收到經(jīng)濟、社會、環(huán)保三贏的局面。關(guān)于電氣石改性浙青的研究，國內(nèi)外還未見相關(guān)報道，因此，當(dāng)前全面系統(tǒng)地研究其各項性能對電氣石改性浙青在道路建設(shè)工程中的應(yīng)用與推廣具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的一個技術(shù)問題是克服現(xiàn)有改性浙青熱拌高能耗、高污染和性能不完善的技術(shù)問題，提供一種具有熱拌減排、阻燃抑煙、凈化空氣、降低城市熱島效應(yīng)、使用壽命長、功能多的低碳電氣石改性浙青。本發(fā)明需要解決的另一個技術(shù)問題是為低碳電氣石改性浙青提供一種制備方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由下述質(zhì)量份配比的原料制成基質(zhì)浙青100份電氣石8 20份分散劑0 0.6份上述的電氣石為電氣石粉或電氣石負離子粉，其中電氣石粉細度為100目、200 目、325目、400目、600目、800目、1000目、1250目、3000目中的任意一種，電氣石負離子粉細度為 325 目、負離子釋放量為 1000ions、5000ions、8000ions、10000ions、12000ions、 20000ions,40000ions中的任意一種。分散劑可采用多聚磷酸鈉或聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀或六偏磷酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。上述的電氣石粉和電氣石負離子粉由河北省石家莊靈壽縣匯鑫電氣石廠生產(chǎn)。多聚磷酸鈉的型號為POLYRON NC、聚丙烯酸鈉的型號為LOPON LF、聚丙烯酸鉀的型號為LOPON 895由北京東方澳漢有限公司生產(chǎn)提供；六偏磷酸鈉(NaPO3)6、十二烷基苯磺酸鈉LAS-60由西安順輝化工有限公司提供。制備本發(fā)明的優(yōu)選質(zhì)量份配比為基質(zhì)浙青100份
電氣石多聚磷酸鈉制備本發(fā)明的最佳質(zhì)量份配比為
14 20份 0. 42 0. 6 份基質(zhì)浙青電氣石
100份 17份 多聚磷酸鈉
0. 51 份在本發(fā)明的原料配比中，分散劑的用量為電氣石質(zhì)量的3%。上述電氣石改性浙青的制備方法如下將基質(zhì)浙青加熱到150 士 5°C，將干燥的電氣石緩慢、分批加入到基質(zhì)浙青中，加入分散劑，手動勻速攪拌5分鐘，采用高速剪切儀，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，4000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌30分鐘，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，以排除高速攪拌時產(chǎn)生的氣泡，制備成電氣石改
性浙青，儲存待用。本發(fā)明經(jīng)過大量的研究和試驗，結(jié)果表明，采用本發(fā)明生產(chǎn)的電氣石改性浙青不僅具備優(yōu)良的路用性能，且具有熱拌減排、阻燃抑煙、凈化空氣、減輕城市“熱島效應(yīng)”等多種功能，可作為浙青路面的材料。


圖1是電氣石負離子粉的掃描電鏡2是電氣石改性浙青的掃描電鏡圖。圖3是基質(zhì)浙青、電氣石粉體及電氣石改性浙青的紅外光譜圖。圖4是基質(zhì)浙青的差示掃描熱圖譜。圖5是電氣石改性浙青的差示掃描熱圖譜
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例1以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國51(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉17kg多聚磷酸鈉0. 51kg上述原料的質(zhì)量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉17份多聚磷酸鈉0. 51份其制備方法如下將基質(zhì)浙青加熱到150士5°C，將干燥的電氣石負離子粉緩慢、分批加入到基質(zhì)浙青中，加入多聚磷酸鈉，手動勻速攪拌5分鐘，采用高速剪切儀，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘， 4000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌30分鐘，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，以排除高速攪拌時產(chǎn)生的氣泡，制備成電氣石改性浙青，儲存待用。
實施例2以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國51(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉20kg多聚磷酸鈉0. 6kg上述原料的重量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉20份多聚磷酸鈉0. 6份其制備方法與實施例1相同。實施例3以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國51(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉14kg分散劑0. 42kg上述原料的重量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉14份多聚磷酸鈉0. 42份其制備方法與實施例1相同。實施例4以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國31(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉Ilkg多聚磷酸鈉0. 33kg上述原料的重量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉11份分散劑0. 33份其制備方法與實施例1相同。實施例5以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國31(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉8kg多聚磷酸鈉0. 24kg上述原料的重量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉8份多聚磷酸鈉0. 24份
其制備方法與實施例1相同。實施例6以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為韓國31(70#浙青IOOkg負離子釋放量5000ions的電氣石負離子粉14kg多聚磷酸鈉Okg上述原料的重量份配比為韓國31(70#浙青100份負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉14份多聚磷酸鈉0份其制備方法與實施例1相同。實施例7以生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)品用基質(zhì)浙青IOOkg為例所用的其它原料及其質(zhì)量配比為在以上實施例1 6的配比中，負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉可用粒徑為325目的電氣石負離子粉替換，也可用負離子釋放量為lOOOions或SOOOions或 IOOOOions或12000ions或20000ions或40000ions的電氣石負離子粉替代，還可用粒徑為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目的電氣石粉替代，用量與負離子釋放量5000ionS的電氣石負離子粉用量相同，多聚磷酸鈉可用聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀或六偏磷酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉替代。其制備方法與實施例1相同。為了確定本發(fā)明的最佳質(zhì)量配比發(fā)明人進行了大量的研究試驗，各種試驗情況如下1.確定改性浙青制備的攪拌溫度與攪拌時間電氣石烘干溫度為105 士 5°C，采用改性浙青剪切儀，開動攪拌機攪拌時，速度由慢到快，先以IOOOrpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘，再以4000rpm的轉(zhuǎn)速在規(guī)定溫度下攪拌一定時間。浙青針入度試驗按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2000) 中第TO604-2000條規(guī)定進行，延度試驗按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》 (JTJ052-2000)第T0605-2000條規(guī)定進行，軟化點試驗按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2000)中第T0606-2000條規(guī)定進行。(1)確定攪拌溫度選取120°C、150°C、18(rC三個攪拌溫度進行研究。該研究中電氣石摻量為14% (電氣石質(zhì)量與基質(zhì)浙青質(zhì)量比)，試驗結(jié)果見表1。表1攪拌溫度對電氣石改性浙青基本件能影響
溫度120°C150°C180°C25°C針入度(0. Imm)53. 553. 053. 1軟化點(。c)50. 351. 851.310°c延度(cm)11. 212. 912.0
由表1可得，攪拌溫度對25°C針入度影響很小，而隨著攪拌溫度的升高，軟化點和 10°c延度都呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律?？梢钥闯鰯嚢铚囟仍?50°c左右時電氣石改性浙青的性能最優(yōu)。(2)確定攪拌時間在已確定的最佳攪拌溫度150士5°C條件下，選取20分鐘、40分鐘和60分鐘三個攪拌時間進行研究。試驗結(jié)果見表2。表2攪拌時間對電氣石改性浙青基本性能影響
權(quán)利要求
1. 一種低碳電氣石改性浙青，其特征在于它是由下述質(zhì)量份配比的原料制成上述的電氣石為電氣石粉或電氣石負離子粉，其中電氣石粉細度為100目、200目、 325目、400目、600目、800目、1000目、1250目、3000目中的任意一種，電氣石負離子粉細度為 325 目、負離子釋放量為 1000ions、5000ions、8000ions、10000ions、12000ions、 20000ions,40000ions中的任意一種，分散劑可采用多聚磷酸鈉或聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀或六偏磷酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
2.按照權(quán)利要求1所述的低碳電氣石改性浙青，其特征在于它是由下述質(zhì)量份配比的原料制成基質(zhì)浙青100份電氣石14 20份分散劑0. 42 0. 6份
3.按照權(quán)利要求1所述的低碳電氣石改性浙青，其特征在于它是由下述質(zhì)量份配比的原料制成基質(zhì)浙青100份電氣石17份分散劑0. 51份
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的低碳電氣石改性浙青，其特征在于在原料配比中， 分散劑的用量為電氣石質(zhì)量的3%。
5.一種低碳電氣石改性浙青的制備方法，其特征在于將基質(zhì)浙青加熱到150士5°C， 將干燥的電氣石緩慢、分批加入到基質(zhì)浙青中，加入分散劑，手動勻速攪拌5分鐘，采用高速剪切儀，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，4000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌30分鐘，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10 分鐘，以排除高速攪拌時產(chǎn)生的氣泡，制備成電氣石改性浙青，儲存待用。基質(zhì)浙青電氣石分散劑100份 20份 ‘0. 6 份
全文摘要
一種低碳電氣石改性瀝青，其質(zhì)量配比為基質(zhì)瀝青100份、電氣石8～20份，分散劑0～0.6份。制備方法為將基質(zhì)瀝青加熱到150±5℃，將干燥的電氣石緩慢、分批加入到基質(zhì)瀝青中，加入分散劑，手動勻速攪拌5分鐘，采用高速剪切儀，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，4000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌30分鐘，1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，以排除高速攪拌時產(chǎn)生的氣泡，制備成電氣石改性瀝青。試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明生產(chǎn)的電氣石改性瀝青不僅具備優(yōu)良的路用性能，而且具有熱拌減排、阻燃抑煙、凈化空氣、減輕城市“熱島效應(yīng)”等多種功能，可作為瀝青路面的材料。
文檔編號C08K3/32GK102417737SQ201110366938
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者李彥偉, 李蕊, 王朝輝, 王鵬 申請人:長安大學(xué)